物理层设备

本课目标

能从题设提取带宽、码元状态、信噪比、距离、传播速度和设备处理对象；能画出信号/地址/时序状态，并用数值模型复核结论。

核心机制

中继器再生比特信号以延长距离，集线器是多端口中继器，把入端口比特转发到其他端口。它们不识别MAC地址，不分割广播域，也通常不分割共享式以太网的冲突域；所有端口共享带宽并处在同一冲突域。交换机按帧和MAC工作，路由器按分组和网络地址工作，不属于物理层设备。

报文、信号与数值推演

8端口10Mbit/s集线器连接8台主机，逻辑上共享10Mbit/s，而不是每台独享10Mbit/s。任意两台同时发送可能碰撞；换成全双工交换机后每端口可独立链路。

物理层虽不解释高层报文语义，但必须记录发送比特数、符号映射、链路方向和设备转发范围。计算统一写变量、单位和适用条件：Baud与bit/s不能混用，dB先转线性比，传播时延d/v与发送时延L/R分别计算。

可运行模型

ports=8;shared=10;print('hub aggregate',shared,'equal-share',shared/ports)

先手算再运行。修改电平数、信噪比、距离、带宽或端口数，说明上限、波形、时延或共享范围怎样变化。

边界与错因

奈奎斯特不处理噪声，香农不给出具体编码方案；码元状态数增加会提高每符号信息量，但更难抗噪。曼彻斯特便于同步却占更宽频谱。集线器不学习地址，不能用“有多个端口”推出多个冲突域。传播速度快也不等于链路吞吐高。

迁移练习

将同一信道改成V=2/4/16和SNR=20/30dB，比较限制因素；将同一帧改走100km光纤与无线链路，分别计算发送和传播；把集线器换成交换机，重画冲突域和广播域。

课内验收

完成下方两道在线题，并提交公式前提或波形/时序表。计算题保留Hz、Baud、bit/s、dB与ms单位；选择题指出错误项混淆了哪个物理层对象。