前言

对于从事it的人来说，计算机基础知识是非常重要的，但是很多人往往会忽略他的重要性，认为这些东西对于自己所从事的职业岗位来说可有可无，就比如我所从事的前端岗位，但是当自己在工作中真正的去写对计算机基础要求比较高的业务时，比如防火墙业务，方知书到用时方恨少，自己完全看不懂自己所做的东西到底是怎么发挥作用的，完全看不懂自己所写的页面传输的数据和接收的数据到底有什么用处，这种感觉就很难受了，所以就痛定思痛，决定把上大学睡过去或者玩游戏而错失的宝贵知识给补回来。所以就把自己在恶补计算机网络中的收获分享出来，当然，分享的东西肯定不会和书本上照本宣科般的知识点罗列，因为那样做的话，真的是太无聊了。

物理层的本质是什么，它为什么被作为网络模型的第一层？

物理层为什么被当做网络模型的第一层，这个问题是不是很奇怪，因为大家都知道物理层处于网络的最底层，问这个问题不就是多此一举吗？同样的问题我在面试的时候也有幸被问到过，当然问的不是物理层，而是网络层，当时被问到网络层为什么只有一层，为什么不可以是七层或者是八层网络层呢？这个问题留给评论区的大神们去解答吧，当时我被问到这个问题时是一脸懵的。

话不多说，我们以结果为导向，说明一下物理层为什么处在网络模型的第一层，我们可以想象一下，我们用的计算机的种类有很多，比如台式电脑和笔记本电脑以及工控类电脑，传输介质有双绞线、光纤等区别，在这么多不同种类的计算机和不同的传输方式的情况下想要彼此之间相互的无障碍交流，就必须将信息保持一致性，想要信息保持一致，就必须让各种计算机共同遵循一套规则，而物理层就是这一套规则的第一关，物理层的本质就是要屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异而造成的问题。而至于为什么叫物理层，那这个就很好解释了，因为跟它打交道的都是一些我们能实际看的到的物理设备，比如双绞线、光纤、传输媒体等，所以它就被命名为物理层，当然它也可以叫做其他名称，但是名称嘛，叫啥都无所谓。信息在传输过程中所遇到的不同情况就会引出对这些情况的一些定义，就会有一些概念诞生。

我们产生的信息是怎么变成信号的

在我们的系统中，信息是通过调制解调器来进行数据信号之间的转换，将数据转换成数字信号或者模拟信号。

模拟信号（连续信号）：代表消息的参数的取值是连续的。
数字信号（离散信号）：代表消息的参数的取值是离散的。代表不同离散数值的基本波形就称为码元。在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，分别为0和1。来自信源发送的基带信号的特点就是他包含很多低频成分，许多传输媒体对于这种原始信号是没有办法进行传递的所以就需要对信号进行二次处理。二次处理的方法不同引出以下概念。
基带调制：仅仅变换基带信号的波形，变换后的信号仍然为基带信号。是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此又称编码。
带通调制：使用载波进行调制，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，经过载波调制后的信号称为带通信号。 编码方式：

【注】编码就是为了解决在比特在传输中被影响后，他的特征变的不明显而造成难以识别的问题。

不归零制：正电平代表1，负电平代表 0。
归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表 0。
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1 。但也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1 。

带通调制方法：调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）。

因传输接口的不同而引出的概念

机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

因传输媒体不同而引出的概念

传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

引导型传输媒体
- 双绞线：就是我们平时看到的最普通的网线。
- 同轴电缆：具有很好的抗干扰能力。
- 光纤：利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光的频率范围非常宽（带宽非常宽）。注：因为光纤在传输过程中是靠着光信号在光纤中的反射进行传输的（大家可以想一下光的速度和电流的速度那个快），那么问题来了，既然是靠着光的反射进行传输的就会产生以下几种情况
  - 如果有好几束光同时传输时是怎么传输的？
  - 光的反射也是需要消耗能量的，因为能量是守恒的，怎样才能上光在传输的过程中能量消耗最少？只要是入射角度不一样，多束光在传输的时候是不会彼此影响的。要减少光的能量消耗，解决办法是缩小光纤的直径，让光纤的直径缩小在一定范围内，这样光的入射角就会无限的接近于0，这样光就可以在光纤中接近于直线传播了。那么这两种问题的解决方案就引出了两个概念：
- 多模光纤：多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
- 单模光纤：若光纤的直径减小到只有一个光的波长，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。
非引导性传输媒体
- 非引导性传输媒体：如无线、红外、大气激光。主要用于短波通信。

因中量化影响信号传输而产生的概念

信号传输过程中会受信号周围噪音的影响，（所谓的噪音不仅仅指信号周围的声音，还包括其他信号的干扰，把所有的干扰因素统称为噪音），量化对信号的传输的影响程度，而定义的概念就是信噪比和香农公式。

香农定理

香农（Shannon）定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率（单位 b/s）。 $v = Wlog_2(1 + \frac{S}{N})$

其中，W 为信道的带宽；S 为信道所传输信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。S/N 为信噪比，即信号的平均功率与噪声的平均功率之比。

因信息交互而引出的概念

信息在传输媒体（也就是通信电路）中的传输而引出的概念就是信道，所谓的信道可以看成是信息传输所走的路，就像是现实生活中的柏油马路一样。既然是路，就会有方向的区别，即是：发送信道和接收信道，因为信息传输的目的不一样，有的信息只需要传输过去，不需要和接收者进行交互，有的需要一问一答，有的需要实时交流。

单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送或接受。
双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。

因信息传递是否要独自占用一条信道而产生的概念

信息可以是多个，但是承接信息的信道确是有限的，这种情况其实就类似于我们生活中的车牌号限行一样，因为在公路上的车辆太多，造成大面积交通堵塞，就通过车牌号限行来限制一段时间内的车辆数量。这就引出了信道复用技术。

频分复用（FDM）：用户在相同时间内占用不同的频带。
时分复用（TDM）：用户在不同时间内占用相同的频带。

统计时分复用（STDM）：统计复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。它是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器常使用这种技术。

波分复用（WDM）：就是光的频分复用。
码分复用（CDM）是另一种共享信道的方法。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。更常用的名词为码分多址（CDMA）。

计算机网络系列-物理层

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