虽然已经很努力不让自己出丑，但是看到上图还是不可否认已经变成了小丑，自不量力的画出了上面的图片，还一本正经的抄袭了不少文字，看似很专业实则狗屁不懂，长期处于Low逼层次的我，不可能做出高大上的东西。如果不把上图中的名词、概念弄清楚就去搞服务化，结果应该挺玄吧。必须承认现在搞服务化架构设计的多半基于HTTP/HTTPS协议，但我并不想写这方面的东西，相比于OSI7层，我更关注TCP/IP5层的知识，所以就开扯了。
由于我把安全与版本归类到了一个章节，所以就不太适合在那里说通信安全的话题，生活中有一件事情我还是挺郁闷的，我一个搞架构的，却常常帮助同事和朋友购买PC、安装操作系统和安装软件云云，仿佛我做了这些事才是一个搞编程的，由此可见国人对编程的认识还是基于硬件，不免感叹一下：从事计算机编程好悲催啊！当然还有童鞋因为安全问题也跑来聊我，虽说我懂点安全知识但也是为了服务于架构好吧，俺不是万能的，计算机安全和计算机编程不是一回事儿好吧，软件编程是软件编程，网络安全是网络安全，要是编程的都懂网络安全，社会上还会有专门的网络安全公司吗，计算机网络是另一个方向，研究计算机网络是做网络安全的基础，这就像从事音视频编程一样一样的，计算机知识分门别类后可以划分出N多种类。在此向朋友们建议哈，别有事没事的找俺破解个这、破解个那了，那不在俺的技能范围之内，俺的正经专业是软件编程，啰啰嗦嗦写了几行字，也只是自我释放一下情绪罢了，免不了还会被当作坐着马扎修电脑的，无奈之余，也习惯了。
第零层和物理层
OSI标准模型和TCP/IP5层的知识甚多，学过编程的童鞋基本都能够快速学习和理解每层的职责与层层间关系，可很多学过编程的童鞋对数模转换后及模数转换前的信息并不能轻易理解。术业有专攻，不是自己所学专业的知识，自然很少去关注和学习，不过我常常想一个问题：既然计算机是一门跨学科的技术，而且都已经学到OSI的物理层了，何不再跨一步入门数据通信领域，这样岂不是可以更好的掌握所学专业的知识。这也是我常做的事情，即在专业知识交界处，我会选择多学一点其他专业的知识，从而更好的为自己所学的专业知识服务。
我们都知道经过OSI七层后数据会转换成由0和1组成的二进制串，然后再将二进制串转成高低电平，之后就知道通过网卡、路由器、ISP网络把数据传输到目标计算机，至于怎么传递的不清楚。这个时候应该去了解清楚，不能以术业有专攻为由，禁锢自己的视线和知识于狭小的范围内，理应进一步对另一个领域的知识进行学习，又不让你精通只是入门而已，所以不必害怕不务正业的说辞，恰恰相反正是为了正业和大业而为。
编程做久了，发现自己越来越傻逼，原本很简单的事情自己百思不得其解，当不用思考就能解决问题的时候，无奈之余感慨怎么可以这样子呢，怎么可以这样欺负我呢，不相信是吧，那我就说说。当你从最高层的应用层学到第一层的物理层，再去学第零层的时候你是怎么想的，或者说你是怎么理解第零层的，物理好的除外哈。我当时就开始思考数模转换和模数转换等问题，之后是脉冲、电波、光波、振幅、频率、速率之类的名词和衍生出来的概念、公式、定理，要把这些弄明白不太容易，也不符合我快速入门的想法，我只想简简单单的把过程弄明白就行，就开始惆怅，某天捣鼓路由器和光猫时突然想通了。计算机通过网卡把信息交给路由器，路由器又转交给光猫，光猫又把数据交给机柜里或电线杆上的分线盒，之后通过主干网络传送到乡镇ISP中心，再向上一级级查找、传输，直到找到并传输数据到目标终端设备为止，反之亦然。多么通俗易懂的过程，却害得我百思不得姐，不由感慨也许这就是我为啥光棍的缘故，如此傻逼哪里配有对象啊，哈哈哈……。通俗的方式虽然可以帮助自己快速理解大致流程，但并不能入门，简单快捷的理解大致流程很多时候可以帮你快速的入门，这也是它的价值所在，即指明了大致方向。如果想入门少不了还是要从基础的物理层面开始，接下来将会记录一下数据通信的简单流程和名词概念，又不是专业认识所以以瞎扯为主，哈哈哈……。
当看到上边这张图时，你不用怀疑、也不用担心上当，就是抄袭来的。按照上图可知，数据通信系统可划分为源系统、传输系统和目的系统三个子系统，各自的作用自然不需要我来废话，现在我对图中的调制解调器是最感兴趣的，所以要从这里说起了。
扯调制解调器前，首先要明白数据是靠电波、光波进行传输的，如果连这个都理解不了就去科技城卖电脑去吧。如果把调制解调器理解为光猫就容易胡说八道了，光纤通讯需要光猫，是不是只要是光猫就行，比如我有个电信的光猫连接联通的分线盒引出来的接口，估计是肯定不行，虽然都叫猫但此猫非彼猫，首先内置的软件就不能用，然后就是各家的光猫发送的光波信号的频率、速率等参数也可能不一样，即光猫是把信号发出去了，可接收端不知道你发送的是什么东西，解析不了啊。因此要说说一些通信里边的名词。
