计算机网络物理层（Physical Layer）

Posted 2021-10-09 林慢慢i

前言：本章作为《计算机网络》系列的第二篇文章，内容主要是向大家介绍物理层的内容，引入数据通信基本知识、编码&调制、数据交换方式、传输媒介及分类、物理层设备等内容（参考资料为b站上点击量最高的两个计网视频——王道&方老师，王道有的地方会讲的不够好，大家可以两个交替看）。

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文章目录

• 1.物理层的基本概念
• • 1.1 物理层的主要任务
• 2.数据通信基本知识
• • 2.1 典型的数据通信模型
  • • 2.1.1 端系统之间通信的含义
    • 2.1.2 端系统之间两种通信方式
  • 2.2 数据通信相关术语
  • 2.3 三种通信方式
  • 2.4 两种数据传输方式
  • 2.5 同步传输&异步传输
  • 2.6 码元（Symbol）
  • 2.7 数据传输速率的两种传输方法
  • 2.8 带宽
  • 2.9 信号极限容量
  • • 2.9.1 奈式准则（Nyquist）
    • 2.9.2 香农定理（Shannon）
    • 2.9.3 奈式准则和香农定理的异同
• 3.编码&调制
• • 3.1基带信号和宽带信号（Base band，pass band）
  • 3.2 四种常用的编码、调制方式
  • • 3.2.1 数字数据编码为数字信号
    • 3.2.2 数字数据调制为模拟信号
    • 3.2.3 模拟数据编码为数字信号
    • 3.2.4 模拟数据调制为模拟信号
  • 3.3 思维导图
• 4.数据交换方式
• • 4.1 电路交换
  • • 4.1.1 电路交换的原理
    • 4.1.2 电路交换的特点
    • 4.1.3 电路交换的优缺点
  • 4.2 报文交换
  • • 4.2.1 报文交换的原理
    • 4.2.2 报文交换的流程
    • 4.2.3 报文交换优缺点
  • 4.3 分组交换
  • • 4.3.1 分组交换的原理
    • 4.3.2 分组交换的流程
    • 4.3.3 分组交换的特点
    • 4.3.4 分组交换的优缺点
  • 4.4 数据交换方式的选择
  • 4.5 分组交换的数据报方式
  • • 4.5.1 数据报方式的特点
  • 4.6 分组交换的虚电路方式
  • • 4.6.1 虚电路方式的特点
    • 4.6.2 数据报&虚电路对比
• 5 . 传输媒介及分类
• • 5.1 导向性传输介质
  • • 5.1.1 双绞线
    • 5.1.2 同轴电缆（Coaxial Cable）
    • 5.1.3 光纤
  • 5.2 非导向性传输介质
  • 5.3 思维导图
• 6.物理层设备
• • 6.1 中继器（RP repeater）
  • 6.2 集线器（Hub）
• 7.本章知识点思维导图

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1.物理层的基本概念

1.1 物理层的主要任务

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2.数据通信基本知识

2.1 典型的数据通信模型

2.1.1 端系统之间通信的含义

2.1.2 端系统之间两种通信方式

C/S方式

P2P方式

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2.2 数据通信相关术语

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2.3 三种通信方式

名称	英文	定义	需要信道条数
单工通信	Simplex	只能一个发一个收	一条
半双工通信	half-duplex	都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个	两条
全双工通信	duplex	都可以同时收发数据	两条

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2.4 两种数据传输方式

传输方式	特点
串行传输	速度慢，省钱，适合远距离
并行传输	速度快，耗钱，适合近距离

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2.5 同步传输&异步传输

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2.6 码元（Symbol）

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2.7 数据传输速率的两种传输方法

分为码元传输速率和信息传输速率
信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速
码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）
码元所带信息量（比特数）=log2（码元进制数）

思考题1

解析：

思考题2

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2.8 带宽

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2.9 信号极限容量

2.9.1 奈式准则（Nyquist）

只有在奈式准则、香农定理这俩地方用到的带宽单位是HZ。

奈式准则是在理想状态下得出的结论。

练习题：

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2.9.2 香农定理（Shannon）

香农定理是在有噪声的信道中得出的结论。

练习题：

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2.9.3 奈式准则和香农定理的异同

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3.编码&调制

3.1基带信号和宽带信号（Base band，pass band）

计算机网络中用的基带信号是数字信号

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3.2 四种常用的编码、调制方式

3.2.1 数字数据编码为数字信号

先介绍下为什么需要编码？看下图，高电平表示1，低电平表示0，大家认为他传递的信号是啥？

不少人第一眼会认为是010，但是不是还有可能是001100或者000111000呢？多个相同比特重复的话我们无法确认对吧~，所以引入了以下几种编码方式！

非归零编码

归零编码

反向不归零编码

曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码

4B/5B编码（了解即可）

3.2.2 数字数据调制为模拟信号

练习题：

3.2.3 模拟数据编码为数字信号

3.2.4 模拟数据调制为模拟信号

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3.3 思维导图

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4.数据交换方式

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4.1 电路交换

4.1.1 电路交换的原理

4.1.2 电路交换的特点

4.1.3 电路交换的优缺点

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4.2 报文交换

4.2.1 报文交换的原理

4.2.2 报文交换的流程

4.2.3 报文交换优缺点

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4.3 分组交换

4.3.1 分组交换的原理

4.3.2 分组交换的流程

4.3.3 分组交换的特点

H1向H5发送分组：从A到C再到E最后抵达H5

分组交换占用的时间极短，数据传完了就把链路释放出来，提高了线路利用率

路由器

主机跟路由器的作用不同

4.3.4 分组交换的优缺点

优点

缺点

王道的表格

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4.4 数据交换方式的选择

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4.5 分组交换的数据报方式

4.5.1 数据报方式的特点

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4.6 分组交换的虚电路方式

4.6.1 虚电路方式的特点

4.6.2 数据报&虚电路对比

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5 . 传输媒介及分类

传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质

导向性传输介质	电磁波沿着固体媒介（铜线or光纤）被导向传播
非导向性传输介质	自由空间，如空气，水等等

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5.1 导向性传输介质

5.1.1 双绞线

根据有无屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP）

5.1.2 同轴电缆（Coaxial Cable）

5.1.3 光纤

根据射入光线的数量，又分为单模光纤和多模光纤

光纤的特点

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5.2 非导向性传输介质

包括无线电波，微波，红外线和激光等

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5.3 思维导图

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6.物理层设备

6.1 中继器（RP repeater）

5-4-3规则是为了限制中继器使用次数
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备（中继器，集线器）最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机

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6.2 集线器（Hub）

集线器是个大的冲突域，同时只能有两个设备进行通讯，只会传输信号，没有智能。

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7.本章知识点思维导图

读者可自行在思维导图基础上进行知识点回顾及内容扩展！！！

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计算机网络的物理层部分到此介绍结束了，感谢您的阅读！！！如果内容对你有帮助的话，记得给我三连（点赞、收藏、关注）——做个手有余香的人。