一、物理层基本概念

物理层解决如何在连接计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的特性——->定义标准
1.机械特性：定义物理连接特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
2.电气特性：规定传输二进制时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制。
3.功能特性：指明某线路上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
4.规程特性：(过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

二、数据通信基本知识

2.1数据通信基本模型

通信的目的是传送信息，如文字，图像和视频等。
数据是指传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号则是数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式。
数字信号：代表消息的参数取值是离散的。
模拟信号：代表消息的参数取值是连续的。

信源：产生和发送数据的源头。
信宿：接收数据的终点。
信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包括一条发送信道和一条接收信道。

2.2三种通信方式

1.单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条通道。
2.半双工通信：通信的双方都可以发送或接受信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
3.双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

2.3两种数据传输方式

传输方式：
串行传输 速度慢，费用低，适合远距离
并行传输 速度快，费用高，适合近距离(用于计算机内部数据传输)

三、码元 波特 速率 带宽

3.1码元

码元是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲),代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2)，此时码元为M进制码元。
1码元可以携带多个比特的信息量。
例如：使用二进制编码，只有两种码元，0状态与1状态。
4进制码元——-有4种状态————->四种高低不同的信号 00，01，10，11

3.2速率

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以使用码元传输速率和信息传输速率表示。

1)码元传输速率：别名码元速率、波特速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化次数)，单位是波特(Baud)。
1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。 1 Baud = 1 码元/S
码元可以是多进制，也可以是二进制，码元速率与进制数无关。

1s传输多少个码元

2)信息传输速率：别名信息速率、比特率等。表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数(即比特数)，单位是比特/秒(b/s)。

1s传输多少个比特

例如一个4进制码元，他就有四种不同的形态，分别表示0，1，2，3；对应的二进制就是00，01，10，11；可见需要两位2进制数才能表示，因此他就携带了2比特的信息。
8进制码元，有八种形态，需要三位二进制数表示，所以他就携带了3比特信息。
16进制码元—————————————————携带4比特信息。

波特与比特关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M X n bit/s。
例题：

3）带宽：表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的”最高数据率”,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

四、奈氏准则、香农定理

4.1失真与码间串扰

4.2奈氏准则

在理想(无噪声、带宽受限)条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2 W Baud,W是信道带宽，单位Hz。
极限数据率：

例题：

1.在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。若传输速率超过了此上限，就会出现严重码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能。
2.新到的频带越宽(即能通过的信号高频分量越多)，就可以用更高的速率进行码元的有效传输。
3.奈氏准则给出来码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。
4.由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

4.3香农定理

噪声存在于所有电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时候很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声影响相对较小。
信噪比 = 信号的平均功率 / 噪声的平均功率 ，常记为S/N ，并用分贝(dB)作为度量单位。
信噪比 = 10 log₁₀ ^(S/N) 数值等价

香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的传输速率有上限值。

1.信道的带宽或信道中噪声比越大，则信息的极限传输速率就越高。
2.对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输书速率的上限就确定了。
3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。
4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输缩率要比它低不少。

例题：

4.4奈氏准则与香农定理对比