计算机网络-物理层
主要功能：提供透明的比特流传输
注：1、封装后的数据以“0,1”比特流的形式传输。
2、物理层的传输并不关心比特流所携带的信息，而只关心比特流的正确处理。
物理层四大特点：
1、机械特性：表示接口所有连接器的形状、尺寸、针数和排列方式。
2.电气特性：表示接口电缆每条线路上出现的电压范围。
3、功能特点：表示某一线路上出现的某一级别电压的含义。
4、过程特性：为不同的功能指定各种可能事件发生的顺序（类似于协议）。
数据在物理层的传输：信号（数据的电或电磁表示）
模拟信号：时域对应的信号值是连续的。
数字信号：时域对应的信号值是离散的。
码元：表示不同离散值的基本波形（在数字通信中，常用时间间隔相同的符号来表示二进制数，这样的时间间隔内的信号称为（二进制）码元） 。
信号在信道/传输介质上的传输：信号在传输过程中，可以看作是许多不同频率分量的传输。由于高频成分的衰减不均等，导致接收机接收到的信号发生衰减、变形（失真）。 ），一般来说，从0-fc频段，在传输过程中幅度不会明显衰减，fc称为截止频率（单位Hz）。
物理带宽：传输过程中幅度不会明显衰减的频率范围，单位为赫兹。它是一种物理特性，通常取决于介电材料的成分、长度和厚度。
数字带宽：单位时间内流经的信息总量。
物理带宽与数字带宽的关系：奈奎斯特定理、香农定理。
奈奎斯特定理（理想信道）：在无噪声信道中，当物理带宽为BHz，信号离散程度为V级时，则该信道能提供的最大传输速率（数字带宽）为
如果任何信号通过物理带宽为B的低通滤波器，每秒采样2B次就可以完全重建滤波后的信号（任何高于2B次的采样都是没有意义的）。
香农定理：在噪声信道中，如果物理带宽为BHz，信噪比为S/N，则最大传输速率（数字带宽）为：
在许多情况下，噪声以分贝 (db) 表示
当信道一定、物理带宽一定的情况下，想要提高最大传输速率（数字带宽），只能提高信噪比。
传输介质
按照是否有形可分为引导式（有线，包括铜线、光纤等）和非引导式（无线，包括无线电、卫星等）。
可启动传输介质：
1.同轴电缆
基带同轴电缆：50
，用于数字传输（屏蔽层为铜）
宽带同轴电缆：75
，用于模拟传输（屏蔽层为铝）
2.双绞线
它是由两根带绝缘层的铜线按一定密度逆时针绞合而成。可以消除近端串扰。绞距越小且越均匀，偏移效果越好，传输性能也越小。
非屏蔽双绞线（UTP）：用于局域网。成本低、体积小、易于安装，但易受干扰，传输性能和距离受绞距影响。
屏蔽双绞线（STP）：可抵抗EMI和RFI干扰，但价格昂贵且难以安装。
屏蔽双绞线（ScTP）：成本与抗干扰之间的折衷。
直通线：线路两端的线序一致（例如连接交换机和PC）。
交叉线：不一致（例如连接两个路由器）。
3.电源线
4、光纤（光纤）
由极细的玻璃纤维制成，光线被封闭在其中并沿轴向传播。玻璃盖的折射率低于玻璃芯，以确保光被限制在玻璃芯内。光纤的工作原理是光的全反射。优点是重量轻、损耗低、不受电磁辐射干扰、传输频带宽、通信容量大。缺点是价格昂贵、容易破损。通常采用光缆形式，主要用于干线。
单模光纤：单一传输模式，由激光器产生的单光束。
多模光纤：同时传输 LED 产生的多种模式的多束光束。
光传输系统由：光源（LED和激光器）、传输介质（光纤）、探测器组成。
光纤与铜线的比较：光纤具有带宽高、距离远、损耗低、重量轻、无电磁干扰和射频干扰、防窃听、端口设备昂贵等优点。
选择传输介质：传输速率、成本要求、周围环境、介质之间的互操作性和兼容性、最佳性价比。
重复利用技术
频分复用（FDM）：在干线的起始端，将信道的频谱分为若干段（子带），每个用户占用一个段来传输自己的信号。在干线末端，每个子带的信号被单独分离给每个用户。相邻用户使用的频段之间通常有一定的带宽，以避免混乱。该频带称为保护频带。
正交频分复用（OFDM）：可以更好地利用带宽。由于保护带和子带没有相互重叠，同一条干线可以承载更多的用户。
波分复用（WDM）：本质上与FDM相同，信号在光纤上复用，并根据不同波长进行分离。当相邻波长间隔很近且子信道数量非常多时，这就是密集波分复用（DWDM）。
时分复用 (TDM)：及时共享信道，将时间划分为非常短的时间片。需要时间同步。为了适应时钟的微小变化，可能需要增加保护时间间隔。每个用户所需的带宽不均，但TDM用户使用相同的时间片，会造成信道浪费，效率低下。
