计算机网络基础：物理层

　　今天来谈谈计算机网络五层结构下的物理层，物理层主要是将数据链路层封装好的信息，转换为模拟信号，并通过介质，将其传输到终端，在终端的物理层在将其转换位上层所需的数字信号。

　　首先从模拟信号的传输说起，物理层信号通过各种模拟信号传输着，各种不规则的曲线相互交杂在一起（从时域角度来看），对于每个电信号都可以看作为一个正弦波形，多个波形的叠加形成了类似于方波一样的波形，该波形通过调制解调器变换为数字信号，通过傅里叶变换解析出在频域上不同的信号，从而通过采样和量化转变为比特位，进一步形成码元，进行传输。

　　所谓采样就是对于模拟信号在时间轴上的划分，从而形成离散的点，而在多大间隔上的划分，才能使离散的点可以完全模拟出原始信号。这里nyquist提出了在理想情况下的最佳的间隔t = 1/2f(max)，这种最佳间隔意味着这种程度下分割出的离散的点足以还原出原始的模拟信号，<t的分割效果与其相似。然而这种理想情况下是排除了噪声的考虑，噪声的叠加，会增大f(max)的值，从而减小了时间间隔，当然这样的减小对于消息的还原是无意义的，而对于采样的量化来说，这种分割是资源上的浪费。

　　对于量化，就是将分割出的离散的点划分不同的等级，意味着要用多少位的值来表示出不同的点，所以说量化的工作就是将模拟信号数字化，从而变成了我们在电脑中用到的位。

　　对于结论数据传输速率越高，信号质量越差人尽皆知，但其中的道理是与频率以及不同速率下所能包含的谐波数有关的，部分数据的分析可以显示出，他们的变化特点，基本上就是速率与1/质量成正比。并且当速率达到一定数目其所能包含的谐波数位0，即不包含任何数据。

　　对于数据传输速率的计算考虑了理想和现实两种情况，在理想的情况下，同时也是niquest提出的计算公式v= 2Hlog₂V，这里的H表示的就是信号通过低通滤波器带宽，当然部分由传输介质决定，而V表示的是得到数据经过量化后所分成的离散等级数，所以log₂V算出的就是要用多少位来表示这个信号；对于现实情况，要考虑到噪声的影响，所以引进了信噪比(S/N = signal/noise)，信噪比可能很陌生，而对于分贝，相信大家一定多很熟悉，分贝是信噪比的单位：信噪比(dB) = 10lg(S/N) (dB)。基于信噪比的提出，香农提出了信道的极限信息传输速率C=Hlog₂(1+S/N)(bps)。

　　下个概念就是带宽，每个网络都有自己的带宽，带宽越大意味着所接受到的信号频率就越广。现在网络带宽的控制源是滤波器，这是滤波器的参数，当带宽超过设定值时，会将高出的高频信号丢掉，将剩余的发送给接受方。一般，波频率很高的为噪声，低频波才是真正有价值的。