物理层

物理层用于透明传输比特流

1 基本概念

1） 码元： 指用一个固定时长的信号波形表示一位 K 进制数字。
2） 单工通信： 只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需一条信道。
3） 半双工通信： 通信双方都可以发送或接受信息，但同一时间只能一个发一个接，需要两条信道。
4） 全双工通信： 通信双方都可以同时发送和接收信息，需要两条信道。
5） 码元速率： 单位为波特，1 波特表示一秒传输一个码元。
6） 信息传输率： 单位为 b/s ,单位时间传输的比特数。

2 四种特性

1） 机械特性： 规定物理连接时所采用的规格，接口形状，引线数目，引脚数量等。
2） 电气特性： 规定传输二进制时，线路上信号的电压范围，阻抗匹配，传输速率和传输距离等。
3） 功能特性： 指明某线路上某一电平表示何种意义，接口部件信号线的用途。
4） 规程特性： 又叫过程特性，定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

3 奈氏准则，香农定理

1. 奈氏准则 指出在理想低通（无噪声，带宽有限）的情况下，码元的极限传输率是 2W 。
// 可推出 数据极限传输率 = 2W * log2(V) ,V 表示有 v 种码元。

2. 香农定理 给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率，W * log2（1+S/N）。
// S/N 为信噪比，（ X 分贝 = 10*log10（S/N）。

4 编码，调制

1 数字数据编码为数字信号：
    1）非归零编码：高电平 1，低电平 0 （反之亦可）。
    2）归零编码：信号电平在一个码元内都要恢复到零（低电平 0，高——>低 1）。
    3）反向非归零编码：信号电平反转为 0，不变为 1。
    4）曼彻斯特编码：一个码元分成两个相等间隔，高低为 1，低高为 0。
    5）差分曼彻斯编码：遇 0 前半个码元反转，遇 1 前半个码元不变（同 1 异 0）。
    6）4B/5B 编码：数据分为 4 个一组，按照 4B/5B 编码规则转换为 5 位码。

2 数字数据调制为模拟信号：
    1）幅移键控（调幅）：通过改变载波信号的振幅来表示数字信号 1 和 0 .
    2）频移键控（调频）：通过改变载波信号的频率来表示数字信号 1 和 0 .
    3）相移键控（调相）：通过改变载波信号的相位来表示数字信号 1 和 0 .
    4）正交振幅调制（调幅+调相）：通过改变载波信号的振幅以及相位来表示数字信号 1 和 0 .

3 模拟数据编码为数字信号：
    常用于对音频信号进行编码，步骤：采样 ——> 量化 ——> 编码。

4 模拟数据调制为模拟信号：
    例如广播电台。

5 电路交换，报文交换，分组交换

1 电路交换：
    过程：建立连接 ——> 通信 ——> 释放连接。
    特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽；适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输。

2 报文交换：
    过程：无需建立连接，动态分配线路，以报文为传输单位，在交换节点采用存储转发的方式，便于不同类型，规格，速率的计算机之间进行通信。
    报文：表示站点单次要发送的数据块，长度不限且可变。

3 分组交换：
    同样采取存储转发，但限制了每次传输的数据块的上限，解决了大报文传输的问题，同时给小数据块增加了必要的控制信息。
    两种方式：面向连接的虚电路方式，无连接的数据报方式。 

6 传输介质

    1）双绞线：由两根采用一定规则绞合的，相互绝缘的铜导线组成。
    2）同轴电缆：由内导体，绝缘层，网状编织屏蔽层，塑料外层构成。
    3）光纤：通过传递光脉冲来进行通信，分为单模光纤和多模光纤。
    4）无线传输介质：无线电波，微波，红外线，激光。

7 物理层设备

1 中继器（转发器）：
    功能：将信号整形放大再转发出去。
    // 放大器是放大模拟信号（放大），中继器是放大数字信号（整形再生）。

2 集线器（多口中继器）