物理層
コミュニケーションの基本
コンセプト
アナログ信号、継続的に変化するデータまたは信号
デジタル信号、ディスクリート
固定持続時間の信号波形（デジタルパルス）を使用して特性数値を表す記号であり、さまざまな離散値の基本[波形]を表します
データ：情報を伝達する主体
信号: データの電気的または電磁的表現
コード要素: K 進数を表すために固定期間を持つ信号波形の使用を指し、さまざまな離散値の基本波形を表します。
通信主体
ソース: データを生成および送信するソース
チャネル: 信号伝送媒体
シンク: データの送受信のエンドポイント
インタラクティブモード
单工通信
一方向の通信のみで、反対方向への対話はありません。必要なチャネルは 1 つだけです (例: ラジオ放送、テレビ放送)。
半二重通信
通信の両方の当事者が情報を送受信できますが、どちらの当事者も同時に情報を送受信することはできません。この場合、2 つのチャネルが必要です。例: トランシーバー
全二重通信
通信の両当事者は同時に情報を送受信でき、また 2 つのチャネルが必要です。チャネルの限界容量とは、チャネルの最高のシンボル伝送速度またはチャネルの限界情報伝送速度を指す。例: 電話
ナイキストとシャノンの定理
ナイキスト定理
規制: 理想的なローパス (ノイズがなく、帯域幅が制限されている) チャネルでは、シンボル間干渉を避けるために、制限シンボル送信レートは2W ボーです。ここで、W は理想的なローパス チャネルのローン、V は各シンボルの離散レベルの数を表します。
計算式: 理想的な低通信チャネルにおけるデータ伝送速度の制限 = 2Wlog2V (単位は b/s)
結論は：
どのチャネルでも、シンボル伝送速度には上限があります。伝送速度がこの上限を超えると、深刻なシンボル間干渉の問題が発生し、受信側でシンボルを完全に正しく識別できなくなります。
チャネルの周波数帯域が広いほど (つまり、通過する信号の高周波成分が多くなるほど)、シンボルの効率的な送信レートが高くなります。
Ny の基準は、シンボルの送信速度に制限を与えますが、情報の送信速度には制限を与えません。つまり、シンボルが対応できるバイナリ ビットの数に制限を与えません。
シャノンの定理
規則: シャノンの定理は、帯域幅が制限され、ガウス ホワイト ノイズ干渉があるチャネルの限界データ送信速度を示します。この速度で送信する場合、エラーは発生しません。
公式：
チャネル内の新しく到着した帯域幅または信号対雑音比が大きいほど、情報の制限レート送信レートが高くなると結論付けることができます。
特定の伝送帯域幅と特定の信号対雑音比に対して、情報伝送速度の上限が決まります。
情報速度がチャネルの制限送信速度を下回っている限り、エラーのない送信 を実現する何らかの方法を見つける
シャノンの定理により情報伝送速度の限界が決まり、実際のチャネルが達成できる伝送速度はそれよりもはるかに低くなります。
コーディングと変調
変調
データをアナログ信号に変換するプロセス
コーディング
データをデジタル信号に変換するプロセス
デジタルデータをデジタル信号にエンコードする
ノンリターンゼロエンコーディング [NRZ]
ノンリターンゼロ逆エンコーディング [NRZI]
マンチェスターコード
差分マンチェスター符号化
デジタルデータをアナログ信号に変調したもの
振幅シフト キーイング (ASK) AM
周波数偏移変調 (FSK) FM
位相偏移変調 (PSK) 位相変調
直交振幅変調 (QAM)
アナログデータをデジタル信号にエンコードする
アナログデータのデジタル信号へのエンコード: 主にサンプリング、量子化、エンコードの 3 つのステップが含まれます。
サンプリング定理 (ナイキスト定理): アナログ信号をデジタル信号に変換する場合、元の信号の最大周波数が f であると仮定すると、サンプリングされたデジタル信号が元のアナログ信号の情報を完全に保持するためには、サンプリング周波数 f サンプリングは最大周波数 f の 2 倍以上である必要があります
量子化: 量子化は、サンプリングによって得られたレベル振幅を、特定のグレーディングスケールに従って対応するデジタル値に変換し、整数をとることで、連続レベル振幅を離散デジタル量に変換できます。
符号化とは、量子化した結果を対応するバイナリコードに変換することです。
回線交換、メッセージ交換、およびパケット交換
回線切り替え
回線交換の 2 つのノード間に専用の物理通信パスを確立する必要があり、通信が終了するまで解放されません。
接続の確立、データ送信、接続の解放の 3 つの段階に分かれています
アドバンテージ：
通信遅延が小さい通信回線が双方の通信専用となるため、データ送信の遅延が非常に少なく、データ量が多い場合にその利点が顕著に現れます
秩序ある送信: 双方が通信する場合、データは送信された順序で送信され、順序が崩れる問題はありません。
競合はなく、異なる通信当事者には異なるチャネルがあり、物理チャネルの要求の問題は発生しません。
幅広い用途、回路スイッチングはアナログ信号とデジタル信号の両方の伝送に適しています
強力なリアルタイム パフォーマンス。通信当事者間の物理パスが確立されると、双方はいつでも通信できます。
シンプルな制御、回路切り替え スイッチング機器（スイッチ等）や制御が比較的シンプル
