计算机网络基础篇——物理层

一、物理层基本概念

1. ‌功能定义‌
   物理层负责在传输媒体上传输原始比特流，主要解决机械、电气、功能和规程特性问题。例如，USB接口的物理层规范定义了插头形状、电压标准等。

2. ‌通信模式‌

   • ‌单工通信‌：如广播电台单向传输信号。比如：电视信号‌：电视台单向传输节目内容，观众无法通过电视反馈。
   • ‌半双工‌：对讲机需按PTT键切换收发。比如：对讲机‌：按下通话键时发送，松开后切换为接收模式（需说“Over”表示结束）。
   • ‌全双工‌：现代5G基站与手机同时上下行传输数据。比如：电话通话‌：双方可同时说话和收听，无需切换。

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二、数据通信基础

1. ‌香农公式‌
   信道容量 C=Blog⁡2(1+S/N)C=Blog2​(1+S/N) 解释了5G毫米波技术通过增加带宽（B）提升速率，但需克服高频段信号衰减（S/N降低）的挑战。

        基本表达式‌
香农公式为 C=Blog⁡2(1+S/N)C=Blog2​(1+S/N)，其中：

• C：信道容量（单位：bps，比特每秒）
• B：信道带宽（单位：Hz）
• S/N：信噪比（信号功率与噪声功率的比值）

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三、传输媒体与技术

类型	特点	应用案例
‌光纤‌	单模（长距）、多模（短距）	海底光缆（如Google的FASTER系统）
‌双绞线‌	成本低，易受干扰	企业网Cat6A布线支持10Gbps
‌无线‌	灵活但受环境影响	5G毫米波用于体育场馆直播

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四、信道复用技术

1. ‌频分复用（FDM）‌
   传统有线电视通过不同频段传输多套节目，现代DOCSIS 3.1技术扩展至1.8GHz频段。

2. ‌码分复用（CDMA）‌
   5G NR采用正交频分多址（OFDMA）改进版，支持大规模物联网设备并发连接。

3. ‌波分复用（WDM）‌
   中国移动骨干网使用160波DWDM，单纤容量达96Tbps。

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五、宽带接入技术

1. ‌FTTH（光纤到户）‌
   中国电信千兆宽带采用GPON技术，下行2.5Gbps满足4K/8K视频需求。

2. ‌HFC网‌
   美国Comcast通过DOCSIS 3.1实现1Gbps同轴电缆接入，兼容传统有线电视网络。

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六、数字传输系统

• ‌SDH/SONET‌：仍用于电信运营商核心网，如中国移动的OTN网络提供低时延专线服务。
• ‌PON技术‌：华为XGS-PON方案支持对称10Gbps，用于智慧园区建设。