目录
1 物理层概念
1.1 物理层基本概念
1.定义
2.主要任务
3.特性
1.2 数据通信基础
1.典型模型
2.相关术语
3.三种通信方式
4.数据传输方式
1.3 物理层内容
1.码元
2.速率
3.带宽
1.4 奈氏准则与香农定理
1.失真
2.码间串扰
3.奈氏准则
4.香农定理
1.5 编码与调制
1.基带信号与宽带信号
2.编码与调制
3.数字数据编码为数字信号
4.数字数据调制为模拟信号
5.模拟数据编码为数字信号
6.模拟数据调制为模拟信号
2 物理层传输介质
2.1 传输介质及分类
1.传输介质
2.分类
3 物理层设备
3.1 中继器
1.需求
2.功能
3.规定
4.5-4-3规则
3.2 集线器
1.功能
2.要求
1 物理层概念
1.1 物理层基本概念
1.定义
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，
2.主要任务
确认与传输媒体接口有关的一些特性
3.特性
机械特性：规定物理连接时采用的规格等
电气特性：规定二进制数据传输时，线路上信号电压范围等
功能特性：线路上电平含义
规程特性：物理线路工作规程和时序的关系
1.2 数据通信基础
1.典型模型
2.相关术语
数据：传送信息都实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据在传输过程的存在形式，数据的电气/电磁的表现
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据的重点
信道：信号的传输媒介
3.三种通信方式
单工通信：只有一个方向的通信，需要一条信道
半双工通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，需要两条信道。
4.数据传输方式
串行传输：速度慢，费用低，适合远距离
并行传输：速度快，适合短距离
1.3 物理层内容
1.码元
码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2)，此时码元为M进制码元。
1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表o状态，另一种代表1状态。
2.速率
速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。
1）码元传输速率：别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，单位是波特（Baud)。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关。
2）信息传输速率：别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数)，单位是比特/秒（b/s） 。
关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。
3.带宽
表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。
1.4 奈氏准则与香农定理
1.失真
影响失真成都因素：码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量
2.码间串扰
信道带宽：信道能通过对最高频率和最低频率之差
码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。
3.奈氏准则
在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽,单位是Hz。
混淆项：理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog_2V（b/s）
·在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。
·信道的频带越宽（即能通过的信号高频分量越多)，就可以用更高的速率进行码元的有效传输。
4.香农定理
信噪比 = 信号的平均功率 / 噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝(dB）作为度量单位，即 10log_10(S/N)。
香农定理规定了在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率上限值
·信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
·对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
·只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。
1.5 编码与调制
1.基带信号与宽带信号
基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输)
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输)。把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道)。
2.编码与调制
编码：数据转换为数字信号
调制：数据转换为模拟信号
3.数字数据编码为数字信号
·非归零编码（NRZ）：编码容易实现，但没有检错功能，且无法判断一个码元的开始和结束，以至于收发双方难以保持同步。
·曼彻斯特编码：将一个码元分成两个相等的间隔,前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1;码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。数据传输速率只有调制速率的一半。
·差分曼彻斯特编码：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码。
·归零编码：信号电平在一个码元之内都要恢复到零
·反向不归零编码：信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1
4.数字数据调制为模拟信号
5.模拟数据编码为数字信号
采样：将时间连续信号变为时间离散信号。要求使用香农采样定理
量化：将电平幅值转换为对应的数字值
编码：将量化结果转换为二进制编码
6.模拟数据调制为模拟信号
频分复用技术，提升信号频率
2 物理层传输介质
2.1 传输介质及分类
1.传输介质
传输介质也称传输媒体，就是数据传输系统中发送设备和接收设备之间的物理通路。
2.分类
导向性：双绞线（屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线），同轴电缆，光纤（传递光脉冲，带宽较大。包括单模与多模光纤）
非导向性：无线电波（信号向所有方向传播，穿透能力强，可远距离传播）、微波（固定方向传播，通信频率高，频段范围宽）、红外线、激光（固定方向传播，将传输信号转换为信号格式后传播）
3 物理层设备
3.1 中继器
1.需求
由于信号存在失真问题，需要对信号进行再生和还原，对衰减信号进行放大，以增加信号传输距离，延长网络长度。
2.功能
对信号进行再生和还原
3.规定
两端的网络部分是网段，适用于完全相同的两类网络互连
中继器只传输数据，不检查数据
两端的网段是同一个协议
4.5-4-3规则
3.2 集线器
1.功能
对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外}处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。
2.要求
集线器不能分割冲突域；连在集线器上的工作主机会平分带宽
