计算机网络-笔记-第二章-物理层

目录

二、第二章——物理层

1、物理层的基本概念

2、物理层下面的传输媒体

（1）光纤、同轴电缆、双绞线、电力线【导引型】

（2）无线电波、微波、红外线、可见光【非导引型】

（3）无线电【频谱的使用】

3、传输方式

（1）串行 & 并行

（2）同步 & 异步

（3）单工、半双工、全双工

4、编码与调制

（1）不归零编码

（2）归零编码

（3）曼彻斯特编码

（4）差分曼彻斯特编码

（4）基本调制方法（调幅、调频、调相）

（5）混合调制——正交振幅调制（QAM）

5、信道的极限容量

（1）奈氏准则

（2）香农公式

（3）习题

6、总结（思维导图）

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二、第二章——物理层

1、物理层的基本概念

2、物理层下面的传输媒体

传输媒体——不属于【计算机网络体系结构】的任何一层！

（1）光纤、同轴电缆、双绞线、电力线【导引型】

（2）无线电波、微波、红外线、可见光【非导引型】

 

可见光通信是一种无线通信，它使用人眼可见的可见光波段中的电磁波。

将来，所有照明将被可高速调制的LED照明和有机EL照明取代，“照明将成为通信基础设施 ”。【还有很长的路要走，暂时无法取代WIFI滴~】

（3）无线电【频谱的使用】

不能乱用——无线电进行通信，要根据提前商量好，按照制定好的，规定好的频率进行开发，相应的通信方法

每个国家都有自己的管理机构——使用和开发，需要进行申请~

为什么呢？

无线电通信是一种基于电磁波传播的通信方式，可以在不需要物理连接的情况下，远距离传递信息。

由于无线电频谱是有限资源，并且不同频率段的无线电波可以同时存在而不相互干扰，因此对其使用和开发进行管理是必要的。

国家之间、地区之间以及不同组织之间都会在无线电频谱分配上有一定的规划和管理。

这是为了避免频谱的混乱使用和干扰，确保通信的可靠性和稳定性。

每个国家都设立了相应的管理机构，负责规划、分配和监督无线电频谱的使用。

申请使用和开发无线电频谱的目的：

1. 为了确保频谱资源的公平合理利用，避免频谱浪费和冲突。
2. 通过事先商量好并按照规定的频率进行通信，可以减少频率干扰，提高通信质量和效率。
3. 管理机构会根据申请者的需求和实际情况来分配合适的频率资源，以确保各方的通信能够顺利进行。

3、传输方式

（1）串行 & 并行

（2）同步 & 异步

异步：字节传输的持续时间相同（只不过发出数据的时间间隔不同）

（3）单工、半双工、全双工

单工——电报机

半双工——对讲机

全双工——电话

4、编码与调制

消息——数据——信号——基带信号

音频：量化、采样、编码 （模拟变数字）

码元——构成信号的一段波形！！！

（1）不归零编码

不归零编码（Non-Return-to-Zero, NRZ）是一种常见的数字信号编码方式，其中逻辑 0 和逻辑 1 分别用不同电平表示。尽管 NRZ 编码简单直观，但确实存在同步问题。

同步问题主要是由于长时间连续发送相同的比特（如连续的 0 或 1），导致接收端无法准确判断位传输的起始和结束位置。

（2）归零编码

归零编码（Return-to-Zero, RZ）的确可以克服 NRZ 编码中的同步问题，但它所带来的副作用是编码效率较低。

在归零编码中，每个位都会有一个归零点，无论是逻辑 0 还是逻辑 1。这意味着信号在每个位的结束时都会回到零电平，然后再开始下一个位的编码。这种归零操作确保了接收端能够根据每个位的起始位置进行准确的同步。

然而，这种归零操作会导致编码效率降低。因为在归零过程中会有额外的电平变化，信号频率更低，传输的比特率较高。

（3）曼彻斯特编码

码元的跳变——既表示【时钟】，又表示【数据】

传统以太网——使用的就是【曼彻斯特编码】

（4）差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码的升级版（区别开了时钟和数据的flag）

中间的跳变——代表时钟【用于同步】

码元起始处的变换——【跳变：0】【不跳：1】（跳0不1）

这里可以看出他的跳变比【曼彻斯特编码】更少，他更适合高速率的传输！

具体区别：（请看下图）

除了【差分曼彻斯特编码】，其他都是开头为1，就是1。

（4）基本调制方法（调幅、调频、调相）

AM、FM、PM

调幅（Amplitude Modulation, AM）、调频（Frequency Modulation, FM）和调相（Phase Modulation, PM）是常见的模拟调制技术，用于在载波信号中传输信息。

调幅是一种将基带信号的振幅与载波信号的振幅进行调制的技术。在调幅过程中，基带信号的幅度变化会导致载波信号的幅度相应变化。这样，基带信号中的信息就被嵌入到了调制后的载波信号中。每个码元（symbol）在调幅中通常只能包含一个比特信息。

调频是一种根据基带信号的频率变化来调制载波信号的技术。在调频过程中，基带信号的频率变化会导致载波信号的频率相应变化。基带信号中的信息被编码为频率变化的模式，从而传输到调制后的载波信号中。类似地，每个码元在调频中通常只能包含一个比特信息。

调相是一种根据基带信号的相位变化来调制载波信号的技术。在调相过程中，基带信号的相位变化会导致载波信号的相位相应变化。基带信号中的信息被编码为相位变化的模式，传输到调制后的载波信号中。同样地，每个码元在调相中通常只能包含一个比特信息。

需要注意的是，上述描述是基于模拟调制技术而言。在数字通信中，通常使用数字调制技术，例如调幅键控（Amplitude Shift Keying, ASK）、频移键控（Frequency Shift Keying, FSK）和相移键控（Phase Shift Keying, PSK）。

这些数字调制技术可以将多个比特信息编码到单个码元中，提高数据传输效率。

（5）混合调制——正交振幅调制（QAM）

这部分，偏通信原理（没有好好学，唉）虽然后面上过，但是…（一言难尽）

5、信道的极限容量

信号（数字信号）会被影响（在传输过程中）

（1）奈氏准则

【奈菲斯特】推导！！！

一个码元携带的比特信息不是越大越好！！！【携带的越多，越容易受干扰】

调制速度 = 码元传输速度

（2）香农公式

信道带宽 = 频道带宽

信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）是用来衡量信号与噪声之间相对强度的指标。它表示信号功率与噪声功率之间的比值。

（3）习题

比特 （bit）

字节（byte）

6、总结（思维导图）