2.1、物理層的基本概念
2.2、物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，他就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體課分為兩大類，即導(dǎo)引型傳輸媒體和非導(dǎo)引型傳輸媒體
傳輸媒體不屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的任何一層。如果非要將它添加到體系結(jié)構(gòu)中，那只能將其放置到物理層之下。
導(dǎo)引型傳輸媒體
在導(dǎo)引型傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)引沿著固體媒體傳播。
同軸電纜
雙絞線
光纖
多模光纖
可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱為多模光纖。
單模光纖
若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射。這樣的光纖稱為單模光纖。
電力線
非導(dǎo)引型傳輸媒體
非導(dǎo)引型傳輸媒體是指自由空間。
無線電波
微波
紅外線
可見光
2.3、傳輸方式
串行傳輸和并行傳輸
串行傳輸：
數(shù)據(jù)是一個(gè)比特一個(gè)比特依次發(fā)送的，因此在發(fā)送端與接收端之間，只需要一條數(shù)據(jù)傳輸線路即可
并行傳輸：
一次發(fā)送n個(gè)比特，因此，在發(fā)送端和接收端之間需要有n條傳輸線路
并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是比串行傳輸?shù)乃俣萵倍，但成本高
數(shù)據(jù)在傳輸線路上的傳輸采用是串行傳輸，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸常用并行傳輸
同步傳輸和異步傳輸
同步傳輸：
數(shù)據(jù)塊以穩(wěn)定的比特流的形式傳輸。字節(jié)之間沒有間隔
接收端在每個(gè)比特信號(hào)的中間時(shí)刻進(jìn)行檢測(cè)，以判別接收到的是比特0還是比特1
由于不同設(shè)備的時(shí)鐘頻率存在一定差異，不可能做到完全相同，在傳輸大量數(shù)據(jù)的過程中，所產(chǎn)生的判別時(shí)刻的累計(jì)誤差，會(huì)導(dǎo)致接收端對(duì)比特信號(hào)的判別錯(cuò)位
所以要使收發(fā)雙發(fā)時(shí)鐘保持同步
異步傳輸：
以字節(jié)為獨(dú)立的傳輸單位，字節(jié)之間的時(shí)間間隔不是固定
接收端僅在每個(gè)字節(jié)的起始處對(duì)字節(jié)內(nèi)的比特實(shí)現(xiàn)同步
通常在每個(gè)字節(jié)前后分別加上起始位和結(jié)束位
單向通信（單工）、雙向交替通信（半雙工）和雙向同時(shí)通信（全雙工）
在許多情況下，我們要使用“信道（channel）”這一名詞。信道和電路并不等同。信道一般都是用來表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。
從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三種基本方式：
單向通信：
又稱為單工通信，即只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電以及電視廣播就屬于這種類型
雙向交替通信：
又稱為半雙工通信，即通信的雙方可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也就不能同時(shí)接收）。這種通信方式使一方發(fā)送另一方接收，過一段時(shí)間后可以再反過來
雙向同時(shí)通信：
又稱為全雙工通信，即通信的雙發(fā)可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。
單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時(shí)通信則需要兩條信道（每個(gè)方向各一條）
雙向同時(shí)通信的傳輸效率最高
2.4、編碼與調(diào)制
常用術(shù)語
數(shù)據(jù) (data)—— 運(yùn)送消息的實(shí)體。
信號(hào) (signal)—— 數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。
模擬信號(hào) (analogous signal)—— 代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。
數(shù)字信號(hào) (digital signal)—— 代表消息的參數(shù)的取值是離散的。
碼元 (code)—— 在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。
基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）—— 來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。
基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，常見的是將數(shù)字基帶信號(hào)通過編碼或調(diào)制的方法在相應(yīng)信道進(jìn)行傳輸
傳輸媒體與信道的關(guān)系
信道的幾個(gè)基本概念
信道—— 一般用來表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。
單向通信（單工通信）——只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。
雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。
雙向同時(shí)通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。
嚴(yán)格來說，傳輸媒體不能和信道劃等號(hào)
對(duì)于單工傳輸，傳輸媒體只包含一個(gè)信道，要么是發(fā)送信道，要么是接收信道
對(duì)于半雙工和全雙工，傳輸媒體中要包含兩個(gè)信道，一個(gè)發(fā)送信道，另一個(gè)是接收信道
如果使用信道復(fù)用技術(shù)，一條傳輸媒體還可以包含多個(gè)信道
常用編碼
不歸零編碼
正電平表示比特1/0
負(fù)電平表示比特0/1
中間的虛線是零電平，所謂不歸零編碼，就是指在整個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，電平不會(huì)出現(xiàn)零電平
實(shí)際比特1和比特0的表示要看現(xiàn)實(shí)怎么規(guī)定
