[网络协议]计算机网络 ——物理层

物理层

物理层基本概念

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。

它为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异。

我的理解是：因为物理层下的传输媒体有很多，比如是通过光纤传输还是通过微波传输呢？这都不确定。

而物理层的意义就是 无论是什么传输媒体，都让 数据链路层无差异的传它的数据下来，传输媒体的不同由物理层来解决。

物理层要解决的问题就是如何把 数据链路层传下来的数据，表示成比特0和1，然后在传输媒体中传输。

物理层下的传输媒体

 导引型传输媒体

 1.双绞线
 （绞合目的：抵御部分来着外界电磁波的干扰，减小相邻导线的干扰）
 
 2.同轴光缆（主要用于有线电视）
 3.光纤（多模光纤和单模光纤）

and

   非引导性传输媒体
   
   1微波通信
   2.无线电波
   3.红外线
   4.可见光

传输方式

串并型传输

• 串行传输 ——每次只有一条发送线路（两台计算机之间的传输一般使用串行传输）

• 并行传输—— 每次有多条发送线路（成本高，传输的多，计算机内部的传输，如 cpu 和内存之间）

同异步传输

      同步传输：
      外同步：增加单独时间信号线
      内同步：将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输

and

       异步传输     
       字节之间时间间隔不固定
       字节中每个比特仍然要同步      

单双向传输

     单向通信：
     只能一方对一方通信（一条信道）
     双向交替通信：
     可以双向，但是不能同时双向，如对讲机
     双向同时通信：
     如电话，可以同时双向 

编码与调制

数据传输的过程大概是：
各种不同的消息转化为数据（也就是比特0和1），然后数据再转化为信号（电信号或者光信号）通过传输媒体传输过去。

• 数字信号
• 模拟机带信号

分别有编码和调制两种方式

编码

1. 不归零编码
2. 归零编码
3. 曼彻斯特编码（码原中间时刻的跳变既表示时钟又表示数据）（可规定上为0，下为1或相反）
4. 差分曼彻斯特编码（跳变既表示是在，码元开始处电平是否变化表示数据）
   差分曼彻斯特编码变化少，更适合较高的传输效率

调制

调制方法主要有调幅，调频，调相!
码元的概念：就是相同时间间隔内的信号

使用基本调制方法：
一个码元只能包含一个比特信息，那么如何使一个码元包含更多的比特呢？

可以采用混合调制的方法：
可以将相位和振幅结合起来一起调制，称为：正交振幅调制QAM

信道的极限容量

在输入信号传输到传输媒体中后，输出信号可能会失真，就是和原本输入的不一样。

失真的因素如下：

• 码元传输速率
• 信号传输距离
• 噪声干扰
• 传输媒体质量

根据这些因素，在假定理想条件下，为了避免码间干扰，也就是为了避免失真，码元的传输速率是有上限的。

奈氏准则

信道上最高码元传输速率（波特率，调制速率，波形速率或符号速率）与信道带宽有关，

带宽也就是信道上能传输的最大速率。

注意区分：带宽，最大码元传输速率，最大数据传输速率

• 带宽再用奈式准则就可以算出最大码元传输速率
• 最大码元传输速率乘以每码元携带比特信息即为最大数据传输速率

如果一个码元携带多比特的信息量，那么信息传输速率就能相应提高，但也不是越高越好，因为信道的极限信息传输速率还受信噪比的影响。所以也就引进了下面的香农公式

香农公式