计算机网络是信息技术领域中的核心课程，本篇课件聚焦于计算机网络的基础——物理层的理论与实践。在物理层，我们关注的是数据如何通过各种传输介质进行有效的通信。
数据通信的理论基础包括傅立叶分析，它是一种数学方法，用于将复杂信号分解为不同频率的简单正弦波和谐波。傅立叶级数描述了信号如何由这些基本频率成分组成。通信系统模型通常由信源、信宿、信道以及可能存在的干扰（噪声）组成。信道的两个主要参数是通频带H和信噪比S/N，它们对信息传送速率有直接影响。
Nyquist公式描述了在理想无噪声信道中，最大数据传输速率与信道带宽的关系。如果信道的带宽为H，那么最大数据速率C等于2H倍的比特率。举例来说，一个3000Hz的带宽可以支持的最大数据传输速率为18000bps。
Shannon公式进一步扩展了Nyquist的理论，考虑了高斯噪声干扰的情况。在存在噪声的信道中，最大数据传输率C等于信道带宽H乘以log2(1+S/N)，其中S/N是信噪比。例如，一个带宽为3000Hz，信噪比为30dB的信道，其最大数据传输率可达到30,000bps。
传输介质在物理层起着至关重要的作用。有导向传输介质主要包括磁介质、双绞线、同轴电缆和光纤。其中，双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），它们通过绞合线来减少干扰和串音。同轴电缆分为基带和宽带两种，分别适用于数字和模拟信号传输。光纤则以其高传输速率、大通信容量、低损耗、抗干扰性强和保密性好等优点，广泛应用于长距离通信。
无线传输涉及电磁波谱，包括无线电传输、微波传输、红外线和毫米波以及光波传输。不同频段的无线传输技术各有特点，如无线电传输适用于广播和移动通信，微波传输常用于卫星通信，而红外线和毫米波则常用于短距离无线通信。
总结而言，计算机网络的物理层涵盖了数据通信的基本原理、传输介质的选择和无线通信的技术细节。理解这些基础知识对于构建和优化通信网络至关重要。
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