計算機網路知識點總結（一）-物理層

我只喜歡學習不喜歡你發表於2018-06-09

1.物理層的基本概念

物理層是計算機網路最底層的那部分。作為最底層的那部分，物理層考慮的是怎樣才能在連線各種計算機的傳輸媒體上傳輸資料位元流。因為現在網路硬體裝置和傳輸媒體特別多，所以物理層的作用就是遮蔽這些差異，使其上面的資料鏈路層壓力減輕。

物理層有以下特性：

a.機械特性：指明介面所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等

b.電氣特性：指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的範圍

c.功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義

d.過程特性：指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序
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2.資料通訊

2.1：資料通訊的模型

1.源點：表示產生資料的裝置，也稱為信源。
2.傳送器：通常原點傳送的數字位元流需要在傳送器轉化成模擬訊號才能在網路中傳輸，一般傳送器有調變解調器，調變解調器的調製功能便是將數字訊號轉化為模擬訊號併傳送。
3.接收器：接受傳輸系統中的訊號，並把模擬訊號轉化成數字位元流形式，一般接收器為調變解調器，調變解調器的解調功能便是將模擬訊號轉化成數字訊號。
4.終點：表示接受資料的裝置。
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專業術語速記

訊息：通訊的目的就是傳送訊息，例如文字，圖片，音訊等
資料：運送訊息的實體，例如表面上傳輸的是一張圖片，實則傳輸的是這張圖片的二進位制位元流
模擬訊號：連續的訊號，代表訊息引數取值為連續的

數字訊號：離散的訊號

2.2：通道初識

通道用來表示向某一個方向傳送訊息的媒體。就相當於一個城市到另一個城市的公路，不過比較特殊的是，一條通訊電路一般只有一條傳送通道和接收通道。

通訊互動的方式分為三種：

a.單工通訊：顧名思義，就是隻有一個方向的通訊，要麼只能接受資訊，要麼只能傳送資訊，例如聽廣播的時候，只能選擇去接受，而不能做出反饋
b.半雙工通訊：雖然既能接收訊息，也能傳送資訊。但是在接受資訊的同時，卻不能傳送資訊，反之亦然。一般情況下A方傳送訊息，B方接受資訊，過一段時間，會轉化角色，B放傳送訊息，A方接受資訊。比如對講機講話時，要麼只能聽，要麼只能說。
c.全雙工通訊：即在傳送訊息的時候也能接收訊息。
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基帶訊號與帶通訊號：
基帶訊號就是將數字訊號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然後送到線路上去傳輸，受傳輸距離影響，一般相對較近，可以用來連線印表機等。
寬通訊號則是將基帶訊號進行調製後形成的分頻多工模擬訊號。

就像這個話筒一樣，人原本的聲音好比基帶訊號，衰減小，但是受傳播距離影響，當採用話筒將其裝換成大分貝的聲音後，就會傳播的很遠，通過載波將基帶訊號搬移至較高的通道中傳輸，形成帶通訊號，雖然傳播距離遠，但是衰減的相對較快。

最基本的調製方法有三種：

a.調幅：載波的振幅隨基帶數字訊號而變化    
b.調頻：載波的頻率隨基帶數字訊號而變化
c.調相：載波的初始相位隨基帶數字訊號而變化
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常用的編碼格式:
單極性不歸零碼，單極性歸零碼，雙極性歸零碼，雙極性不歸零碼。
為了傳輸效率和安全，還新增了曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

2.3：奈氏準則和夏農公式

在訊號傳輸的過程中，理想狀態是接受端與傳送端的數字訊號狀態一致，但是，現實生活中訊息的傳送收到多重性因素的影響，例如惡略的天氣，噪音或者認為的干擾，往往會形成一定程度的失真。

奈氏準則（理想狀態）

假定理想狀態下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率具有上限值。使接受端難以分析傳輸的訊號。
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夏農公式（非理想狀態）

夏農用資訊理論的理論推匯出了頻寬受限且有高斯白噪聲干擾的通道的極限、無差錯的資訊傳輸速率。
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通道的極限資訊傳輸速率 C 可表達為：

C = W log2(1+S/N) b/s

W 為通道的頻寬（以 Hz 為單位）；
S 為通道內所傳訊號的平均功率；
N 為通道內部的高斯噪聲功率。  

根據公示可以得出：   
1.通道的頻寬或通道中的訊雜比越大，則資訊的極限傳輸速率就越高
2.只要資訊傳輸速率低於通道的極限資訊傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸
3.若通道頻寬W或訊雜比S/N沒有上限（當然實際通道不可能是這樣的），則通道的極限資訊傳輸速率 C 也就沒有上限
4.實際通道上能夠達到的資訊傳輸速率要比夏農的極限傳輸速率低不少
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3.導向傳輸媒體

電信領域使用的電磁波頻譜:

雙絞線:
最常用的傳輸媒體：將兩根互相絕緣的銅導線並排放在一起，使用規則的方法使之絞合在一起，絞合可以減低導線之間的電磁干擾，模擬傳輸和數字傳輸都會用到雙絞線，通訊距離為幾到十幾公里，距離太長會使用放大器來增大訊號，但是容易產生失真，如果加入中繼器，會對失真訊號進行重整，導線越粗，傳輸距離越遠，為了減小導線之間的電磁干擾，會新增一層遮蔽層，但是成本也會提高。

雙絞線的使用非常廣泛，在通過ADSL撥號上網時，會使用電話公司的網路來在不同的頻段上傳送不同的資訊，通過調變解調器，在低頻段接入電話網，高頻段通過雙絞線連入PC機。

同軸電纜：
同軸電纜由導體銅質芯線、絕緣層、網狀編制的外導體遮蔽層以及塑料外層所組成，抗干擾性極好，隨著有線電視網的普及，同軸電纜的使用也不少見。

光纜： 為了能夠提高資料的傳送速率，由引進了光線技術。光纖是光纖通訊的傳輸媒體，在傳送端有光源，可以採用發光二極體或者半導體鐳射器，它們在電脈衝的作用下產生光脈衝，在接收端利用發光二極體做成光檢測器，在檢測到光脈衝的時候還原出電脈衝。光纖具有良好的傳輸效率，並且低損耗，但是由於光檢測器和和光纖本身成本極高，所以光纖到戶還只是一個理想。

4.非導向傳輸媒體

由於導向傳輸媒體容易受到環境的影響，比如很難高山，洋流之間施工建立導向傳輸裝置。那就需要使用非導向的傳輸媒體。
無線傳輸
無線電微波通訊再資料通訊中佔有重要地位

1.地面微波接力通訊
2.衛星通訊
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5.通道複用技術

圖中A1，B1，C1分別使用一個單獨的通道和A2，B2，C2進行通訊，總共使用三個通道，然而右圖中使用一個複用器將三個信源的訊號合在一起，通過一個通道傳送，到接收端通過分用器將合在一塊的訊號分開傳往對應的接受分端。複用器和分用器的成本不低，但是當輸入端和接收端數量增大時，佔用通道變多時，複用會是網路傳輸成本降低。