計算機網(wǎng)絡(luò)2課件

第二章物理層2.1物理層的基本概念2.1物理層的基本概念物理層的作用：對上層透明物理層的協(xié)議：物理層規(guī)程物理層的任務(wù)：機械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性第二章物理層2.2信道的極限容量2.2信道的極限容量2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（1）

信道一般都是用來表示向某一個方向傳送信息的介質(zhì)。一條通信線路至少包含一條發(fā)送信道(或)一條接收信道。一個信道可以看成是一條電路的邏輯部件。單向通信雙向交替通信雙向同時通信2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（2）串行和并行并行：通信線路與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)相同，用于短距離傳輸。串行：通信線路只有一條（或2、4條），與傳輸數(shù)據(jù)無關(guān)，用于遠(yuǎn)距離傳輸。串行傳輸分三種方式：單工、半雙工、全雙工。第二章物理層2.2信道的極限容量第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（3）模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：當(dāng)通信中的數(shù)據(jù)用連續(xù)載波表示時，就稱為模擬信號。數(shù)字信號：當(dāng)通信中的數(shù)據(jù)用離散的電信號表示時，就稱為數(shù)字信號。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（4）基帶信號：就是將數(shù)字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。寬帶信號：就是將基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（5）碼元與信息量碼元是承載信息的基本信號單位。比如用脈沖信號表示數(shù)據(jù)時，一個單位脈沖就是一碼元。一碼元的信息量是由碼元所能表示的數(shù)據(jù)有效狀態(tài)值個數(shù)決定的，若一碼元有00、01、10、11四個有效狀態(tài)值，則一碼元能攜帶2bit的信息。2.2.1有關(guān)信道的幾個基本概念（6）波特率與比特率波特率：又稱為調(diào)制速率，是單位時間內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ螖?shù)，單位為baud。B=1/T，其中T表示單位脈沖寬度。比特率：是數(shù)據(jù)傳輸速率，指每秒能傳輸多少構(gòu)成數(shù)據(jù)的位數(shù)，它以位/秒為單位，簡稱bps。。其中N表示有效值狀態(tài)個數(shù)。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.2信道上的最高碼元傳輸速率奈氏準(zhǔn)則理想低通信道的最高碼元傳輸速率

每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個碼元。理想帶通信道的最高碼元傳輸速率

每赫帶寬的理想帶通信道的最高碼元傳輸速率是每秒1個碼元。（其中W為帶寬,K為信元有效狀態(tài)個數(shù)。）帶寬：信道所能傳輸信號的頻率范圍。容量：信道每秒鐘所能傳輸?shù)谋忍財?shù)。第二章物理層2.2信道的極限容量2.2.3信道的極限信息傳輸速率香農(nóng)定理信道的極限信息傳輸速率其中W為信息的帶寬，S/N為信噪比。香農(nóng)公式表明：信道的帶寬越大或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。第二章物理層2.2信道的極限容量第二章物理層2.3傳輸媒體2.3傳輸媒體數(shù)據(jù)傳輸模型雙絞線同軸電纜光纜第二章物理層2.3傳輸媒體數(shù)據(jù)傳輸模型數(shù)據(jù)通過發(fā)送器編碼形成一定形式的能量，可

以是電、光、電磁波或聲音。能量通過一定的介質(zhì)（銅、玻璃或空氣）進(jìn)行傳輸。在接收端將能量解碼成數(shù)據(jù)。2.3.1雙絞線（1）雙絞線由兩根絞合成有規(guī)則的螺旋形圖樣的絕緣銅線組成。第二章物理層2.3傳輸媒體雙絞線UTP:unshieddedtwistedpairSTP:shieldedtwistedpair第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.1雙絞線（2）雙絞線的種類第3類：該電纜的傳輸特性最高規(guī)格為16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。第4類：該類電纜的傳輸特性最高規(guī)格為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。第5類：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，傳輸特性的最高規(guī)格為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.1雙絞線(3)雙絞線的特點結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，普通UTP較便宜有一定的傳輸速率具有較高的容性阻抗，信號衰減較大，

傳輸距離有限（100m）

有輻射，容易被竊聽第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.2同軸電纜（1）同軸電纜由同心的內(nèi)導(dǎo)體、電絕緣體、屏蔽層、保護(hù)外套組成。粗纜（d=1.47cm）和細(xì)纜（直徑為0.70厘米）基帶電纜（室內(nèi)，50Ω）和寬帶電纜（室外,75Ω）第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.2同軸電纜（2）常用電纜的規(guī)格及應(yīng)用2.3.2同軸電纜（3）同軸電纜特點第二章物理層2.3傳輸媒體頻帶較寬，傳輸率較高。損耗較低，傳輸距離較遠(yuǎn)(200m,500m)。輻射低，保密性好，抗干擾能力強。架設(shè)安裝方便，容易分支。寬帶電纜可實現(xiàn)多路復(fù)用傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（1）光導(dǎo)纖維(opticalfiber)是一種傳輸光束的細(xì)微而柔韌的介質(zhì)，通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。(a)第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（2）光纖工作原理

