第二章 物理层
1. 物理层基本概念，物理层四大特性
基本概念
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。
四大特性
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 过程特性
2. 数据通信系统（数据、信号、码元）
- 码元：在使用时间域的波形表示信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。
双极性不归零编码
- 编码效率高，但存在同步问题
双极性归零编码
- 自同步，但编码效率低
曼彻斯特编码
- 自同步（10Mb/s传统以太网）
差分曼彻斯特编码
3. 信道的分类，信道的极限传输速率（奈氏准则、香农公式）
信道分类
- 数字信道（基带调制）
- 模拟信道（带通调制）
基本的带通调制方法
- 调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）
混合调制方法
相位 + 振幅
奈氏准则
- 使用奈氏准则给出的公式，就可以根据信道的频率带宽，计算出信道的最高码元传输速率。
- 只要码元传输速率不超过根据奈氏准则计算出的上限，就可以避免码间串扰。
- 奈氏准则给出的是理想低通信道的最高码元传输速率，它和实际信道有较大的差别。因此，一个实际的信道所能传输的最高码元传输速率，要明显低于奈氏准则给出的上限值。
香农公式
带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率
- 信道的频率带宽W或信道中的信噪比S/N越大，信道的极限信息传输速率C就越高。
- 实际信道不可能无限制地提高频率带宽W或信道中的信噪比S/N。
- 实际信道中能够达到的信息传输速率，要比香农公式给出的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，例如各种脉冲干扰和信号衰减等，这些因素在香农公式中并未考虑。
4. 传输媒体（双绞线、同轴电缆、光纤、短波、微波）
同轴电缆
- 基带同轴电缆（50Ω）：用于数字传输，在早期局域网中广泛使用。
- 宽带同轴电缆（75Ω）：用于模拟传输，目前主要用于有线电视的入户线。
双绞线
绞合的作用：
- 减少相邻导线间的电磁干扰
- 抵御部分来自外界的电磁干扰
5. 信道复用技术（FDM、TDM、STDM、WDM、CDM）
FDM（频分复用）
频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源并行通信
TDM（时分复用）
时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带
STDM（统计时分复用）
STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。
WDM（波分复用）
根据频分复用的设计思想，可在一根光纤上同时传输多个频率（波长）相近的光载波信号，实现基于光纤的频分复用技术。
目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此，这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。
CDM（码分复用）
码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）常称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种无线通信技术。
与FDM和TDM不同，CDMA的每个用户可以在相同的时间使用相同的频带进行通信。
6. 物理层设备（中继器、集线器）
中继器
中继器（RP repeater）是工作在物理层上的连接设备。
适用于完全相同的两个网络（协议一致）的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器是对信号进行再生和还原的网络设备。
集线器
集线器（hub）对信号进行再生放大转发。
不具有类似于交换机和路由器的“智能记忆”能力和“学习”能力。
它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。
也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。
包管理和路由工作不由hub完成。