一、物理層概述

物理層是干嘛使得？
物理層解決如何在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。
物理層主要任務(wù)是確定與傳輸媒體接口有關(guān)的一些特性。定義標(biāo)準(zhǔn)可以理解為插排上的兩孔三孔

1. 機(jī)械特性：定義物理連接的特性，規(guī)定物理連接時(shí)所采用的規(guī)格、接口形狀、引線數(shù)目、引腳數(shù)量和排列情況。
2. 電氣特性：通常會(huì)有數(shù)字。規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時(shí)，線路上信號(hào)的電壓范圍、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制等。例如：某網(wǎng)絡(luò)在物理層規(guī)定，信號(hào)的電平用+10V～+15V表示二進(jìn)制0，用?10V～?15V表示二進(jìn)制1，電線長(zhǎng)度限于15m以內(nèi)
3. 功能特性：不會(huì)出現(xiàn)數(shù)字，出現(xiàn)含義、意義等。指明某條線上出現(xiàn)的某一電平表示何種意義，接口部件的信號(hào)線的用途。例如：描述一個(gè)物理層接口引腳處于高電平時(shí)的含義時(shí)
4. 規(guī)程特性：出現(xiàn)規(guī)程、時(shí)序。（過程特性）定義各條物理線路的工作規(guī)程和時(shí)序關(guān)系。

二、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)一

QQ發(fā)送一段話：在嗎？在干嘛？多喝熱水？如何把人理解的一段話轉(zhuǎn)化為機(jī)器所能理解的語言呢？其實(shí)本質(zhì)就是一系列1010的組合形式，計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡發(fā)出的電信號(hào)或者叫數(shù)字信號(hào)接下來需要經(jīng)過一個(gè)調(diào)制解調(diào)器把這個(gè)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。因?yàn)樵诠秒娫捑W(wǎng)中有很多模擬信道，而模擬信道中只能傳輸模擬信號(hào)不能傳輸數(shù)字信號(hào)，那么就需要這么一個(gè)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，到了另一邊則需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的逆過程同樣需要調(diào)制解調(diào)器，接下來計(jì)算機(jī)會(huì)把數(shù)據(jù)的比特流轉(zhuǎn)成我們?nèi)祟惪梢岳斫獾恼Z言形式。
專業(yè)名詞描述：輸入端叫做信源（信息的來源），接下來數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)過信源發(fā)送到發(fā)送器（調(diào)制解調(diào)器）接收端的可以叫做接收器，中間公用電話網(wǎng)可以看作是一個(gè)傳輸系統(tǒng)。所以整個(gè)流程看作是源系統(tǒng)–>傳輸系統(tǒng)–>目的系統(tǒng)

數(shù)據(jù)data：傳送信息的實(shí)體，通常是有意義的符號(hào)序列。
信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣/電磁的表現(xiàn)，是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的存在形式。通信的目的是傳送消息（消息：語音、文字、圖像、視頻等）。
數(shù)字信號(hào)/離散信號(hào)：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 模擬信號(hào)/連續(xù)信號(hào)：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 信源：產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)的源頭。
信宿：接收數(shù)據(jù)的終點(diǎn)。 信道：信號(hào)的傳輸媒介。一般用來表示向某一個(gè)方向傳送信息的介質(zhì)，因此一條通信線路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。

信道按傳輸信號(hào)分為模擬信道（傳送模擬信號(hào)） 數(shù)字信道（傳送數(shù)字信號(hào)）
按傳輸介質(zhì)分為無線信道 有線信道

