03-物理層概述、數(shù)據(jù)通信、傳輸介質(zhì)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)

第1頁1第二章物理層

物理層概述數(shù)據(jù)通信基本概念傳輸介質(zhì)重點(diǎn)：基本概念各協(xié)議上規(guī)程工作過程第2頁2物理層概述

物理層功效和作用

物理層主要功效就是為數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體在詳細(xì)物理媒體上提供發(fā)送或接收比特流能力。物理層主要作用在于屏蔽物理設(shè)備和傳輸媒體特征差異，使數(shù)據(jù)鏈路層無須去考慮物理設(shè)備和傳輸媒體詳細(xì)特征，而只要考慮完成本層協(xié)議和服務(wù)。第3頁3

物理層特征

物理層協(xié)議與詳細(xì)物理設(shè)備，傳輸媒體及通信伎倆相關(guān)。所以，物理層協(xié)議只能將物理層實(shí)現(xiàn)主要功效描述為與傳輸媒體接口相關(guān)四個(gè)特征：即機(jī)械特征、電氣特征、功效特征和規(guī)程特征。物理層就是經(jīng)過這四個(gè)特征作用，在DTE和DCE之間，實(shí)現(xiàn)了物理通路連接。

物理層介紹第4頁4物理層接口特征

物理層接口特征要求了DTE與DCE之間標(biāo)準(zhǔn)接口機(jī)械特征，電氣特征，功效特征和規(guī)程特征。

DTE（DataTerminalEquipment）數(shù)據(jù)終端設(shè)備，它是一個(gè)含有一定數(shù)據(jù)處理能力及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)設(shè)備。

DCE（DataCircuit-TerminatingEquipment）數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備。它在DTE和傳輸線路之間提供信號調(diào)換和保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接。

第5頁5物理層接口特征機(jī)械特征機(jī)械特征是對連接器（包含插頭和插座形狀和尺寸，插針或插孔數(shù)目及其排列，固定或鎖定裝置等）做出詳細(xì)要求特征。電氣特征

電氣特征要求了DTE/DCE之間多條信號線電氣連接及相關(guān)電路特征，通常包含：發(fā)送器和接收器電路特征，負(fù)載要求，傳輸速率和連接距離等。

第6頁6物理層接口特征功效特征功效特征主要是對各接口信號線做出確切功效定義并確定相互間操作關(guān)系。

規(guī)程特征規(guī)程特征要求了DTE/DCE接口各信號線之間相互關(guān)系，動(dòng)作次序以及維護(hù)測試操作等內(nèi)容。第7頁7慣用物理層標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232-C

EIARS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1969年頒布，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于主機(jī)與終端間近程連接之中。

EIARS-232-C機(jī)械特征提議使用25芯連接器，并要求了連接器尺寸及芯針排列。

EIARS-232-C電氣特征要求采取單端發(fā)送單端接收，雙極性電源供電電路。第8頁8慣用物理層標(biāo)準(zhǔn)

EIARS-232-C功效特征將25芯連接器中20條信號線分為四類：數(shù)據(jù)線（4條），控制線（11條），定時(shí)線（3條）和信號地線（2條），余下5條未定義。

EIARS-232-C規(guī)程特征描述了在不一樣條件下，各條信號線展現(xiàn)“接通”或“斷開”狀態(tài)次序和關(guān)系。

EIA-232接口標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)較大弱點(diǎn)，即：數(shù)據(jù)傳輸速率最高為20kbit/s；連接電纜最大長度不超出15m。第9頁9DTEDCEDTEDTE12345876201234587620（a）遠(yuǎn)程連接234587620234587620（b）近程連接EIARS-232-C接口物理特征第10頁10兩個(gè)DTE經(jīng)過DCE進(jìn)行通信例子EIA要求了插頭裝在DTE上，插座裝在DCE上。DTE-ADTE-B網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器DCE-A調(diào)制解調(diào)器DCE-BEIA-232/V.24接口EIA-232/V.24接口信號線與控制線信號線與控制線通信環(huán)境用戶環(huán)境用戶環(huán)境通信設(shè)施用戶設(shè)施用戶設(shè)施第11頁11數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本組成

信息源和輸入轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換器和受信者發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備信道噪聲第12頁12數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備傳輸控制器數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）通信控制器主機(jī)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（DTE）數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）接口數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）傳輸信道接口數(shù)據(jù)電路第13頁13數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)一、有效性指標(biāo)

是衡量系統(tǒng)傳輸能力主要指標(biāo)。1、碼元速率：

每秒鐘傳輸信號碼元數(shù)目，單位：波特（B），用符號RB表示。碼元速率也稱為調(diào)制速率。2、信息速率：

每秒鐘傳輸信息量，單位：比特/秒（bit/s），用符號Rb表示。

Rb=RB×I=RBlog2N（bit/s）

第14頁143、功率利用率：在確保系統(tǒng)傳輸質(zhì)量條件下，系統(tǒng)所需要最低歸一化信噪比。歸一化信噪比是指每比特信號能量Eb和噪聲單邊功率譜密度N0比值。4、頻帶利用率：是系統(tǒng)單位頻帶內(nèi)所實(shí)現(xiàn)信息傳輸速率。

n=Rb/B＝RB(log2N)/B(bit/s/HZ)

數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)第15頁15二、可靠性指標(biāo)主要用差錯(cuò)率來表示。1、誤碼率：在系統(tǒng)傳輸碼元總數(shù)中發(fā)生差錯(cuò)碼元數(shù)所占百分比稱誤碼率。2、誤比特率：在系統(tǒng)傳輸中發(fā)生差錯(cuò)比特?cái)?shù)占傳輸總比特?cái)?shù)百分比稱誤比特率。

