计算机网络【第二章-物理层】
一、通信基础
1、基本概念
1、物理层接口特性
1.机械特性
核心问题：接口长什么样，怎么连接
具体规定：连接器的形状、尺寸，引脚的数量、排列方式
2.电气特性
核心问题：用多大的电压表示1和0
具体规定：线路的电压范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制
3.功能特性
核心问题：每根引脚是干什么用的
具体规定：定义接口连线的每根引脚的功能和含义
4.规程特性
核心问题：数据传输的先后顺序是什么
具体规定：定义事件发生的时序
2、典型的数据通信模型
3、三种通信方式
1.单工通信：单向通信
2.半双工通信：同时单向通信
3.全双工通信：同时双向通信
4、数据传输方式
串行传输：将一个字符的8位二进制数通过1条信道依次发送【慢，便宜，适合远距离】
并行传输：将一个字符的8位二进制数通过8条信道同时发送【快，贵，适合近距离】
同步传输：传输时，先送出同步字符，再送出以区块为单位整批的数据
异步传输：分组传输，随时发送，不知何时到达，传输时加一个字符起始位一个终止位
5、码元
用固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，该时长称为码元宽度
码元的离散状态有M个时，称为M进制码元
6、数字通信系统数据传输速率的两种表示方法
码元传输速率：每秒传输多少码元，单位是波特（B）
信息传输速率：每秒传输多少比特，单位是比特每秒
7、失真相关概念
1.信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差，单位Hz
2.码间串扰：接收端收到的信号波形失去码元间的清晰界限
3.信噪比：信号平均功率/噪声平均功率，信噪比（dB）=10log10(S/N)
8、编码与调制相关概念
1.数字数据：二进制信息；模拟数据：自然界中广泛存在的、连续变化的信息
2.编码：变为数字信号；调制：变为模拟信号
2、奈氏准则与香农定理⭐
奈氏准则：理想低通即无噪，带宽受限条件下，码元传输速率上限为2W波特，W是信道带宽
香农定理：有噪，带宽受限条件下，信息传输速率上限为Wlog2(1+S/N)比特每秒
3、编码与调制⭐
数字数据-{数字发送器}->数字信号【编码】
数字数据-{调制器}->模拟信号【调制】
模拟数据-{PCM编码器}->数字信号【编码】
模拟数据-{放大器调制器}->模拟信号【调制】
1.数字数据编码为数字信号
①非归零编码：高1低0，易实现，无检错，无法判断码元的开始和结束，收发双方难以同步
②曼彻斯特编码：码元分成两等份，前一份低电平后一个份高电平表示1，0则相反
③差分曼彻斯特编码：同1异0，前半个码元电平与上一个码元后半电平相同为1，为0则相反
2.数字数据调制为模拟信号
3.模拟数据编码为数字信号-脉码调制（PCM）的三个步骤
①抽样：周期性扫描模拟信号，连续信号离散化，采样频率≥2*信号最高频率
②量化：把抽取的电平幅值转化为对应的数字值，取整数
③编码：把量化结果转换为二进制编码
4.模拟数据调制为模拟信号
4、数据交换方式⭐
1）电路交换
原理：传输期间，源结点与目的结点间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路
阶段：建立连接、通信、释放连接
特点：独占端到端的线路，适用于远程传输或实时大量数据传输
2）报文交换（存储转发交换方式）
报文：一次性要发送的数据块，长短不一
原理：存储转发
3）分组交换（存储转发交换方式）
分组：把数据分割成小块，然后加上控制信息（源和目的地址、编号）
原理：存储转发，限制传输的数据的长度
①数据报方式
无连接服务（不事先为分组确定路径，分组独立选择路径）
②虚电路方式
连接服务（事先为分组确定路径，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接）
二、传输介质和设备
1、传输介质
1.导向性传输介质（电磁波沿固体媒介传播）
1-1.双绞线：由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成
1-2.同轴电缆：导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成
1-3.光纤：利用光导纤维传递光脉冲进行通信
2.非导向性传输介质（电磁波沿自由空间传播）
2-1.无线电波：信号向所有方向传播，穿透性强，距离远，用于通信领域
2-2.微波：信号固定方向传播，频率高、频段宽，用于地面微波接力通信、卫星通信
2-3.红外线、激光：信号固定方向传播，转换信号为各自的信号格式，再在空间中传播
2、物理层设备
1.中继器：再生数字信号
2.集线器（多口中继器）：再生、放大信号