數(shù)據(jù)通信需要考慮3個(gè)問題

1. 通信雙方的交互方式劃分：
   
   • 單工通信（廣播）：僅需一條信道，不會(huì)存在反方向交互
   • 半雙工/雙向交替通信（對(duì)講機(jī)）：需要兩條信道，雙方都能發(fā)送和接收但不能同時(shí)進(jìn)行
   • 全雙工/雙向同時(shí)通信（打電話）：需要兩條信道，可以同時(shí)發(fā)送和接收信息
2. 數(shù)據(jù)傳輸方式劃分：
   • 串行傳輸：一條信道發(fā)送一個(gè)字符8位二進(jìn)制數(shù)【速度慢，費(fèi)用低，適合遠(yuǎn)距離】
   • 并行傳輸：八條信道同時(shí)發(fā)送8位二進(jìn)制數(shù)【速度快，費(fèi)用高，適合近距離】例如計(jì)算機(jī)的打印機(jī)、掃描儀接口
3. 實(shí)現(xiàn)同步的傳輸/通信方式劃分：
   • 同步傳輸：連續(xù)的發(fā)送，在同步傳輸?shù)哪Ｊ较?#xff0c;數(shù)據(jù)的傳送是以一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊為單位，因此同步傳輸又稱為區(qū)塊傳輸。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，比如傳送4個(gè)字節(jié)（一個(gè)區(qū)塊）需先送出1個(gè)或多個(gè)同步字符SYN，再送出整批的數(shù)據(jù)，接收端在接收的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)同步字符就可以準(zhǔn)備接收了。
   • 異步傳輸：不是連續(xù)的將比特分成小組進(jìn)行傳送，小組可以是8位的1個(gè)字符或更長(zhǎng)。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。傳送數(shù)據(jù)時(shí)，加一個(gè)字符起始位和一個(gè)字符終止位。常見例子就是在鍵盤上敲數(shù)字，不知道什么時(shí)候才會(huì)觸發(fā)。

三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)二

碼元是指用一個(gè)固定時(shí)長(zhǎng)的信號(hào)波形（數(shù)字脈沖），代表不同離散數(shù)值的基本波形，是數(shù)字通信中數(shù)字信號(hào)的計(jì)
量單位，這個(gè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的信號(hào)稱為k進(jìn)制碼元，而該時(shí)長(zhǎng)稱為碼元寬度。當(dāng)碼元的離散狀態(tài)有M個(gè)時(shí)（M大于2），
此時(shí)碼元為M進(jìn)制碼元。
1碼元可以攜帶的多個(gè)比特的信息量。例如，在使用二進(jìn)制編碼時(shí)，只有兩種不同的碼元，一種代表0狀態(tài)，另一種代
表1狀態(tài)。
速率也叫數(shù)據(jù)率，是指數(shù)據(jù)的傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?？梢杂么a元傳輸速率和信息傳輸速率表示。

• 碼元傳輸速率：碼速。單位時(shí)間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)（脈沖變化次數(shù)）單位是baud，數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與碼元長(zhǎng)度T有關(guān)
• 信息傳輸速率：比特率。單位時(shí)間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元個(gè)數(shù)（比特?cái)?shù)）單位是bit/s，若一個(gè)碼元攜帶n bit的信息量，則M baud的碼元傳輸速率是M × n bit/s

某一數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖撬倪M(jìn)制碼元,4s傳輸了8000個(gè)碼元,求系統(tǒng)的碼元傳輸速率是多少?信息傳輸速率是多少?
若另一通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖鞘M(jìn)制碼元,6s傳輸了7200個(gè)碼元,求他的碼元傳輸速率是多少?信息傳輸速率是多少?并指出哪個(gè)系統(tǒng)傳輸速快?
結(jié)論：2000Baud，4000b/s；1200Baud，4800b/s；十六進(jìn)制更快
四進(jìn)制碼元系統(tǒng)
碼元傳輸速率就是8000/4=2000Baud，信息傳輸速率就是2000×2=4000b/s
十六進(jìn)制碼元系統(tǒng)
碼元傳輸速率就是7200/6=1200Baud，信息傳輸速率就是1200×4=4800bit/s
系統(tǒng)傳輸?shù)氖潜忍亓?#xff0c;通常比較的是信息傳輸速率，所以傳輸十六進(jìn)制碼元的通信系統(tǒng)傳輸速率較快。

什么是帶寬？（更大帶寬，更大的信息傳送能力）

1. 模擬信號(hào)系統(tǒng)帶寬：在一個(gè)模擬信號(hào)系統(tǒng)里，當(dāng)你輸入的信號(hào)頻率過高或過低，以至于輸出信號(hào)強(qiáng)度減弱到只剩原來一半（這是個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，叫作-3dB點(diǎn)），那么這兩個(gè)特定頻率之間的差距就是這個(gè)系統(tǒng)的“帶寬”。就好比一段水管能有效輸送水流的最大寬度，它的計(jì)量單位是赫茲（Hz）。
2. 數(shù)字設(shè)備帶寬：在數(shù)字世界中，帶寬就像一條信息高速公路的車道寬度，它衡量的是單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)一端傳送到另一端的最大信息量，或者說是一秒鐘內(nèi)能通過的數(shù)據(jù)包數(shù)量。這里的帶寬用“比特每秒”（bps）來衡量，直接反映了網(wǎng)絡(luò)線路傳輸數(shù)據(jù)的能力大小。

奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)定理

首先引入一個(gè)數(shù)據(jù)失真的概念性問題，什么是數(shù)據(jù)失真？失真有哪幾種情況？失真的影響因素有哪些？

在真實(shí)的信道中，肯定會(huì)遇到一些帶寬受限的信道干擾，噪聲干擾，媒體質(zhì)量，傳輸距離等導(dǎo)致在接收端就會(huì)收到很難識(shí)別的信號(hào)波形，不知道傳過來的是1還是0。
上圖2中左邊對(duì)應(yīng)的是信號(hào)帶寬，并不是所有的信號(hào)都能通過電話線調(diào)制進(jìn)行傳播，中間兩個(gè)可以通過的最高和最低的頻率HZ之差就是信道的帶寬了。第一個(gè)不能通過的原因是震動(dòng)太低，在傳輸?shù)倪^程中衰減到不能傳輸，第四種是因?yàn)檎饎?dòng)的次數(shù)和頻率太快導(dǎo)致接收端不能區(qū)分波形之間的差異就會(huì)導(dǎo)致碼間串?dāng)_的現(xiàn)象。【接收端收到的信號(hào)波形失去了碼元之間清晰界限的現(xiàn)象】

那為了解決碼間串?dāng)_的問題，就引入了奈氏準(zhǔn)則==

奈氏準(zhǔn)則：在理想低通（無噪聲，帶寬受限）條件下，為了避免碼間串?dāng)_，極限碼元傳輸速率為2W Baud，W是信道帶寬，單位是Hz。

1. 每個(gè)通信通道都有傳送碼元的“速度極限”，如果超速了，就像車開太快容易出車禍一樣，碼元之間會(huì)互相干擾（碼間串?dāng)_），這樣一來，接收方就很難甚至無法準(zhǔn)確地把原本發(fā)送的每個(gè)碼元分開來。

2. 信道好比一條高速公路，它的寬度越大（頻帶越寬），就能同時(shí)容納更多快速行駛的“碼元車輛”。也就是說，頻帶越寬的信道能支持更快的碼元傳輸速度。

3. 奈氏準(zhǔn)則就像交通規(guī)則，它規(guī)定了在理想情況下碼元不能超過的最大傳輸速度，但這個(gè)規(guī)則只管單個(gè)碼元的速度，并沒有直接說在這條路上究竟能運(yùn)輸多少貨物（信息量）。

4. 要提升信息傳輸效率，就好比要想辦法在有限的車流量（碼元速率）下運(yùn)載更多的貨物（信息）。那么，我們就得改進(jìn)“裝載方式”，比如讓每一輛車（碼元）裝更多的包裹（比特）。這就像多元制調(diào)制技術(shù)那樣，通過改變碼元的狀態(tài)組合，使得單個(gè)碼元能攜帶更多信息比特，從而間接提高整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率。

例題：在無噪聲的情況下，若某通信鏈路的帶寬為3kHz，采用4個(gè)相位，每個(gè)相位具有4種振幅的QAM調(diào)制技術(shù)，則該通信鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？
解答：采用4個(gè)相位和4種振幅那就是有調(diào)向和調(diào)幅16種變化，對(duì)應(yīng)16種碼元。最大數(shù)據(jù)傳輸率=2 x 3k x4=24kb/s

香農(nóng)定理不僅定義了在信道中傳輸?shù)谋忍貥O限傳輸速率，而且考慮到了實(shí)際會(huì)存在的電磁干擾和噪聲影響（噪聲影響是相對(duì)的，實(shí)時(shí)噪聲是瞬時(shí)的隨機(jī)的，可能對(duì)碼元的判斷是致命的，但信號(hào)強(qiáng)影響又很小，需要信噪比參數(shù)來衡量）

1. 信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。
   信道好比是一條公路，帶寬就像是路的寬度，信噪比就像是路上汽車與背景噪音的比例。路越寬，噪音越小，汽車跑得就越快，所以信息傳輸?shù)乃俣?#xff08;好比汽車運(yùn)送貨物的速度）就能提得更高。

2. 對(duì)一定的傳輸帶寬和一定的信噪比，信息傳輸速率的上限就確定了。
   固定了路的寬度和噪音水平，就像給這條路設(shè)定了一個(gè)最快行車速度限制。在這個(gè)限制內(nèi)，信息傳輸?shù)淖羁焖俣纫簿捅淮_定下來了。

