计算机网络——物理层

整理一下物理层比较重要的知识点

单工、半双工、全双工 

单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；
半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；
全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。 

 网卡的全双工是指网卡在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。

数据传输的同步方式

同步传输方式又称位同步方式，即在发送端对每位数据都要附加同步信息，这种方式传输效率比较高，但要附加一条传输时钟脉冲的通信线路。解决这个问题的办法是对数字信号编码，如曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
异步传输又称起止式，以字符为单位进行传输。在异步传输中，需要在每字节开始时发送一个起始位(0)，然后在结束时发送一个或多个停止位(1)  。在收发两端都有各自的时钟源，但频率必须一致。因会有频率误差，所以对每个字符都要重新同步一次，这样字符之间的时钟频率误差不会累加。通信双方必须约定一致的时钟频率、传输字符的位数、是否要校验及校验方式、停止位的位数等。由于这种传输方式字符之间的间隔是任意的(≥1位或2位)，发送方准备好一个字符后就可发送，因此又称异步传输方式。

物理层与物理层协议的基本概念

通信子网分为：点-点通信线路通信子网和广播信道通信子网;

广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般采用广播信道;

由于技术上存在较大的差异，因此，在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点-点通信线路，另一类是基于广播信道。

物理层基本服务功能

物理层的任务是将比特从一个节点移动到下一个节点，设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流；计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。（数据链路层不需要考虑传输介质和设备的差异）

曼彻斯特编码

规则：每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分；通过前T/2传送该比特的反码，通过后T/2传送该比特的原码

优点：每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时间间隔可以T/2或T，利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号曼彻斯特编码信号又称做“自含钟编码”信号，发送曼彻斯特编码信号时无需另发同步信号。
差分曼彻斯特编码

与差分曼彻斯特编码不同之处在于，每比特的中间跳变仅做同步之用，每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定，一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不发生跳变表示传输二进制1。

香农定理

在有随机热噪声的信道上传输数据时，数据传输速率C与信道带宽B，信噪比S/N的关系为：

                                                         C  =  B·log2（1+S/N) (b/s)

多路复用技术的分类

频分多路复用FDM：在一条通信线路设计多路通信信道;每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;各个载波频率是不重叠的,那么一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。
波分多路复用WDM：光纤通道（fiber optic channel）技术采用了波长分隔多路复用方法
时分多路复用TDM：时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户分得一个时间片；在其占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。
码分多路复用CDM：每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列；如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 需要注意的是，每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交