《物理层技术》课件

物理层技术物理层是网络体系结构中最底层它处理网络设备之间的物理连接，并定义了数据在物理介质上的传输方式课程大纲绪论信号编码与传输

1.

2.12介绍物理层的概念、作用和发展历史探讨数字信号和模拟信号的编码方式以及传输方式信道多路复用技术通信信号的传播

3.

4.34讲解时分多路复用、频分多路复用和码分多路复用技术分析自由空间传播、有线传输和无线传播的特点物理层设备物理层的标准化

5.

6.56介绍网卡、集线器、网桥、交换机等物理层设备讲解IEEE802系列标准、WLAN标准和蓝牙标准物理层安全技术发展趋势与展望

7.

8.78分析物理层攻击和防御方法，探讨加密与认证技术展望物理层技术未来的发展趋势绪论本课程介绍物理层技术，是网络技术的基础学习物理层技术，理解网络通信的底层机制物理层的概念和作用

1.1数据传输的桥梁定义数据传输标准管理网络硬件接口物理层是网络中最基础的层级，负责物理层定义了网络设备之间进行数据物理层负责管理网络设备的物理接口将数据以电信号、光信号或其他物理传输的物理规范，例如信号电压、传，例如网卡、集线器、交换机等方式传输到网络介质中输速率、数据格式等物理层技术的发展历程

1.2早期阶段主要以模拟信号传输为主，例如电话线、电报线等数字信号时代随着计算机技术的进步，数字信号传输技术开始兴起，例如数字电话、数字电视等网络时代互联网的出现推动了物理层技术的发展，例如以太网、无线局域网等技术现代阶段光纤通信、5G技术等新一代物理层技术不断涌现，为高速、可靠的网络连接提供了技术基础信号编码与传输

2.信号编码与传输是物理层的重要环节，是将信息转化为可在物理介质上传输的形式不同类型的信号需要不同的编码方式数字信号的编码方式

2.1非归零码非归零码NRZ是一种简单的编码方式，它用电平的高低来表示数字信号的0和1例如，高电平表示1，低电平表示0NRZ编码简单易实现，但存在着信号同步问题，因为长串的0或1无法提供时钟信号模拟信号的编码方式

2.2脉冲幅度调制脉冲宽度调制脉冲位置调制PAM PWMPPM将模拟信号的幅度转换为不同幅将模拟信号的幅度转换为不同宽将模拟信号的幅度转换为不同位度的脉冲，脉冲宽度固定度的脉冲，脉冲幅度固定置的脉冲，脉冲宽度和幅度固定数字信号的传输方式

2.3有线传输无线传输通过电缆或光纤等物理介质传输数字信号通过电磁波在空中传播数字信号例如，例如，以太网电缆、同轴电缆、光纤无线局域网Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络信道多路复用技术信道多路复用技术是一种在一条物理信道上传输多路信号的技术，提高信道利用率，降低通信成本信道多路复用技术利用不同的信号参数区分不同的信号，例如时间、频率、码片等时分多路复用

3.1时间片轮询共享资源同步需求将时间划分为多个时间片，每个时间多路复用技术可以有效地利用带宽资时分多路复用需要精确的同步，以保片分配给不同的用户，用户只能在自源，节省通信成本证各个用户的时间片分配己的时间片内使用信道频分多路复用

3.2频带划分分配频率

1.

2.12将整个信道带宽划分成多每个子信道分配给不同的个子信道用户独立传输同步传输

3.

4.34用户可以在各自的子信道多个用户可以同时传输数上独立进行数据传输据，提高信道利用率码分多路复用

3.3原理特点CDMA使用唯一的代码区分不同的用CDMA具有高带宽利用率，抗干扰能户每个用户使用不同的代码，即使力强，安全性高的特点它可以有效同时发送信号，也可以在接收端通过提高通信系统的容量和效率，在移动代码识别出相应的用户信号通信等领域得到广泛应用通信信号的传播通信信号在介质中的传播方式决定着传输距离、速度和质量信号传播方式主要分为自由空间传播、有线传输和无线传播自由空间传播

4.1电磁波传播卫星通信无线电广播电磁波以光速在自由空间中传播，不卫星通信利用卫星作为中继站，实现广播电台通过发射天线将无线电波发受任何导线限制，可覆盖广阔区域跨越地形的长距离通信送到空中，被收音机接收有线传输

4.2电缆类型传输距离有线传输使用各种类型的电缆，如双有线传输的距离通常受到电缆长度和绞线、同轴电缆和光纤，传输数据信号衰减的限制传输速率成本有线传输速率较高，尤其是在光纤传有线传输通常比无线传输成本更低，输中，可以达到非常高的带宽因为电缆相对便宜无线传播

4.3卫星通信无线局域网移动通信微波通信卫星通信利用地球同步卫星无线局域网利用无线电波在移动通信利用地面基站和移微波通信利用微波作为载波作为中继站，实现远距离通较小的范围内进行数据传输动终端进行无线数据传输，进行高带宽数据传输信物理层设备物理层设备是网络中直接处理信号的硬件设备它们负责将数据转换为电信号或光信号，并在网络中传输网卡

5.1网卡简介网卡的功能

1.

