知識點 - 物理層
目錄
2.1 數據通信的理論基礎
主要功能：透明的比特流傳輸
物理層的基本概念：
1）機械特性約束：
指明接口所用接線器的形狀，性質，尺寸，引線數目排列，固定和鎖定裝置等待，比如無論什麼材質的網線都是用的水晶頭.eg:RJ45
2）電氣特性約束：
約定電壓範圍
3）功能特性：
指明某種電壓表示的意義，比如什麼範圍的電壓代表高電頻，與電氣特性有一種相互對照關係
4）規程特性：
指明對於不同功能的格子可能事件出現順序，比如報文的小組劃分，組裝的順序。類似於協議
物理層上數據的傳輸：信號（數據的電氣或電磁表現）
分爲：模擬信號，數字信號（存在碼元概念）
信號在信道/傳輸介質上傳輸：
信號在傳輸的過程中，可以看成由很多不同頻率的分量組成，高頻分量的不等量衰減，接受方受到的信號是衰減和變形的。
從0~fc這一頻段，振幅咋傳輸的過程中不會明顯衰減，fc成爲截止頻率。（赫茲）
物理帶寬
數子帶寬：單位時間內流經的信息總量。
奈奎斯特定理（理想信道的最大傳輸速率）
B爲物理帶寬。
任意一個信號通過一個物理帶寬爲B的低通濾波器，只要進行每秒2B次的採陽就可以完全重構出被濾掉的信號
香農定理（噪聲信道）
很多情況下，噪聲是用分貝（dB）表示。
這說明，在物理帶寬一定的情況下只能提高信噪比來總價數子帶寬（最大傳輸率）。
2.2 有導向的傳輸介質
1）導引型傳輸媒體（有實物）
雙絞線：電信號，四根銅線，兩兩絞合在一起（物理方法降低通電銅線間的相互干擾）
同軸電纜：電信號，良好的抗干擾特性（絕緣保護層，外導體屏蔽層）
光纜：光信號，利用光的反射傳輸信號（通過在光纖纖芯外面塗一層低折射的媒體，降低光的折射）
2）非引導型傳輸媒體（比如無線傳輸）
短波通信，微波通信
同軸電纜：
基帶同軸電纜：50耦，用於數字傳輸
寬帶同軸電纜：75耦，用於模擬傳輸
單模光纖：
多模光纖：
光纖斷了怎麼辦？
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光纖連接器
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機械拼接
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融合
2.3 複用技術
信道複用技術規則：
1）頻分複用技術（FDM）：在幹線的起點，信道的頻譜被分成若干段（子帶）。每個用戶佔據一段來傳輸自己的信號。到了幹線的終點，每個子帶被單獨的分離出來給各個用戶。
正交FDM（OFDM）：
波分多路複用（WDM）：
密集波分多路複用（DWDM）：
2）時分複用技術（TDM）：所有用戶在不同時間佔用同樣的帶寬頻率（四秒爲一個時間段，我佔第一秒）（人一多網速變慢原理：四個人，四秒爲一個時間段，你佔四分之一，8個人，8秒爲一個時間段，你佔8分之一）（現用技術，2018年）
缺點：每個時間段可能有空餘，存在浪費
3）統計時分複用技術：不固定分配時間段，而是按需動態分配
缺點：因爲是動態的，所以得加頭信息（用戶地址信息），存在運算加頭時間開銷
以上針對電信號
4）波分複用技術（光譜，不同光譜的光射到不同材質上反射角是不一樣的）
實質：就是光的「頻分複用」
5）碼分複用技術：各用戶使用經過挑選的不同碼型，因此不會造成干擾
每一個比特時間劃分爲m個短的間隔，叫做碼片。（CDMA）
發1：發自己的m比特的碼片（發m個比特）
發0：發送自己m比特碼片的反碼（也是m個比特）
碼片序列：-1表示0，1表示1
TDM：許多人按照順序交談
FDM：不同的人按照不同的語調同時交談
CDMA：沒對交談者使用不同的語言交談
2.4 調製技術
基帶傳輸，通帶傳輸
1）基帶調製：僅對基帶波形進行變換。
此調製過程：編碼
不歸零編碼（NRZ）：直接1高，0低電頻
歸零編碼（NRZI）：向上凸1，向下凹0（USB中採用）
曼徹斯特編碼：下降代表1（1->0),上升代表0（0->1)【解決了連續0和連續1的問題，10Base中使用】
差分曼徹斯特編碼：每個電頻的開始沒有波動代表1，有波動代表0
4B/5B編碼：
以上僅對基帶波形進行變換
2）帶通調製
數字信號變成模擬信號：帶通調製
帶通調製方法：
調幅：0無波動，1有波動
調頻：0頻率較小，1波動較大
調相：0->1特定波動(上尖波），1->0另外一個特定波動（下尖波）
QAM-16
QAM-64(正交振幅調製，允許64個不同的信號組合，即64個信號級別，每個碼元可傳輸6bits)
碼元：承載信息量的基本信號單位。
數子通信中常用時間間隔相同的符號來表示一個二進制數字這就是二進制碼元
使用時間域（時域）的波形表示數字信號時，不同離散值的基本波形叫做碼元，1秒中內能夠發送的碼元個數爲波特率（碼率：每秒鐘信號變化的次數）。
波特率：符號率，採樣率
比特率：位傳輸率、數據傳輸速率、數子帶寬
格子架編碼調製（TCM）：爲了降低高速調製的錯誤，每個樣本中採用一些額外的位作爲糾錯剩俠的位才用來傳輸數據。
2.5 公共交換電話網絡（PSTN）
PSTN是傳遞人類的語音，而計算機網絡的目標是傳輸數據。
本地迴路：模擬線路，通常3類雙絞線，鏈接端局和千家或業務部門
幹線：數子光纖，鏈接交換局
交換局：（包括端局）話音接駁幹線的場所
2.5.1 本地迴路：
在本地迴路上，引入一個正弦波來承載和傳輸信號（調製）
調制解調器：一般的，我們的計算機接上一個調制解調器之後在連接上PSTN
2.5.3 交換
電路交換：連接，發送，拆除
包交換（分組交換）
數據通信系統：
源系統：
1）源點：源點設備產生的要傳輸的數據（pc機等終端）
2）發送器：將01比特流轉換成相應的物理信號（調製器）
傳輸系統：
1）接收器：接收物理信號，轉換成我們的01比特流（解調器）
2）終點：從接收器獲取01比特流，解析成對應的信息
目的系統：
有關信道的基本概念：
1）單項通信（單工通信）：只能發送或只能接收(戴耳機聽歌）
2）雙向交替通信（半雙工通信）：通信雙方都可以發送，但不能同時發送或者接收（對講機）
3）雙向同時通信（全雙工通信）：通信雙方可以同時發送和接收信息
4）基帶信號：將01數字信號直接用兩種不同電壓表示，然後到線路上傳輸
5）寬帶信號：將基帶信號進行調製形成的模擬信號