3. 只要信息的傳輸速率低于信道的極限傳輸速率，就一定能找到某種方法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。
   只要開車的速度不超過這條“信息公路”的最高限速，就總能找到合適的方法確保貨物（信息）安全、準(zhǔn)確送達(dá)目的地，不會(huì)出錯(cuò)。

4. 香農(nóng)定理得出的為極限信息傳輸速率，實(shí)際信道能達(dá)到的傳輸速率要比它低不少。
   香農(nóng)定理揭示了在最優(yōu)條件下信息公路能達(dá)到的理論最高速度，但實(shí)際上，由于種種現(xiàn)實(shí)原因，實(shí)際駕駛過程中我們往往達(dá)不到這個(gè)理論上的最高速度。

5. 從香農(nóng)定理可以看出，若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（不可能），那么信道的極限信息傳輸速率也就沒有上限。
   幻想一下，如果有無限寬的路（無限帶寬）和絕對(duì)安靜無噪音的環(huán)境（無窮大的信噪比），那這條信息公路理論上就沒速度上限了，想多快就能多快。不過現(xiàn)實(shí)中這兩種條件都是不可能實(shí)現(xiàn)的。

例題：電話系統(tǒng)的典型參數(shù)是信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則該系統(tǒng)最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？
解答：信噪比30dB，根據(jù)信噪比公式可得S/N=1000，最大數(shù)據(jù)傳輸速率=3000Hz×log2(1+1000)≈30kb/s

奈氏準(zhǔn)則【內(nèi)憂】更像是分析了一個(gè)理想課堂環(huán)境下的情況，其中假設(shè)老師（信號(hào)源）發(fā)出的聲音非常清晰、穩(wěn)定且不受限制，而學(xué)生能否聽清楚主要是取決于相鄰?fù)瑢W(xué)之間的說話聲（碼間串?dāng)_），即信道自身的物理特性是否會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。換句話說，奈氏準(zhǔn)則主要關(guān)注的是碼元（每個(gè)獨(dú)立信號(hào)單元）傳輸速率的上限，并且是在沒有噪聲的理想條件下討論的。

香農(nóng)定理【外患】則更加全面地考慮了課堂的實(shí)際復(fù)雜性，不僅包括了學(xué)生們相互之間的噪音干擾（噪聲），還考慮到了老師講話音量的大小以及教室的擴(kuò)音效果等因素（相當(dāng)于信號(hào)功率和信噪比），它指出即使存在噪聲，在一定信噪比和帶寬條件下，仍有一個(gè)理論上能達(dá)到的最佳信息傳輸速率。因此，香農(nóng)定理提供了一個(gè)在現(xiàn)實(shí)噪聲環(huán)境中，如何最大化有效信息傳輸?shù)睦碚撝笇?dǎo)。

四、數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制

信道上傳輸?shù)男盘?hào)：
基帶信號(hào)：將數(shù)字信號(hào)1和0直接用兩種不同的電壓表示，再送到數(shù)字信道上去傳輸（基帶傳輸）。來自信源的信號(hào)，像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)就是發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)男畔⒌男盘?hào)，比如我們說話的聲波就是。
寬帶信號(hào)：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)，再傳送到模擬信道上去傳輸（寬帶傳輸）。把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。
在傳輸距離較近時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用基帶傳輸方式（近距離衰減小，從而信號(hào)內(nèi)容不易發(fā)生變化）
在傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用寬帶傳輸方式（遠(yuǎn)距離衰減大，即使信號(hào)變化大也能最后過濾出來基帶信號(hào)）

【編碼：數(shù)據(jù)—>數(shù)字信號(hào)，調(diào)制：數(shù)據(jù)—>模擬信號(hào)】

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)【前瞻知識(shí)點(diǎn)：碼元傳輸速率既可以是一秒傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)或者是脈沖個(gè)數(shù)或者是信號(hào)變化的次數(shù)】

