物理层
1、通信基础
1.1 基本概念
数据是指传送信息的实体。
信号则是数据的电气的或电磁的表现，是数据传输过程中的存在形式。
码元是指用一个固定长度的信号波形，表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字信号的计量单位。
一个数据通信系统主要可以划分为信源、信道、信宿。
从通信双方信息的交互方式看，可以有三种基本方式：
- 单工通信
- 半双工通信
- 全双工通信
速率、波特和带宽
速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。
- 码元传输速率
- 表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特。
- 信息传输速率
- 又称比特率，表示单位时间内数字通信系统所传输的二进制码元个数，单位是比特/秒
带宽指单位时间内从网络中的某一点到另外一点所能通过的“最高数据率”。单位HZ
1.2 奈奎斯特定理与香农定理
奈奎斯特定理指出在理想低通(没有噪声、带宽有限)的信道中，极限码元传输速率为2W Baud。其中，W是理想低通信道的带宽，单位Hz。若用V表示每个码离散电平的数目，则极限数据率为：
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog2(V) b/s
香农定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限传输速率，当用此速率进行传输时，可以做到不产生误差，香农定理定义为：
信道的极限传输速率 = Wlog2(1+S/N) b/s
其中，W为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率，S/N为信噪比，即信号的平均功率与噪声的平均功率之比。
1.3 编码与调制
1.3.1 数字数据编码为数字信号
- 非归零码
- 非归零码用两个电压来表示两个数字，如用低电平表示0，用高电平表示1，或者相反。
- 曼彻斯特编码
- 曼彻斯特编码将一个码元分为两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示为码元1；码元0正好相反。位中间的跳变既作为时钟信号(可用于同步)，又作为数据信号，以太网所使用的编码方式就是曼彻斯特编码
- 差分曼彻斯特编码
- 差分曼彻斯特编码常用于局域网传输，其规则是：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。
1.3.2 数字数据调制为模拟信号
- 幅移键控(ASK)
- 频移键控(FSK)
- 相移键控(PSK)
- 正交振幅调制(QAM)
1.3.3 模拟数据编码为数字信号
抽样、量化和编码
1.4 电路交换、报文交换与分组交换
1.电路交换
电路交换技术分为三个阶段：连接建立、数据传输、连接释放
优点：
- 通信时延小
- 有序传输
- 没有冲突
- 适用范围广
- 实用性强
- 控制简单
缺点：
- 建立连接时间长
- 线路独占，适用效率低
- 灵活性差
- 难以规格化
2.报文交换
数据交互的单位是报文，报文携带有目标地址、源地址等信息。报文交换在交换结点采用的存储转发的传输方式。
优点：
- 无需建立连接
- 动态分配线路
- 提高线路可靠性
- 提高线路利用率
- 提供多目标服务
缺点：
- 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这个过程，从而引起转发时延
- 报文交换对报文的大小没有限制，这就要求网络结点需要有较大的存储空间
3.分组交换
优点：
- 无建立时延
- 线路利用率高
- 简化了存储管理
- 加速传输
- 减少了出错几率和重发数据量
缺点：
- 存在传输时延
- 需要传输额外的信息量
- 当分组交换采用数据服务时，可能出现失序、丢失或重复分组
1.5 数据报与虚电路
分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可以进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。这两种方式都由网络层提供。
2、传输介质
2.1 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质
2.2 物理层接口的特性
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 规程特性
3、物理层设备
- 中继器
- 集线器