计算机网络中科大 - 第2章 物理层（详细解析）

第二章：物理层（优化整合版）

一、物理层的基本概念

1. 功能

物理层的主要功能是实现比特流的透明传输，即将逻辑1和0通过物理媒介传送给对方，无需理解传输内容的含义。

2. 特点

• 仅考虑电气、机械、功能和过程特性
• 与具体的传输介质紧密相关（如光纤、电缆、无线等）
• 不处理数据结构，仅负责0和1的发送与接收

二、物理层的主要技术参数

三、数据通信的基本概念

1. 数据通信模型

包含5个基本要素：

• 源点：数据的起点（如计算机）
• 发送器：将数据转换为信号
• 传输系统：传输媒介（如双绞线、光缆等）
• 接收器：将接收到的信号转换为数据
• 终点：数据的最终接收方（如打印机）

2. 信号类型

四、信道带宽与数据率的关系

香农定理（理想信道）

[ C = B \cdot \log_2(1 + \frac{S}{N}) ]

• C：信道容量（bps）
• B：信道带宽（Hz）
• S/N：信噪比

奈奎斯特定理（无噪声信道）

[ C = 2B \cdot \log_2(M) ]

• M：每个码元的状态数

五、传输方式分类

1. 串行与并行传输

2. 同步与异步传输

3. 单工、半双工与全双工

六、编码与调制技术

1. 编码

• 曼彻斯特编码：0表示高→低，1表示低→高，具有同步功能
• 差分曼彻斯特编码：每位中心有跳变，0有额外跳变，1无

2. 调制

将数字信号转换为模拟信号的方式（适用于模拟信道）

• ASK（幅移键控）
• FSK（频移键控）
• PSK（相移键控）

七、传输介质

1. 导引型传输介质（有线）

2. 非导引型介质（无线）

如无线电、微波、红外线，适用于移动通信和不方便布线的环境。

八、常见应用与考点提示

易考知识点总结

九、总结思维导图（建议）

可以绘制如下内容作为复习导图结构：

• 物理层功能与特点
• 信号种类与转换方式
• 通信模型与传输方式分类
• 编码与调制方法
• 传输介质与适用场景
• 典型公式（奈奎斯特、香农）