基础概念
- 概念：信号是数据的电气或电磁表现。它又分为模拟信号和数字信号，模拟信号（连续信号）是指用连续变化的物理量所表达的信息，数字信号是指用离散的物理量所表达的信息。
举例：人眼看到的图像是连续的，计算机里的图片是离散的，后者是用0到255之间的整形数字表示，没有小数和其他整数，不连续即离散。 - 概念：信道一般指用来表示向一个方向传送信息的媒体，所以它与电路并不等同，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。按照信息交互分类，又可以分为以下三类：
a) 单向通信：又称单工通信，简称单工，表示只有一个方向的通信而没有反方向的交互，典型案例有广播（有限、无线、电视）。
b) 双向交替通信：又称半双工通信，简称半双工，表示通信双方都可以发送信息但不能同时发送。
c) 双向同时通信：又称全双工通信，简称双工，表示通信双方可以同时发送信息。 - 概念：基带信号全称基本频带信号，计算机输出的代表文字或图形文件的数字信号属于基带信号，它往往包含较多低频成分和直流成分，信道是不能传输低频分量或直流分量的，必须对基带信号进行调制。
- 概念：调制分为两种类型，第一种是基带调制（又称为编码），它仅仅对基带信号的波形进行变换，使其能够与信道特性相适应，但变换后的信号仍然是基带信号，即把数字信号转换为了另一种形式的数字信号。第二种是带通调制，需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够在模拟信道中传输；经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制就是带通调制。
- 概念：载波是由振荡器产生并在通讯信道上传输的电波，被调制后用来传送语音或其它信息。载波频率通常比输入信号的频率高，属于高频信号，输入信号调制到一个高频载波上，就好像搭乘了一列高铁或一架飞机一样，然后再被发射和接收。载波是传送信息（话音和数据）的物理基础和承载工具。单位是赫兹（Hz），是一种在频率、幅度或相位方面被调制以传送信号的电磁波。
- 概念：基带传输，由于基带信号没有经过调制，所以它的传输又被称为基带传输，也因此仅用于局域网中。现实中属于基带传输的案例：PC与显示器通过VGA和HDMI线进行传输的信号、PC与打印机通过线路进行传输的信号等，即发送端发送的是数字信号、传输媒体传输的也是数字信号、接收端接收的也是数字信号。那么无线信号是基带传输吗？显然不是。
a) 不归零制（NRZ码）：分为单极性不归零码和双极性不归零码，都是在一个码元的全部时间内发出或不发出电流（单极性），以及发出正电流或负电流（双极性）。缺点：如果重复发送“1”码，势必要连续发送正电流，如果重复发送“0”码，势必要连续不发送电流或连续发送负电流，这样码元之间没有间隙不宜区分识别。
b) 归零制（RZ码）：分为单极性归零码和双极性归零码，前者定义，当发送“1”码时发送正电流，当发“0”码时不发送电流；后者定义，当发送“1”码时发送正电流，当发送“0”码时发送负电流。
c) 曼彻斯特：又称裂相码、同步码、相位编码，是一种用电平跳变来表示1或0的编码方法，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。位周期中心向上跳变代表0，位周期中心向下跳变代表1，也可以反过来定义。
d) 差分曼彻斯特：它是由曼彻斯特编码优化而来，在每一位的中心处始终都有跳变，在每个时钟周期的起始处：有跳变代表0，没有跳变代表1。
不归零制和归零制的优缺点：不归零制在传输过程中难以确定码元的开始和结束，需要采用某种方法保持同步。归零制的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，其在信道上占用的频带较宽。
单极性码和双极性码优缺点：单极性码会积累直流分量，不能使用变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，会损坏连接点表面的电镀层。双极性码的直流分量相对来说就被大大减少，有利于数据传输。
同步问题：基带传输另一个重要的问题就是同步问题，接收端和发送端传送的数据序列在时间上必须取得同步，才能准确接收和区分每位数据。
讲故事之前先说两个名称：时钟信号和数据信号，通过网线传递数字信号时，接收方需要知道发送方的发送频率（也就是时钟信号），即发送第一个码元和第二个码元之间的时间间隔，不然就无法有效接收发送的数字信号，因此数据传输时需要先知道发送方的时钟信号，中间还要不断校准时间和频率。
