计算机网络-物理层学习笔记
物理层解决问题：
解决如何在各种介质媒体上的传输比特流，是解决如何传输的问题。
基本概念：
1.信道：向一个方向传送信息的媒介，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
三种信道：
1.单向信道（单工信道），即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。举例--电视台给家发送一个信号，你不能反过来给电视台发送信号。
2.双向交替通信（半双工通信），通信双方都可以发收消息但是只能是一方发送一方接收或者反过来，不能同时发送，和同时接受。举例--对讲机，对讲机不能在说话的时候同时发送信号。
3.双向同时通信又称为(全双工通信)，可以同时收发。举例--电话，可以同时讲话和听电话。
一般计算机用的是2，3。
2.信号：计算机传输的信息，计算机中传输的信号一般为数字信号或模拟信号.
其中又有俩专业词语 基带信号，带通信号，通俗解释。
1.基带信号：来自信源的信号。就是本身发出的原始的信号，适合短距离传播。
2.带通信号：经过调制的基带信号，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，以便长距离传播。
3.调制：信号调制是使一种波形的某些特性按另一种波形或信号而变化的过程或处理方法。
三种调制的方法：
调幅（即载波的振幅随基带数字信号而变化）
调频（即载波的频率随基带数字信号而变化）
调相（即载波的初始相位随基带数字信号而变化）
4.编码（数字信号）
1.曼彻斯特编码：在一个时钟周期内由信号低变高跳变表示0，由高到低跳变为1（跳转时间是两次采样的中间时间）。将时钟信号与数据信号一起表示，解决了无数据传输分辨的问题。
下图开始点和虚线即为采样点，在两次采样中间跳变。
2.差分曼彻斯特编码：在采样是跳变为0，不跳变为1。
仍然在两次采样间跳变表示但仅表示时钟信号，在采样处（虚线）是否跳变表示01。
5.信道的极限容量
1.奈氏准则（适用数字信号）：为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。（传输不能无限的快）公式：C=2WlogM（每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元）
2.信噪比：信号与噪声的比。
3.香农定理（数字模拟都适用）：
C为极限传输速率，B是信道的带宽（信号频谱的宽度，也就是信号的最高频率分量与最低频率分量之差），S是信道内部信号的平均功率，N是信道内部高斯噪声的平均功率。
简单理解为，N（噪声，干扰）越大C（速度）越小（噪声越大，我们就要越放慢传输的速度）
6.传输媒介
1.有屏蔽双绞线（STP）：避免了外部电磁干扰，价格昂贵。
2.无屏蔽双绞线（UTP）：UTP主要用作短途传输。
3.同轴电缆：有线电视用，传播范围可以达几十千米。
7.信道复用技术
在一个传输介质上可以同时有多个信道。
1.频分复用（FDM）：每个信道用不同的频率来传输，每个信道占领了不同的一段频率，在叠加后发送到接收端，发送到接收端后，根据频率过滤划分来划分谁是谁的信号。（缺点需要大量的各种频带范围的边带滤波器）
2.时分复用（TDM）：每个信道按一定时间间隔将数据发送到传输介质中，是时间的划分，在第一段时间放A的一段信号，之后放B的一段信号，一轮下来（一个周期），在放A的信号....如此循环。数据发送时仍按AB...的顺序发送，接收也可以按AB...的顺序接收。（缺点可能会造成线路的浪费，即使没数据发送仍会占用时间）
3.统计时分复用（STDM）：在每段信号上添加标记，有数据就发送，没数据就不发送，在接收端用标记来看谁来接收。
4.波分复用（WBM）：光的频分复用，按照波长来划分。将频率改成波长了。
5.码分复用（CDM）：一般用CDMA （码分多址），可以无时间限制的使用整个频段，接收方可以将自己需要的信号分离出来，不需要的信号当作噪声。
CDMA原理：首先将一个比特分为64或128个码片（0和1 用64个或128个 +1和-1数来表示）每个站都会有一段码片序列（归一化内积为零），同时各个站之间的码片序列相互正交，假设码片序列为S=(-1，-1，+1，+1)（假设只有4个码片）当前要发送一就发送（-1，-1，+1，+1），如果发送零就发送其反码（+1，+1，-1，-1）。
CDMA计算：多个站使用CDMA发送信息，将其发送的码片序列按位相加，例如：A的码片序列为SA=(-1，-1，+1，+1)，B的码片序列为SB=（+1，-1，+1，-1），A发送1，B发送0，发送的信息就是S=（-2，0，0，2），接收后 用A的码片序列对收到的码片序列（S）正交有（-2*-1+-1*0+1*0+1*2）/4=1，所以A发送的就是1，对B在进行如上操作（-2*1+-1*0+1*0+-1*2）/4=-1，所以B发送就是0。
8.公共交换电话网络（PSTN）
这也是常说的拨号上网所用的服务，PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸。
构成部分：本地回路，干线，交换局
本地回路：传输模拟信号，一般由UTP或光纤组成，将计算机的数字信号通过调制解调器（猫）传换成模拟信号，在本地回路传输
干线：连接交换局，由光纤连接，用到了复用技术。
交换局：电话公司的交换机位于交换局中
9.物理设备：
收发器，中继器，集线器，
收发器：将一种形式的信号转变为另一种信号，，负责收发信号，现在为网卡上的一个部件。
中继器：功能由再生信号（去除噪声，放大信号）。
集线器：多端口中继器，可以将多个设备执行再生信号（去除噪声，放大信号），收到信号后广播出去。
中继器和集线器增大了冲突域，降低网络性能。
1.广播（泛洪），将数据对所有端口发送。
2.冲突与冲突域：冲突是信号碰撞了，数据被破环了，在网路内部数据分组所产生与发生冲突的这样一个区域称为冲突域，所有的共享介质环境都是一个冲突域，因为中继器和集线器的出现，是信号可以传播到更远的地方，更远的地方的信号就可能发生碰撞，所以冲突域就增大了。
10.交换
1.电路交换:电路交换就是首先在发送报文之前先建立一条连接，连接建立好之后开始发送数据，待数据发送完毕之后开始释放连接，是一种面向连接的交换方式，缺点是占用了一条线路，若始终占用这条线路但不发送数据，会极大的浪费资源。并且建立连接时间长。
2.报文交换：报文交换是发送方首先将数据传输给相邻的节点，节点首先储存报文，在找到下一跳一个转发到何处，再由节点来负责转发，直到到达目的。缺点是信息的传输时延大，而且时延的变化也大，并且要求交换机的性能好，能储存数据，处理数据快。但不需要占用信道节省资源。
3.分组交换：先将报文分为若干个组，采用存储转发的方式发送，即发送组A给交换机1，交换机首先接收这个数据，待接收完毕之后再将这个分组转发给另一个分组。
分组交换包含数据报交换和虚电路交换，其中数据报交换是无连接的，而虚电路是面向连接的（即开始时在源端和目的端之间找到一条逻辑电路，作为路径），分组交换的缺点是花费了额外的开销，每个分组都需要额外的开销，而且由于数据报交换是无连接的服务，每个分组转发的路径可能不一样，导致传输转发的时延不一致。但是分组交换提高了传输效率。
