1.物理層的基本概念

物理層是計算機網絡最底層的那部分。作為最底層的那部分，物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流。因為現在網絡硬件設備和傳輸媒體特別多，所以物理層的作用就是屏蔽這些差異，使其上面的數據鏈路層壓力減輕。

物理層有以下特性：

a.機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等b.電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍c.功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義d.過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序 復制代碼

2.數據通信

2.1：數據通信的模型

1.源點：表示產生數據的設備，也稱為信源。 2.發送器：通常原點發送的數字比特流需要在發送器轉化成模擬信號才能在網絡中傳輸，一般發送器有調制解調器，調制解調器的調制功能便是將數字信號轉化為模擬信號并發送。 3.接收器：接受傳輸系統中的信號，并把模擬信號轉化成數字比特流形式，一般接收器為調制解調器，調制解調器的解調功能便是將模擬信號轉化成數字信號。 4.終點：表示接受數據的設備。 復制代碼

專業術語速記

消息：通信的目的就是傳送消息，例如文字，圖片，音頻等
數據：運送消息的實體，例如表面上傳輸的是一張圖片，實則傳輸的是這張圖片的二進制比特流
模擬信號：連續的信號，代表消息參數取值為連續的

數字信號：離散的信號

2.2：信道初識

信道用來表示向某一個方向傳送消息的媒體。就相當于一個城市到另一個城市的公路，不過比較特殊的是，一條通信電路一般只有一條發送信道和接收信道。

通信交互的方式分為三種：

a.單工通信：顧名思義，就是只有一個方向的通信，要么只能接受信息，要么只能發送信息，例如聽廣播的時候，只能選擇去接受，而不能做出反饋 b.半雙工通信：雖然既能接收消息，也能發送信息。但是在接受信息的同時，卻不能發送信息，反之亦然。一般情況下A方發送消息，B方接受信息，過一段時間，會轉化角色，B放發送消息，A方接受信息。比如對講機講話時，要么只能聽，要么只能說。 c.全雙工通信：即在發送消息的時候也能接收消息。 復制代碼

基帶信號與帶通信號：
基帶信號就是將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸，受傳輸距離影響，一般相對較近，可以用來連接打印機等。
寬通信號則是將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號。

就像這個話筒一樣，人原本的聲音好比基帶信號，衰減小，但是受傳播距離影響，當采用話筒將其裝換成大分貝的聲音后，就會傳播的很遠，通過載波將基帶信號搬移至較高的信道中傳輸，形成帶通信號，雖然傳播距離遠，但是衰減的相對較快。

最基本的調制方法有三種：

a.調幅：載波的振幅隨基帶數字信號而變化 b.調頻：載波的頻率隨基帶數字信號而變化 c.調相：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化 復制代碼

常用的編碼格式:
單極性不歸零碼，單極性歸零碼，雙極性歸零碼，雙極性不歸零碼。
為了傳輸效率和安全，還添加了曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

2.3：奈氏準則和香農公式

在信號傳輸的過程中，理想狀態是接受端與發送端的數字信號狀態一致，但是，現實生活中消息的傳送收到多重性因素的影響，例如惡略的天氣，噪音或者認為的干擾，往往會形成一定程度的失真。

奈氏準則（理想狀態）

假定理想狀態下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率具有上限值。使接受端難以分析傳輸的信號。 復制代碼

香農公式（非理想狀態）

香農用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。 復制代碼

信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為：

C = W log2(1+S/N) b/s

W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）； S 為信道內所傳信號的平均功率； N 為信道內部的高斯噪聲功率。 根據公示可以得出： 1.信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高 2.只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸 3.若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（當然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限 4.實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農的極限傳輸速率低不少 復制代碼

3.導向傳輸媒體

電信領域使用的電磁波頻譜:

雙絞線:
最常用的傳輸媒體：將兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，使用規則的方法使之絞合在一起，絞合可以減低導線之間的電磁干擾，模擬傳輸和數字傳輸都會用到雙絞線，通信距離為幾到十幾公里，距離太長會使用放大器來增大信號，但是容易產生失真，如果加入中繼器，會對失真信號進行重整，導線越粗，傳輸距離越遠，為了減小導線之間的電磁干擾，會添加一層屏蔽層，但是成本也會提高。

