知识点 - 物理层
目录
2.1 数据通信的理论基础
主要功能：透明的比特流传输
物理层的基本概念：
1）机械特性约束：
指明接口所用接线器的形状，性质，尺寸，引线数目排列，固定和锁定装置等待，比如无论什么材质的网线都是用的水晶头.eg:RJ45
2）电气特性约束：
约定电压范围
3）功能特性：
指明某种电压表示的意义，比如什么范围的电压代表高电频，与电气特性有一种相互对照关系
4）规程特性：
指明对于不同功能的格子可能事件出现顺序，比如报文的小组划分，组装的顺序。类似于协议
物理层上数据的传输：信号（数据的电气或电磁表现）
分为：模拟信号，数字信号（存在码元概念）
信号在信道/传输介质上传输：
信号在传输的过程中，可以看成由很多不同频率的分量组成，高频分量的不等量衰减，接受方受到的信号是衰减和变形的。
从0~fc这一频段，振幅咋传输的过程中不会明显衰减，fc成为截止频率。（赫兹）
物理带宽
数子带宽：单位时间内流经的信息总量。
奈奎斯特定理（理想信道的最大传输速率）
B为物理带宽。
任意一个信号通过一个物理带宽为B的低通滤波器，只要进行每秒2B次的采阳就可以完全重构出被滤掉的信号
香农定理（噪声信道）
很多情况下，噪声是用分贝（dB）表示。
这说明，在物理带宽一定的情况下只能提高信噪比来总价数子带宽（最大传输率）。
2.2 有导向的传输介质
1）导引型传输媒体（有实物）
双绞线：电信号，四根铜线，两两绞合在一起（物理方法降低通电铜线间的相互干扰）
同轴电缆：电信号，良好的抗干扰特性（绝缘保护层，外导体屏蔽层）
光缆：光信号，利用光的反射传输信号（通过在光纤纤芯外面涂一层低折射的媒体，降低光的折射）
2）非引导型传输媒体（比如无线传输）
短波通信，微波通信
同轴电缆：
基带同轴电缆：50耦，用于数字传输
宽带同轴电缆：75耦，用于模拟传输
单模光纤：
多模光纤：
光纤断了怎么办？
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光纤连接器
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机械拼接
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融合
2.3 复用技术
信道复用技术规则：
1）频分复用技术（FDM）：在干线的起点，信道的频谱被分成若干段（子带）。每个用户占据一段来传输自己的信号。到了干线的终点，每个子带被单独的分离出来给各个用户。
正交FDM（OFDM）：
波分多路复用（WDM）：
密集波分多路复用（DWDM）：
2）时分复用技术（TDM）：所有用户在不同时间占用同样的带宽频率（四秒为一个时间段，我占第一秒）（人一多网速变慢原理：四个人，四秒为一个时间段，你占四分之一，8个人，8秒为一个时间段，你占8分之一）（现用技术，2018年）
缺点：每个时间段可能有空余，存在浪费
3）统计时分复用技术：不固定分配时间段，而是按需动态分配
缺点：因为是动态的，所以得加头信息（用户地址信息），存在运算加头时间开销
以上针对电信号
4）波分复用技术（光谱，不同光谱的光射到不同材质上反射角是不一样的）
实质：就是光的“频分复用”
5）码分复用技术：各用户使用经过挑选的不同码型，因此不会造成干扰
每一个比特时间划分为m个短的间隔，叫做码片。（CDMA）
发1：发自己的m比特的码片（发m个比特）
发0：发送自己m比特码片的反码（也是m个比特）
码片序列：-1表示0，1表示1
TDM：许多人按照顺序交谈
FDM：不同的人按照不同的语调同时交谈
CDMA：没对交谈者使用不同的语言交谈
2.4 调制技术
基带传输，通带传输
1）基带调制：仅对基带波形进行变换。
此调制过程：编码
不归零编码（NRZ）：直接1高，0低电频
归零编码（NRZI）：向上凸1，向下凹0（USB中采用）
曼彻斯特编码：下降代表1（1->0),上升代表0（0->1)【解决了连续0和连续1的问题，10Base中使用】
差分曼彻斯特编码：每个电频的开始没有波动代表1，有波动代表0
4B/5B编码：
以上仅对基带波形进行变换
2）带通调制
数字信号变成模拟信号：带通调制
带通调制方法：
调幅：0无波动，1有波动
调频：0频率较小，1波动较大
调相：0->1特定波动(上尖波），1->0另外一个特定波动（下尖波）
QAM-16
QAM-64(正交振幅调制，允许64个不同的信号组合，即64个信号级别，每个码元可传输6bits)
码元：承载信息量的基本信号单位。
数子通信中常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字这就是二进制码元
使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，不同离散值的基本波形叫做码元，1秒中内能够发送的码元个数为波特率（码率：每秒钟信号变化的次数）。
波特率：符号率，采样率
比特率：位传输率、数据传输速率、数子带宽
格子架编码调制（TCM）：为了降低高速调制的错误，每个样本中采用一些额外的位作为纠错剩侠的位才用来传输数据。
2.5 公共交换电话网络（PSTN）
PSTN是传递人类的语音，而计算机网络的目标是传输数据。
本地回路：模拟线路，通常3类双绞线，链接端局和千家或业务部门
干线：数子光纤，链接交换局
交换局：（包括端局）话音接驳干线的场所
2.5.1 本地回路：
在本地回路上，引入一个正弦波来承载和传输信号（调制）
调制解调器：一般的，我们的计算机接上一个调制解调器之后在连接上PSTN
2.5.3 交换
电路交换：连接，发送，拆除
包交换（分组交换）
数据通信系统：
源系统：
1）源点：源点设备产生的要传输的数据（pc机等终端）
2）发送器：将01比特流转换成相应的物理信号（调制器）
传输系统：
1）接收器：接收物理信号，转换成我们的01比特流（解调器）
2）终点：从接收器获取01比特流，解析成对应的信息
目的系统：
有关信道的基本概念：
1）单项通信（单工通信）：只能发送或只能接收(戴耳机听歌）
2）双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送，但不能同时发送或者接收（对讲机）
3）双向同时通信（全双工通信）：通信双方可以同时发送和接收信息
4）基带信号：将01数字信号直接用两种不同电压表示，然后到线路上传输
5）宽带信号：将基带信号进行调制形成的模拟信号