本篇博客是考研期间学习王道课程 传送门 的笔记，以及一整年里对
计算机网络知识点的理解的总结。希望对新一届的计算机考研人提供帮助！！！
关于对 “物理层” 章节知识点总结的十分全面，涵括了《计算机网络》课程里的全部要点（本人来来回回过了三遍视频），其中还陆陆续续补充了许多内容，所以读者可以相信本篇博客对于考研计算机网络 “物理层” 章节知识点的正确性与全面性；但如果还有自主命题的学校，还需额外读者自行再观看对应学校的自主命题材料。
食用说明书：
第一遍学习王道课程时，我的笔记只有标题和截图，后来复习发现看只看图片，并不能很快的了解截图中要重点表达的知识点。
在第二遍复习中，我给每一张截图中 标记了重点，以及 每张图片上方总结了该图片 对应的知识点 以及自己的 思考 。
最后第三遍，查漏补缺。
所以 ，我把目录放在博客的前面，就是希望读者可以结合目录结构去更好的学习知识点，之后冲刺复习阶段脑海里可以浮现出该知识结构，做到对每一个知识点熟稔于心！
请读者放心！目录展示的知识点结构是十分合理的，可以放心使用该结构去记忆学习！
注意(⊙o⊙)！，每张图片上面的文字，都是该图对应的知识点总结，方便读者更快理解图片内容。
《计算机网络》第2章 物理层
【考纲内容】
王道 P44 ~ 77(一) 通信基础
网课耗时：
2.5 h
- 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念；
- 奈奎斯特定理 与 香农定理；
- 编码 与 调制；
- 电路交换、报文交换 与 分组交换；
- 数据报 与 虚电路；
(二) 传输介质
网课耗时：
0.5 h
- 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；
- 物理层接口的特性；
(三) 物理层设备
网课耗时：
0.5 h
- 中继器；
- 集线器；
【复习提示】
本章概念较多，易出 ==选择题，==且涉及一些通信原理，可参考一些相关书籍，通信部分的内容也并非考研重点；
复习时应抓住重点，如：
- 奈奎斯特定理 和 香农定理的应用；
- 编码与调制技术；
- ==数据交换方式：==电路交换、报文交换 与 分组交换技术；
2.1 通信基础
一、物理层具体干什么 ？
在连接各种计算机的传输媒介上 传输数据比特流 ，而不是指 具体的传输媒体 ；
二、物理层的基础工作：确定 接口 的特性 (定义标准) ；
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 规程特性
2.1.1 基础概念
1. 数据通信系统模型
物理层通信的数据变换：
数字信号 - 模拟信号 - (网络) - 模拟信号 - 数字信号；
2. 数据通信相关术语
数据：传输信息的实体；
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的 存在形式 ，包含：
- 数字信号；
- 模拟信号；
3. 设计数据通信系统要考虑的3个问题
① 三种通信方式
② 串行传输 和 并行传输
③ 同步传输 和 异步传输
4. 码元、速率、波特、带宽
码元：指用一个 固定时长 的 信号波形 表示一位k进制数字；
k进制码元、码元宽度
速率：数据传输速率，包含：
- 码元传输速率 (波特率) ；
- 信息传输速率 (比特率) ；
【课上提问】
带宽在 模拟信号系统 与 数字设备 中的概念不一样，注意区别；
小结
2.1.2 奈奎斯特定理和香农定理
1. 失真
信道所能通过的频率范围是 有限的 ；
信号中很多高频分量往往无法通过信道，否则会在传输中衰减，导致接收端无法正确地识别码元，这种现象称为 码间串扰 ；
2. 奈氏准则
码间串扰：传输速率超过上限，接收端无法正确识别码元；
3. 香农定理
噪声 - 信噪比
香农定理：计算信息的数据传输速率上限；
小结
2.1.3 编码与调制
1. 基带信号 与 带宽信号
2. 编码
(1) 数字数据 编码为 数字信号
==① 非归零编码：==高 1、低 0；
缺点：无纠错，难以保持同步。例如发送111111，得到的信号就是一条直线，无法区别；
==② 归零编码：==在每个码元内，信号都要 归零 ；
归零编码在信号发送过程中，大部分情况处于低频，导致信道利用率低下；
==③ 反向不归零编码：==信号电平 翻转 表示0，不变 表示1；
全0 的情况可以识别，全1 的情况无法确定 1 的数量；
④ 曼彻斯特编码
前高后低 表示 1，前低后高 表示 0；
⑤ 差分曼彻斯特编码
⑥ 4B/5B 编码
用5个比特来编码4个比特的数据，来打破一连串的0或1。编码中效率为 80%；
(2) 模拟数据 编码为 数字信号
- 抽样。f采样频率 ≥ 2 × f信号最高频率 ；
- 量化
- 编码
3. 调制
(1) 数字数据 调制为 模拟信号
调幅：1有幅度，0没有幅度；
调频：1高频，0低频；
调相：1某种波形，0某种波形；
(2) 模拟数据 调制为 模拟信号
小结
2.1.4 数据交换方式
1. 电路交换
电路交换的阶段：建立连接 - 通信 - 释放连接；
2. 报文交换
存储转发
3. 分组交换
(1) 分组交换的原理
分组交换的原理和报文交换很像，不过分组交换会 限制所传输的数据单位的长度 ；
(2) 分组交换的优缺点
(3) 数据交换方式的选择
① 数据报方式
② 虚电路方式
小结
各种交换方式的==优缺点，==上面自己找
2.2 物理硬件
2.2.1 传输介质
1. 导向性传输介质
2. 非导向型传输介质
小结
2.2.2 物理层设备
1. 中继器
2. 集线器
2.3 常见问题和易混淆知识点
1. 传输媒体是物理层吗 ？传输媒体和物理层的主要区别是什么 ？
传输媒体并不是物理层；
由于传输媒体在物理层的下面，而物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。
在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么。
也就是说，传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。
