計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)-物理層要點(diǎn)課件

第二章物理層

PhysicalLayercourse1/4/20231第二章物理層

PhysicalLayercourse12第二章物理層在信道上傳輸數(shù)據(jù)有哪些限制？傳輸介質(zhì)分類？物理層中的一些新概念和術(shù)語(yǔ)？1/4/20232第二章物理層在信道上傳輸數(shù)據(jù)有哪些限制？12/29/20第二章物理層2.1物理層的基本概念2.2信道極限容量2.3傳輸介質(zhì)2.4無(wú)線傳輸2.5模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.6常用的物理層接口標(biāo)準(zhǔn)1/4/20233第二章物理層2.1物理層的基本概念12/29/2022

2.1物理層的基本概念物理層主要考慮的就是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。物理設(shè)備與傳輸媒體種類繁多；通信手段多樣；物理層的作用正是要盡可能地屏蔽這些差異，使其上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異，不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。

1/4/202342.1物理層的基本概念物理層主要考慮的就是怎樣才能在連接

2.1物理層的基本概念用OSI物理層模型（實(shí)體、服務(wù)原語(yǔ)、協(xié)議數(shù)據(jù)單元等）來(lái)描述物理層不太合適。

在OSI提出之前，許多物理層規(guī)程或協(xié)議已經(jīng)制定；早期的物理層規(guī)程沒(méi)有像OSI那樣將服務(wù)定義和協(xié)議區(qū)分開(kāi)來(lái)；將物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性。

1/4/202352.1物理層的基本概念用OSI物理層模型（實(shí)體、服務(wù)原語(yǔ)

2.1物理層的基本概念物理層的特性1.機(jī)械特性－接口所用連接器的形狀、尺寸、引線數(shù)目、排列等。2.電氣特性－接口線的電平范圍和0、1含義。3.功能特性－接口線的功能和含義。4.過(guò)程特性－實(shí)現(xiàn)各種功能時(shí)各線信號(hào)的表示和順序。1/4/202362.1物理層的基本概念物理層的特性12/29/20226

2.1物理層的基本概念物理層的主要作用 物理層的主要作用就是給其服務(wù)用戶（即數(shù)據(jù)鏈路層或數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體）在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流的能力。首先激活（建立）一個(gè)連接維持這個(gè)連接去活（釋放）這個(gè)連接1/4/202372.1物理層的基本概念物理層的主要作用12/29/202

2.2信道的極限容量1.有限帶寬無(wú)噪聲信道上的最高碼元傳輸速率和最高數(shù)據(jù)率。1924年,Nyquist準(zhǔn)則：最高碼元速率：2WBaud最高數(shù)據(jù)率為：W為理想低通信道的帶寬，單位為Hz。V為信號(hào)的離散級(jí)數(shù)。1/4/202382.2信道的極限容量1.有限帶寬無(wú)噪聲信道上的最高碼元傳

2.2信道的極限容量2.噪聲信道上的最高數(shù)據(jù)率:1948年,Shannon公式：最高數(shù)據(jù)率為W為信道的帶寬，單位為Hz。S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率。N為信道內(nèi)部的高斯噪聲的功率。S/N為信噪比。用分貝表示：10log10S/N1/4/202392.2信道的極限容量2.噪聲信道上的最高數(shù)據(jù)率:12/2

2.2信道的極限容量信道的帶寬越大，信道中的信噪比越大，則最大的數(shù)據(jù)傳輸率就越高。提高每一碼元攜帶的信息量，可以提高數(shù)據(jù)傳輸率。1/4/2023102.2信道的極限容量信道的帶寬越大，信道中的信噪比越大，

