计算机网络学习笔记——物理层（b站）

物理层

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流

物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

物理层协议的主要任务

①机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸引脚数目和排列、固定和锁定装置。

②电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围

③功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义

④过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

传输媒体：

导引型传输媒体：双绞线（绞合可以抵御部分外界的电磁波干扰；减少相邻导线的电磁干扰）、同轴电缆、光纤、电力线

非导引型传输媒体：无线电波、微波红外线、可见光

ISM频段：即工业、科学和医疗频段，是一组专门为这三个领域开放的无线电频段。这些频段的主要特点是无需使用许可证

传输方式

①串行传输（远距离传输，如计算机网络）

②并行传输（cpu）

①同步传输②异步传输

（同步传输是指发送端和接收端的数据传输速率是严格同步的，每个数据位都有固定的起始和结束信号（如时钟信号），这样可以确保数据的正确接收。）

（异步传输则没有固定的数据位起始和结束信号，每个数据位的发送之间可能有空闲时间，接收端需要根据特定的标志（如起始位、停止位或奇偶校验）来识别数据帧。）

①单向通信（单工）②双向交替通信（半双工）③ 双向同通信（全双工）

编码与调制

码元：代表不同离散数值的基本波形

常用编码

基本调制方法（一个码元表示一个比特信息）

混合调制——正交振幅调制QAM

QAM-16 可以调制出16中码元，每种码元对应表示四个比特

奈氏准则：在假定理想的条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率是有上限的

理想低通信信道的最高码元传输速率 = 2W Baud=2W 码元/秒

理想带通信道的最高码元传输速率（理想条件下 题目说明上下限） = W Baud=W 码元/秒

W:信道带宽（Hz）   Baud：波特（码元/秒）

码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率，一个码元携带n比特信息量时，则波特率=n * 比特率

香农公式：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率

c = W * log2（1+S / N）

c信道的极限信息传输速率（b/s）

W信道带宽（Hz）

S信道内所传信号的平均速率

N信道内的高斯噪声功率

S/N信噪比（dB）  信噪比（dB）=10 * log10（ S / N ）

在信道带宽一定的情况下，根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制(更好的调制方法)和努力提高信道中的信噪比。