计算机网络第二章-----物理层

物理层的概念

物理层的基本概念：怎样才能在连接各种计算机传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒；
物理层的作用要尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段之间的差异；
用于物理层的协议常称为物理层规程；

物理层的主要任务

主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特点：
机械特性：形状大小引脚排列等；
电器特性：接口电缆上的各条线上出现的电压的范围；
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义；
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序；

数据通信的知识

1.数据通信系统的模型

一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端），传输系统（传输网络）和目的系统（接收端）；
数字信号不是0就是1，是不断跳的，不是连续信号；
模拟信号是连续信号，适用于电话网络；数字信号通过调制解调器的调制将数字信号变成对应的模拟信号，
另一端，再通过调制解调器将模拟信号解调成数字信号；


数据：运送消息的实体；
信号：数据的电气或电磁的表现；
模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的；
数字信号：代表消息的参数的取值是离散的；
码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形；

2.有关信道的基本概念：

信道：表示某一个方向传送的媒体；
单向通信（单工通信）：只能有一方向的通信而没有反方向的交互；
双向交替通行（半双工通信）：通信的双方都可以发送消息，但不能双方同时发送，也不能同时接收；
双向同时通信（全双工通行）：通行的双方可以同时发送和接收消息；

基带信号（基本频带信号）：发出的没有经过调制（进行 频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的 频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带；像计算机输的代表文字或者图像文件的数据信号和都属于基带信号；
基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量，因此要对基带信号进行调制；基带信号在较低的频段，所以许多信道没法传输他类比60km/s的摩托车不能上80km/s~120km/s的高速路，因此需要对摩托车进行改造或者换车；

3.调制分为两大类

基带调制：仅对基带信号的波形进行变换（就是仅仅调整频率，调整完之后他仍然是数字信号），使它能够与信道特性相适应；变换后的信号仍然是基带信号；把这种过程称为：编码
带通调制：使用载波进行调制，不但将频率范围搬移到较高频段，同时也把他转换为模拟信号；
带通信号：经过载波调制后的信号；

4.常用的编码方式

1. 不归零制的特点：因为没有边界的特点，所以这一段我并不知道是010还是0110还是0001111000,也就是说不能看出每一段有多少相同的比特；

2. 归零制不管你是1还是0，都是从0开始，如果你是1就正向跳变一次，如果你是0就反向跳变一次；这样的话就很容易区分；缺点是跳变次数太多了，比价麻烦；

3. 曼彻斯特：规定在每一次bit的中间实现一次跳变，但是这一次跳变的方向是从高电平到低电平还是从低电平跳向高电平和
   这个比特是1还是0有关；假设规定：1是从高->第，那么0就是低->高；好处：发送基带信号时双方可以同步

4. 差分曼彻斯特：
   跳变是从一个比特到下个比特的边界进行跳变，如果是1到0，就跳变一次（可能从高电平到低电平也可能从低电平到高电平）；然后每个比特中间仍然沿用曼彻斯特编码的方式跳变一次；好处是实现相对曼更容易

5.基本的带通调制方法

目的：低频的基带信号变为高频的信号；非连续信号->连续信号；
通常速率越高/带宽越高的传输介质，其传输频率越高；

5.1调幅

幅度的大小，最极端的情况0-1===》没有幅度-有幅度，理论上来说只要用幅度的不同来表示信号的差别都是可以的

5.2调频

单位时间内震动的次数不同（出现的波形的个数不同），如果仅仅是区别频率，那么幅度应该是相同的；

5.3相位

就是你的起始点是从哪开始的，然后你是向哪个方向开始走动的，实际上就区别是正弦波还是余弦波；

假如这个是正弦波，那么这个就是余弦波

6.信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号的过程中会产生各种失真以及带来多种干扰；

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有一下两个：

1. 信道能够通过的频率范围；（物理特性，与材料有关，无法人为改变）
2. 信噪比；
   噪声的定义：只要这个信号对于我们这次的传输没有意义，就将他成为噪声；
   

信噪比：

香农公式：（重要）

码分复用CDM

常用的名词是码分多址CDMA；

每个信号挑选不同的码型，这个码型就用不同的码片序列来表示
比特时间：每发送一比特的时间

举例：S站的8bit码片序列是00011011；
发送比特1时，就发送序列00011011；
发送比特0时，就发送序列11100100；

S站实际发送的时候是将1变为+1，0变为-1；所以00011011==》-1-1-1+1+1-1+1+1

CDMA的重要特点：每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须正交；
码片序列的正交关系：

注意：实际运算中，S站的码片都是按照刚才的那种规则使用0，-1进行运算的；
比如S站的码片是-1-1-1-+1+1-1+1+1，
则向量S表示为S=(-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,+1);
其他站T的码片向量T=(+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,-1);
那么ST=(-11±11±11+1*-1+1*-1±1*-1+1*-1+1*-1)/8=0;所以向量S和向量T是正交的；
S和S的内积是1，S和S的反码的内积是-1；

解：从A到D分别和收到的码片序列求规格化内积；只可能3种结果:假设用A求；
结果为0，是别的站发的数据，证明当前的站没有发任何数据；证明A在和其他站的码片求内积；
结果为1，是A站发的比特1，证明我发过数据，且发的原石数据是1；
结果为-1，是A站发的比特0，证明我发过数据，且发的原石数据是0；

A ：1；
B：-1；
C：0；
D：1；

结果表示ABD站发送了数据，A发的是1，B发的是0，D的1；