2.12网卡是计算机与网络连接网卡包含物理地址信息，的桥梁，负责将计算机内用于网络设备识别，并负部的数字信号转换为网络责数据帧的封装和解封装信号网卡的类型网卡的重要性

3.

4.34网卡的类型包括有线网卡网卡是计算机网络通信的和无线网卡，分别对应不基础，没有网卡就无法连同的网络连接方式接到网络集线器

5.2集线器功能工作原理应用场景集线器是一种简单的物理层设备，用集线器采用“广播”方式转发数据，将接集线器通常用于小型局域网，例如家于连接多个网络设备，例如计算机或收到的数据包复制到连接的所有端口庭网络或小型办公室网络，但已逐渐打印机，不进行地址识别和过滤被性能更优的交换机所取代网桥

5.3网桥的功能网桥的工作原理网桥是一种连接两个或多个局域网的设备，可以根据MAC地址网桥维护一个MAC地址表，用于记录连接到其上的设备的MAC转发数据帧地址，并根据MAC地址将数据帧转发到相应的网络网桥的优点网桥的应用场景网桥可以隔离不同网络之间的广播风暴，提高网络的安全性，网桥通常用于将两个物理隔离的网络连接在一起，例如将不同并可以扩展网络的规模的楼层或部门的网络连接起来交换机

5.4网络数据交换中心交换机是网络设备，负责在网络中的不同设备之间传递数据它通过分析数据包的MAC地址，将数据包转发到目标设备物理层的标准化标准化是网络发展的基础，为网络互连互通提供保障物理层标准规范了网络设备的接口、信号类型、传输介质等，确保不同厂商生产的设备能够兼容互操作系列标准

6.1IEEE802IEEE

802.3IEEE

802.11以太网标准，定义了物理层和数据链路层无线局域网标准，涵盖了无线网络的物理规范层和MAC层IEEE

802.15IEEE

802.10蓝牙标准，定义了无线个人区域网络的物光纤网络标准，用于定义光纤网络的物理理层和MAC层规范层规范标准

6.2WLAN系列标准关键技术IEEE

802.

11802.11WLAN标准由IEEE

802.11委员会多个版本

802.11a/b/g/n/ac/ax包括频率范围、调制方式、编制定，定义了无线局域网的技术，每个版本都提供了更快的传输码方案、传输速率等，共同保障规范速度和更强的抗干扰能力WLAN网络的稳定运行蓝牙标准

6.3蓝牙技术广泛应用标准化组织蓝牙是一种短距离无线通信技术，用蓝牙广泛应用于各种设备，包括智能蓝牙标准由蓝牙技术联盟Bluetooth于连接不同设备它使用无线电波在手机、平板电脑、笔记本电脑、耳机Special InterestGroup,SIG制定和管短距离内传输数据，例如音频流、数、音响系统和汽车它使这些设备之理，该联盟是一个非营利组织，负责据传输和文件共享间能够轻松连接和通信蓝牙技术的开发、推广和认证物理层安全技术

7.物理层安全技术对于保护网络数据安全至关重要它通过对网络信号进行加密、认证等措施，防止数据被窃取或篡改物理层攻击与防御

7.1窃听伪造

1.

2.12攻击者通过监听网络信号攻击者伪造网络信号，欺，获取敏感信息骗接收方拒绝服务重放攻击

3.

4.34攻击者发送大量数据，使攻击者截获并重复发送数网络资源耗尽据，造成恶意行为加密与认证技术

7.2数据加密身份认证物理层加密技术主要用于保护数据在传输过程中的安全性物理层认证技术用于验证通信双方的身份，防止非法用户常用的加密方法包括对称加密和非对称加密对称加密访问网络常用的认证方法包括密码认证、证书认证和生使用相同的密钥进行加密和解密，例如AES算法非对称物识别认证密码认证使用用户名和密码进行身份验证加密使用不同的密钥进行加密和解密，例如RSA算法证书认证使用数字证书进行身份验证生物识别认证使用指纹、虹膜等生物特征进行身份验证发展趋势与展望物理层技术不断发展，未来将更加智能化、高效化和安全化新一代通信技术，如5G和6G，将推动物理层技术不断创新。