物理层
物理层基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流而不是指具体的传输媒体。
物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的接口的一些特性，即：
- 机械特性：接口形状，大小，引线数目
- 电气特性：规定电压范围（-5V到+5V）
- 功能特性：规定-5V表示0，+5V表示1
- 过程特性：也称规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤
奈氏准则（模拟信号）
1924年，奈奎斯特（Nyquist）就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud
- W是理想低通信道的带宽，单位为HZ
- Baud是波特，是码元传输速率的单位
香农定理（数字信号、模拟信号）
香农（Shannon）用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
信道的极限信息传输速率C可表达为C=W log2(1+S/N) b/s
- W为信道的带宽（以Hz为单位）
- S为信道内所传信号的平均功率
- N为信道内部的高斯噪声功率
导向传输媒体
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播。
双绞线
- 屏蔽双绞线 STP
- 无屏蔽双绞线 UTP
同轴电缆
- 50Ω同轴电缆：用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆
- 75Ω同轴电缆：用于模拟传输，即宽带同轴电缆
光缆
- 单模光纤指只能传输一种电磁波模式，多模光纤只可以传输多个电磁波模式，实际上单模光纤和多模光纤之分，也就是纤芯的直径之分。单模光纤细，多模光纤粗。在有线电视网络中使用的光纤全是单模光纤，其传播特性好，带宽可达10GHZ，可以在一根光纤中传输60套PAL-D电视节目。
非导向传输媒体
非导向传输媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输
无线传输所使用的频段很广
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差
微波在空间主要是直线传播
- 地面微波接力通信
- 卫星通信
相关术语
通信的目的是传送消息。
数据（data）——运送消息的实体。
信号（signal）——数据的电气的或电磁的表现。
模拟信号——代表消息的参数的取值是连续的。
数字信号——代表消息的参数的取值是离散的。
码元（code）——在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就成为码元。
在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。而这个间隔被称为码元长度。1码元可以携带nbit的信息量
信道一般表示向一个方向传送信息的媒体。所以咱们说平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道。
单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。
双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。
基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。
带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。
几种最基本的调制方法
- 调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化。
- 调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而变化。
- 调相（PM）：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
常用编码
单极性不归零码
- 只使用一个电压值，用高电平表示1，没电压表示0。
双极性不归零码
- 用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正负幅值相等。
双极性归零码
- 正负零三个电平，信号本身携带同步信息。
曼彻斯特编码
- bit中间有信号低-高跳变为0；bit中间有信号高-低跳变为1。
差分曼彻斯特编码
- bit中间有信号跳变，bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0。bit中间有信号跳变，bit与bit之间无信号跳变，表示下一个bit为1。
- 差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼彻斯特编码。