2.2信道的極限容量3.時(shí)延傳播時(shí)延-電磁波在信道中傳播所需的時(shí)間。取決于電磁波在信道上的傳播速率以及所傳播的距離。發(fā)送時(shí)延-發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。取決于數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)傳輸速率。重發(fā)時(shí)延-因傳輸差錯(cuò)而重發(fā)的時(shí)延。1/4/2023112.2信道的極限容量3.時(shí)延12/29/2022112.3傳輸介質(zhì)雙絞線（twistedpair)屏蔽雙絞線STP(Shield)非屏蔽雙絞線UTPUTPCategory3,5同軸電纜（coaxialcable)50同軸電纜(數(shù)字傳輸）75同軸電纜（模擬傳輸）1/4/2023122.3傳輸介質(zhì)雙絞線（twistedpair)12/292.3傳輸介質(zhì)光纜25000－3000GHz帶寬，通信容量非常大。多模單模波分多路復(fù)用WDM(wavelength)：光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用。1/4/2023132.3傳輸介質(zhì)光纜12/29/2022132.3傳輸介質(zhì)1/4/2023142.3傳輸介質(zhì)12/29/2022142.4無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸所使用的頻段f=c無(wú)線電蜂窩無(wú)線電。GSM,CDMA微波地面微波、衛(wèi)星通信（同步、底軌）紅外－短距離通信1/4/2023152.4無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸所使用的頻段12/29/202212.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸計(jì)算機(jī)接收和發(fā)送的是數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬通信接口，必須經(jīng)過(guò)D/A或A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過(guò)調(diào)制/解調(diào)在模擬用戶環(huán)路上傳輸。高速M(fèi)ODEM提高每碼元承載的比特?cái)?shù)。提高信噪比。（A/D和D/A引起較大的量化噪聲）1/4/2023162.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸計(jì)算機(jī)接收和發(fā)送的是數(shù)據(jù)。12/2A/DA/DA/DA/DD/AD/A2/44/22/4V.34ModemV.34Modem56kModem56kModemInternet服務(wù)商交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)2.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸1/4/202317A/DA/DA/DA/DD/AD/A2/44/22/4V.32.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸脈碼調(diào)制PCM一個(gè)電話信道帶寬3.4kHz；8k采樣；每個(gè)樣本用8bits表示。因此一路標(biāo)準(zhǔn)的PCM信號(hào)速率為64kbps.歐洲標(biāo)準(zhǔn)E1一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀包括32個(gè)時(shí)隙。但是有二個(gè)時(shí)隙分別用于同步和信令，只用30個(gè)時(shí)隙傳數(shù)據(jù)。1/4/2023182.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸脈碼調(diào)制PCM12/29/20222.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸歐洲標(biāo)準(zhǔn)E1因此E1的數(shù)據(jù)率為64k30＝1920kbps。但是如果按照32個(gè)時(shí)隙計(jì)算，E1的數(shù)據(jù)率為64k32=2048kbps。北美標(biāo)準(zhǔn)T1包括24路，加1bit幀同步碼。那么數(shù)據(jù)率為64k24+18000＝1544kbps。1/4/2023192.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸歐洲標(biāo)準(zhǔn)E112/29/202212.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸SONET/SDH光纖TDM標(biāo)準(zhǔn)：北美SONET（同步光纖網(wǎng)絡(luò)）和CCITT的SDH（同步數(shù)字系列）長(zhǎng)話的物理層大量使用SONET干線（美）最初的設(shè)計(jì)是使SONET成為TDM系統(tǒng)，因此它是一個(gè)同步系統(tǒng)?；舅俾剩好?25s傳一幀(810B)，每秒81088000=51.84Mbps稱為同步傳輸信號(hào)STS-1.1/4/2023202.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸SONET/SDH12/29/202.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸每個(gè)字節(jié)為一個(gè)子信道，每秒8000次，代表一個(gè)PCM信道。對(duì)應(yīng)于STS-n的光纖載波（opticalcarrier）稱作OC-n。STM（synchronousTransportMode)：SDH的速率模式。C(Concatenated):并置。STS-3c作為一條STS線路信號(hào)，封裝了3條STS-1的容量，作為單個(gè)實(shí)體傳送、復(fù)用和交換，而不是看成是3條STS-1信號(hào)。1/4/2023212.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸每個(gè)字節(jié)為一個(gè)子信道，每秒80002.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸1/4/2023222.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸12/29/2022222.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸1/4/2023232.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸12/29/2022232.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸1/4/2023242.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸12/29/2022242.6物理層標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介RS-232ERS－449略，參見(jiàn)“計(jì)算機(jī)通信”課程。1/4/2023252.6物理層標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介RS-232E12/29/2022252.7Summary物理層是所有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。大自然在所有信道上加了兩個(gè)限制，它決定了信道的帶寬。這些限制是：無(wú)噪聲信道的Nyquist準(zhǔn)則和有噪聲信道的Shannon極限。傳輸介質(zhì)可以是有線和無(wú)線的。有線介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖；無(wú)線介質(zhì)有：無(wú)線電、微波（地面、衛(wèi)星）、紅外線、激光。我們通常利用電話系統(tǒng)的本地回路存取網(wǎng)絡(luò)。并地回路是模擬的，在傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，需要modem。主干是數(shù)字的，可以按照多種方式復(fù)用：TDM,FDM,WDM。1/4/2023262.7Summary物理層是所有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。大自然在所有信第二章物理層

