前言

本文基于王道考研课程与湖科大计算机网络课程教学内容以及计算机网络（第八版），系统梳理核心知识记忆点和框架，既为个人复习沉淀思考，亦希望能与同行者互助共进。

往期内容

408 计算机网络 知识点记忆（1）

核心知识记忆点+理解性说明

第二章 物理层

1.通信基础

A.信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信宿等相关概念

传输介质不同 无线信道 有线信道

串行传输 并行传输

传输信号不同 传送模拟信号的模拟信道 传送数字信号的数字信号

基带信号 数字信道上传输 基带传输；宽带信号 调制模拟信道上传输 宽带传输

单向通信 半双工通信 全双工通信

码元 波形 代表不同离散数值的基本波形 1码元可以携带若干比特的信息量 二进制编码只有0 1两种不同的码元

信源 产生和发送数据的源头 信道 信号的传输介质 信宿 接收数据的终点

码元传输速率/波特率 信息传输速率/比特率

波特 一码元携带的波形数

带宽 频率范围 计算机网络 最高传输率

B.奈奎斯特与香农定理

奈奎斯特定理/奈氏准则 理想低通道 2W 波特率 $2Wlo{g}_{2}V$速率

两者对比 奈氏准则 带宽与极限码元 香农定理 带宽 信噪比 一个码元对应的二进制位数是有限的

香农定理 有噪声 $Wlo{g}_2(1+S/N)$ $10lo{g}_{10}S/N$ db

C.编码与调制

数字—>数字 编码 数字发送器
归零RZ
不归零NRZ
反向非归零NRZI
曼彻斯特 标准以太网
差分曼彻斯特 宽带高速网
非归零NRZ 低0高1 中不变
归零RZ 低0高1 中归0
反向非归零 NRZI 跳0不跳1 中不变
曼彻斯特 跳0反跳1看中间 中必变
差分曼彻斯特 跳0不跳1看起点 中必变

数字—>模拟 调制 调制器
调幅AM
频频键位ASK
调频FM
频移键位FSK
调相PM
相移键位PSK
★ 正交幅频键位QAM $Blo{g}_{2}MN$

格雷码 任意两个相邻位只有1bit不同

模拟—>模拟 放大器调制
频分复用FDM技术

模拟—>数字 PCM编码器
采样 2f 分割 量化 转化 编码

D.电路交换 报文交换 分组交换（参见408 计算机网络 知识点记忆（1））

电路交换 建立连接 数据传送 释放连接 比特流直接到达终点
报文交换 存储转发
分组交换 存储转发

E.数据报与虚电路

数据报 面向无连接 不可靠
虚电路 面向连接 可靠

2.传输介质

A.双绞线 同轴电缆 光纤与无线传输介质

双绞线 屏蔽型双绞线 STP 非屏蔽双绞线 UTP
模拟传输 放大器
数字传输 中继器

同轴电缆 带同轴电缆（50欧）数字传输（早期） 宽带同轴电缆（75欧）模拟传输 有线电视

光纤 多模光纤（近距离传输） 单模光纤（长距离传输）
光纤不仅具有通信容量非常大的优点,还具有如下特点:
1)传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。
2)抗雷电和电磁干扰性能好,在有大电流脉冲干扰的环境下这尤为重要。
3)无串音干扰,保密性好,不易被窃听或截取数据。
4)体积小,重量轻,在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下这特别有利。

无线电波 微波 红外线 激光
（中继站）

B.物理接口的特性

1)机械特性。指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数量和排列、固定和锁定装置等。
2)电气特性。指明在接口电缆的各条线上的电压范围、传输速率和距离限制等。
3)功能特性。指明某条线上出现的某一电平的电压的意义,以及每条线的功能。
4)过程特性,也称规程特性。指明不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3.物理层设备

