计算机网络—物理层—讲义

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1、第二章物理层简介¢物理层处于网络模型的最底层，它为网络定义了机械、电气和时序的接口¢物理层的主要任务：确定与传输媒体接口的一些特性，即（1）机械特性，指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数和排列、固定与锁定装置。（2）电气特性，在接口电缆上的哪条线上出现的电压范围。（3）功能特性，指明某条线上出现的某一点平的电压表是何种意义。（4）规程特性，各种可能事件的出现顺序。简介¢主要内容£数据传输的理论分析£讨论三种传输介质¢有导向（铜线和光纤）¢无线¢卫星£讨论三个通信系统¢固定电话系统¢移动电话系统¢有线电视系统2.1数据通信的理论基础2.1.1傅立叶分析¢通过某种物理特性（电压或电流）的变

2、化，可以在线路上传输信息¢可以用以时间t为自变量的单值函数f(t)表示电压或电流的值，从而对信号的行为建模∞∞1g()tca=+∑∑nnsin(2ππnftb)+cos(2nft)2nn==11¢f=1/T基频¢a和b是n次谐波的正弦和余弦振幅nn2Tag=()sin(2tnπft)dtn∫T02Tbg=()cos(2tnπft)dtn∫T0¢c为常量2Tcg=∫()tdtT02.1.2有限带宽的信号¢所有的传输设施在传输过程中都会损失一些能量¢传输设施对不通傅立叶分量的衰减不相同，导致信号变形。¢从0到某一个频率f（Hz）这一段范围内，振幅在传输过c程中不会衰减，而在f之上的频率所对应

3、的振幅则会有不c同程度的衰减，传输过程中振幅不会明显减弱的这一段频率范围称为传输设施的带宽（bandwidth）¢通常带宽是指从0到某一个能保留一半能量的频率处¢带宽是传输介质的一种物理特性，取决于介质的材料、厚度和长度。¢ASCII字符“b”编码为8位（bit）的字节（byte），被传输为“01100010”1annnn=−[cos(ππππ/4)cos(3/4)cos(6+/4)cos(7−/4)]nπn1bn=−[sin(3ππππ/4)sin(nnn/4)sin(7+/4)cos(6−/4)]nπnc=3/422¢平方根振幅an+bn2.1.3信道的最大数据传输速率¢奈奎斯特定理

4、：对于一个理想的无噪声带宽为H的低通滤波器，最大数据传输率为最大数据传输速率=2HlogV(位/秒）2¢香农定理：一条带宽为H（Hz）、信噪比为S/N的有噪声信道，最大数据传输率为最大数据传输速率=Hlog（1+/N）位/秒）S(22.2有导向的传输介质2.2.2双绞线¢双绞线（twistedpair）：两根绝缘铜线以螺旋状的形式绞在一起。£几乎所有的电话都是通过双绞线连接到交换局£双绞线可以延伸几公里而不需要放大£双绞线可以传输模拟信号和数字信号，其带宽取决于铜线的直径和传输距离：几公里的传输距离内可达几Mbps。£UTP（UnshieldedTwistedPair，无屏蔽双绞线）¢3

5、类（category3）双绞线，16MHz¢5类（category5）双绞线，100MHzConnectionstandard:568A/568B棕88Brown568B:7White/Brown白棕76Green绿6白兰5White/Blue5兰4Blue4白绿3White/Green3Orange橙22白橙1White/Orange12.2.3同轴电缆¢很高的带宽，可以达到1GHz¢很好的抗噪性能¢仍然广泛的使用于有线电视和城域网中2.2.4光纤¢光纤传输系统£光源光脉冲£传输介质光纤£检测器光电转换¢光纤传输的原理¢光纤的分类£多模光纤£单模光纤¢光纤的组成玻璃、沙子¢光纤的衰减£

6、衰减的分贝数£用于光纤通信的三个波段：0.85、1.30、1.55um，每个波段有25000～30000GHz带宽£光纤的色散¢光纤的组成¢光纤的连接£在连接器上终止，并插入到光纤接口中£机械手段结合£熔合¢光源£LED（LightEmittingDiodes，发光二极管）£半导体激光¢波长选择£Fabry-Perot干涉计£Mach-Zehnder干涉计¢光信号的接收£光敏二极管£典型的响应时间是1ns（限制数据传输率为1Gbps）¢光纤网络£具有有源中继器的光纤环网¢光纤网络无源星型连接¢光纤和铜线的比较£光纤vs铜线的优点¢光纤具有宽的多的带宽¢每公里衰减低¢不受电源震荡、电磁波干

7、扰，不受空气中腐蚀化学物质侵蚀的影响¢对电话公司的吸引力：细，重量轻，便宜¢安全性£光纤vs铜线的缺点¢对光纤的处理需要较高的操作技能¢过度弯曲容易造成光纤损坏¢单工¢接口成本高2.3无线传输2.3.1电磁波谱¢电子的运动产生电磁波¢电磁波可以在空气中传播¢电磁波每秒钟振动的次数称为它的频率f¢相邻两个波峰（或波谷）间的距离称为它的波长λ¢光速£c=λf¢电磁波的带宽dfc=−2dλλcΔλΔ=f2λ¢一般将功率集中在窄频带上传输¢