PhysicalLayercourse1/4/202327第二章物理層

PhysicalLayercourse12第二章物理層在信道上傳輸數(shù)據(jù)有哪些限制？傳輸介質(zhì)分類？物理層中的一些新概念和術(shù)語(yǔ)？1/4/202328第二章物理層在信道上傳輸數(shù)據(jù)有哪些限制？12/29/20第二章物理層2.1物理層的基本概念2.2信道極限容量2.3傳輸介質(zhì)2.4無(wú)線傳輸2.5模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.6常用的物理層接口標(biāo)準(zhǔn)1/4/202329第二章物理層2.1物理層的基本概念12/29/2022

2.1物理層的基本概念物理層主要考慮的就是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。物理設(shè)備與傳輸媒體種類繁多；通信手段多樣；物理層的作用正是要盡可能地屏蔽這些差異，使其上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異，不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。

1/4/2023302.1物理層的基本概念物理層主要考慮的就是怎樣才能在連接

2.1物理層的基本概念用OSI物理層模型（實(shí)體、服務(wù)原語(yǔ)、協(xié)議數(shù)據(jù)單元等）來(lái)描述物理層不太合適。

在OSI提出之前，許多物理層規(guī)程或協(xié)議已經(jīng)制定；早期的物理層規(guī)程沒(méi)有像OSI那樣將服務(wù)定義和協(xié)議區(qū)分開(kāi)來(lái)；將物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性。

1/4/2023312.1物理層的基本概念用OSI物理層模型（實(shí)體、服務(wù)原語(yǔ)

2.1物理層的基本概念物理層的特性1.機(jī)械特性－接口所用連接器的形狀、尺寸、引線數(shù)目、排列等。2.電氣特性－接口線的電平范圍和0、1含義。3.功能特性－接口線的功能和含義。4.過(guò)程特性－實(shí)現(xiàn)各種功能時(shí)各線信號(hào)的表示和順序。1/4/2023322.1物理層的基本概念物理層的特性12/29/20226

2.1物理層的基本概念物理層的主要作用 物理層的主要作用就是給其服務(wù)用戶（即數(shù)據(jù)鏈路層或數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體）在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流的能力。首先激活（建立）一個(gè)連接維持這個(gè)連接去活（釋放）這個(gè)連接1/4/2023332.1物理層的基本概念物理層的主要作用12/29/202

2.2信道的極限容量1.有限帶寬無(wú)噪聲信道上的最高碼元傳輸速率和最高數(shù)據(jù)率。1924年,Nyquist準(zhǔn)則：最高碼元速率：2WBaud最高數(shù)據(jù)率為：W為理想低通信道的帶寬，單位為Hz。V為信號(hào)的離散級(jí)數(shù)。1/4/2023342.2信道的極限容量1.有限帶寬無(wú)噪聲信道上的最高碼元傳

2.2信道的極限容量2.噪聲信道上的最高數(shù)據(jù)率:1948年,Shannon公式：最高數(shù)據(jù)率為W為信道的帶寬，單位為Hz。S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率。N為信道內(nèi)部的高斯噪聲的功率。S/N為信噪比。用分貝表示：10log10S/N1/4/2023352.2信道的極限容量2.噪聲信道上的最高數(shù)據(jù)率:12/2

