《[物理]2-1物理层与链路层2010》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[物理]2-1物理层与链路层2010（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机网络计算机网络 Computer Network Computer Network 信息科学与技术学院 窦军 Lecture slides by Dou Jun 西南交通大学Date1A前言 迄今为止，我们通过“三讲”讨论计算机网络 概论，内容包括：计算机网络的概念、发展历史（三个里程碑）、OSI/RM 和Internet体系结构和用带外信令观点重新审视OSI/RM和现有网络 的通信子的体系结构和观察未来的网络通信子网结构。 下面开始分6讲进行第二单元内容的讨论：物 理层与数据链路层技术n 物理层技术（教材4版/5版第二章，2讲）n 数据链路层技术（教材4版/5版第三章，2讲）n 局域网
2、物理层与数据链路层技术（教材4版/5版第4/2章，2 讲）Comment: 严格地讲，应当是起源于局域网的技术。Date2ADate3A教材第二章目录（*为重点） *2.1 物理层的基本概念 *2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量 2.2.4 信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体 2.3.1 导向传输媒体 2.3.2 非导向传输媒体 2.4 模拟传输与数字传输(第4版）2.4.1 模拟传输系统 *2.4.2 调制解调器 *2.4.3 数字传输系统Date4A*2.4 信道复用技术2.4.1 频分
3、复用、时分复用和统计时分复用2.4.2 波分复用2.4.3 码分复用2.4+ 数字基带信号的波形（Waveform)与编码（Coding) 增加 *2.5 模拟传输与数字传输系统模拟传输（补充）同步光纤网SONET和同步数字系列SDH。（PDH自行参考阅读材料） *2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网）2.6.3 FTTx 技术 （将1.6*节：“计算机网络主要性能指标”移至本章讨论）2.7 物理层标准举例（第4版） 2.7.1 EIA-232-E接口标准 2.7.2 RS-449接口标准Date5AComments:对比OSI物理层功能概述表与教
4、材第2章讲 述的内容可以看出： 通信技术与物理层关系密切，而OSI物理层通常只是以某种通信 技术为支撑技术，讨论的重点放在“端系统-网络节点或网络节点-网 络节点之间的接口或协议部分”。 当涉及新的通信技术时，相关的物理层文本将花大力气去讨论相 关的问题（调制、编码、复用和通信技术的某些细节)。 本单元原则上按照教材的顺序和内容讲述，但做必要的删减或补 充。 本章的内容的讲稿将主要借用谢希仁教授第5版光盘中的PPT，但 部分欠妥的内容将加以说明！Date6A2.1 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： l机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线 数
5、目和排列、固定和锁定装置等等。l电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的 范围。l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。l规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现 顺序。 简记为：机械、电气、功能、规程四大特性。 注意：实际上“电气”特性应称为“光/电气”特性更符 合现代的实际情况。Date7A2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 正文传输 系统输 入 数 据发送 的信号接收 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 正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输 出 信
6、息PC 机Date8A几个术语n数据(data)运送信息/消息的实体。n信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。 n“模拟的”(analogous)连续变化的。n“数字的”(digital)取值是离散数值（其物理表达 形式通常为脉冲）。n码元(code)在使用时间域（或简称为时域）的波 形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。Date9A2.2.2 有关信号的几个基本概念n单向通信（单工通信）只能有一个方向 的通信而没有反方向的交互。n双向交替通信（半双工通信）通信的双 方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然 也就不能同时接收)。n双向同时通信（全双工通信）通信的双 方可以同时
7、发送和接收信息。 Date10A基带(baseband)信号和 带通(band pass)信号 n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。n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)。 n带通信号把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围 搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够 通过信道）。 Date11A几种最基本的调制方法 n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
8、低频分量 或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带 信号进行调制(modulation)。 n最基本的二元制调制方法有以下几种：l调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变 化。 l调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变 化。l调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号 而变化。 Date12A“狭义的”调制、解调n调制把数字信号转换为模拟信号的过程。?？n解调把模拟信号转换为数字信号的过程。 nModulation is the process of varying a carrier signal in order to use that signal to convey info
9、rmation. The three key parameters of a sinusoid are its amplitude, its phase and its frequency, all of which can be modified in accordance with an information signal to obtain the modulated signal. A device that performs modulation is known as a modulator and a device that performs the inverse opera
10、tion of demodulation is known as a demodulator. A device that can do both operations is a modem (a contraction of the two terms). Date13AnIn digital modulation, the changes in the signal are chosen from a fixed list (the modulation alphabet) each entry of which conveys a different possible piece of
11、information (a symbol). The alphabet is often conveniently represented on a constellation diagram. nIn analog modulation, the change is applied continuously in response to the data signal. The modulation may be applied to various aspects of the signal as the lists below indicate. 数字调制、解调 模拟调制、解调Date
12、14A 分清“调制信号”和“被调制信号”（载波）及 各信号是“模拟”还是“数字”信号。 分别用以下几种情况来理解其属性和实质：n“模调模”模拟信号调制模拟信号例如：中、短 波广播（调幅）、调频广播和电视图像（调频） 、电视伴音 （调相）n“数调模”用数字信号调制模拟信号，数据通信系统 （包括计算机网络）中大量使用，例如传统调制解调器（用 计算机的数字信号改变2KHz的正弦载波信号）n“模调数”用模拟信号改变数字信号的（脉冲幅度、 宽度和位置等），例如电话网中，话音（模拟）信号改变等 幅脉冲信号的幅度，获得PAM(脉幅调制）。建议：“广义的” 调制、解调Date15A模拟的和数字的数据、信号 模
13、拟数据模拟信号放大器 调制器模拟数据数字信号PCM 编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字 发送器Comment: 在电话交换网中 PAM PCMDate16A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Date17A基带(baseband) 和宽带(broadband)信 号 第4版内容n基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同 的电压来表示，然后送到线路上去传输。 n宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复 用模拟信号。? 建议理解为“调制后的信号”。 “宽带”与“窄带”是个不严格的相对定语，ITU曾 经将27Kbps速率的调制解调器称为“宽
14、带调制解调器”， 近年来“宽带”常指Mbps的传输速率。用带的宽窄来描述传输速率的高低实为误用，但 已经习以为常。反例：普通调制解调器利用数字信号去调制2KHz模拟信号获得 的速率2.4Kbps-56Kbps的调制信号绝不能视为宽带信号！Date18A2.2.3 信道的极限容量 n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。 n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。 Date19A数字信号通过实际的信道 n有失真，但可识别n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
15、实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形Date20A(1)信道能够通过的频率范围n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著 名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为 了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。n在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否 则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判 决（即识别）成为不可能。n如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高 频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而 不出现码间串扰。 Date21A奈氏(Nyquist)准则 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输 速率是每秒 2 个码元。nBaud 是波特，是码元传
16、输速率的单位， 1 波特为每秒传送 1 个码元。 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz) 不能通过能通过0频率(Hz) W (Hz) Date22A另一种形式的奈氏准则 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输 速率是每秒 1 个码元。理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz) 不能通过能通过0频率(Hz) W (Hz) 不能通过Date23A要强调以下两点 n实际的信道所能传输的最高码元速率，要 明显地低于奈氏准则给出上限数值。n波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念 。 l波特是码元传输的速率单位（每秒传多 少个码元）。码元传输速率也称为调制速率 、波形速率或符号速率。l比特是信息量的单位。 Date24A要注意 n信息的传输速率“比特
