【计算机网络篇】物理层
本文主要介绍计算机网络第二章节的物理层，文中的内容是我认为的重点内容，并非所有。参考的教材是谢希仁老师编著的《计算机网络》第8版。跟学视频课为河南科技大学郑瑞娟老师所讲计网。
文章目录
🎯一.基本概念及公式
🎃基本概念
🎃奈奎斯特定理与香农定理
🎯二.常用编码方式
🎃常用编码方式
🎃基本的带通调制方法
🎯三.传输介质
🎃基本概念
📘传输介质
📘物理层接口的特性
🎯四.物理层设备
🎃中继器
🎃集线器
📘优点
📘缺点
🎯一.基本概念及公式
🎃基本概念
- 信道：向某一个方向传输信息的媒体
- 信号：数据的电磁或电气表现
- 码元：在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
- 编码：把数字信号转变成另一种形式的数字信号。
🎃奈奎斯特定理与香农定理
（1）奈奎斯特公式（无噪声）：C = 2×W×log₂N(bps) / C=B×log₂N(bps)
W为信道带宽，单位为Hz。N为一个码元所取的离散值的个数。
最大数据传输率B=2×W 波特。
（2）香农定理的公式可以表示为： C=Wlog₂(1+S/N)(bps),其中 C 是信，W 是信道的带宽，S 是信号的平均功率，N 是噪声的平均功率，S/N 是信噪比。香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
注意：S/N是信噪比，但通常大家都是使用分贝(dB)作为度量单位。即：
信噪比(dB) = 10 log₁₀(S/N) (dB)
🎯二.常用编码方式
🎃常用编码方式
- 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
- 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
- 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1.但也可以反过来定义。
- 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，位开始边界没有跳变代表1。
🎃基本的带通调制方法
- 调幅（AM）：载波的幅度根据调制信号的变化而变化。
- 调频（FM）：载波的频率根据调制信号的变化而变化。
- 调相（PM）：载波的相位根据调制信号的变化而变化。
🎯三.传输介质
🎃基本概念
📘传输介质
- 传输媒体也称传输介质，就是数据传输系统中连接发方与接方之间的物理通路，是通信中实际传送信息的载体。常用的传输介质分为导向型（双绞线，同轴电缆，光纤）和非导向型（无线传输介质）。
- 双绞线是两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起形成的导体。按屏蔽性可分为屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 和非屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)。绞合度越高的双绞线能够用越高的数据率传送数据。
- 同轴电缆：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。
- 光纤：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。
- 多模光纤：存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
- 单模光纤：只允许一种模式的光在其中传播。
- 非导向型传输介质：无线电波，穿透力强，传输距离长，信号指向性弱，如：手机信号，WIFI。微波通信，频率带宽高，信号指向性强，保密性差，如：卫星通信（卫星作为信号中继器，传播时延较大）。
📘物理层接口的特性
- 机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
- 电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
- 功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
- 过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
🎯四.物理层设备
🎃中继器
中继器（Repeater）是一种工作在物理层的网络设备，它的主要功能是接收来自发送器的信号，然后对信号进行放大或再生，最后将增强后的信号发送到更远的接收器。
- 优点：扩大通信距离、增加节点的最大数目、各个网段可使用不同的通信速率、提高可靠性
- 缺点：增加延时、没有流量控制功能
🎃集线器
集线器（Hub）是一种物理层的网络设备，它的作用是将多个网络设备连接在一起，以便它们能够相互通信。
在本质上集线器就是一个多端口中继器，星型连网拓扑。
集线器连接的设备处于同一个广播域和冲突域。
📘优点
- 使原来属于不同碰撞/冲突域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
- 扩大了局域网覆盖的地理范围。
📘缺点
- 碰撞/冲突域增大了，但总的吞吐量并未提高。
- 如果不同的碰撞/冲突域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。