2.2信道的極限容量信道的帶寬越大，信道中的信噪比越大，則最大的數(shù)據(jù)傳輸率就越高。提高每一碼元攜帶的信息量，可以提高數(shù)據(jù)傳輸率。1/4/2023362.2信道的極限容量信道的帶寬越大，信道中的信噪比越大，

2.2信道的極限容量3.時(shí)延傳播時(shí)延-電磁波在信道中傳播所需的時(shí)間。取決于電磁波在信道上的傳播速率以及所傳播的距離。發(fā)送時(shí)延-發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。取決于數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)傳輸速率。重發(fā)時(shí)延-因傳輸差錯(cuò)而重發(fā)的時(shí)延。1/4/2023372.2信道的極限容量3.時(shí)延12/29/2022112.3傳輸介質(zhì)雙絞線（twistedpair)屏蔽雙絞線STP(Shield)非屏蔽雙絞線UTPUTPCategory3,5同軸電纜（coaxialcable)50同軸電纜(數(shù)字傳輸）75同軸電纜（模擬傳輸）1/4/2023382.3傳輸介質(zhì)雙絞線（twistedpair)12/292.3傳輸介質(zhì)光纜25000－3000GHz帶寬，通信容量非常大。多模單模波分多路復(fù)用WDM(wavelength)：光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用。1/4/2023392.3傳輸介質(zhì)光纜12/29/2022132.3傳輸介質(zhì)1/4/2023402.3傳輸介質(zhì)12/29/2022142.4無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸所使用的頻段f=c無(wú)線電蜂窩無(wú)線電。GSM,CDMA微波地面微波、衛(wèi)星通信（同步、底軌）紅外－短距離通信1/4/2023412.4無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸所使用的頻段12/29/202212.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸計(jì)算機(jī)接收和發(fā)送的是數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬通信接口，必須經(jīng)過(guò)D/A或A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過(guò)調(diào)制/解調(diào)在模擬用戶環(huán)路上傳輸。高速M(fèi)ODEM提高每碼元承載的比特?cái)?shù)。提高信噪比。（A/D和D/A引起較大的量化噪聲）1/4/2023422.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸計(jì)算機(jī)接收和發(fā)送的是數(shù)據(jù)。12/2A/DA/DA/DA/DD/AD/A2/44/22/4V.34ModemV.34Modem56kModem56kModemInternet服務(wù)商交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)2.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸1/4/202343A/DA/DA/DA/DD/AD/A2/44/22/4V.32.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸脈碼調(diào)制PCM一個(gè)電話信道帶寬3.4kHz；8k采樣；每個(gè)樣本用8bits表示。因此一路標(biāo)準(zhǔn)的PCM信號(hào)速率為64kbps.歐洲標(biāo)準(zhǔn)E1一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀包括32個(gè)時(shí)隙。但是有二個(gè)時(shí)隙分別用于同步和信令，只用30個(gè)時(shí)隙傳數(shù)據(jù)。1/4/2023442.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸脈碼調(diào)制PCM12/29/20222.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸歐洲標(biāo)準(zhǔn)E1因此E1的數(shù)據(jù)率為64k30＝1920kbps。但是如果按照32個(gè)時(shí)隙計(jì)算，E1的數(shù)據(jù)率為64k32=2048kbps。北美標(biāo)準(zhǔn)T1包括24路，加1bit幀同步碼。那么數(shù)據(jù)率為64k24+18000＝1544kbps。1/4/2023452.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸歐洲標(biāo)準(zhǔn)E112/29/202212.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸SONET/SDH光纖TDM標(biāo)準(zhǔn)：北美SONET（同步光纖網(wǎng)絡(luò)）和CCITT的SDH（同步數(shù)字系列）長(zhǎng)話的物理層大量使用SONET干線（美）最初的設(shè)計(jì)是使SONET成為TDM系統(tǒng)，因此它是一個(gè)同步系統(tǒng)。基本速率：每125s傳一幀(810B)，每秒81088000=51.84Mbps稱為同步傳輸信號(hào)STS-1.1/4/2023462.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸SONET/SDH12/29/202.5模擬傳輸和數(shù)字傳輸每個(gè)字節(jié)為一個(gè)子