计算机网络 CH2
计算机网络 CH2： 物理层
这一章中，最重要的、考试考察最多的就是2.4————2.6的内容；其中，又以奈氏准则和香农公式最重要
2.1 物理层概述
2.1.1 物理层要实现的功能
物理层的作用是提供”透明“的比特流传输；这里”透明“的意思是上一层数据链路层不需要关心你具体的传输实现方式，只需要直接享受提供的服务即可。 
2.1.2 物理层接口特性
物理层规定了如下的几个内容：
，定义了上面这些内容中需要遵守的特性等等
2.2 物理层下面的传输媒体
2.2.1 传输媒体的分类
传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中,这些是”物理层下“的结构
传输媒体的分类大致如下所示：
稍微具体介绍一下：
2.2.1.1 导向型传输媒体
- 同轴电缆：现在不太用了，因为又不方便又贵
- 双绞线：内部将不同颜色的线和白线绞合起来；绞合的作用为减少相邻导线间的电磁干扰，同时抵御部分来自外界的电磁干扰（一般里面是八根线）
- 光纤：光线的结构如下所示：
利 以及一个单模光纤和多模光纤的区分：（单的更好，要求更高，更加昂贵）
一根光纤很细（8/125微米，也就是说心只有8微米，外面加上绝缘层达到125微米）工程上一般将一系列光纤放在一起进行传输
2.2.1.2 非导向型传输媒体
非导向型传输媒体一般在自由空间中传播（无线电波）；对于频率的划分，有如下的规定：
1. 无线电波：可以在接近地表的地方传输，由于波长长，其可以绕开地表的障碍物；波长较短的无线电波通过大气的反射来传播 2. 微波：地球表面接力通信&通过地球同步卫星进行传输 3. 红外线：比如遥控器，etc. 其必须直线传播，实现的是点对点的（近距离）的传输 4. 激光 5. 可见光（了解即可）
2.3 传输方式
2.3.1 串行&并行
很好理解。在网路系统中，采用串行和并行的地方如下所示：
这样做的原因如下：并行用于要求传输速度很快的时候，并且由于成本很高，因此一般用于CPU与网卡之间传输；而中途一般用串行传输。
2.3.2 同步&异步
同步传输：
这里的发送端和接收端需要时钟频率保持一致，（接收端每次在应当的时间节点进行采样）也就是说按照发送的频率，每个时钟接收端都会接受一个位的信息。
会使用一些同步的方法来避免频率误差的积累。
异步传输：同步传输的单位是一个一个bit传播，异步传输是一个一个字节传播；字节之间可以不同步，但是同一个byte里面需要同步；会标明每一个字节的首尾。
2.3.3 单向通信、双向交替通信和双向同时通信
如图所示，了解即可
2.4 编码与调制
2.4.1 编码与调制的基本概念
编码：原始信号到数字信号 调制：数字信号到模拟信号 
首先将直观的消息转化为二进制的数据，之后转化为某种物理性质的信息，比如说所高低电平，得到信号；最后进行调制，使得我计算机输出的内容符合信道的要求
数字信道和模拟信道的区别： 1. 数字信道：数字信道传递的是离散的数字信号 2. 模拟信道：模拟信道传递的是连续的模拟信号
2.4.1.2 码元
2.4.2 编码方式
双极性不归零编码
这个时候，信号电平不是正就是负，需要一个时间线才可以帮助接受方划分码元，代价比较大双极性归零编码
这个时候，每次看到返回到零电平的时候才会读取信号，但是带来的代价就是会带来很多的带宽浪费，编码的效率低（同时，每次都要跳到0，会导致消耗的功率变大）曼彻斯特编码（最重要！！） 利用跳变来定义是0还是1，可以自行定义，比如说在例子里面，从高到低表示1，从低到高表示0
差分 Manchester 编码
如图所示。好处是大量传输0和1的时候，跳变比较少；以及其抗干扰能力比较强
注意曼彻斯特编码：是在每一个码元的中间时刻观察向上、向下跳变，而差分曼彻斯特编码则是在每一个码元的开始时刻观察跳变。
2.4.3 基本的带通调制方法和混合调制方法
分别对应着用不同的方法表示0 1信号
注意先前说的码元都是一个bit，但是实际中一个码元可以代表多个比特的数据。这个时候，需要表达多种数据就需要用混合调制方法。 这是一个例子：
通过相位和振幅调制；
为了让发生失真的时候损失小一点，通常采用格雷码进行编码，相邻的两个只有一位不一样，就可以减少比特错误。
2.5 信道的极限容量
2.5.1 造成信号失真的主要因素
特别地，对于第一点：由于
2.5.2 奈氏准则
首先理解频率带宽：指的是传输设备可以高效传输的信号的范围 
解释几个概念：（1）理想：指的是没有噪声干扰 （2）低通：指的是低频信号一定可以通过，但是高的不一定
也就是说，这个公式告诉你，在给定频率带宽的情况下，可以算出每秒最多传输多少码元。 
也就是说，奈氏准测限定了你码元的传输速率不能太大，否则会码间串扰（当然，这是理想的情况下） 那么如果我编码使得一个码元带的数据量尽可能大，传输效率可不可以无限高呢？显然是不行的，因为现实中的噪声会随着你不同编码越来越密集而难以识别。以下的香农公式详细阐述了这一点。
最高码元传输速率也被称为波特率！
2.5.3 香农公式
从香农公式以及奈氏准则可以看出，为了提高传输效率，需要提高每个码元含有的数据量或者信噪比。
一个很阴的例子，展示了信噪比和S/N 虽然有时候口头上是一个东西，但是实际计算来看是有换算关系的，不能混淆
总结一下2.5的内容：记住两个点，奈氏准则求出速率的单位是码元/秒，而香农公式得到的单位是比特/秒.
2.6 信道复用技术
2.6.1 信道复用技术的基本原理
也就是说，信道的带宽很大，信道复用可以方便多个用户同时使用同一个传输媒体，建立多个信道
2.6.2 常见的信道复用技术
其中，最重要、必考的是CDM
频分复用：每一个用户使用一个区间的频率
时分复用：记住TDM帧的概念：相当于一个循环，每隔一个TDM帧同一个用户可以再一次使用频带
波分复用：其原理大致如下，不同的光先合成，然后再综合成一个，最终再分割
码分复用：
其允许在相同时间使用相同频带进行通信 原理如下：
这个的意思是，相当于对于每一个站点，给了他一个特定的编码来表示；如果发送1，就发送编码本身，如果发送0，发送编码的反码。码元向量就是把这个编码的0记为-1。
这样有什么好处呢？如图所示：
我们这样计算就可以知道：由于把不同的向量叠加在一起，也可以分别认识到自己接收的正确的信号。
也就是说，如果码片序列一共x位，那么发送的序列每x位代表一个bit