本笔记来源于博主上课所记笔记整理，可能不全，欢迎大家批评指正，如果觉得有用记得点个赞，给博主点个关注...该笔记将会持续更新...整理不易，希望大家多多点赞。第三章 数据链路层第二章 物理层2.1物理层的基本概念 物理层要解决的主要问题：怎样能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流
物理层协议的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性
机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
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
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
数据在计算机内部多采用并行传输方式；而数据在通信线路上多采用串行传输方式。 物理层必须要完成传输方式的转换工作 2.2 数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统的模型2.2.1.1数据通信系统可划分为三个部分2.2.1.2通信系统中的几个常用术语 消息（message）：通信的目的就是传送信息
数据（data）：运送消息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号（signal）：数据的电气或电磁的表现
码元（code）：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同的离散数值的基本波形
信道：是传送信息的物理性通道，一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
2.2.2有关信道的几个概念2.2.2.1按照信息交互的方式，分为三类： 单向通信：又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
双向交替通信：又称为半双工通信，即通信的双方都能发送信息，但不能双方同时发送信息（当然也不能同时接收）
双向同时通信：又称为全双工通信，即通信的双方都能同时的发送信息和接收信息 2.2.2.2基带信号2.2.2.3带通信号2.2.2.4两类调制2.2.2.5数字信号的常用编码方式 不归零制
正电平代表1，负电平代表0
归零制
正脉冲代表1，负脉冲代表0
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
信号频率
自同步能力:
2.2.2.6基本的带通调制方法 调幅（AM）:载波的振幅随基带数字信号而变化
调频（FM）:载波的频率随基带数字信号而变化
调相（PM）:载波的初始相位随基带数字信号而变化 2.2.3信道的极限容量2.2.3.1信道能够通过的频率范围 具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。
信号中的许多高频分量往往不能通过信道
1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。
给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题
奈氏准则:码元传输的最高速率 = 2WV (码元/秒)
在带宽为 W(Hz)的低通信道中，若不考虑噪声影响，码元传输的最高速率是 2W(码元/秒)
传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。 2.2.3.2信噪比 噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。
由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。
噪声会使接收端对码元的判决发生错误，例如把1判为0或0判为1口噪声对通信的影响是相对的，如果信号强度很大，那么噪声影响就会相对很小。
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记作S/N，并用分贝(dB)作为度量单位。 信噪比(dB) = 10 log10(S/N ) (dB) 2.2.3.3香农理论2.2.3.4提高信息传输速率的方式其本质就是用编码的方式使一个码元携带更多的比特信息 提升码元的传输速率
提升信噪比
使用更有效的信息编码算法
2.2.3.5奈氏准则和香农公式的意义不同2.3物理层下面的传输媒体传输媒体又称为传输媒介或传输介质，它就是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路传输媒体可分为两大类2.3.1导引型传输媒体2.3.1.1双绞线2.3.1.2同轴电缆同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编制的外导体屏蔽层以及绝缘保护套所组成。2.3.1.3光缆是光纤通信的传输媒介，通过光脉冲来进行通信、传输宽带远大于其他传输媒体。光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信的。1.单模光纤和多模光纤2.光纤通信的优点3.光缆4.架空明线 安装简单、但通信质量差、受气候影响较大 2.3.2非导引型传输媒体利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信无线传输所使用的频段很广：LF~THF（30kHz~3000GHz）2.3.2.1.无线电微波通信 微波的频率范围：300MHz~300GHz(波长1m~1mm)，主要使用：2~40GHz
在空间主要是直线传播
基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射，从多条路径、按不同时间等到达接收方。
多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真，这就是多径效应
误码率(即比特错误率)不能大于可容许的范围
对于给定的调制方式和数据率，信噪比越大，误码率就越低。
对于同样的信噪比，具有更高数据率的调制技术的误码率也更高。
