注意：本文是物理層筆記
計算機網絡之物理層
一 基本概念
物理層考慮的是怎樣才能再連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體
傳輸媒體分大致分爲兩種：導引型和非導引型；
物理層主要有四個特性：機械特性，電氣特性，功能特性和過程特性
二 物理層下面的傳輸媒體
注意：傳輸媒體不屬於計算機網絡體系結構的任何一層，具體位置在物理層的下面
2.1 引導型傳輸媒體
例如：同軸電纜，雙絞線，光纖，電力線
共軸電纜：
雙絞線
屏蔽雙絞線比無屏蔽雙絞線增加了金屬絲編制的屏蔽層，增加了電磁干擾的能力，當然價格也更貴一些。
絞合可以減少相鄰導線的電磁干擾；衰減都隨着頻率的升高而增大，更粗的導線可以降低衰減，但增加了導線的價格和重量。
光纖
一根光纜少則一個根光纖多則數十至數百根光纖，再加上加強芯和填充物就可以大大提高繼續強度，必要時可以加入遠供電源線；
光在光纖中傳播的原理
2.2 非引導型傳輸媒體
非引導型傳輸媒體是指自由空間，可以使用的電磁波又無線電波，微波，紅外線可見光。
無線電波
微波通信
紅外通信
現在很多筆記本電腦已經取消了紅外接口，但是智能手機還帶有紅外接口，以方便用戶對電視/空調等家用電器進行紅外遙控
三. 傳輸方式
- 數字信號/離散信號：代表消息的參數的取值是離散的
- 模擬信號/連續信號： 參數的取值是連續的
![在這裏插入圖片描述]()
3.1 串行傳輸並行傳輸
串行傳輸是一個比特一個比特傳輸的，在發送和傳輸端只需一條傳輸線路即可；並行傳輸市指一次發送n個比特而不是一個比特；所以需要有n條傳輸線路；所以傳輸效率市一個的n倍，但是成本高；網絡傳輸是串行傳輸
3.2 同步傳輸異步傳輸
同步傳輸：數據塊以穩定的比特流的形式傳輸，字節之間沒有間隔
異步傳輸：以字節爲獨立的傳輸單位；字節之間的時間間隔不是固定的；接受端僅在每個字節的起始處對字節內的比特實現同步；爲此，通常要在每個字節前後加上起始位和結束位
同步傳輸：控制時鐘頻率
3.3 單工，半雙工和全雙工
單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時通信需要兩條（一個方向一條）
半雙工：不能同時通信，但有兩個方向
單工：只能一個方向的通信而沒有反向的交互：例如：無/有線電廣播以及電視廣播
四. 編碼與調製
- 計算機中的網卡將比特0和比特1變換成相應的電信號發送到網線
- 信號是數據的電磁表現，由信源發出的原始電信號稱爲基帶信號（兩類：數字/模擬基帶信號）
- 信號需要在信道中傳輸（數字/模擬信道）
- 在不改變信號性質的前提下，僅對數字基帶信號的
波形進行編碼，稱爲編碼;編碼後的信號還是數字信號，可以在數字信號中傳輸； - 把數字基帶信號的頻率範圍搬移到較高的頻段，並轉換爲模擬信號，稱爲調製；成爲模擬信號，在模擬信道中傳輸；例如：正交頻分複用等調製方法。
- 頻分複用可以充分利用帶寬資源。
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- 簡單來說，碼元就是構成信號的一段波形
4.1 傳輸媒體和信道的關係
嚴格將，兩者不能直接劃分等號；單工，要麼是發送信道要麼是接受信道；而半雙工和全雙工則包含兩個；如果採用信道複用還可以包含多個信道
在計算機網絡，常見的是將數字基帶信號通過編碼或調製的方法在相應信道進行傳輸。
4.2 常用編碼
不歸零編碼存在同步問題，計算機傳輸不採用這類編碼。與曼徹斯特編碼不同，差分曼特斯特編碼，跳變僅表示時鐘
Base表示基帶傳輸，T表示雙絞線
4.3 基本調製方法
調幅，調頻，調相只能產生兩種不同的碼元也就是兩種不同的比特波形，因此每個碼元只能攜帶1比特的信息量
4.4 混合調製舉例
思考：每個碼元可以包含幾個比特？
如果像上圖隨便定義碼元，當A,B,C,D並未落在理想位置時，會將碼元解調出錯；所以需要採用格雷碼；也就是任意兩個碼元只有1個比特不同
物理層主要的任務就是比特0和比特1在線路上傳輸的問題
五. 信號的極限容量
信號波形失去了碼元之間的清晰界限，這種現象叫做碼間串擾
碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，或噪聲越大，或傳輸梅特質量約差，在接收端的波形失真就越嚴重。
