物理层
物理层的基本概念
具体需要考虑的问题为
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物理层考虑的是怎么样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流
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物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，
透明的概念 ————使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么
传输媒体
传输媒体不属于计算机体系结构中的任意一层，如果需要强行归类，只能归为物理层之中
导引型传输媒体
- 双绞线
无屏蔽双绞线UTP电缆 、 屏蔽双绞线STP电缆
绞合的作用
抵御部分来自外界的电磁波干扰
减少相邻电导线的干扰
- 同轴电缆
- 光纤
优点：通信容量大、传输损耗小，远距离传输的时候更加经济、抗雷电和电磁干扰性能好（在大电流脉冲干扰的环境下尤为重要）、无串音干扰、保密性能好、不容易被窃听 、 体积小，重量轻
- 电力线
非导引型传输媒体
- 无线电波
低频和中频，主要利用地球表面（地面波）进行传输
高频和甚高频主要利用地球表面（电离层的反射进行传输）
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微波
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红外线
- 点对点无线传输
- 直线传输，中间不能有障碍物，传输距离短
- 传输速率低
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可见光
透明
[!warning]
上层无需知道下层是怎么操作的，只需要接受其所传输过来的服务即可
物理层协议的主要任务
- 机械特性 ： 指明接口所用接线器的型状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置
- 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
传输方式
串行传输、并行传输
同步传输、异步传输
收发双方时钟同步的方法
外同步 ： 在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线
内同步 ： 发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输（曼彻斯特编码）
异步传输通过 字节之间异步（字节之间时间间隔不固定）
字节中的每个比特仍然要同步
单向通信（单工） ———————————只允许通过一条—————————————————收音机
双向交替通信（半双工 )————————可实现双向通信，但是不能同时传输————对讲机
双向同时通信（全双工）————————通信双方和同时接受和发送信息 ——————电话
编码与调制
码元
在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形
不归零编码
机器如何判断码元的存在
需要一根额外的传输线来传输时钟信号使发送方和接收方同步。
[!warning]
对于计算机网络,宁愿利用这根传输线传输数据信号，而不是传输时钟信号
因此不归零编码存在同步问题，计算机网络中的数据传输，不适用此类编码
归零编码
对于此类信号，每个码元传输完成之后都要进行“归零操作”，不需要单独的时钟信号存在
归零信号称之为“自同步信号”
总结为：自同步，但是编码效率低下。
曼彻斯特编码（传统以太网 ， 速度 10Mb/s）
码元中间时刻的跳变既表示时钟，又表示数据，
向下跳动为1，向上跳动为0
[!warning]
可自行假设跳动为0或者1，
差分曼彻斯特编码(比曼彻斯特编码变化少，更适合较高的传输速率)
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跳变仅仅表示时钟
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码元开始处的电平是否发生变化表示数据。
码元结束处到码元开始处发生跳变表示0
码元结束处到码元开始处不跳变表示1
基本调制方法
但是使用基本调制方法的时候，一个码元只能包含一个比特信息，如何才能使一个码元包含更多的比特？
混合调制
包含三种：频率、相位和振幅
对于频率和相位来说，二者相关，频率是相位随着时间的变化率。所以一次只能调制频率和相位中的一个
对于相位和振幅，二者可以结合组成正交振幅调制QAM
正交调制QAM-16
- 十二种相位
- 每种相位有一~二中振幅可供选择
- 可以调制出16种码元，每种码元可对应4个比特
- 码元与四个比特的对应关系采用格雷码（任意两个相邻码元只有一个比特不同）
信道的极限容量
对于输入信号的波形来说，一个通信质量好的信道能够使失真不严重，且对于输入的波形可以进行识别。
失真的因素
- 码元的传输速率
- 信号的传输距离
- 噪声干扰
- 传输媒体质量
奈式准则
在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率是有上限的
香农公式
通过上述两种公式，在信号带宽一定的情况下，提高信号的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比
输速率是有上限的**
香农公式
通过上述两种公式，在信号带宽一定的情况下，提高信号的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比
