【课程大纲】
计算机网络（第5版）第01章 概述 共132页.pptx
计算机网络（第5版）第02章 物理层 共65页.pptx
计算机网络（第5版）第03章 数据链路层 共131页.pptx
计算机网络（第5版）第04章 网络层 共232页.pptx
计算机网络（第5版）第05章 运输层 共137页.pptx
计算机网络（第5版）第06章 应用层 共204页.pptx
计算机网络（第5版）第07章 网络安全 共67页.pptx
计算机网络（第5版）第08章 音频视频 共85页.pptx
计算机网络（第5版）第09章 无线网络 共66页.pptx
计算机网络（第5版）第10章 下一代因特网 共55页.pptx
### 计算机网络物理层知识点详解
#### 一、物理层概述
**物理层**是计算机网络层次结构中的最低层，主要负责处理设备之间的原始比特流传输。它定义了如何将比特序列发送到物理介质上，并从物理介质上接收比特序列。本章节将详细介绍物理层的基本概念、数据通信的基础知识等内容。
#### 二、物理层的基本概念
物理层的任务主要是确定与传输媒体的接口特性，具体包括以下几个方面：
1. **机械特性**：指明接口所使用的接线器的形状、尺寸、引线数量和排列方式等。
2. **电气特性**：规定了在接口电缆上的各个线上出现的电压范围。
3. **功能特性**：明确了某条线上出现的特定电平的电压所表示的意义。
4. **过程特性**：规定了对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
这些特性确保了数据可以在不同的物理介质之间正确地传输。
#### 三、数据通信的基础知识
数据通信涉及将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。这里介绍了一些基本的概念和模型：
1. **数据通信系统的模型**：数据通信系统由源系统、目的系统和传输系统组成。其中源系统负责将信息转换成适合传输的形式；目的系统则将接收到的数据转换回原始形式；传输系统负责在源系统和目的系统之间传输数据。
2. **术语解释**：
- **数据**：运送消息的实体。
- **信号**：数据的电气或电磁表现形式。
- **模拟**：代表消息的参数取值是连续的。
- **数字**：代表消息的参数取值是离散的。
- **码元**：时域内代表不同离散数值的基本波形。
3. **通信类型**：
- **单向通信**（单工通信）：只允许一个方向的数据传输。
- **双向交替通信**（半双工通信）：双方均可发送信息，但不能同时发送和接收。
- **双向同时通信**（全双工通信）：双方可以同时发送和接收信息。
4. **信号类型**：
- **基带信号**：来自信源的信号，通常包含低频成分，可能不适合所有信道传输。
- **带通信号**：将基带信号调制后，将信号的频率范围搬移到较高频段以便在信道中传输。
#### 四、信号调制方法
为了使信号能够在不同的信道中传输，需要对基带信号进行调制。常用的调制方法包括：
1. **调幅**(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
2. **调频**(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
3. **调相**(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
这些调制方法可以帮助克服信号传输中的问题，如低频分量或直流分量不能在某些信道中传输的问题。
#### 五、正交振幅调制 (QAM)
正交振幅调制是一种高效的调制方法，它可以将幅度和相位的信息结合在一起，从而提高数据传输效率。例如，当使用16-QAM时，每个码元可以携带4比特的信息。然而，随着每个码元携带的信息量增加，解调时的错误率也会增加。
#### 六、信道的极限容量
奈奎斯特准则指出，在理想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率存在上限。此外，香农公式给出了在有噪声的情况下，信道的最大信息传输速率。这两个理论都是研究通信系统设计的重要基础。
#### 七、物理层下面的传输媒体
物理层还涉及不同的传输媒体，分为两大类：
1. **导向传输媒体**：如双绞线、同轴电缆、光纤等。
2. **非导向传输媒体**：如无线电波、红外线、激光等。
这些传输媒体的特点、优势及应用场景都有所不同。
#### 八、信道复用技术
为了提高信道利用率，信道复用技术被广泛采用，主要包括：
1. **频分复用**(FDM)：多个用户在不同的频率带宽上传输数据。
2. **时分复用**(TDM)：多个用户在相同频率带宽的不同时间段上传输数据。
3. **统计时分复用**(STDM)：类似于TDM，但在没有数据传输时可以跳过空闲时隙。
4. **波分复用**(WDM)：在光纤上传输不同波长的光信号。
5. **码分复用**(CDM)：利用特殊的编码方式来区分不同的用户。
这些技术有效地提高了通信系统的带宽利用率。
#### 九、数字传输系统与宽带接入技术
现代网络中，数字传输系统和技术的发展极大地推动了高速数据通信的应用。例如：
1. **xDSL技术**：利用普通电话线路提供高速互联网接入服务。
2. **光纤同轴混合网(HFC)**：结合光纤和同轴电缆的优势，提供高速数据传输。
3. **FTTx技术**：光纤到家/楼/节点等，以光纤作为主要传输介质，实现高速宽带接入。
这些技术的发展使得家庭和企业能够享受到更加快速稳定的网络连接。
物理层是计算机网络的基础，它不仅定义了数据传输的基本规则，还涵盖了信号处理、信道利用、传输媒体选择等多个方面。理解和掌握这些基础知识对于深入学习计算机网络技术至关重要。
