物理层
第二章_物理层
2.1 通信基础
2.1.1 基本概念
2.1.1.1 信源、信道与信宿
信源、信道与信宿概念如下：
2.1.1.2 码元
首先引出数字信号与模拟信号两个概念：
在通信系统中，通常用一个固定时长的波形表示一个 k 进制的符号，该波形称为码元（也称为 K 进制码元），该时长称为码元长度（信号周期）。
示意图如下：
1 个码元可以携带 n bit 的信息量，因此该码元有 $2^n$ 种不同状态，可以表示 $2^n$ 种不同的二进制组合，$2^n$ 种不同的信号状态，但在某一时刻只能取其中一种信号状态。称为 $2^n$ 进制码元。
示意图如下：
2.1.1.3 速率（波特率、比特率）
波特率： 也称码元传输速率或调制速率，表示数字通信系统每秒传输的码元数。码元速率与进制无关。
比特率： 也称信息传输速率，表示数字通信系统每秒传输的比特数。
如图所示：
2.1.2 信道的极限容量
2.1.2.1 噪声
在听觉信道所谓的噪声是声源，而在通信信道上的噪声是强磁场强电场，总之，噪声会对信道产生干扰，影响信道数据的通信效率。
2.1.2.2 信噪比
信噪比是信号功率和噪声功率的比值，是一个数值，是没有单位的，可以使用 S/N 表示。但是为了方便表示以分贝（公式转换 S/N） 为单位表示信噪比，示意图如下：
2.1.2.3 奈奎斯特定理（奈氏准则）与香农定理
奈氏准则是算无噪声（理想情况） 的极限数据传输率，香农定理是算有噪声情况下的极限数据传输率。
区分：时延带宽积是研究信道里能装多少数据，奈奎斯特 / 香农 是研究能传多快。
两定理示意图如下：
通过两道真题计算理解：
2.1.3 编码和调制
2.1.3.1 编码与调制的概念
首先明确，编码与调制分别对应数字信号与模拟信号。示意图如下：
2.1.3.2 数字数据编码为数字信号
现实中编码的核心在于如何用电平或跳变来表示二进制数 0 和 1 。常见的编码方式有以下几种，要理解牢记，英文简写也要记住：
用两道真题来理解（不要把波形记住往上套，可能会有噪声干扰，套口诀特征）：
2.1.3.3 数字数据调制为模拟信号
有些介质可以同时传输数字信号与模拟信号，如双绞线与电缆，而有些介质只能传输模拟信号，如真空。
前面已经说过，将数字数据变为模拟信号的方法，名为调制，而调制常用的方法有以下四种，英文简写也要牢记：
下面用几个真题来熟悉一下：
2.2 传输介质
传输介质是网络模型“第 0 层”的内容，在考研中考察频率不高，不用过于深究，其总领内容如下：
2.2.1 双绞线，同轴电缆，光纤
双绞线：
分为两种，有屏蔽（STP）和无屏蔽（UTP）。示意图如下：
同轴电缆：
基本已经不用了，局域网领域已基本采用双绞线作为主流传输介质。示意图如下：
光纤：
光纤也分两种，示意图如下：
以太网对有限传输的命名规则：
以太网传输数字信号采用曼彻斯特编码，其对有线传输存在一定命名规则，示意图如下：
2.2.2 无线传输介质
这么多年都没考过，一图胜千言：
2.2.3 物理层接口特性
2.3 物理层设备
2.3.1 中继器与集线器
2.3.1.1 中继器
中继器的功能是整形，放大并转发信号。有两个端口，从一个端口输入，从一个端口输出，两端属于同一局域网中的不同网段。仅支持半双工通信（双向的哈）。示意图如下：
2.3.1.2 集线器
集线器实际就是一个多端口的中继器,同样能够接收信号进行整形和放大。虽然集线器所连接网络的拓扑结构在物理上是星形，但是其逻辑上是总线形网络。也就是说，并不能够处理冲突。也是半双工通信。示意图如下：
2.3.1.3 中继器和集线器的一些特性
- 中继器、集线器不能无限串联：
- 集线器物理上是星形结构，逻辑上是总线形结构（全部广播），故不能处理冲突：
- 集线器各网段“共享带宽”：
- 集线器可以连接不同的传输介质（实际情况与国内大部分教材冲突）：
2.3.2 冲突域（碰撞域）
关于冲突域的题目在考研中有考到过。
如果两台主机同时发送数据会出现冲突，那么这两台主机就属于同一冲突域（碰撞域） 中。示意图如下：
我们一个题目来熟悉：
