计算机网络复习日报19

摘要

今天深入学习了物理层的基础知识，包括接口特性、数据通信模型和编码方式。物理层接口涉及机械、电气、功能和过程四个特性。数据通信系统模型展示了信息从源点到终点的完整转换过程，理解了信号如何在不同形式间转换。重点学习了四种编码方式：不归零制、归零制、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，每种编码都有其独特的信号表示方法和同步特性。

Abstract

Today’s lesson delved into the fundamentals of the physical layer, covering interface characteristics, data communication models, and encoding methods. The physical layer interface involves mechanical, electrical, functional, and procedural characteristics. The data communication system model demonstrates the complete transformation process of information from source to destination. Four encoding methods were emphasized: Non-Return-to-Zero, Return-to-Zero, Manchester encoding, and Differential Manchester encoding, each with unique signal representation and synchronization features.

一、物理层

1、物理层的接口特性

接口特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

2、数据通信的系统模型

这张图其实讲的是计算机里信息传输的完整过程，从我们输入一个中文“你好”开始，到最后在另一个地方重新显示出“你好”结束。一开始，“你好”被转换成计算机能懂的视频信号，然后这些信息又被变成比特0和1这样的数字形式。接着传输系统负责把这些0和1的信号发送出去，中间可能会经过各种线路或者无线传输。接收端收到信号后，接收器会把这些信号再转换回数据，最后由目的系统处理，重新变成我们能看懂的“你好”显示出来。整个过程其实就是一个信息不断转换形式、但最终内容不变的过程，感觉特别像我们平时发消息，只是背后多了很多我们看不见的步骤。

3、数据通信方式

这张图是在讲数据通信的几种不同方式，主要根据数据传输的方向和交互方式来区分。

首先看单工通信，这种方式就像学校广播一样，只能单向传输信息，广播台一直说，我们只能听，不能反向互动。

然后是半双工通信，这个有点像我们平时用的对讲机，双方都能说话，但是得轮流来，你说的时候我听，我说的时候你听，不能同时抢着说。

最后是全双工通信，这就和我们打电话或者视频聊天一样，两个人可以同时说话和听对方说话，互不干扰，效率最高。

4、常用的编码方式

4.1、不归零制

不归零制指的是正电平代表1，负电平代表0，然后我们看上图比特流，有三个连续的0，所以我们这有3个连续的负电平，但是这里的波形是没有变化的，所以不归零制编码是没有自同步能力的

4.2、归零制

归零制编码指的是正脉冲代表1，负脉冲代表0，那么下面那条红线就是代表的是零点

从图中我们可以看的很清楚，零点上代表着是正脉冲，零点下代表的是负脉冲，所以对于这个归零制编码，它在每一个码源都要进行一次归零，比特流两个虚线之间，我们就称之为是一个码元，因为归零制编码每次都要进行一次归零，所以说我们就有时钟信号，所以归零制编码呢，它是具有自同步功能的

4.3、曼切斯特编码

对于曼切斯特编码，我们主要看这个码源，也称位周期，位周期中心的向上跳变代表0，向下跳变代表1，也可以反过来定义，让我们来看第一个码元，比特流为1，我们看到该编码第一个码元的中间，向下跳，那么说明向下跳代表1，反之0就是往上跳的

4,4、差分曼切斯特编码

对于差分曼切斯特编码，它在每一位的中心处，始终都有跳变，这时候我们就需要看边界位置，如果边界有跳变，代表的就是下一位是0，边界如果没有跳变，代表了下一位就是1，那它的中心时刻是始终都有跳变的，先看第一个边界位置，因为下一位是0，所以我们在边界地方是需要跳变的，如果是1的话，那我们在边界位置就不需要跳变

5、信道的极限容量

奈式准则：在带宽为W（HZ）的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是2W（码元/秒）。传输速率超过此上限，就会严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能

信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N。单位为分贝（dB）下面就是一个信噪比的公式

香农公式：信道的极限信息传输速率，记作C。

6、物理层下面的传输媒体

7、常用的信道复用技术

分为频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
频分复用：所有用户在相同时间占用不同的频带资源进行通信
时分复用：所有用户在不同时间占用相同的频带资源进行通信

波分复用：光的频分复用。一根光纤上可传输多个频率相近的光载波信号

码分复用：码分多址。每个用户在同样的时间使用同样的频带进行通信。

总结

今天的学习让我对物理层的工作原理有了更具体的认识。数据通信系统模型就像信息的"变形记"，从我们看得懂的文字变成电信号，再变成比特流传输，最后又变回文字，这个过程很神奇。四种编码方式的对比特别有意思：不归零制最简单但没有自同步能力；归零制通过归零操作获得时钟信号；曼彻斯特编码用跳变方向区分0和1；差分曼彻斯特编码更复杂，通过边界跳变来编码。这些编码方式各有优劣，适用于不同场景。物理层作为网络体系的最底层，虽然不直接处理数据内容，但为上层提供了可靠的传输基础，就像修路一样，路修好了上面的车才能跑得顺畅。