第二章-物理层

任务：实现相邻节点之间的比特（0或1）的传输

通信基础

• 信源：信号的来源
• 信宿：信号的“归宿”
• 数据：信息的实体
• 信道：信号的通道
• 信号：
  • 数字信号：离散的
  • 模拟信号：连续的
• 码元：对应一种信号 1码元=bit
• 码元宽度：信号周期
• 波特率：每秒钟传输的码元数码元/秒

信道的极限容量

奈奎斯特定理：对于一个理想低通信道（没有噪声、带宽有限的信道） 极限波特率=2W（波特即码元/秒）即**极限波特率=**【W为带宽】

• 如果波特率太高，会导致“码间串扰”，即接收方无法识别码元
• 带宽越大，信道传输码元的能力越强
• 并未对一个码元最多可以携带多少比特做出解释

香农定理：对于一个有噪声、带宽有限的信道，极限比特率=W (b/s)
信噪比=S/N==10(db分贝)

• 提升信道带宽、加强信号功率、降低噪声功率，都可以提高信道的极限比特率
• 在带宽、信噪比确定的信道上，一个码元可以携带的比特数是有上限的

编码与调制

数据编码转换为数字信号（编码）

• 不归零编码（NRZ）：低0高1，中不变（没有自同步能力，不浪费带宽，抗干扰能力弱）
• 归零编码（RZ）：低0高1，中归0（有自同步能力，浪费带宽，抗干扰能力弱）
• 反向非归零编码（NRZI）：跳0不跳1看起点，中不变（若增加冗余位，可支持自同步，会浪费一点带宽，抗干扰能力弱）
• 曼彻斯特编码：跳0反跳1看中间，中必变（有自同步能力，浪费带宽，抗干扰能力强） 以太网常用曼彻斯特编码
• 差分曼彻斯特编码：跳0不跳1看起点，中必变 （有自同步能力，浪费带宽，抗干扰能力强）

数字数据转换为模拟信号（调制）

• 调幅（AM或ASK）：通过改变载波的振幅来表示数字0或1
• 调频（FM或FSK）：通过改变载波的频率来表示数字信号1和0
• 调相（PM或PSK）：通过改变载波的相位来表示数字1和0
• 正交幅度调制（QAM）：在频率相同的前提下，将AM与PM结合起来，形成叠加信号。设波特率为B，采用m个相位，每个相位有n种振幅则数据传输速率R为

传输介质

• 10Base5——10Mbps,同轴电缆,最远传输距离500m
• 10BaseF*——10Mbps,光纤。*可以是其他信息
• 10BaseT*——10Mbps，双绞线。*可以是其他信息

无线传输介质

• 无线电波：穿透能力强、传输距离长、信号指向性弱（手机信号、WiFi）
• 微波通信：频率带宽高、信号指向性强、保密性差（卫星通信）
• 红外通信、激光通信等（信号指向性强）

物理层接口特性

• 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、固定和锁定装置等
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围、传输速率、距离限制等
• 功能特性：指明某条线上出现的某一点平的电压的意义
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序

物理层设备

中继器：中继器只有两个端口。通过一个端口接收信号，将失真信号整形再生，并转发至另一个端口，仅支持半双工通信，两个端口对应两个“网段”
集线器：本质上是多端口中继器。集线器将其中一个端口接收到的信号整形再生后，转发到其他端口，各端口连接的结点不可同时发送数据，会导致“冲突”，集线器的N个端口对应N个“网段”，各网段属于同一个“冲突域”

• 集线器、中继器不能无线串联
• 集线器连接的网络，物理上是星型拓扑，逻辑上是总线型拓扑
• 集线器链接的各网段“共享带宽”