1. 非歸零編碼【NRZ】==高1低0

   編碼容易實(shí)現(xiàn)，但沒有檢錯(cuò)功能，且無法判斷一個(gè)碼元的開始和結(jié)束，以至于收發(fā)雙方難以保持同步。

2. 曼徹斯特編碼==高到低1，低到高0

3. 差分曼徹斯特編碼==同1異0-虛線兩邊的信號(hào)，指向下一個(gè)碼元

   如何理解曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼？
   曼徹斯特編碼在一個(gè)碼元周期的中間如果發(fā)生高到低的跳變則代表當(dāng)前碼元信息是1，否則低到高代表0，在一個(gè)碼元信息里，半周期跳變位置處傳遞的是數(shù)據(jù)0/1信息，而特定時(shí)刻發(fā)生跳變則提供給接收端知道這是下一個(gè)比特開始的位置，從而實(shí)現(xiàn)了位同步。
   差分曼徹斯特編碼在一個(gè)碼元周期的起始邊界有電平跳變代表異0，沒有跳變則表示同1，數(shù)據(jù)信息存在碼元邊界的跳變中，指向下一個(gè)碼元。
   總結(jié)就是曼徹斯特編碼依據(jù)的是碼元周期中間電平是否從高到低或從低到高變換，差分曼徹斯特編碼則是看碼元周期的起始邊界是否有電平跳變。

4. 歸零編碼【RZ】

   信號(hào)電平在一個(gè)碼元之內(nèi)都要恢復(fù)到零的這種編碼成編碼方式。

5. 反向不歸零編碼【NRZI】

   在NRZI編碼中，信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)代表邏輯“0”，信號(hào)電平保持不變代表邏輯“1”。如果前一個(gè)比特是“1”，并且下一個(gè)比特也是“1”，則信號(hào)電平保持不變；如果下一個(gè)比特是“0”，則信號(hào)電平會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。

6. 4B/5B編碼

   比特流中插入額外的比特以打破一連串的0或1，就是用5個(gè)比特來編碼4個(gè)比特的數(shù)據(jù)，之后再傳給接收方，因此稱為4B/5B。編碼效
   率為80%。只采用16種對(duì)應(yīng)16種不同的4位碼，其他的16種作為控制碼（幀的開始和結(jié)束，線路的狀態(tài)信息等）或保留。

調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制：
2ASK調(diào)幅【0沒有幅度，1有幅度】
2FSK調(diào)頻【0對(duì)應(yīng)低頻，1對(duì)應(yīng)高頻】
2PSK調(diào)相【0對(duì)應(yīng)正弦波，1對(duì)應(yīng)余弦波】

例題：某通信鏈路的波特率是1200Baud，采用4個(gè)相位，每個(gè)相位有4種振幅的QAM調(diào)制技術(shù)，則該鏈路的信息傳輸速率是多少？
調(diào)幅+調(diào)相（QAM）解答：4×4=16種碼元，對(duì)應(yīng)2^4四種比特，1200×4=4800bit/s

模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)【前瞻知識(shí)點(diǎn)：音頻數(shù)字化需要將模擬音頻信號(hào)通過采樣，量化轉(zhuǎn)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部可處理的二進(jìn)制數(shù)字離散序列】

最常見的對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼的脈碼調(diào)制PCM，達(dá)到最高保真的水平，其中主要分為三步：

1. 抽樣：每個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，進(jìn)行電壓和電平的抽樣【離散點(diǎn)】，要求是采樣定理：f采樣頻率≥ 2f信號(hào)最高頻率
2. 量化：把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級(jí)標(biāo)度轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字值，并取整數(shù)，這就把連續(xù)的電平幅值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。
3. 編碼：把量化的結(jié)果轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼。

五、數(shù)據(jù)交換方式

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界中，由于網(wǎng)絡(luò)并不直接相連切不同主機(jī)的分布很分散，從主機(jī)A到主機(jī)C需要經(jīng)過類似于郵局B的網(wǎng)絡(luò)路由器或交換機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸，而網(wǎng)絡(luò)層主要的功能就是保證數(shù)據(jù)包從發(fā)送端準(zhǔn)確無誤的發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)。

數(shù)據(jù)交換的幾種方式：

• 電路交換
  
  原理：就像打電話，先撥號(hào)建立一條從源到目的地的專用物理連接（通道），一旦連接建立起來，雙方就可以持續(xù)、穩(wěn)定地通話。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中是以連續(xù)流的形式傳輸?shù)?br /> 優(yōu)點(diǎn)：由于通信雙方基于建立的物理通路，因此時(shí)延小且固定，服務(wù)質(zhì)量Qos高，全雙工通信，適合實(shí)時(shí)性要求高的語音和視頻通信
  缺點(diǎn)：線路的利用率不高，不傳輸也不能被其他用戶使用，靈活性差，出現(xiàn)故障需要重新?lián)芴?hào)建立連接，無法發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸差錯(cuò)，無法進(jìn)行差錯(cuò)控制，建立連接需要時(shí)延