但物理层由于规定了电气特性,因此能够识别所传送的比特流。下图描述了上述概念。
2. 什么是基带传输、频带传输和宽带传输 ？三者的区别是什么 ？
在计算机内部或在相邻设备之间近距离传输时，可以不经过调制就在信道上直接进行的传输方式称为基带传输。它通常用于局域网。数字基带传输就是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。最简单的方法是用两个高低电平来表示二进制数字，常用的编码方法有不归零编码和曼彻斯特编码。例如，要传输1010，低电平代表0，高电平代表1，那么在基带传输下，1010需要向通信线路传输(高、低、高、低电平)。
用数字信号对特定频率的载波进行调制（数字调制)，将其变成适合于传送的信号后再进行传输，这种传输方式就是频带传输。远距离传输或无线传输时，数字信号必须用频带传输技术进行传输。利用频带传输，不仅解决了电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，进而提高传输信道的利用率。同样传输1010，经过调制，一个码元对应4个二进制位，假设码元A代表1010，那么在模拟信道上传输码元A就相当于传输了1010，这就是频带传输。
借助频带传输，可将链路容量分解成两个或多个信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。宽带传输中所有的信道能同时互不干扰地发送信号，链路容量大大增加。比如把信道进行频分复用，划分为2条互不相关的子信道，分别在两条子信道上同时进行频带传输,链路容量就大大增加了,这就是宽带传输。
3. 如何理解同步和异步 ？什么是同步通信和异步通信 ？
在计算机网络中，同步(Synchronous）的意思很广泛,没有统卡的定义。例如,协议的三个要素之一就是“同步”。在网络编程中常提到的“同步”则主要指某函数的执行方式，即函数调用者需等待函数执行完后才能进入下一步。异步(Asynchronous）可简单地理解为“非同步”。
在数据通信中，同步通信与异步通信区别较大。
同步通信的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。主要有两种同步方式:一种是全网同步，即用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步:另一种是准同步，即各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。同步通信数据率较高，但实现的代价也较高。
异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的，但接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每个字符开始和结束的地方加上标志，即开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每个字符接收下来。异步通信也可以帧作为发送的单位。这时，帧的首部和尾部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始（即帧定界)。异步通信的通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为标志的开销所占比例较大)。图2.13给出了以字符、帧为单位的异步通信示意图。
4. 奈氏准则和香农定理的主要区别是什么 ？这两个定理对数据通信的意义是什么 ？
奈氏准则指出，码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则接收端就不能正确判定码元所携带的比特是1还是0(因为存在码元之间的相互干扰)。
奈氏准则是在理想条件下推导出来的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值小很多。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
需要注意的是，奈氏准则并未限制信息传输速率（b/s)。要提高信息传输速率，就必须使每个传输的码元能够代表许多比特的信息，这就需要有很好的编码技术。但码元所载的比特数确定后，信道的极限数据率也就确定了。
香农定理给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（单位为H）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了，这个极限是不能突破的。要想提高信息传输速率，要么设法提高传输线路的带宽，要么设法提高所传信道的信噪比，此外没有其他任何办法。
香农定理告诉我们,若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法:要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能)，要么使信号的信噪比无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（显然这也不可能)。注意,奈氏准则和香农定理中“带宽”的单位都是Hz,
5. 信噪比为S/N，为什么还要取对数10log1o(SI/N) ？
1〉数字形式表示，即一般数值。如噪声功率为1，信号功率为100，信噪比为100/1 = 100.
2）以分贝形式表示，同样还是上面这些数字，以分贝形式表示的信噪比为10log1o(S/N)=10log1o100= 20 dB
两者的区别在于，前者(数值）是没有单位的，后者必须加dB，代表分贝。两者数值上等价。采用分贝表示的原因是:很多时候，信号要比噪声强得多，比如信号比噪声强10亿倍，如果用数值表示的话，那么1后面有9个0，很容易丢失一个0。如果用分贝表示，那么仅为90dB,因此要简单得多，而且不容易出错。分贝对于表示特别大或特别小的数值极为有利，这种表示方式在电子通信领域用途很广。
