计算机网络_物理层

基本概念

电脑要组网，第一件事要干什么？当然是先把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。
这就叫做”实体层”，逼格高一点的叫法就是物理层。它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。
至于0和1的信号是什么，还轮不到物理层还决定。
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数据通信基本知识

一个数据通信例子

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相关术语

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三种通讯方式

名称 英文 定义 需要信道条数
单工通信 Simplex 只能一个发一个收 一条
半双工通信 half-duplex 都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个 两条
全双工通信 duplex 都可以同时收发数据 两条

两种数据传输方式

传输方式 特点
串行传输 速度慢，省钱，适合远距离
并行传输 速度快，耗钱，适合近距离

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码元

定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。当有多个离散状态时，成为M进制码元
一个码元可以携带多个比特的信息
个人理解：码元就是在网线上传输的一个个信号段。码元的不同进制就是用来表示不同的数值的

波特

用来指一秒可以传输多少个码元

速率

分为码元传输速率和信息传输速率
信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速
码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）
码元所带信息量（比特数）=log2（码元进制数）

带宽（Band Width）

用来表示最高数据速率

奈式准则（Nyquist）

是在理想状态下得出的结论

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香农公式（Shannon）

是在有噪声的信道中得出的结论

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基带信号和宽带/带通信号（Base band，pass band）

计算机网络中用的基带信号是数字信号

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编码

将数据转化为数字信号
数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter) 转化为 数字信号(digtal signal)

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模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)

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单极性不归零编码：只使用一个电压值，高电平表示1，低电平表示0.

双极性不归零编码：用幅值相等的正负电平表示二进制数1和0.

单极性归零编码：发送码1时高电平在整个码元期间只持续一段时间，其余时间返回零电平。

双极性归零编码：正负零三个电平，信号本身携带同步信息。
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曼彻斯特编码：单极性编码的缺点是没有办法区分此时是没有信号，还是有信号，但是信号是0.
这种编码方式是bit中间有信号，低-高跳转表示0，高-低跳转表示1，一个时钟周期只可以表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit。它能携带时钟信号，而且能区分此时是没有信号还是信号为0.

差分曼彻斯特编码：抗干扰能力比曼彻斯特编码更强。bit与bit之间有信号跳变，表示下一个bit为0，bit与bit之间没有信号跳变，表示下一个bit为1。
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调制：数据转化为模拟信号（了解）

常用的调制方法：调频(AM)，调频(FM)，调相(PM)

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模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)

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数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)

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物理层传输介质

传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质

导向性传输介质 电磁波沿着固体媒介（铜线or光纤）被导向传播
非导向性传输介质 自由空间，如空气，水等等

常见的导向性传输介质

双绞线

根据有无屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP)

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同轴电缆（Coaxial Cable）

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光纤（Optical fiber）

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根据入射角不同，又分为单模光纤和多模光纤

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常见的非导向性传输介质

包括无线电波，微波，红外线和激光等

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物理层设备

4.1 中继器（RP repeater）

注释：5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的，理由可见图
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备（中继器，集线器）最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机

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集线器（Hub）

集线器是个大的冲突域，同时只能有两个设备进行通讯，只会传输信号，没有智能

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