统计时分复用 (STDM)：动态分配通道。不使用信道的用户不予分配，分配给有需要的用户。利用率可提高2-4倍（按需分配）。通常只用于高速长距离通信，如ATM，不适合用户平均使用信道的情况。
码分复用 (CDMA)：一种扩频技术。每个站都可以利用整个频段来发送信号，没有时间限制。 CDMA 的关键是能够提取所需信号，同时将所有其他信号视为噪声。在CDMA中，每个比特时间被细分为m个更短的时间间隔，称为码片。通常每个比特被分为64或128块。码片序列是正交的，因此可以同时传输，广泛应用于3G网络通信中。
调制技术
调制机制使用信号来传输比特。
基带传输：信号的传输占据传输介质从零到最大的所有频率。将数据位直接转换为信号。
Line Codes：发送（样本、符号），一个样本可以传输一位或多位。比如不归零（NRZ，高电平1，低电平0），不归零反转（NRZI，位时间中间有一个电压跳变代表1，没有跳变代表0），曼彻斯特（在该位中间，电压从高到低跳变代表1，从低到高跳变代表0），双极编码（交替标记反转AMI，两极电压交替出现代表1，缺少则代表0，实现信号的平衡）、4B/5B（4位数据映射成5位模式）
带通传输：通过调整信号的幅度、相位和频率来传输比特。该信号占据以载波信号为中心的频带。
通过组合调制方式，可以获得更多的信号模式。信号星座图可以用来表示信号在某种调制方式下的呈现模式。
如QAM-16
QAM——正交幅度调制
16 ——— 调制方式有16种不同幅度和相位的信号组合方式。
表示一个符号可以传输4个比特
码元：承载信息的基本信号单元。
波特率（或码率）：一秒钟可以发送的符号数，代表每秒信号变化的次数。也可以称为符号率和采样率。
比特率：也称为比特传输率、数据传输率、数字带宽。
比特率与波特率的关系：
（C 比特率、B 波特率、n 信号呈现数量）。
网格编码调制（TCM）：为了减少高速调制中的错误，在每个样本中使用一些额外的比特进行纠错，剩余的比特用于传输数据。
公共交换电话网 PSTN
使命：传输人类语音
计算机网络的目标：传输数据
PSTN的主要组成部分：
1. 本地环路：连接端局和家庭或业务部门的模拟线路。传输的是模拟信号，通过调制解调器（Modem，猫，用于将计算机产生的数字比特流转换成载波输出（模拟信号））转换为数字信号。
光纤到户 (FTTH)：光进铜出。
2、Trunk（）：数字光纤，连接交换局。复用。 Codec（编解码器，将模拟信号数字化或反之亦然，采用脉冲编码调制PCM技术，一种将模拟信号数字化的技术，形成现代PSTN的核心）
3、交换局（ ）（包括端局）：语音与主线连接的地方。
PSTN交换技术：
1.电路交换：传统的电话系统。建立端到端的路径，数据沿着通道顺序传递。数据传输完成后，连接拆除。
2.分组交换（ ）：IP电话数据业务。允许数据包/组存储在交换局的存储器中，限制数据包/组的大小，每个数据包携带目的地地址和信息（独立路径查找），并且每个数据包可以乱序传送。
两者对比：带宽分配形式不同（分组交换按需分配，电路交换提前分配），容错能力不同（分组交换更强，因为分组交换是独立寻路，当交换设备瘫痪时，分组可以绕道而行，具有更好的容错性和抗损坏性），交换顺序有差异（分组交换乱序到达，电路交换先到先到，接收方不需要排序），计费方式不同（分组交换根据流量计费，电路交换根据时间计费）
物理层设备
无源（无源）组件/设备：电源板、插头、电源、电缆。最重要的是RJ45插座和水晶头
有源（有源）组件/设备：
1. 收发器（MAU）：将一种形式的信号转换为另一种信号。早期是外设，现在是网卡上的组件。它主要负责发送和接收信号。
2、中继器（）：主要作用是重新生成信号（去噪、放大），让电缆延伸得更远，突破仪表的传输限制。中继器无法过滤（指设备利用某些特征来阻断网络流量，并按照标准决定是否转发或丢弃）流量。
3、集线器：多端口中继器，主要功能是信号再生（降噪和放大）。集线器上的多个端口允许连接许多设备并作为星形拓扑的中心。无法过滤流量。广播（泛洪，转发到除来源端口之外的所有端口）。
冲突：信号冲突。当使用物理层设备时，更多的用户会争夺共享资源，从而引起冲突。冲突的电气表现包括电压异常和数据重传。
冲突域：数据包产生并发生冲突的网络区域，即共享媒体的区域。冲突域越大，冲突的可能性越大，网络性能越低。