一、物理层的基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性： → 定义标准。
1、机械特性 定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况
2、电气特性 规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等
3、功能特性 指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途
4、规程特性 （过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系
二、数据通信基础知识
通信的目的是传送消息
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据的电气 / 电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式：
数字信号：代表消息的参数取值是离散的；
模拟信号：代表小时的参数取值是连续的；
信道：信号的传输媒介，一般用来表示向某一方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
（传输信号）模拟信道<传送模拟信号> 数字信道（传送数字信号）；
（传输介质）无线信道 有线信道
三种通信方式 从通信双方信息的交互方式看，可以有三种基本方式：
1、单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道
2、半双工通信：通信的双方都可以发送或接受信息，但任何一方都不能同时发送和接受，需要两条信道
3、全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道
两种数据传输方式：串行传输 ：速度慢、费用低、适合远距离
并行传输 ：速度快、费用高、适合近距离（常用于计算机内部数据传输）
码元：码元 是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲） → 1 码元可以携带多个比特的信息量
速率：指数据的传输速率，可以用码元传输速率 和信息传输速率表示
码元传输速率：它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也称为脉冲个数或信号变化的次数）单位-----波特（Baud） → 1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元 码元速率与进制数无关
1s传输多少个码元
信息传输速率：别名比特率，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是 比特/秒 （b/s）
1s传输多少个比特
关系：若一个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 n*M bit / s
失真：影响失真程度的因素 → 码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量
奈氏准则：在理想低通条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为 2W Baud W 是信道带宽，单位HZ
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2 W log2 V （b / s） → V ----几种码元/码元的离散电平数目
信噪比 = 信号的平均功率 / 噪声的平均功率 记 S / N 并用分贝（dB）作为度量单位
信噪比（dB） = 10 log 10 (S/N) 数值等价
香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值
信道的极限数据传输速率 = W log （1 + S / N） (b/s)
基带信号与宽带信号：
在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式
在传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输方式
编码与调制：
数据 ——————> 数字信号 编码
数据 ——————> 模拟信号 调制
数字数据编码为数字信号：
曼彻斯特编码的记忆方法：1 →折角向左、0→折角向右
差分曼彻斯特编码的记忆方法：同1异0
数字数据调制为模拟信号:
传输介质及分类：
导向性传输介质 电磁波被导向沿着固定媒体
传输介质
非导向性传输介质 自由空间 介质可以是空气、真空、海水等
导向性传输介质：1、双绞线 屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线
双绞线价格便宜，距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减信号；对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形
2、同轴电缆
3、光纤
1、传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2、抗雷电和电磁干扰性能好
3、无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
4、体积小，重量轻
非导向性传输介质：无线电波（信号向所有方向传播）：较强穿透能力，可远传距离，广泛用于通信领域
微波（信号固定方向传播）：卫星通信 地面微波接力通信
红外线、激光（信号固定方向传播）
物理层使用的两大设备：
中继器：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度
集线器（再生，放大信号）：对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，共享式设备