計算機網絡知識點（物理層）
文章目錄
重要內容
物理層的任務。
幾種常用的信道複用技術。
幾種常用的寬帶接入技術，主要是ADSL，FTTx。
2.1 物理層基本概念
物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體。現有的計算機網絡中的硬件設備和傳輸媒體的種類非常繁多，而且通信手段也有許多不同的方式。物理層的作用正是儘可能地屏蔽掉這些傳輸媒體和通信手段的差異，使物理層上面的數據鏈路層感覺不到這些差異，這樣就可以使數據鏈路層只考慮完成本層的協議和服務，而不必考慮網絡的具體傳輸媒體和通信手段是什麼。
物理層的主要任務：確定與傳輸媒體接口的一些特性，完成數據在計算機內部（並行傳輸）與通信線路上（串行傳輸）之間的串並傳輸方式的轉換。
- 機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線的數目和排列、固定的所、鎖定裝置等。
- 電氣特性：指明接口電纜各條線上出現的電壓範圍。
- 功能特性：指明某條線上出現的某條電平的電壓表示何種意義。
- 過程特性：指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序。
2.2 數據通信的基礎知識
源系統（源點，發送器）——通信系統（傳輸線或者網絡）——目的系統（接收器，終點）
常用術語：
- 消息：傳送的信息。
- 數據：消息的實體，即用特定方式表示的信息。
- 信號：數據的電氣或者電磁表現（信號可以分爲兩類：模擬信號和數字信號）。
信道：一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接受信道。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（單工通信）：只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互，例如電視廣播。
- 半雙工通信（雙向交替通信）：通信的雙方都可以發送消息，不允許同時發送或接收。
- 全雙工通信（雙向同時通信）：通信雙方可以同時發送接收消息。
調製：將來自源信號的低頻甚至直流信號進行變換，使得這種低頻直流信號可以便於在信道內傳輸。兩種調製方法：
- 基帶調製：把數字信號轉換爲另一種形式的數字信號，即僅對信號的波形進行變換，可稱之爲編碼調製。
- 帶通調製：使用載波進行調製，將基帶信號的頻率般到高頻段，並將之轉換爲模擬信號。
奈式準則：在任何信道中，碼元的傳輸速率是有上限的，傳輸速率超過此上限就會出現嚴重的碼間串擾，使接收端對碼元的判決成爲不可能。 ，即每個帶寬理想低通信道的最高碼元傳輸率是每秒2個碼元。
信噪比：信號的平均功率和噪聲的平均功率之比，記爲S/N，單位分貝（dB）。 ，如當S/N爲10時信噪比爲10，S/N爲1000時時信噪比爲30。
香農公式：信道極限信息傳輸率 ，W信道帶寬（單位Hz），S信道內所傳信號的平均功率，N爲高斯噪聲功率。香農公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，信息的極限傳輸速率就越高。
香農公式的意義在於只要信息傳輸速率低於信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。除此之外，還有一個提高信息的傳輸速率的方法，就是用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。
2.3 物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體：也稱爲傳輸介質或傳輸媒介，它就是數據傳輸系統中在發送器和接收器之間的物理通路。
- 導引型傳輸媒體：雙絞線，同軸電纜，光纜。
- 非導引型傳輸媒體：地面微波接力通信，衛星通信。
2.4 信道複用技術
複用，即信道共享，通過複用器和分用器進行信號的複用和分用。
2.4.1 頻分複用（FDM）
用戶在分配到一定的頻帶後，在通信過程中自始自終都佔用這個頻帶，所有用戶在同樣的時間佔用不同的寬帶資源。
2.4.2 時分複用（TDM）
將時間劃分爲一段段等長的時分複用幀（TDM幀），每一個時分複用用戶在每一個TDM幀中佔用固定序號的間隙。（信道利用率不高）
2.4.3 統計時分複用（STDM）
改進的時分複用，按需動態分配時隙，而不是固定分配時隙，使得每次傳送的STDM幀中的分組都是滿的。
2.4.4 波分複用（WDM）
光的頻分複用。
2.4.5 碼分複用（CDM）
每個用戶在相同的時間使用相同的頻帶進行通信，但各用戶使用經過挑選的不同碼型，從而使得個用戶之間可以進行獨立的通信。
有個類比非常好：假設我們把通訊系統比作一個廣場上的人要兩兩對話，頻分複用相當於按音色交談（發送方和接收方用相同的音色，比如同時用大象音色、貓音色等等），時分複用相當於特定順序交談，碼分複用相當於用不同語言交談，其他語言的聲音都被看成是噪聲（比如兩人同時用英語或法語或德語等等交談）。
2.5 數字傳輸系統
略
2.6 寬帶接入技術
ADSL技術：非對稱數字用戶線，是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶數字業務。
光纖同軸混合網（HFC網）：目前覆蓋面很廣的有線電視網的基礎上開發的一種居民寬帶接入網，除可傳送電視節目外，還能提供電話、數據和其他寬帶交互型業務。
FTTH：光纖到戶技術。