物理層解決如何在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。
確定與傳輸媒體接口有關(guān)的特性

• 機(jī)械特性：定義物理連接的特性，如規(guī)格、接口形狀、引線數(shù)目、引腳數(shù)目、排列
• 電氣特性：規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時(shí)的電壓范圍、阻抗匹配、傳輸速率、距離限制等
• 功能特性：指明某種電平代表的意義，是0還是1
• 規(guī)程特性：定義各物理線路工作的規(guī)程和時(shí)序關(guān)系

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)：傳送信息的實(shí)體，通常是有意義的符號(hào)序列
信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣/電磁表現(xiàn)，是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的存在形式

• 數(shù)字信號(hào)
• 模擬信號(hào)
  信源：產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)的源頭
  信宿：接收數(shù)據(jù)的重點(diǎn)
  信道：信號(hào)的傳輸媒介，有方向，一條通信線路往往包含一條發(fā)送信道和接受信道。

三種通信方式：

• 單工通信：一條信道
• 半雙工通信：兩條信道
• 全雙工通信：兩條信道

數(shù)據(jù)傳輸方式：

• 串行傳輸：速度慢、費(fèi)用低、適合遠(yuǎn)距離
• 并行傳輸：速度快，費(fèi)用高、適合近距離（計(jì)算機(jī)內(nèi)部）

碼元：是指用一個(gè)固定時(shí)長的信號(hào)波形（數(shù)字脈沖），代表不同離散數(shù)值的基本波形。是數(shù)字通信中數(shù)字信號(hào)的計(jì)量單位。離散狀態(tài)的個(gè)數(shù)M，則稱該信號(hào)為M進(jìn)制碼元。時(shí)長稱為碼元寬度。

M進(jìn)制碼元可以攜帶logM個(gè)比特的信息量

速率也叫數(shù)據(jù)率，是指數(shù)據(jù)的傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，可以用碼元傳輸速率和信息傳輸速率表示。

碼元傳輸速率：別名碼元速率，波形速率，調(diào)制速率，符號(hào)速率。單位是波特(Baud=碼元/秒)
碼元速率和進(jìn)制數(shù)無關(guān)

信息傳輸速率：別名信息速率，比特率，表示單位時(shí)間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元（ 即比特?cái)?shù)），單位是比特/秒

信息傳輸速率=碼元傳輸速率*logM

帶寬：最高數(shù)據(jù)率，單位是b/s

系統(tǒng)傳輸速率比較的是信息傳輸速率

香農(nóng)定理和奈氏準(zhǔn)則

影響失真程度的因素：碼元傳輸速率、信號(hào)傳輸距離、噪聲干擾、傳輸媒體質(zhì)量

碼間串?dāng)_

信道帶寬：信道能通過的最高頻率和最低頻率之差

需要注意的是只有在這兩個(gè)地方帶寬指的是通信中的帶寬：最高頻率和最低頻率之差

碼間串?dāng)_：接收端收到的信號(hào)波形失去了碼元之間清晰界限的現(xiàn)象

奈奎斯特定理

奈氏準(zhǔn)則：在理想低通（無噪聲、帶寬受限）條件下，為了避免碼間串?dāng)_，極限碼元傳輸速率為2W Baud，W是信道寬度，單位是Hz.

理想低通信道下的極限數(shù)據(jù)傳輸率=2WlogV b/s V表示碼元的進(jìn)制

碼元傳輸速率如果超過2W，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的碼間串?dāng)_

頻帶越寬（即能通過的信號(hào)高頻分量越多），就可以用更高的速率進(jìn)行碼元的有效傳輸

奈氏準(zhǔn)則給出的是碼元傳輸速率的限制，并沒有對(duì)信息傳輸速率給出限制

由于碼元的傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的制約，所以要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率就必須設(shè)法使得每個(gè)碼元能夠攜帶更多的信息量。這就需要采用多元制的調(diào)制方法

香農(nóng)定理

信噪比=信號(hào)的平均功率/噪聲的平均功率，S/N，用分貝db作為度量單位

即：信噪比(db)=10lg(S/N)

香農(nóng)定理：在帶寬受限而且有噪聲的信道中，為了不產(chǎn)生誤差，信息的數(shù)據(jù)傳輸速率有上限值。

信道的極限傳輸速率=Wlog(1+S/N) b/s
注意這里的S/N是沒有單位的，只是一個(gè)比值，如果題目中的信噪比以db為單位，則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

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越高

對(duì)一定的傳輸帶寬和一定的信噪比，信息傳輸速率的上限就確定了

只要信息的傳輸速率低于信道的極限傳輸速率，就一定能夠找到某種方法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸

香農(nóng)定理給出的為極限傳輸速率，實(shí)際上達(dá)不到

若信道帶寬W和信噪比S/N沒有上限，那么信道的極限信息傳輸速率也就沒有上限

兩個(gè)定理的比較

奈氏準(zhǔn)則解決的是帶寬受限無噪聲條件下碼間串?dāng)_問題，規(guī)定碼元傳輸速率為2W Baud
香農(nóng)定理解決的是帶寬受限有噪聲條件下最高的信息傳輸速率，規(guī)定不超過Wlog2(1+S/N) b/s

極限數(shù)據(jù)傳輸速率=min(2Wlogv,Wlog(1+S/N))

編碼調(diào)制

基帶信號(hào)：信源發(fā)送的信號(hào)，基帶信號(hào)的傳輸叫做基帶傳輸（數(shù)字信號(hào)）
寬帶信號(hào)：對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，寬帶信號(hào)的傳輸叫做寬帶傳輸（模擬信號(hào)）

在傳輸距離比較近的時(shí)候采用基帶傳輸（近距離衰減小，信號(hào)內(nèi)容不易發(fā)生變化）
在傳輸距離比較遠(yuǎn)的時(shí)候采用寬帶傳輸（遠(yuǎn)距離衰減大，即使信號(hào)變化大也能最后過濾出基帶信號(hào)）

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

曼徹斯特編碼：實(shí)現(xiàn)自同步

即兩個(gè)碼元表示一個(gè)比特

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

模擬數(shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

傳輸介質(zhì)及其分類

傳輸介質(zhì)也稱作傳輸媒體，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗贰?/p>

傳輸媒體并不是物理層

傳輸介質(zhì)：

• 導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)：銅線/光纖
• 非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)：自由空間

雙絞線

• 便宜
• 遠(yuǎn)距離傳輸需要放大器/中繼器對(duì)信號(hào)增強(qiáng)

同軸電纜

• 抗干擾能力強(qiáng)
• 傳輸距離遠(yuǎn)

光纖

傳輸?shù)氖枪饷}沖，而不是電脈沖。

• 傳輸損耗小，中繼距離長，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸經(jīng)濟(jì)
• 抗雷電和電磁干擾性能好
• 無串音干擾，保密性好
• 體積小，重量輕

非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)

• 無線電波
• 微波
• 紅外線、激光
  

物理層設(shè)備

中繼器

集線器（多口中繼器）

集線器不能分割沖突域——>連在集線器上的工作主機(jī)平分帶寬

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络【1】物理层的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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