這需要發(fā)送方的發(fā)送與接收方的接收做到嚴(yán)格的同步
需要額外一根傳輸線來傳輸時(shí)鐘信號(hào)，使發(fā)送方和接收方同步，接收方按時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)拍來逐個(gè)接收碼元
但是對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，寧愿利用這根傳輸線傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，而不是傳輸時(shí)鐘信號(hào)
由于不歸零編碼存在同步問題，因此計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸不采用這類編碼！
歸零編碼
歸零編碼雖然自同步，但編碼效率低
曼徹斯特編碼
在每個(gè)碼元時(shí)間的中間時(shí)刻，信號(hào)都會(huì)發(fā)生跳變
負(fù)跳變表示比特1/0
正跳變表示比特0/1
碼元中間時(shí)刻的跳變即表示時(shí)鐘，又表示數(shù)據(jù)
實(shí)際比特1和比特0的表示要看現(xiàn)實(shí)怎么規(guī)定
傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用的就是曼切斯特編碼
差分曼徹斯特編碼
在每個(gè)碼元時(shí)間的中間時(shí)刻，信號(hào)都會(huì)發(fā)送跳變，但與曼徹斯特不同
跳變僅表示時(shí)鐘
碼元開始處電平是否變換表示數(shù)據(jù)
*? 變化表示比特1/0? ? ? ? *? 不變化表示比特0/1
實(shí)際比特1和比特0的表示要看現(xiàn)實(shí)怎么規(guī)定
比曼徹斯特編碼變化少，更適合較高的傳輸速率
總結(jié)
調(diào)制
數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在模擬信道中傳輸，例如WiFi，采用補(bǔ)碼鍵控CCK/直接序列擴(kuò)頻DSSS/正交頻分復(fù)用OFDM等調(diào)制方式。
模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一種模擬信號(hào)，在模擬信道中傳輸，例如，語音數(shù)據(jù)加載到模擬的載波信號(hào)中傳輸。頻分復(fù)用FDM技術(shù)，充分利用帶寬資源。
基本調(diào)制方法
調(diào)幅AM：所調(diào)制的信號(hào)由兩種不同振幅的基本波形構(gòu)成。每個(gè)基本波形只能表示1比特信息量。
調(diào)頻FM：所調(diào)制的信號(hào)由兩種不同頻率的基本波形構(gòu)成。每個(gè)基本波形只能表示1比特信息量。
調(diào)相PM：所調(diào)制的信號(hào)由兩種不同初相位的基本波形構(gòu)成。每個(gè)基本波形只能表示1比特信息量。
但是使用基本調(diào)制方法，1個(gè)碼元只能包含1個(gè)比特信息
混合調(diào)制
上圖碼元所對(duì)應(yīng)的4個(gè)比特是錯(cuò)誤的，碼元不能隨便對(duì)應(yīng)4個(gè)比特
碼元
在使用時(shí)間域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。
2.5、信道的極限容量
任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。
碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，或傳輸媒體質(zhì)量越差，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。
失真的原因：
碼元傳輸?shù)乃俾试礁?/p>
信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)
噪聲干擾越大
傳輸媒體質(zhì)量越差
奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式對(duì)比：
補(bǔ)充：信道復(fù)用技術(shù)
本節(jié)內(nèi)容視頻未講到，是《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第7版）謝希仁》物理層的內(nèi)容
頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用
復(fù)用 (multiplexing) 是通信技術(shù)中的基本概念。
它允許用戶使用一個(gè)共享信道進(jìn)行通信，降低成本，提高利用率。
頻分復(fù)用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
將整個(gè)帶寬分為多份，用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。
頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。
時(shí)分復(fù)用TDM (Time Division Multiplexing)
時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。
每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長(zhǎng)度）的。
TDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous) 信號(hào)。
時(shí)分復(fù)用的所有用戶在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。
時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)
使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分配到的子信道的利用率一般是不高的。
統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM (Statistic TDM)
波分復(fù)用
波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)
碼分復(fù)用
碼分復(fù)用 CDM (Code Division Multiplexing)
常用的名詞是碼分多址CDMA (Code Division Multiple Access)。
各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。
這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。
