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一、概述
1.1物理层引入的目的
屏蔽掉传输介质的多样性，导致数据传输方式的不同；物理层的引入使得高层看到的数据都是统一的0,1构成的比特流
1.2.物理层如何实现屏蔽
物理层靠定义的不同的通信协议（一般称通信规程）
这些协议的主要特征表现：物理层标准（机械特性（管脚多少，大小，形状），电气特性（电压高低）功能特性，过程特性（做出什么相应））
1.3物理层下的传输媒体
- 引导型传输媒体（有线）
- 非引导型传输媒体（无线）
重点：
双绞线的绞合目的：抵御部分来自外界的电磁波干扰和减少相邻导线的电磁干扰。
光纤分为：多模光纤和单模光纤。
1）导向性 （能够将数字信号按固定方向传导的）
铜介质：金属铜材料构成的
同轴电缆，双绞线（虽然带宽低，编码的方式提升了比特的传输速率）
塑料介质：
光纤导线
要求掌握：不同传输介质的传输特性，各种介质优缺点
2）非导向性（不能控制数据信号传输方向）
无线：
红外线（遥控器：功耗小）微波传输（卫星，空间站） Wi-Fi 蓝牙
1.4通信模型中相关术语
1）信息 ：通讯的目的是传输信息
2）数据：数据是信息的载体
3）信号：数据的外在表现形式
信号分为：连续变化的模拟信号（正弦波），离散变化的数据信号（脉冲）
4）信号的变换：信号由一种形式变化成另一种形式 调制
数字信号---》数字信号 编码
数字信号---》模拟形式 调制
5）常见的编码技术
6）常见的调制技术
1.5传输方式
★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
在计算机网络中，数据在传输线路上的传输时串行传输；而计算机内部(如CPU和内存)多使用并行传输
★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
收发双方时钟同步方法
- 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。
- 异步是指字节之间异步(字节之间的时间间隔不固定)
- 字节中的每个比特仍然要同步(各比特的持续时间是相同的)
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)
单工需要一条信道；其他的需要两条(一个方向一条)，
1.6编码与调制
消息：需要计算机帮助用户处理和传输的文字、图片、音频、视频等。
数据：运送消息的实体。计算机只能处理二进制数据。
信号：数据的电磁表现。
基带信号：由信源发出的原始电信号。基带信号又可分为两类：
- 数字基带信号
- 模拟基带信号
信道可分为数字信道和模拟信道两种。信号需要在信道中进行传输
常用编码
①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
这种编码方式如何区分连续几个相同电平呢？
这要求发送方发送和接收方接收严格同步，这就需要额外一根传输线来传输时钟信号。接收方按照时钟节拍逐个接收码元。但是对于计算机网络，多的线不如拿来传输数据，因此由于存在同步问题，计算机中的数据传输不使用不归零编码
②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。
实际上，归零编码相当于把时钟信号用"归零"方式编码在了数据之内，这称为"自同步"信号
归零编码中的大部分数据带宽都用来传输"归零"而浪费掉了(编码效率低)
③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
具体如何根据跳变实现同步？
第一次数据跳变的时间记录下来【即半个码元的时间】，此后每过一个码元的时间就进行检测，根据跳变方向决定数据为
0还是1。
④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
基本调制方法
1.7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
奈氏准则
信道传输容量
信号不能无限制的传输速率 在低通信情况下（无噪声，带宽受限）码元传输速率是有影响的 2W
香农公式
信道无差别传输速率
按香农定理指导，一定有一种方法保证数据能以这样的速率无差错的进行传输
1.8信道的复用技术
1）目的
提供传输介质的利用率
信道是信号传输通路，信道的载体是具体的传输介质
2）方法
频带细分；时间细分；编码细分
频分多路复用技术，将传输介质的同频带进行划分，划分出不同的子频带，然后让每一路信号在不同子频带上传输，从而让多路信号同时进行传输
3）具体实现
1.频分多路复用技术
2.时分多路复用技术
3.波分多路复用技术
4.码分多路复用技术