【计算机网络】第二章·物理层重点知识总结，超硬核复习好物，考前必看干货！！！

👑第二章 物理层

🌟1基本概念：

用于物理层的协议也常称为物理层规程

功能： 协调在物理媒体中传送比特流所需要的各种功能

可将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：

机械特性（ 跟颜色无关） 电气特性 功能特性 过程特性（ 也称规程特性）

🌟2、数据通信系统的模型：

数据通信系统 可划分为三大部分 源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络) 和 目的系统（或接收端、接收方）

源系统一般包括 源点（源站或信源） 发送器

目的系统一般包括 接收器 终点（又称 目的站或信宿）

通信的目的是传送消息

数据是运送消息的实体

信号则是数据的电气或电磁的表现

信号可分为两大类：

模拟信号或连续信号（代表消息的参数的取值是连续的）

数字信号或离散信号（代表消息的参数的取值是离散的）

在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元

码元：一种波形，用波形表示数字信号

码元速率：码元每秒、波特、Baud

若x为码元状态或码元离散值数量，则log2X表示1个码元能携带的比特数；

离散值总数可以用 相位 x 振幅 来计算。

比特率（信息传输速率）= 波特率*log2X]

信息传输速率（比特率）是每秒传输的比特数，而波特率是每秒传输的码元数

🌟3、有关信道的基本概念：

信道相关的概念（单工、半双工、全双工）:

1 单向通信（又称 单工通信）：即只能有一个方向上的通信而没有反方向上的交互 【无线电广播或有线电广播以及电视广播 就属于该类型】

2双向交替通信（又称 半双工通信）：即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（也不能双方同时接收，即一方发送一方接收 可以反过来）

3双向同时通信（又称 全双工通信）：即通信的双方可以同时发送和接收【传输效率最高】

单向通信只需要一条信道，而双向交替通信、双向同时通信都需要两条信道（每个方向各一条）

调制两大类：基带调制（或编码） 带通调制【使用载波进行调制】

带通调制：将数字信号转换成模拟信号（调幅、调频、调相）

编码：将数据信号转换成数字信号

曼彻斯特编码【10BASE-T】：位周期中心的向上跳变代表0（bit中间有信号低->高跳变为0），反之为1；

差分曼彻斯特编码：位开始边界 有跳变代表0，没有跳变代表1（0取反，1不变）

🌟4、信道极限容量：

两个公式：

奈氏准则：在带宽为W（Hz）的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W（码元/秒）。超过此上限，出现严重码间串扰。

理想低通信道的极限码元传输速率 = 2W Baud

（Baud是波特，码元传输速率的单位，波特率是每秒传输的码元数）

香农公式：香农公式指出 信道的极限信息传输速率C是：

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

有噪声的信道【信噪比S/N 以dB为单位】

信噪比（dB) = 10 log10(S/N)(dB)

香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

🌟5、传输媒体：

传输媒体(传输介质或传输媒介）：数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路

传输媒体两大类：导引型传输媒体（1.双绞线 2.同轴电缆 3.光缆）在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播

非导引型传输媒体 指自由空间，在非导引型传输媒体中电磁波的传输常被称为无线传输

🌟6、信道复用技术：

信道复用技术：

频分复用FDM:频分复用的各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源//此“带宽”为频率带宽，不是数据发送速率

时分复用TDM：时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度

以上两种复用方法是最基本的复用，技术比较成熟，但不够灵活。时分复用更利于数字信号传输。这两种技术可以让多个用户共享信道资源。

波分复用WDM：光的频分复用

码分复用CDM：每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现

向量S表示站S的码片向量，T表示其他任何站的码片向量，两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积都是0：

S*T=1𝑚∗𝒊=𝟏𝒎𝑺𝒊𝑻𝒊

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1：S*S=1

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 -1

规格化内积是1，站发送比特1

规格化内积是 -1，站发送比特 -1

规格化内积是0，站发送比特0

🌟7、数字传输系统：

数字传输系统中的PCM（脉冲编码调制）是一种广泛使用的技术，用于将模拟信号转换为数字信号以便于数字传输。PCM过程主要包括采样、量化和编码三个步骤：

采样：

• 采样是PCM过程中的第一步，目的是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

量化：

• 采样后的信号仍然是模拟的，因此需要进行量化，将其转换为离散的数字值。

编码：

• 量化后的数字值需要进行编码，以转换为适合数字传输的格式。

在数字传输系统中，PCM信号通常通过T1或E1等接口进行传输。

• T1：T1线路是北美和日本广泛使用的数字通信标准

E1：E1是欧洲的数字通信标准

🌟8、宽带接入技术：

ADSL技术、光纤同轴混合网（HFC网）、FTTx技术

用户到互联网的宽带接入方法有非对称数字用户线ADSL（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）、光纤同轴混合网HFC（在有线电视网的基础上开发的）和FTTx（即光纤到户）

ADSL：

特点

1上行和下行带宽做成不对称的。

2ADSL 在用户线的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。

3我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术

DMT 技术

DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249个子信道用于下行信道。

每个子信道占据 4 kHz 带宽,并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据

ADSL的接入网由三大部分组成：数字用户线接入复用器DSLAM、用户线、用户家中设施

ADSL调制调解器又称接入端接单元ATU(成对使用），把在电话端局（或远端站）和用户家中所用的ADSL调制调解器分别记为 ATU-C（C代表端局）和ATU-R(R代表远端）

用户电话通过电话分离器PS和ATU-R连在一起，电话端局也通过一个电话分离器PS和ATU-C连在一起，这两个电话分离器经用户线相连。

HFC：

HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。

HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造

特点：

(1) HFC网的主干线路采用光纤

HFC 网将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。

在模拟光纤中采用光的振幅调制 AM，这比使用数字光纤更为经济。

模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN (Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆

(2) HFC 网采用结点体系结构

（3) HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能

（4）每个家庭要安装一个接口盒

HFC 网的最大优点：

具有很宽的频带

能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网

FTTx：

FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思

FTTH：光纤到户

FTTC：光纤到路边

FTTB：光纤到大楼

为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络 PON。无源光网络无需配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。

最流行的无源光网络是 以太网无源光网络EPON和吉比特无源光网络GPON。