第二章 物理層

2.1物理層的基本概念

物理層定義：解決如何在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是具體的傳輸媒體。

物理層的主要任務為：確定與傳輸媒體的接口的特性

機械特性：接口形狀，大小，引線數目

功能特性：電壓強度決定信號大小

電器特性 ：規定電壓範圍

過程特性：建立連接時各個相關部件的工作步驟.

2.2 通訊模型（通訊的目的是傳遞數據）

信息：文字/圖片/視頻

數據：信息在傳輸之前需要編碼，編碼之後的信息就是數據

信號：數據在通信線路上傳遞需要變成光信號、電信號

碼元：時間間隔相同的符號來表示一個二進制數字，這個時間間隔就是碼元

模擬信號：連續變化的信號（聲音信號）（波形失真可以修復）

數字信號：跳躍變化的信號如果一碼元要承載n位二進制，則需要2^n個不同電壓的碼元（數字波形失真可以修復）

轉化方式：對模擬信號采樣、量化、數字化編碼、轉化為數字信號

2.3信道和調制

信道復用：一條鏈路上同時有多個模擬信號

單工通信：信號只能從一個方向傳輸 （廣播電臺）

半雙工通信：信號只能向一個方向傳,不能同時說話（對講機）

全雙工通信：信號可以同時雙向傳送數據（手機）

集線器必須是半雙工，交換機可以是全雙工

調制：把原來的信號進行轉換（來自信源的信號被稱為基帶信號）

兩大類：把數字信號轉化為數字信號（改變編碼方式）（編碼）

把模擬信號轉化為數字信號（調制）

編碼方式：

數字到數字

不歸零制：一碼元代表1個二進制

歸零制：每3個碼元代表一個二進制

曼徹斯特編碼：2個碼元代表一個二進制

差分曼徹斯特編碼：每1.5個代表一個二進制

數字到模擬（帶通調制）：

調幅、調頻、調相

2.4 信道的極限容量（數字信號）

信道碼元的極限容量（數字信號 碼元）、

奈氏準則：理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaud（適用於數字信號，計算碼元 的極限傳播速率）影響因子：帶寬（傳輸介質）、碼元傳輸速率

• W是理想低通信道的帶寬，單位為HZ。

• Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位

香農公式（鏈路上數據傳輸的極限速率）

影響因子：碼元極限速率、發送功率、噪聲功率

：帶寬受限且有高斯白噪聲幹擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。

（適用於數字信號和模擬信號）

信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為

C = W log₂(1+S/N) b/s

W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；

S 為信道內所傳信號的平均功率；

N 為信道內部的高斯噪聲功率。

信噪比=10log₁₀（s/n） (db)

即信號平均功率和噪聲平均功率的比值

導向傳輸媒體：雙絞線（線序：直通線（兩頭線序相同）、交叉線（兩頭線序不同）、全反線（配置交換機））、光纜（多模光纖、單模光纖（傳輸效果好））

非導向傳輸媒體

短波通訊：即高頻通訊，主要靠電離層反射

微波通訊：在空間直線傳播

無線局域網

2.5信道復用技術：

頻分復用（模擬信號）：幹道鏈路可以復用，可以將數字信號排列成多隊傳輸

（ADSL上網、有線電視）

時分復用（數字信號 ）：有空位存在，造成帶寬浪費（TDM幀）

波分復用（用於光纖）：把光分為不同的頻率(波長)

而多模光纖是入射角不同

碼分復用（碼分多址CDMA，移動數字信號）每個手機有唯一碼片發送一個數據，另一個用其反碼

將自己的手機碼片序列乘以基站發送的碼片序列後相加，除以碼片個數，1為1，-1為-1，0為沒有

所有的碼片的格式化內積為0，自己與自己的格式化內積為1，自己和自己反碼的格式化內積為-1

寬帶接入技術

銅線接入技術

光纖同軸混合（有線電視同軸電纜）xDSL

光纖接入 （小區）

移動互聯網接入技術（手機） 基站實現

VMware網絡模式：

僅主機 跟物理機網卡相通（僅能跟物理機通訊）

自定義 不跟物理機有通訊

橋接

NAT模式：路由器替換私網地址為公網地址，安全（內網對外網不可見）

參考資料： [1]韓立剛，計算機網絡原理創新教程[M],水利水電出版社，2017.1

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【網絡原理】期末復習筆記 第二章 物理層