不过从编码图中和几种编码方式的定义中可以看到曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码发送的信号是有规律的，是可以从数据信号波形中提取同步信号的，而这种提取同步信号的方法称为自同步法，也叫自同步能力。在计算机通信与网络中，广泛采用两种同步方法，即位同步和群同步。
a) 位同步：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码就属于位同步，这种编码将每一个码元都调制成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2，表示对信道的带宽有更高的要求。但因为它们具有自同步能力和良好的抗干扰性能，在局域网中仍广泛使用。
b) 群同步：在群同步的通信系统中，传输的信息被分成若干“群”，所谓的“群”，一般是以字符为单位，在每个字符的前面冠以起始位、结束处加上终止符，组成一个字符序列。数据传输过程中，字符可顺序出现在比特流中，字符与字符间的间隔时间是任意的，即字符间采用异步定时，但字符中的各个比特用固定的时钟频率传输。群同步又称为“异步传输”，相对于同步传输来说，编码效率和信道利用率较低，一般用于低速数据传输的场合。 - 概念：带通调制又称为载波调制，载波调制主要通过调幅、调频和调相的方式调制。实际上为了达到更高的信息传输速率，会采用多元混合式调制方式。
a) 调幅：使载波的振幅按照所需传送信号的变化规律而变化，但频率保持不变的调制方法。物理没学好的童鞋理解调幅是比较困难的，为了帮助这部分童鞋更好的理解，将结合下图说说
图形(a)表示需要调制的信号，图形(b)表示使用振荡器生成的有规则的载波，而图形(c)就是图形(a)和图形(b)通过调制后形成的已调波（高频波）。我们看到调制过程只是改变载波的振幅，使载波振幅与调制信号成线性关系，实际上还是一个高频信号。
b) 调频：高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。如果理解了调幅，那么调频自然就能理解，调幅是保持频率不变而改变波的振动幅度，调频是保持幅度不变而改变波的振动频率。
c) 调相：载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。调相和调频有密切的关系。调相时，同时有调频伴随发生；调频时，也同时有调相伴随发生，不过两者的变化规律不同。实际使用时很少采用调相制，它主要是用来作为得到调频的一种方法。调相即载波的初始相位随着基带数字信号而变化，例如数字信号1对应相位180°，数字信号0对应相位0°。物理学的不好肯定难以理解调相的概念，那也采用图形加说明的方式通俗的说一说：
上图就比较直观了吧，图中带箭头的横线表示基线，如果把图中波形按照反写S划分，那么一个反写S表示循环一周即360°，和基线相交3次：0°、180°、360°，因为360°也是下一个反写S的0°，所以就剩下0°和180°两个相交值。这时候再去理解调相的概念就容易了吧。
信道极限容量
经过通信和物理概念的解释，再瞎扯就不应该晕了，不过还有几个概念要解释，不然也容易卡壳秒变傻逼。
- 码元与比特
a) 码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为码元，而这个间隔被称为码元长度。码元是承载信息量的基本信号单位。
b) 比特：是信息量单位，由英文BIT音译而来。同时也是二进制数字中的位，为信息量的最小单位。
c) 区别：由于编码方式不同，一个码元不一定对应一个比特。 - 波特率与比特率
a) 波特率：每秒钟通过信道传输的码元数目称为码元传输速率，单位为"波特"，又称为“波特率”、“码元速率”、“传码率”、“调制速率”或“符号速率”等。
b) 比特率：每秒钟通过信道传输的信息量称为比特传输速率，单位为“bps”或“bit/s”、“b/s”,简称“比特率”。
c) 区别
i. 两者是在两种不同概念上定义的速度单位。
ii. 在采用二元波形时，两者在数值上相等，但它们代表的意义不同。
iii. 码元通过编码调制后传输多个信息量，比如通过四相调制，一个码元就可以传送两个比特。
信道极限容量即码元在信道上单位时间内传输的最大数量。信号在信道上传输时受传输速率、传输距离、媒体质量、噪声干扰等影响不可避免会产生失真问题，即发出信号波形和接收到的波形不一样，如下图所示，(a)虽有失真但可以识别对通信没有影响，(b)失真太大无法识别影响通信质量。接下来分析限制码元在信道上传输速率的两个因素。
信道能够通过的频率范围