欠点:
接続に時間がかかる、回線が専用で利用効率が低い、柔軟性が低い、標準化が難しい
メッセージ交換
概念: データ交換の単位はメッセージであり、メッセージには宛先アドレスや元のアドレスなどの情報が含まれます。メッセージ交換には、スイッチング ノードでストア アンド フォワード伝送モードが採用されています。
利点:接続を確立する必要がなく、メッセージ交換には事前に双方の専用通信回線を確立する必要がなく、接続の確立に遅延がなく、いつでもメッセージを送信できます。
回線を動的に割り当てます。送信側が絶縁をスイッチング デバイスに渡すと、スイッチング デバイスはまずメッセージ全体を保存し、次にメッセージを送信するために適切なアイドル回線を選択します。
回線信頼性の向上ある伝送路に障害が発生した場合でも、別の経路を選択してデータを伝送できるため、伝送信頼性が向上します。
回線利用率を向上させるために、通信当事者は通信回線を固定的に占有するのではなく、この物理チャネルを時間的に部分的に占有することで、通信回線の利用率が大幅に向上します。
短所: データがスイッチング ノードに入った後、保存と転送のプロセスを経る必要があるため、転送遅延が発生します。
メッセージ交換ではメッセージのサイズに制限がないため、ネットワーク ノードに大きなキャッシュ スペースが必要になります。
パケット交換：
概念: メッセージ交換と同様に、パケット転送もストア アンド フォワード モードを採用しますが、毎回送信されるデータ ブロック サイズの上限を制限し、大きなデータ ブロックを適切な小さなデータ ブロックに分割します。
長所: ストレージ管理の簡素化 (メッセージ交換と比較)
エラーの確率と再送信されるデータの量が減少します。パケットが短いためエラー確率は確実に減少し、エラーが発生した場合でも再送データ量が大幅に削減されます。
デメリット：付加情報を送信する必要がある小さなデータブロックごとに送信元アドレス、宛先アドレス、グループ番号などの情報を付加してグループを形成する必要があり、通信効率がある程度低下する
データパケットサービスを利用したパケット交換では、順序の乱れや消失、再パケット化が発生する可能性があり、パケットが宛先ノードに到着した際に、パケットを番号などで分類する必要があります。
パケット交換は、通信サブネットによってエンドポイント システムに提供されるサービスに応じて、コネクション型仮想回線モードとコネクションレス型データグラムモードにさらに分類できます。
パケットと仮想回線
データグラム：ネットワーク層でアドレスなどの制御情報を付加し、中間ノードにパケットを短期間蓄積し、最適な経路を見つけた後できるだけ早く転送することで形成されるデータグラムパケット。異なるパケットは異なるパスを通り、異なる順序で宛先ノードに到達することができます。
接続は必要ありません
信頼性の保証はありません
処理のために列に並ぶ必要がある
失敗に対する強い適応力
リンクを独占しないでください
仮想回線: 仮想回線方式は、データグラム方式と回線交換方式を組み合わせ、2つの方式の利点を最大限に発揮して、最高のデータ交換効果を実現します。
パケットを送信する前に、送信者と受信者の間に論理的に接続された仮想回線を確立する必要があり、接続が確立されると、仮想回線に対応する物理パスが固定されます。回線交換と同様に、通信プロセス全体の段階は何ですか:仮想回線の確立、データ送信、仮想回線の解放
構築と解体にかかる時間のオーバーヘッド
信頼性の高い通信機能を提供します
仮想回線は損傷を受けやすい
パケットヘッダーには仮想回線識別子のみが含まれます
伝送媒体（わかりやすい）
ツイストペア
シールド付きツイストペア
シールドなしツイストペア
同軸ケーブル
ベースバンド同軸ケーブル
広帯域同軸ケーブル
光ファイバ
シングルモードファイバー
マルチモードファイバー
無線伝送媒体
電波
マイクロ波、赤外線、レーザー
メインミッション
物理層の考慮事項
物理層は特定の伝送媒体を指しません。
物理層インターフェースの特性
機械的性質
物理接続のエッジ ノード、つまりプラグイン デバイスを定義します。
仕様、リード数、ピンの数と配置などをご指定ください。
電気的特性（量）
バイナリビットの伝送、回線上の信号の電圧レベル、インピーダンスマッチング、伝送速度と距離の制限などが規定されています。
特徴
インターフェース部品の信号線（データ線、制御線）の「意味」、「用途」、あるライン上のあるレベルの電圧が何を意味するかを示します。
手順特性（プロセス特性）
各物理ラインの作業手順とタイミング関係を定義する
物理層デバイス
リピーター（中継器）
リピータ：信号を整形、増幅して転送し、ケーブルが長時間通過した後の信号の歪みや減衰を除去し、信号の波形と強度が必要な要件を満たすようにし、ネットワーク伝送距離を延長します。
原理は信号の再生です（減衰した信号を単に再増幅するのではなく）
ハブ (ハブ)
ハブ (Hub) は基本的にマルチポート リピータです。2 つ以上のポートが同時に入力されると、出力で競合が発生し、データが無効になります。
自分自身の学習および使用のみを目的として、https://www.bilibili.com/video/BV1Ha411r745 ?p=2&spm_id_from=pageDriver