• 報(bào)文交換

  

原理：類似于郵局寄信，每個(gè)完整的“信件”（報(bào)文）攜帶目標(biāo)地址，依次經(jīng)過各個(gè)交換節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，不需要預(yù)先建立連接
優(yōu)點(diǎn)：類似于電子郵件，無需建立連接，無建立連接時(shí)延，動(dòng)態(tài)分配線路，多個(gè)報(bào)文可共享信道
缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性差，時(shí)延大且不穩(wěn)定，需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供足夠的緩沖區(qū)

• 分組交換

  

原理：將大數(shù)據(jù)分割成若干個(gè)小的數(shù)據(jù)包（分組），每個(gè)分組都有源地址、目的地址等信息，獨(dú)立進(jìn)行路由選擇，并在接收端重新組裝成原始數(shù)據(jù)。
優(yōu)點(diǎn)：線路利用率高，多路復(fù)用多個(gè)分組可共享信道，無建立時(shí)延，用戶隨時(shí)發(fā)送分組，分組較小，適用于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式數(shù)據(jù)通信，因?yàn)檩^小的分組可以更快的通過網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)采用流水線式處理，加快整體傳輸速度，緩沖區(qū)因?yàn)榉纸M大小確定也固定易管理。
缺點(diǎn)：分組失序、丟失和重復(fù)問題，那接下來的去重排序就需要額外耗時(shí)，每個(gè)分組的頭部信息增加了網(wǎng)絡(luò)開銷

具體什么場(chǎng)景下使用何種方式？
電路交換適用于需要連續(xù)、低延遲服務(wù)的應(yīng)用，傳送數(shù)據(jù)量大，且傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于呼叫
報(bào)文交換更適合于異步、大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)珜?duì)時(shí)延要求不高的場(chǎng)景，當(dāng)端到端的通路有很多段的鏈路組成時(shí)
分組交換則是一種更為通用、高效且靈活的方式，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中。適合于計(jì)算機(jī)之間突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信。

六、物理層介質(zhì)和設(shè)備

在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的物理通路。傳輸介質(zhì)分為導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)

導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)：

1. 雙絞線

   兩根按一定規(guī)則并排絞合的銅導(dǎo)線組成，絞合的目的是降低相鄰導(dǎo)線間的電磁干擾。

   優(yōu)點(diǎn)是常用且造價(jià)便宜，可以應(yīng)用于模擬傳輸和數(shù)字傳輸。

   缺點(diǎn)是距離過長(zhǎng)時(shí)，數(shù)字傳輸要中繼器整形失真數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)要用放大器放大衰減信號(hào)。

2. 同軸電纜

   由導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織屏蔽層和塑料外層組成。50Ω基帶同軸電纜【局域網(wǎng)】用來傳送基帶數(shù)字信號(hào)，75Ω寬帶同軸電纜【有線電視】用來傳送寬帶信號(hào)。

   優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)傳輸距離更遠(yuǎn)，但是造價(jià)也更貴。

3. 光纖

   光導(dǎo)纖維通過通過光脈沖【有-1，無-0】來進(jìn)行通信，又分為單模光纖和多模光纖。

   光纖的特點(diǎn)是傳輸損耗小，體積小，重量輕。遠(yuǎn)距離性價(jià)比高，抗雷電和電磁干擾性能好。安全性高，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。

非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)：無線電波、微波、紅外線、激光

物理層設(shè)備之中繼器：

1. 信號(hào)傳輸損耗：信號(hào)在傳輸過程中會(huì)因?yàn)閾p耗而逐漸衰減，當(dāng)衰減到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，進(jìn)而引起接收錯(cuò)誤。
2. 中繼器功能：中繼器可以對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行再生和放大，保持信號(hào)與原始數(shù)據(jù)相同，以此來增加信號(hào)的傳輸距離，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。

物理層設(shè)備之中繼器：

對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生放大轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)衰減的信號(hào)進(jìn)行放大，接著轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有（除輸入端口外）處于工作狀態(tài)的端口上，以增加信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。不具備信號(hào)的定向傳送能力，是一個(gè)共享式設(shè)備。