數(shù)字通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)第16頁16信道容量信道容量是在給定信道傳輸差錯(cuò)率趨于零情況下，信道在單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸最大信息量。1、奈奎斯特定理在信道含有理想低通矩形特征和無噪聲情況下，信道容量為：

C=2W(B)=2Wlog2N(b/s)

奈氏準(zhǔn)則另一個(gè)表示方法是：每赫帶寬理想低通信道最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。第17頁17信道容量2、香農(nóng)公式在有隨機(jī)噪聲（服從高斯分布）干擾信道上傳輸數(shù)字信號，信道容量為：

C=Wlog2(1+S/N)(b/s)C為信道極限信息傳輸速率；

W為信道帶寬（以Hz為單位）；

S為信道內(nèi)所傳信號功率；

N為信道內(nèi)部高斯噪聲功率。第18頁18信道容量2、香農(nóng)公式香農(nóng)公式表明，信道帶寬或信道中信噪比越大，則信息極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道極限信息傳輸速率，就一定能夠找到某種方法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。因?yàn)榇a元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則制約，所以要提升信息傳輸速率，就必須設(shè)法使每一個(gè)碼元能攜帶更多個(gè)比特信息量。這就需要采取多元制（又稱多進(jìn)制）調(diào)制方法。第19頁19數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)有線傳輸介質(zhì)1、雙絞線雙絞線電纜是由按一定密度螺旋結(jié)構(gòu)排列兩根包有絕緣層銅線部再包裹屏蔽層或橡塑外皮而組成。雙絞線電纜分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線兩大類。第20頁20非屏蔽雙絞線結(jié)構(gòu)第21頁21非屏蔽雙絞線優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)尺寸小、重量輕、輕易彎曲；價(jià)格廉價(jià)；輕易安裝和維護(hù)。缺點(diǎn)抗干擾能力較弱；傳輸距離比較短。

UTP分為：3類線、4類線、5類線和超5類線

UTP非常適合于樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)化布線第22頁22屏蔽雙絞線優(yōu)點(diǎn)傳輸質(zhì)量較高；電纜尺寸和重量與UTP相當(dāng)。缺點(diǎn)安裝不適當(dāng)有可能引入外界干擾；成本較高。第23頁232、同軸電纜同軸電纜由兩個(gè)導(dǎo)體組成，是一個(gè)空心圓柱形網(wǎng)狀導(dǎo)體圍裹著一個(gè)實(shí)心導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。同軸電纜可分為兩種基本類型，基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。

絕緣層屏蔽/外導(dǎo)體絕緣套層內(nèi)導(dǎo)體第24頁24同軸電纜結(jié)構(gòu)第25頁25同軸電纜電纜優(yōu)點(diǎn)物理特征：頻率范圍較寬。傳輸特征：

a.粗電纜：抗干擾性能好，傳輸距離遠(yuǎn)。

b.細(xì)電纜：價(jià)格廉價(jià)，傳輸距離近。連通性：適于點(diǎn)到點(diǎn)及點(diǎn)到多點(diǎn)連接。地理范圍：距離大，幾千米甚至幾十千米。價(jià)格：高于雙絞線，低于光纖。第26頁263、光纖光纖是一個(gè)能夠傳導(dǎo)光信號介質(zhì)。光纖由纖芯、包層兩部分組成。纖芯為光通路；包層由多層反射玻璃纖維組成，用來將光線反射到纖芯上。外護(hù)套玻璃包層光纖纖芯直徑為5~100微米(

m)第27頁27折射角也增大入射角增大高折射率媒體低折射率媒體當(dāng)入射角增大時(shí)，折射角也增大入射角增大到足夠大時(shí)高折射率媒體低折射率媒體產(chǎn)生了全反射光線全反射第28頁28高折射率（纖芯）低折射率（包層）光線在纖芯中傳輸方式是不停地全反射第29頁29輸入脈沖輸出脈沖多模光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖光纖能夠分為單模和多模兩種傳輸方式第30頁30光纖特征物理特征：兩根光纖組成傳輸系統(tǒng)，按波長范圍可分成3種：0.85μm、1.3μm、1.55μm。第31頁31光纖特點(diǎn)傳輸特征：數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)幾千Mb/s，傳輸距離達(dá)幾千米。連通性：普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)鏈路。地理范圍：6km～8km距離內(nèi)不用中繼器傳輸。抗干擾性：不受電磁波干擾或噪聲影響。價(jià)格：當(dāng)前價(jià)格較高，但伴隨技術(shù)改進(jìn)會(huì)大幅下降。第32頁321、微波

微波中繼通信是利用電磁波在對流層視距范圍內(nèi)傳輸一個(gè)通信方式，其頻率普通在1GHz至20GHz左右。因?yàn)槭艿匦魏吞炀€高度限制，兩站間通信距離普通為30~50km。故長距離傳輸時(shí)，必須建立多個(gè)中繼站。無線傳輸介質(zhì)第33頁33微波特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：①通信信道容量大；②微波傳輸質(zhì)量較高；③建設(shè)投資少，見效快。主要缺點(diǎn)：①相鄰站之間必須直視，不能有障礙物；②有時(shí)會(huì)受惡劣氣候影響；③隱蔽性和保密性較差；④使用和維護(hù)花費(fèi)較大。無線傳輸介質(zhì)第34頁342、衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信實(shí)際上也是微波通信一個(gè)方式，只不過它是利用位于高空人造地球衛(wèi)星作為中繼器一個(gè)微波接力通信。衛(wèi)星通信最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)，非常適合于廣播通信。衛(wèi)星通信含有較大傳輸時(shí)延，系統(tǒng)保密性較差。無線傳輸介質(zhì)