第二章 物理层

26考研，计算机网络（王道）视频第二章，知识点总结，梳理了物理层的相关知识，包括物理层设备的功能和特点、通信基础的概念和原理以及传输介质的类型和特性，有助于理解和掌握物理层的核心内容。

第二章 物理层

• 通信基础
  • 通信基础基本概念
    • 信源
      • 信号的来源
    • 信宿
      • 信号的归宿
    • 数据
      • 信息的实体（文字，图像等）
    • 信号
      • 数据的载体
        • 数字信号
          • 离散的
        • 模拟信号
          • 连续的（像函数）
    • 信道
      • 信号的通道
        • 发送
        • 接收
    • 码元
      • 码元与比特关系
        • 一码原＝一个周期内信号种类取2️⃣的对数
      • 每一个信号
        • 若码元有N个状态则称为N进制码元
      • 码元宽度
        • 信号周期
    • 速率
      • 波特率
        • 每秒传输码元
      • 比特率
        • 每秒传输比特
    • 带宽
      • 表示某信道允许通过的信号频带范围
  • 信道的极限容量
    • 奈奎斯特定理
      • 说明每秒传输码元有上限
      • 理想低通信道下，极限波特率
      • 2W（W为带宽）
    • 香农定理
      • 说明每秒传输比特有上限
      • 现实情况下，极限比特率
      • Wlog2（1＋S/N）
      • S/N信噪比
        • 信号功率÷噪声功率
          • 无单位
            • 值会很大
          • 有单位
            • db
            • 10log10（S/N）
    • 一个码元携带比特数有上限
  • 编码与调制
    • 基本概念
      • 编码
        • 二进制数据➡数字信号
      • 解码
        • 数字信号➡二进制数据
      • 有线网卡
      • 调制
        • 二进制数据➡模拟信号
      • 解调
        • 模拟数据➡二进制信号
      • 光猫
    • 编码方式
      • 不归零编码（NRZ)
        • 低0高1，中不变
          • 自同步能力？
            • 信源和信宿可以根据信号完成"节奏同步"，无需时钟信号
            • 无
          • 浪费带宽？
            • 不
          • 抗干扰？
            • 弱👎
      • 归零编码（RZ)
        • 低0高1，中归零
          • 自同步能力？
            • 有
          • 浪费带宽？
            • 浪费
          • 抗干扰？
            • 弱👎
      • 反向非归零编码（NRZI)
        • 跳0不跳1看起点，中不变
          • 自同步能力？
            • 要增加冗余位
          • 浪费带宽？
            • 一般
          • 抗干扰？
            • 弱👎
      • 曼彻斯特编码
        • 以太网中默认
        • 跳0反跳1看中间，中必变
          • 上0下1
            • 统考没说默认
          • 上1下0
          • 自同步能力？
            • 有
          • 浪费带宽？
            • 很浪费
          • 抗干扰？
            • 强
      • 差分曼彻斯特编码
        • 跳0不跳1看起点，中必变
          • 自同步能力？
            • 有
          • 浪费带宽？
            • 很浪费
          • 抗干扰？
            • 强
    • 调制方式
      • 基带信号
        • 来自信源的数字信号，需调制后才能在某些信道上传输
      • 调幅AM
      • 调频FM
      • 调相PM
      • QAM
        • 正交幅度
        • 调频＋调相
          • m频率，n相位 可调mn个信号
• 传输介质
  • 传输媒体
  • 常用传输介质（第0层）
    • 导向型
      • 信号方向固定
      • 双绞线
        • 主要构成
          • 两根导线相互绞合而成
            • 屏蔽双绞线(STP)
            • 非屏蔽双绞线（UTP）
        • 抗干扰能力较好
          • 绞合、屏蔽层 可以提升抗电磁干扰能力
        • 代表应用➡近些年的局域网、早期电话线
      • 同轴电缆
        • 主要构成
          • 内导体（用于传输信号）＋外导体屏蔽层（用于抗电磁干扰）
            • 内导体越粗，电阻最低，传输过程中信号衰减越少，传输距离越长
        • 抗干扰能力好
        • 代表应用➡早期局域网、早期有线电视
      • 光纤
        • 主要构成
          • 纤芯（高折射率）＋包层（低折射率）
          • 利用光的全反射特性，在纤芯内传输光脉冲信号
        • 抗干扰能力 非常好。光信号对电磁干扰不敏感
        • 信号传输损耗小，长距离传输时中继器少；很细很省布线空间
        • 分类
          • 单模光纤
            • 只有一条光线在一根光纤中传输，适合长距离传输，信号传输损耗小
          • 多模光纤
            • 多条光线在一根光纤中传输，适合近距离传输，远距离传输光信号容易失真
    • 非导向型
      • 信号📶方向四面
      • 无线🛜电波
        • 穿透能力强、传输距离长、信号指向性弱
          • 波长越长，穿透性越好
        • 手机信号、WiFi
      • 微波通信
        • 频率带宽高、信号指向性强、保密性差（容易被窃听）
          • 频率越高数据传输能力越强
        • 卫星通信（卫星作为信号中继器，传播时延较大）
      • 红外线，激光
        • 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电平的电压的意义
        • 具体
    • 过程特性
      • 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
• 物理层设备
  • 中继器
    • 信号整形再生
    • 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，并转发至另一端口
    • 半双工传输
    • 中继器两个端口对应两个"网段"
  • 集线器（Hub）
    • 物理上⭐星型，逻辑上总线结构
    • 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，转发到所有其他端口
    • 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"
    • 网断共享带宽，平分带宽
  • 543原则
    • 中继器集线器不可无限连接
    • 使用集线器（或中继器）连接10Base5网段时，最多只能串联5个网段，使用4台集线器（或中继器），只有3个网段可以挂接计算机。
  • 小知识
    • 考试时，这个是错的
    • 集线器 可以连接不同的传输介质，因此两个网段的物理层接口特性可以不同（这就意味着集线器连接的网段，"物理层协议"可以不同）集线器
    • 如果连接了速率不同的网段，会导致所有网段"速率向下兼容"