具体的信道所能通过的频率范围是有限的，信号中的许多高频分量往往不能通过信道。如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么在接收端收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭，每个码元所占的时间界限也不再是很明确的，而是前后都拖了“尾巴”。这样在接收端识别波形时就失去了码元之间的清晰界限，这种现象叫做码间串扰，严重的码间串扰会使一串码元变得模糊而无法识别。1924年奈奎斯特推导出了奈氏准则，即在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率的上限值，也就是“在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（识别）成为不可能”。如果信道的频带越宽，也就能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传输码元而不出现码间串扰问题。
信噪比
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。噪声的影响是相对的，如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小，因此信噪比很重要。所谓信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N，单位分贝(dB)，公式：
1948年，信息论的创始人香农推导出了香农公式。香农公式指出：信道的极限信息传输速率C是
W为信道带宽（以Hz为单位）；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。
香农公式表明，信道的带宽和信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。他的意义在于：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。
从香农公式可以看出，对于频带宽带已确定的信道，如果信噪比也不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，就只有通过编码的方式让每一个码元携带更多比特的信息量了。举例：假定基带信号是000100110111110101010001。如果直接传送，一个码元携带的信息量是一个比特；如果将信号每3个比特编为一组，3个比特共有8种不同的排列。此时用不同的调制方法调制出8种状态值，24个比特只需要8个码元就传输完成，即同样时间所传送的信息量提高了3倍。比如用8种不同的振幅，或8种不同的频率，或8种不同的相位。
传输媒体
传输媒体就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。分为两大类：第一类导引型传输媒体，电磁波被导引沿着固体媒体传输，第二类非导引型传输媒体，电磁波在自由空间传输，又称为无线传输。下图是电信领域使用的电磁波频谱：
导引型传输媒体有：双绞线（俗称网线）、同轴电缆（有线电视用的包裹一层网状丝的线）和光缆（俗称光纤）。
非导引传输媒体有：微波接力通信、卫星通信、红外通信、激光通信。
信道复用技术
复用技术在计算机软件编程中也广泛使用，而信道复用技术和软件编程中的作用和意义相同，所以就不罗嗦了。下面罗列以下基础的信道复用技术：
- 频分复用：用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。即所有用户在同样的时间占用不同的频带资源。
- 时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。即所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
- 统计时分复用：是时分复用的改进版本，即通过集中器将用户的数据集中起来，然后高速线路发送到云端计算机。
- 波分复用：就是光的频分复用，即借用传统的频分复用概念到光纤技术上来。
- 码分复用：简称CDM，也叫码分多址CDMA。即每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。看到CDMA是不是想到了GSM，或者手机上网时的3G网络，没错就是这个东西，不过现在已经使用5G网络了。
小结
本章节虽然标为第零层和物理层，但是着重写了第零层的知识，因为对于软件编程人员来说物理层可能没有什么值得记录的知识，而第零层又属于另外一个领域。