爲了避免碼間串擾，碼元傳輸速率是由上限的
5.1 奈式準則
碼元傳輸速率與比特率之間的關係：當1個碼元攜帶n比特的信息量時，則波特率轉換成比特流，數值需要乘以N
低通信道和帶通信道的區別是什麼，在試題中又如何確定是哪一種呢
5.2 練習題
信號傳輸速度在三者介質的傳播速度時固定的，所以並不影響；
調製速度（也就是碼元傳輸速度）和碼元所攜帶的比特數量，都會影響信道數據傳輸速率
關係這種調製技術可以調製出多少個不同的基本波形（碼元）即可；
編碼2中在每個碼元的中間都會發生跳變；差分曼特斯特編碼是通過是否發生變化來確定比特0和比特1；發生變化爲0，不發生變化爲1；所以不是。
六 數字傳輸系統
1/E1代表兩種數據傳輸速率標準。
T1是北美標準，支持1.544Mbps專線電話數據傳輸，由24條獨立通道組成，還有1條控制路，每個通道的傳輸速率爲64kbps,可用於同時傳輸語音和數據
E1使數據傳輸的歐洲標準，支持2.048 Mbps速度，由30條64kbps線路和2條信令和控制線路組成。
當需要更高的數據率時，可以採用複用的方法
T1、E1普遍用於企業專線與連接因特網的連接，以及因特網服務提供商（ISP）到骨幹網的連接。
用於廣域網之間的數據傳輸
PCM時分複用
T1: 8K的控制信號：1.554M
七. 寬帶接入技術
7.1 ADSL技術
非對稱數字用戶線 ADSL技術是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造
把0-4KHz的低端頻譜留個傳統的電話使用，
如何實現的ADSL技術，就是採用DMT技術
上行和下行一般不等，通常，下行的寬帶遠大於上行，故也就是“非對稱”；（用戶上網一般都是從因特網下載各種文檔，而向因特網發送的信息量一般都不太大）
ADSL調制解調器
數字用戶線接入複用器DSLAM(DSL Access Multiplexer)
接入端單元(Access Termination Unit)
ATU-C(C表示端局Central Office)
ATU-R(R代表遠端Remote)
電話分離器PS(POTS Splitter)
電話分離器（有三個RJ-11插口）
ADSL最大的好處就是可以利用現有電話網中的用戶線，不需要重新佈線。
7.2 光纖同軸混合網HFC(Hybrid Fiber Coax)
HFC網是在目前覆蓋範圍很廣的有線電視網CATV基礎上開發的一種居民寬帶接入網。除了可以傳送CATV外，還可以提供電話/數據/和其它寬帶交互型業務。現有CATV網是樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，它採用 模擬技術的頻分複用 對電視節目進行單向傳輸。HFC需要對CATV網進行改造；
每個用戶要安裝一個用戶接口盒
Cable modem : 調制解調器/ 電纜調制解調器；被內置到機頂盒（數字視頻變換盒Set Top Box簡稱STB，通常稱作機頂盒或機上盒，是一個連接電視機與外部信號源的設備。它可以將壓縮的數字信號轉成電視內容，並在電視機上顯示出來）
HFC網的最大優點：
7.3 FTTx技術
光貓和無線路由器：
光貓是針對特殊用戶環境而研發的一種三件一套的光纖傳輸設備，具有完整的告警狀態指示和完善的網管功能。而路由器是連接兩個或多個網絡的硬件設備，在網絡間起網關的作用。光貓擁有一個專供光信號輸入的接口，而路由器沒有；
下面是一個光貓：
EPON(Ehternet PON): 以太網無源光網絡
GPON(Gigabit PON)：吉比特無源光網絡
GPON更高級點，可以傳輸更大的帶寬，可帶的用戶也比EPON更多
另外光貓也可以帶路由功能
路由器是連接兩個或多個網絡的硬件設備，在網絡間起網關的作用
（來源：http://roll.sohu.com/20120504/n342370920.shtml）
從局端OLT出來到用戶ONU結束，整個ODN實際上可以分爲幾大部分：局端光配、饋線光纜、光纜分配點、配線光纜、用戶接入點、引入光纜、用戶終端
無源就是：在光配線網中無需配置電源。
另外參考：https://www.bilibili.com/video/av9876107?p=21
