计算机网络课件物理层.ppt

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1、计算机网络（第5版）第2章物理层第2章物理层2.1物理层的基本概念2.2数据通信的基础知识2.3物理层下面的传输媒体2.4信道复用技术2.5数据的编码与传输2.6宽带接入技术2.1物理层的基本概念物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。2.2数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接

2、收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机1、通信方式⑴并行通信：每个数据编码的各个比特都是同时发送的。——通常用于计算机系统内部及与外设之间大量频繁的数据传输。远距离网络传输？——线路的成本、串扰等原因，一般不采用并行通信。⑵串行通信：比特(bit)的逐位传送(从低位到高位)。——线路成本低、无串扰，远距离数据传输较好的选择。2.2.2有关信号的几个基本概念2、通信制式⑴单工通信：利用一条物理信道(2线制）进行单向信息传输。——多用于测

3、试或控制环境下的数据传输。⑵半双工通信：可以进行双向传输，但由于只有一条物理信道(2线制)，因此，同一时刻只限于一个方向传输。——广泛应用于交互式会话通信情况下。⑶全双工通信：通信双方在任何时刻，均可进行双向通信，无任何限制。——需要两条以上的物理信道(3线制或4线制)。——可以构成全双工网络。基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。几种最基本的调制方法最

4、基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。对基带数字信号的几种调制方法010011100基带信号调幅调频调相2.2.3信道的极限容量任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。数字信号通过实际的信道有失真，但可识别失真大，无法识别实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪

5、声、干扰和失真）接收信号波形香农公式香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率C可表达为C=Wlog2(1+S/N)b/sW为信道的带宽（以Hz为单位）；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。课件制作人：谢希仁香农公式表明信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没

6、有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。课件制作人：谢希仁2.3物理层下面的传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱2.3.1导向传输媒体双绞线同轴电缆光缆各种电缆铜线铜线聚氯乙烯套

7、层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP同轴电缆光线在光纤中的折射折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤⑴无线传输媒体：——空间⑵无线数据传输过程：发送结点将数据编码后送高频发射装置，产生高频电磁波，通过天线发送出去；接收结点通过接收装置的接收天线接收高频电磁波，解码。⑶无线传输的频率范围：——短波和微波短波通信特点：靠地球上空电离层反射，质量不稳定。微波特点：直线传播，不能绕射。地面微波