如果用户在进行通信时不断改变自己的地理位置，就会引起无线信道特性的改变，因而信噪比和误码率都会发生变化。 2.3.2.2.远距离微波通信：微波接力中继站把前一站的信号放大后再发送到下一站2.3.2.3.卫星通信通信卫星实际上是一个微波接力站，用于两个或多个地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来2.3.2.4.无线局域网使用的ISM频段2.3.2.5.红外线红外线传输不能超过视线范围，距离短。2.3.2.6.光波频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波 提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。
激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。
激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳热量使气流上升也会造成激光束产生偏差 2.4信道复用技术2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用复用是通信技术中的基本概念2.4.1.1频分复用FDM FDM：Frequency Division Multiplexing
最基本
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带
所有用户在同样时间占用不同的带宽（即频带）资源 2.4.1.2时分复用TDM TDM：Time Division Multiplexing
时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）
TDM信号也称为等时（isochronous）信号
所有用户在不同时间占用相同的频带宽度 2.4.1.3频分多址和时分多址1.频分多址2.时分多址复用器和分用器成对的使用。时分复用会导致信道利用率不高。2.4.1.4统计时分复用STDM统计时分复用STDM(Statistic TDM) STDM是对TDM的改进，它能够明显的提高信道的利用率
STDM又称为异步时分复用，TDM则称为同步时分复用
使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器 2.4.2波分复用WDM 光复用器：在波分复用中又称为合波器
光分用器：在波分复用中又称为分波器 2.4.3码分复用CDM（Code Division Multiplexing）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
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰
当码分复用CDM信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址CDMA
1.码分多址CDMA工作原理 每一个比特时间划分为m个短的间隔，就成为码片（chip）
为每个站指派一个唯一的m bit码片序列
码片序列实现了扩频
要发送信息的数据库率=b bit/s ，实际发送的数据率 = mb bit/s ，同时，所占用的频带宽度也提高到原来的m倍
扩频通常由两类
2.码分多址CDMA的重要特点2.5数字传输系统2.5.1.早期数字传输系统存在着许多缺点2.5.2.SONET2.5.3.SDH2.5.4.SONET/SDH 标准的意义 定义了标准光信号，规定了波长为 1310 nm 和1550nm的激光源。
在物理层定义了帧结构。
使北美、日本和欧洲这三个地区三种不同的数字传输体制在 STM-1 等级上获得了统一。
已成为公认的新一代理想的传输网体制
SDH标准也适合于微波和卫星传输的技术体制 2.6宽带接入技术宽带：标准在不断提高从宽带接入媒体来看，划分为2类： 有线宽带接入
无线宽带接入 2.6.1 非对称数字用户线ADSL2.6.1.1.ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) DSL 是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写，A是非对称（Asymmetric）
用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务
ADSL技术就把0~4kHz 低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
ADSL的ITU 的标准: G.992.1 (或称G.dmt)
非对称:
2.6.1.2.ADSL调制解调器2.6.1.3.ADSL的数据率2.6.1.4.ADSL的组成 数字用户线接入复用器DSLAM
接入端单元ATU
分离器 2.6.1.5.xDSL的常见类型 SDSL(Single-line DSL): 对称数字用户线。
HDSL(High speed DSL): 高速数字用户线
VDSL(Very high speed DSL): 甚高速数字用户
RADSL(Rate-Adaptive DSL) 速率自适应DSL，是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率。
Giga DSL: 超高速数字用户线 2.6.2光纤同轴混合网（HFC网） 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)是在有线电视网CATV的基础上开发的居民宽带接入网。
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。
HFC网将原CATV网中的同轴电缆主部分改换为光纤，使用模拟光纤技术
模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN(OpticalDistribution Node).
在光纤结点光信号被转换为电信号，在光纤结点以下是同轴电缆。 2.6.3FTTx技术FTTx(光纤到......)是一种实现宽带居民接入网的方案。1.光配线网 ODN(Optical Distribution Network):位于光纤干线和广大用户之间,无源的光配线网常称为无源光网络 PON (Passive Optical Network).}