计网：物理层

写在开头：物理层就负责传送比特0和1，

本质上理解物理层就是理解传输介质哪个表示比特0和1，如：高电平表示1、低电平表示0等

物理层主要任务：

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
• 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义   //核心
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

传输媒体：

传输媒体本质上两个用途：有线连接（网线）和无线连接（WLAN）

用于有线连接：

同轴电缆：旧时代的产物，基本被淘汰

• 两根同心铜导线，双向传输
• 电缆上的多个频率通道
• 带宽可达100Mbps
• 传输距离一般为200米

双绞线：现在多用在用户端；

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后按照一定规则绞合起来就构成了双绞线，这是一种古老且常用的传输媒体

屏蔽双绞线：双绞线plus版本

解决问题:多条线捆在一起可能会互相干扰

增加了金属丝编织的屏蔽层，提高了抗电磁干扰能力

重点：光纤：

光纤很细，因此必须将其做成结实的光缆。一根光缆少则一根光纤，多则可包括数百根

通过减少折射防止数据光的丢失，进行传输。

多模光纤（近、慢、便宜）：

• 由于色散(模式、材料、波导色散)，光在多模光纤中传输一定距离后必然产生失真(脉冲展宽)
• 因此多模光纤只适合近距离传输(建筑物内)
• 发送光源可使用发光二极管(便宜)；接收检测可用光电二极管

单模光纤（更快、更远、更贵）：

• 没有模式色散，在1.31微米波长附近，材料色散和波导色散大小相等符号相反，两者正好抵消
• 单模光纤适合长距离传输且衰减小，但其制造成本高，对光源要求高
• 发送光源需要使用激光发生器(贵)；接收检测用激光检波器

用于无线连接：（电磁波传输）

传输方式：三种分类

串行\并行传输：

串行传输是指数据是1个比特1个比特依次发送的，发送端与接收端之间只用1条数据传输线即可
并行传输是指一次发送n个比特而不是一个比特，在发送端和接收端之间要有n条传输线路

ps：

1、过去数据主机内传输多为并行，现在设计的会倾向于串行，因为串行传的少，但速度快，并行传得多，但相互会干扰速度受限。

2、网络多用串行传输。

同步\异步传输：

同步传输：

数据块以稳定的比特流形式传输，字节之间没有间隔。接收端在每个比特信号的中间时刻(有区分0,1的标志)进行检测，以判别接收到的是比特0还是1。
由于不同设备的时钟频率存在一定差异，不可能完全相同，在传输大量数据的过程中，所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。因此需要采取方法使双方的时钟保持同步

保证同步的方法：

• 外同步：在收发双方之间加一条单独的时钟信号线
• 内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(如曼彻斯特编码)

异步传输：

以字节为独立的传输单位，字节间的时间间隔不是固定的，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步，为此通常传送前要在每个字节前后加上起始位和结束位。

单工/半双工/全双工

• 单工通信：通信双方只有一个数据传输方向(无线电广播)
• 半双工通信：通信双方可以相互传输数据，但不能同时进行(对讲机)
• 全双工通信：通信双方可以同时发送和接收消息(电话)

编码与调制：

概念：

编码本质上就是把基带信号转换为电信号

调制本质上就是把基带型号转换为频率去进行传输

常用编码/调制规则：

ps：无论哪种代表比特0和1。其实关键是核心思想，哪种波表示哪种比特其实可以不固定

常用编码规则：

知识回顾：同步的同步问题，下面的设计都有考虑同步问题

不归零编码：

正电平代表比特1，负电平代表比特0。在整个码元时间内，电平不会出现零电平

外同步法保证同步问题：外同步：在收发双方之间加一条单独的时钟信号线

归零编码：

每个码元传输结束后信号都要"归零"，所以接收方只要在信号归零后进行采样即可，不需要单独的时钟信号。

曼彻斯特编码：

码元的中间时刻既表示时钟，又表示数据。根据正负跳变来区分比特

上图中，箭头的方向表示一种信号

差分曼彻斯特编码：

①跳变仅表示时钟 ②码元开始处电平是否发生变化表示数据。
比曼彻斯特变化少，更适合较高的传输速率

中间阶段必有一次跳变，用于同步问题，然后再每段跳变中间，规定发生电压变换为0/1，不改变电压为1/0

常用调制规则：

调制的规则运用离不开正弦/余弦函数：Y=Asin (ωx+φ)    高中知识点，其中A影响了调幅。

(ωx+φ)影响了调频和调相。

补充：

QAM-16

• 12种相位
• 每种相位有1或2种振幅可选
• 可以调制出16种码元(波形)，即16个形状可以用4个二进制位排列组合表示，所以一个码元可以对应4比特
• 码元与4个比特的对应关系要采用格雷码【任意两个相邻码元只有一位不同】

小思考：为什么相邻的码元只有一位不同？

我的理解是，在数据链路层可以进行但比特纠错，如果出错在一位的情况下也许可以把数据补救回来，（只是我认为）

信道复用技术：

频分复用

• 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
• 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用：

将总的时间分为多分分发给不同的用户使用

波分复用：

注意：波分复用是光的复用。和上面的频分复用不同

码分复用：

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

ps：用户会收集信息判断是不是自己需要的码型

信道的极限容量

通信质量较差的信道在传输信号的过程中会发生严重失真(无法识别原信号)【码间串扰】

失真因素

• 码元传输速率
• 信号传输距离
• 噪声干扰
• 传输媒体质量

奈式准则：

香农公式：