第二章：物理层

物理层考虑的是怎样才能在连接各台计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是传输具体的传输媒体。

2.1 通信基础

2.1.1 基本概念（掌握）

1. 数据：①模拟数据；②数字数据。

2. 信号：是数据的电气或电磁表现。

3. 码元：用固定时长的波形（脉冲）表示一个数。比如，用0和1表示二进制。

4. 信源：产生和发送数据的源头。

5. 信道：传输信号的介质。

   1. 按传输信号的的形式分类：①模拟信道、②数字信道。

   2. 按通信双方交互方式分类：①单向通信、②半双工通信（双方不可同时）、③全双工通信（双方可同时）

6. 信宿：接收信号的终点。

7. 速率：数据传输的速度。有两种表示

   1. 波特率：码元传输速率，单位时间内脉冲个数，单位Baud。

   2. 信息速率：单位时间内传输的二进制码元个数，单位b/s。

8. 带宽：通信线路所传输数据的能力。

2.1.2 奈奎斯特定理与香浓定理

不知道考不考，先知道它是干啥的就行，公式先不记了！

1. 奈奎斯特定理用来干什么的？

   —计算理想低通信道下最大数据传输速率的（不考虑噪声等干扰）。

2. 香浓定理是用来干什么的？

   —计算信道的最大数据传输速率（考虑噪声干扰）

2.1.3 编码与调制（了解）

编码：把数据变成数字信号的过程（在MySQL中，把字符映射成二进制数据的过程叫编码；将二进制数据映射到字符的过程称为解码）。 调制：把数据变成模拟信号的过程。

• 数字数据编码为数字信号

  • 归零编码

  • 非归零编码

  • 反向归零编码

  • 曼彻斯特编码

  • 查分曼彻斯特编码

  • 4B/5B编码

• 数字数据调制为模拟信号（数模转换）

  • 幅移键控（ASK）

  • 频移键控（FSK）

  • 相移键控（PSK）

  • 正交振幅调制（QAM）

• 模拟数据编码为数字信号（模数转换）

  • 对音频信号的：迈码调制（PCM）

• 模拟数据调制为模拟信号

  电话机、本地局交换机采用模拟信号传输模拟数据的编码方式。

2.1.4 电路交换、报文交换和分组交换（掌握）

• 电路交换

  电路交换的三个阶段：连接建立、数据传输、连接释放

  • 建立连接：两个结点建立一条专用路线，该路径中间可能经过许多中间结点。

  • 数据传输：数据传输的过程中，始终占着这条线，其他人不能用，霸道总裁。

  • 连接释放：用完了，你们其他人可以用了。

  电路交换的优点：

  • 通信时延小

  • 有序传输

  • 没有冲突

  • 使用范围广

  • 实时性强

  • 控制简单

  电路交换的缺点：

  • 建立连接时间长

  • 线路独占

  • 灵活性差

  • 难以规格化

• 报文交换

  数据交换的单位是报文，什么是报文？报文交换比方成发电报，我既要知道发给谁，也要让收电报的人知道谁发的。所以报文就是，在数据中加入目标地址、源地址等信息。报文交换采用的是存储-转发的传输方式。

  报文交换的优点：

  • 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

  报文交换的缺点：

  • 经历储存-转发过程会产生时延

  • 对报文大小没有要求，要求网络结点需要有较大的缓存空间

• 分组交换

  采用存储-转发的方式，解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传输的数据块大小上限，把大数据划分成合理的小数据块，在加上必要的控制信息构成分组（PACKET）。

  分组交换的优点：

  • 无建立时延

  • 线路利用率高

  • 简化了存储管理（相对于报文交换简化了对缓冲区的管理）

  • 加速传输

  • 减少出错和重发数据量

  分组交换的缺点：

  • 存在传输时延

  • 需要传输额外的信息量（每个数据块都要加上源地址等）

  • 采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失、或重复分组，分组到达目的地时要按照编号排序，因此很麻烦；采用虚电路服务，虽无失序问题，但有建立、数据传输、虚电路释放三个阶段。

2.1.5 数据报与虚电路

数据报和虚电路方式是分组交换的两种方式，由网络层提供。

数据报（无连接）：简单来说就是，发送报文时，先把报文拆分成若干个带序号的数据单元，并在网络层加上目标地址等控制信息，找到最佳路由之后尽快转发每个分组。不同的分组可以走不同的路径，也可以按找不同的顺序到达目的地。（条条大路通罗马，到了再排队）。

虚电报（面向连接）：数据方式和电路交换方式结合起来。

数据报和虚电路服务的比较

2.2 传输介质

2.2.1 双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质

光纤 > 同轴电缆 > 双绞线

2.2..2 物理层接口的特性

物理层考虑的是如何在连接到各种计算机的传输介质上传输数据比特流，而不是指具体的媒体。

物理层的主要特性：

1. 机械特性：接口的形状等

2. 电气特性：电压范围

3. 功能特性：某一电平的电压表示何种意义

4. 过程特性：规程特性。指明对于不同功能的各种可能事件出现的顺序（了解就行）。

2.3 物理层设备

2.3.1 中继器

中继器是用来扩大网络规模的设备，功能是将信号整形放大再转发，以消除信号经过一段时间而产生的衰减。中继器不能连接两个不同速率的局域网。

2.3.2 集线器

集线器的实质就是一个多端口的中继器。

2.4 小结

掌握物理层是干什么的（注意：传输媒体是物理层底下的），掌握基本概念和三种传输方式。