1 基本概念
2 数据通信的基本知识
3 常用编码形式
4 信道复用技术
2.1 基本概念
首先要知道的是，物理层考虑的是怎样才能在连接各种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。因为现在的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常的多。而物理层的作用就是要尽可能地屏蔽掉这些不同的差异，从而使得物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以让数据链路层“安心”的完成自己的本职工作而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体接口有关的一些特性，即以下几个方面：
（1）机械特性：指明接口所用的接线器的形状与尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等等
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
数据在计算机中多采用并行传输的方式。但数据在通信线路（传输媒体）的传输方式一般是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输，因此物理层还要完成传输方式的转换。
2.2 数据通信的基本知识
因为物理连接的方式有很多，所以具体的物理协议的种类也有很多，从而传输媒体的种类也是非常之多，所以在介绍物理层时，我们应该先对“接口与通信”有一定的了解。
2.2.1数据通信系统的模型
一个通信系统可以划分为三大部分，即源系统，传输系统和目的系统。
首先介绍源系统，源系统一般包括以下两个部分：
源点：源点设备产生要传输的数据，例如从计算机的键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为源站或者信源。
发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。最典型的发送器就是调制器，现在的很多计算器使用的都是内置的解调器（包括调制器和解调器）。
目的系统一般也包括以下两个部分：
接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，
终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。终点又称为目的站或者信宿。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
然后我们要来辨别一下下面的常用术语：
1 消息：指语音，文字，图像等等。
2 数据：指使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器处理或者产生。
3 信号：指数据的电气或电磁的表现。
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可以分为以下两大类：
（1）模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号：代表消息的参数的取值是离散的。
2.2.2 调制
基带信号：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信 号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。
下图为带通调制，使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。
除了带通调制，还有一种调至类型为基带调制，它仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。
2.2.3 信道
信道能够通过的频率范围
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。1924年，奈奎斯特 (Nyquist) 就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
信噪比
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。1984年，香农 (Shannon) 用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。
由香农公式可知，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限
传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
2.3 常用编码形式
1)单极性不归零码：无电压表示"0"，恒定正电压表示"1"，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平。
2)双极性不归零码："1"码和"0"码都有电流，"1"为正电流，"0"为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。
3)单极性归零码：在这种编码中，在每一码元时间间隔内，有一半的时间发出正电流，而另一半时间则不发出电流表示二进制数“1”。整个码元时间间隔内无电流发出表示二进制数“0”。
4)双极性归零码：在这种编码中，在每一码元时间间隔内，当发“1”时，发出正向窄脉冲；当发“0”时，则发出负向窄脉冲。两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。
5)曼彻斯特编码：在曼彻斯特编码中，每个二进制位(码元)的中间都有电压跳变。用电压的正跳变表示“0”，电压的负跳变表示“1”。由于跳变都发生在每一个码元的中间位置(半个周期)，接收端可以方便地利用它作为同步时钟，因此这种曼彻斯特编码又称为“自同步曼彻斯特编码”。
归零码和不归零码、单极性码和双极性码以及曼彻斯特编码的特点：
不归零码：在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；
归零码：脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。
单极性码：会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；
双极性码：直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。
曼彻斯特编码：双极性不归零码中，如果0和1出现的概率相同，正负电压正好抵消无直流分量，因而对传输有利且有较强的抗干扰能力。
2.4 信道复用技术
复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。
频分复用（FDM）
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
时分复用（TDM）
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
统计时分复用（Statistic TDM）
STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。
波分复用（WDM）
波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
码分复用（CDM）亦称为码分多址（CDMA）
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。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。
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 (orthogonal)。
因此，站点接收信号时有三种情况:
1、发送端与接收端为两个不同的站点；由于两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积 (inner product) 等于 0：
2、接收端接收到比特“1”码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是 1：
3、接收端接收到比特“0”码片向量和该码片反码的向量的规格化内积是 –1：
《计算机网络基础系列》，会持续更新，想了解的朋友可以关注 ，文章有帮助的话可以长按点赞有惊喜！！！文章比较长，大家可以先 收藏、转发后再看，有什么补充可以在下面评论，谢谢大家！
,