雙絞線的使用非常廣泛，在通過ADSL撥號上網時，會使用電話公司的網絡來在不同的頻段上傳送不同的信息，通過調制解調器，在低頻段接入電話網，高頻段通過雙絞線連入PC機。

同軸電纜：
同軸電纜由導體銅質芯線、絕緣層、網狀編制的外導體屏蔽層以及塑料外層所組成，抗干擾性極好，隨著有線電視網的普及，同軸電纜的使用也不少見。

光纜： 為了能夠提高數據的傳送速率，由引進了光線技術。光纖是光纖通信的傳輸媒體，在發送端有光源，可以采用發光二極管或者半導體激光器，它們在電脈沖的作用下產生光脈沖，在接收端利用發光二極管做成光檢測器，在檢測到光脈沖的時候還原出電脈沖。光纖具有良好的傳輸效率，并且低損耗，但是由于光檢測器和和光纖本身成本極高，所以光纖到戶還只是一個理想。

4.非導向傳輸媒體

由于導向傳輸媒體容易受到環境的影響，比如很難高山，洋流之間施工建立導向傳輸設備。那就需要使用非導向的傳輸媒體。
無線傳輸
無線電微波通信再數據通信中占有重要地位

1.地面微波接力通信 2.衛星通信 復制代碼

5.信道復用技術

圖中A1，B1，C1分別使用一個單獨的信道和A2，B2，C2進行通信，總共使用三個信道，然而右圖中使用一個復用器將三個信源的信號合在一起，通過一個信道傳送，到接收端通過分用器將合在一塊的信號分開傳往對應的接受分端。復用器和分用器的成本不低，但是當輸入端和接收端數量增大時，占用信道變多時，復用會是網絡傳輸成本降低。

5.1：頻分復用

頻分復用，顧名思義就是通過不同頻率來實現復用技術，

通過輸入端調制不同頻率的信號，復用器生成組合后的頻率

在通過分用器的過濾將疊加后的信號分給對應的不同的接收端。

5.2：時分復用

時分復用將時間將時間劃分為一段段等長的時分復用幀每一個時分復用的用戶在每一個時分復用幀中占用固定序號的時隙。

統計時分復用

當發送信息中會存在用戶咱是無數據發送的情況，在時分復用幀上分配給用戶的時隙處于空閑狀態，使得復用后信道利用率變低。
統計十分復用很好的解決了這個問題，將每個不為空的數據做上標記，當不為空時將其放入統計時分復用幀中，如果為空，則跳過，到達分用器，通過分用器和不同的標記將其分發到不同的輸出端。

波分復用

波分復用是頻分復用的一種，即使光的頻分復用，光具有波粒二象性，通過光纖技術實現波分復用。根據波長對不同的信號進行篩選。

6.寬帶接入技術

5.1：xDSL（用數字技術對現在模擬電話用戶線進行改造）

標準模擬電話的頻率被限制在300~3400Hz的范圍內，但用戶線本身實際可通的頻率超過1MHz，xDSL就是把0~4kHz的頻段留給電話使用，把原來沒有被利用的高頻段留給用戶上網使用

DMT技術 通過頻分復用把40kHz以上的高端頻譜劃分為多個子信道，因為用戶下載次數多于上傳信道，所以劃分為25個上行信道和249個下行信道

5.2：HFC（光纖同軸混合網）

HFC是在目前覆蓋面很廣的有線電視網的基礎上開發的一種居民寬帶接入網。

Fttx技術
FTTH：光纖到戶
FTTB：光纖到大樓
FTTC：光纖到路邊

7.結束語

丑小鴨能變天鵝不是因為它多努力，是因為它爸媽本來就是天鵝

--- 借鑒《計算機網絡》一書，理解淺薄，還望海涵。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络知识点总结（一）-物理层的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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