中继器 网段 仍是一个局域网
若某个网络设备没有存储转发功能,则认为它不能连接两个不同的协议。中继器没有存储转发功能,因此它连接两个速率不同的网段可能会出现问题,若两个网段的速率分别为10Mb/s和100Mb/s,则用中继器连接后,都只能工作在10Mb/s的速率。

10Base上 中继器4个，5段通信介质，3段接计算机

集线器 多端口中继器 物理上 共享式 逻辑上 总线型

10BaseT星型以太网中 可使用光纤和一对光纤调制解调器（光猫）来拓展站点和集线器之间的距离为站点和集线器各增加一个用于电信号与光信号转换的光纤调制解调器，以及之间的一对通信光纤

总结（之前的版本）

一个固定长度的波形 码元
持续时长 码元宽度
1码元可携带若干比特信息量

码元传输速率/波特率/调制速率+信息传输速率/比特率

1奈奎斯特定理（奈氏准则）
理想低通（没有噪声，带宽有限）
$2Wlo{g}_{2}V$ b/s
2香农
带宽受限且有高斯噪声干扰信道
$Wlo{g}_2(1+S/N)$
分贝$10lo{g}_{10}S/N$

数字数据编码为数字信号 数字—>数字

非归零NRZ	低0高1 中不变
归零RZ	低0高1 中归0
反向非归零 NRZI	跳0不跳1 中不变
曼彻斯特	跳0反跳1看中间 中必变
差分曼彻斯特	跳0不跳1看起点 中必变

图像（In Construction）

模拟——>模拟
频分复用（FDM）etc

模拟——>数字
采样、量化、编码

数字——>模拟
调幅（AM） 幅移键位（ASK）
调频（FM）频移键位（FSK）
调相（PM）相移键位（PSK）
正交幅度调制（QAM AM+PM）eg 格雷码 任意两个相邻位只有1bit不同

双绞线 无屏蔽双绞线UTP 屏蔽双绞线STP
同轴电缆 基带同轴电缆（50W）数字传输（早期） 宽带同轴电缆（75W）模拟传输 有线电视
光纤 多模光纤（近距离传输） 单模光纤（长距离传输）
无线电波
微波 红外线 激光
（中继站）

物理层接口特性
机械 形状、尺寸etc
电气 电压范围、传输速率、距离限制etc
功能 某一电压意义、每条线功能
过程/规程 不同功能各种可能出现的顺序

码分复用（CDM）
码分多址（CDMA）
每个码片数量各不相同，相互正交
规格化内积
$AB=1/m{\sum }_{i=1}^m{A}_i{B}_i=0$
$A\overline{A}=-1$
$AA=1$
$AB=0$

中继器 网段 任是一个局域网
10Base上 中继器4个，5段通信介质，3段接计算机
集线器 多端口中继器 物理上 共享式 逻辑上 总线型

10BaseT星型以太网中 可使用光纤和一对光纤调制解调器（光猫）来拓展站点和集线器之间的距离
为站点和集线器各增加一个用于电信号与光信号转换的光纤调制解调器，以及之间的一对通信光纤

结语

信息在物理层的高效流动，是数字世界的生命线。从码元与波形的精准映射，到奈奎斯特与香农定理对信道极限的突破，从曼彻斯特编码的时钟同步到QAM调制的频谱智慧，人类不断突破技术边界，只为让每一比特的传递更可靠、更迅捷。双绞线的平衡之美、光纤的极速穿梭、无线电波的自由弥散，不同介质承载着共同的使命：将离散的0与1编织成连贯的文明图景。

无论是码分复用的正交优雅，还是物理层接口的严谨规范，都在诠释着通信系统的精密协作。中继器延伸着信号的足迹，集线器汇聚着数据的洪流，而光纤调制解调器的光电转换，则是技术与需求共振的缩影。这些看似独立的技术模块，实则是构建全球互联的基石，每一环的创新都在为带宽的拓展、时延的压缩注入能量。

参考资料

1.王道考研课程
2.湖科大计算机网络课程
3.计算机网络（第八版）