物理层要实现的功能

物理层的接口特性

传输媒体的分类

传输媒体是计算机网络设备之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。

传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。

串行传输和并行传输

串行传输：发送端和接收端之间只有一条数据传输线路，这条线路上比特依次传输。

并行传输：发送端和接收端之间有多条数据传输线路，数据传输速率是串行的n倍。

并行传输成本高，常仅用于短距离传输，例如计算机数据的内部传输，长距离传输一般用串行。

计算机中的网卡，同时具有并行和串行两种方式，网卡的重要作用并/串转换。

同步传输和异步传输

同步传输：同步传输方式以比特为传输单位，数据块以比特流的形式传输，字节之间没有间隔，也没有起始符和终止符，要求收发双方，对表示比特的信号的时间长度达成一致。

为了在同步传输方式中实现收发双方的时钟同步，两种方法：

外同步：在收发双方之间加一条时钟线，发送端发送信号同时，还要发送一路时钟信号，接收端在时钟信号的指挥下对数据信号进行采样。

内同步：发送端将时钟信号编码到发送数据中一起发送

异步传输：异步传输方式以字节为传输单位，但字节之间的时间间隔并不固定，接收端只是在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。所以一般要给每个字节添加起始位和结束位，异步指字节之间的异步，但字节内每个比特任然要同步。

单向通信、双向交替通信和双向同时通信

编码与调制的基本概念

码元：在使用时间域的波形表示信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。

常用编码方式

基本的带通调制方法和混合调制方法

调幅：让载波的振幅随基带数字信号的变化而变化。

调频：让载波的频率随基带数字信号的变化而变化。

调相：让载波的初相位随基带数字信号的变化而变化。

造成信号失真的主要因素

如果数字信号中的高频分量在传输时受到衰减甚至不能通过信道，则接收端接收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭，每一个码元所占的时间界限也不再明确。这样，在接收端接收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限，这种现象称为码间串扰。

如果信道的频带越宽，则能够通过的信号的高频分量就越多，那么码元的传输速率就可以更高，而不会导致码间串扰。

然而，信道的频率带宽是有上限的，不可能无限大。因此，码元的传输速率也有上限。

奈氏准则

使用奈氏准则给出的公式，就可以根据信道的频率带宽，计算出信道的最高码元传输速率。

码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率。

只要码元传输速率不超过根据奈氏准则计算出的上限，就可以避免码间串扰。

奈氏准则给出的是理想低通信道的最高码元传输速率，它和实际信道有

较大的差别。因此，一个实际的信道所能传输的最高码元传输速率，要明显低于奈氏准则给出的上限值。

香农公式

带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。

信道的频率带宽W或信道中的信噪比S/N越大，信道的极限信息传输速率C就越高。

实际信道不可能无限制地提高频率带宽W或信道中的信噪比S/N。

实际信道中能够达到的信息传输速率，要比香农公式给出的极限传输速率低不少。
这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，例如各种脉冲干扰和信号衰
减等，这些因素在香农公式中并未考虑。

信道复用技术的基本原理

复用（Multiplexing）就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号。

当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时，就可以通过复用技术，在这条传输媒体上
建立多条通信信道，以便充分利用传输媒体的带宽。

尽管实现信道复用会增加通信成本（需要复用器、分用器以及费用较高的大容量共享信道），但如果复用的信道数量较大，还是比较划算的。

常见的信道复用技术

频分复用 、时分复用、波分复用、码分复用。

频分复用：

时分复用：

波分复用：

根据频分复用的设计思想，可在一根光纤上同时传输多个频率（波长）相近的光载波信号，实现基于光纤的频分复用技术。

目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此，这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。

码分复用：

码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）常称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），
它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种无线通信技术。

与FDM和TDM不同，CDMA的每个用户可以在相同的时间使用相同的频带进行通信。