基于光在兩種介質(zhì)交界面上的全反射現(xiàn)象，把以光形式出現(xiàn)的能量約束在波導(dǎo)內(nèi)，并引導(dǎo)光沿著軸線平行的方向傳播。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（3）光纖的分類

玻璃光纖：纖芯及包層均用玻璃，損耗小，成本高。用于遠(yuǎn)距離寬帶傳輸。塑料光纖：纖芯為玻璃，包層為塑料，損耗大，成本低。短距離基帶傳輸。單模光纖：芯徑小，只有一個入射角，光源必須用激光，成本高，帶寬寬，耗散極小，效率高，適于高速度長距離傳輸。多模光纖：芯徑大，多個入射角，光源可以用LED(發(fā)光二極管），成本低，耗散大，效率低，適于低速度短距離傳輸。第二章物理層2.3傳輸媒體2.3.3光纜（4）光纖的特點衰減少，無中繼傳輸距離遠(yuǎn)帶寬寬，傳輸速率高，傳輸能力強不受電磁干擾，抗干擾能力強，無輻射，

保密性好重量輕，容量大，十分適合多媒體通信光纖斷裂的檢測和修復(fù)都很困難第二章物理層2.4無線傳輸無線傳輸是指信號通過空氣傳輸，信號不能被約束在一個物理導(dǎo)體內(nèi)。無線介質(zhì)實際上就是無線傳輸系統(tǒng)，主要包括無線電、微波和衛(wèi)星通信等。2.4無線傳輸?shù)诙挛锢韺?.4無線傳輸2.4.1無線電波第二章物理層2.4無線傳輸2.4.2微波通信收發(fā)兩端使用拋物面天線方向性強，直線傳輸（視距傳輸），

距離遠(yuǎn)時使用中繼站常用頻段：2G---6G

用于高速數(shù)傳受天氣影響較大第二章物理層2.4無線傳輸2.4.3衛(wèi)星通信一個衛(wèi)星可工作在多個頻段，工作頻

段一般在幾G到幾十G。同步衛(wèi)星：衛(wèi)星與地球保持相對靜止，

三顆同步衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸時延大，240ms---300ms第二章物理層2.4無線傳輸2.4.4超短波無方向性，繞射能力強速率低〈10Kbps，距離近，幾十公里頻率范圍：30M---1G

用于城市內(nèi)無線組網(wǎng)、無線調(diào)度、遙測遙控、

蜂

窩系統(tǒng)、無線尋呼、無線數(shù)傳存在多徑干擾多徑干擾是由于電波傳播過程中遇到各種反射體（高山，建筑物）引起，同一個信號經(jīng)過不同的反向路徑到達(dá)同一個接收點，但各反向路徑的衰減和時延都不相同，使得最后得到的合成信號失真很大。第二章物理層2.5調(diào)制解調(diào)器2.5調(diào)制解調(diào)器（1）調(diào)制器：波形變換器，將基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ巍＝庹{(diào)器：波形識別器，將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號。第二章物理層2.5調(diào)制解調(diào)器2.5.2使用調(diào)制解調(diào)器的連接第二章物理層2.5調(diào)制解調(diào)器2.5.3調(diào)制解調(diào)器的分類低速調(diào)制解調(diào)器：信息傳輸速率＜600bps

中速調(diào)制解調(diào)器：600bps＜信息傳輸速率<9600bps

高速調(diào)制解調(diào)器：9600bps<信息傳輸速率第二章物理層2.6數(shù)據(jù)編碼方式2.6數(shù)據(jù)編碼方式數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼：

曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼(調(diào)制）：移幅鍵控法、移頻鍵控法、移相鍵控法第二章物理層2.6數(shù)據(jù)編碼方式2.6.1曼徹斯特編碼

編碼方法：將每一個碼元再分成兩個相等的間隔。碼元1是在前一個間隔為高電平而后一個間隔為低電平。碼元0則正好相反，從低電平變到高電平。第二章物理層2.6數(shù)據(jù)編碼方式2.6.2差分曼徹斯特編碼

編碼規(guī)則：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是l或0，在每個碼元的正中間的時刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。第二章物理層2.6數(shù)據(jù)編碼方式2.6.3調(diào)幅調(diào)制（幅移鍵控）第二章物理層2.6數(shù)據(jù)編碼方式2.6.4頻率調(diào)制（頻移鍵控）第二章物理層