计算机网络复习专用第3章

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1、第第3 3章章 物理层物理层计算机网络第3章 物理层1本章学习要求：掌握：物理层与物理层协议的基本概念掌握：数据通信的基本概念了解：传输介质类型及主要特性了解：无线与卫星通信技术的基本概念掌握：数据编码的类型和基本方法掌握：基带传输的基本概念理解：频带传输的基本概念掌握：多路复用的分类与特点理解：同步数字体系SDH的基本概念计算机网络第3章 物理层23.1 物理层与物理层协议的基本概念 3.1.1 物理层的基本概念 通信子网分为点对点通信线路的通信子网与广 播信道的通信子网;广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城 域网一般采用广播信道;由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和 数据链路层协议

2、上出现了两个分支，一类是基 于点对点通信线路，另一类是基于广播信道。计算机网络第3章 物理层33.1.2 物理层基本服务功能物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系 统的传输介质上传输各种数据的比特流；计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设 备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的 是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传 送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将 信号传输到另一个数据链路实体。 计算机网络第3章 物理层43.1.3 物理层向数据链路层提供的服务 物理连接的建立、维护与释放 ；物理连接分为点-点连接与多点连接 ；数据传输分为全双工、半双工与

3、单工方式 ；数据传输分为串行传输方式与并行传输方式 ；串行传输方式的物理数据服务单元是位(bit)；并行传输方式的物理数据服务单元是N位，N为 并行连接的物理通道数。 计算机网络第3章 物理层53.2 数据通信的基本概念 3.2.1 信息、数据与信号 1. 信息的基本概念通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文 字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字 母、数字、语音、图形或图像的组合； 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图 形或图像用二进制代码的数据来表示； 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数 字信号编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母

4、、数字 、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号 的过程。 计算机网络第3章 物理层6信息编码标准目前保留下来的3种主要编码：CCITT的国际5单位字符编码；扩充的二十进制交换码（EBCDIC码）；美国标准信息交换码（ASCII码）。ASCII 码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准 ISO 646，又称为国际5号码；它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准；ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字 符；字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数 字、字母、运算符号、商用符号等。控制字符用于数 据通信收发双方动作的协调与信息格式的表示。计算机网络第3章 物理层

5、7多媒体网络应用利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技 术研究的重要内容之一；与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输 要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出 更高的要求。多媒体数据的压缩编码与解码：JPEG：静态图像；MPEG：运动图像；H.26X：视频。计算机网络第3章 物理层8数据与信息的主要区别数据是用二进制比特序列表示的文本、数字、语 音、图形、图像与视频，它是传递信息的载体；信息是对数据的二进制比特序列所表示意义的解 释。计算机系统所关心的是信息用什么样的编码体制 表示出来；计算机网络中的数据通信所研究的是如何将表示

6、各类信息的二进制比特序列通过传输介质，在不 同的计算机之间进行正确传送。计算机网络第3章 物理层92. 信号的概念 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；模拟信号（analog signal）的信号电平是连续 变化的；数字信号（digital signal）是用两种不同的电 平表示0、1比特序列的电压脉冲信号；按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统 分为模拟通信系统与数字通信系统两种。 计算机网络第3章 物理层10模拟信号波型数字信号波型计算机网络第3章 物理层113.2.2 数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机通信的过程 计算机网络第3章 物理层12网络通信系统设计中要解决的几个基本

7、问题：数据传输类型：取决于通信信道所允许传输的信号类型 。模拟通信数字通信 数据通信方式按照数据通信使用的信道数：串行通信、并行通信按照信号传送方向与时间的关系：单工通信、半双工或 全双工通信同步方式：同步是指要求通信的收发双方在时间基准上保持一致 。同步通信：将字符组织成组，以组为单位连续传送。异步通信：每个字符作为一个独立的整体进行发送，字 符之间的时间间隔可以是任意的。计算机网络第3章 物理层13串行通信与并行通信 计算机网络第3章 物理层14单工、半双工与全双工通信 计算机网络第3章 物理层15字符同步：同步通信与异步通信计算机网络第3章 物理层16b73.2.3 传输介质的主要类型双

8、绞线同轴电缆光纤电缆无线与卫星通信信道计算机网络第3章 物理层171. 双绞线的主要特性 屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP计算机网络第3章 物理层18双绞线是为了使线对之间的电磁干扰最小。典型的以太局域网中常用五类非屏蔽双绞线，带宽为100MHz。网线制作T568B 1 2 3 4 5 6 7 8白桔 桔 白绿 兰 白兰 绿 白棕 棕T568A 1 2 3 4 5 6 7 8白绿 绿 白桔 兰 白兰 桔 白棕 棕平行接法T568A-T568A/ T568B-T568B用于计算机与Hub/Switch的连接串接接法T568A-T568B/ T568B-T568A用于两台计算机或Hub/Sw

9、itch之间的连接计算机网络第3章 物理层192. 同轴电缆的主要特性抗干扰能力强；基带同轴电缆一般仅用于数字信号的传输；宽带同轴电缆可以使用频分多路复用，将一条电缆的频带 分成多条通信信道。计算机网络第3章 物理层203. 光缆的主要特性计算机网络第3章 物理层21发送端光源：发光二极管或激光； 接收端使用：光电二极管PIN检波 器或APD检波器； 单模光纤：纤芯很细，直径只有几 个微米，制造成本很高，数十公里传 输不需中继； 特点：低损耗、宽频带、高速率、 低误码率、安全性好，不受外界电磁 干扰与噪声的影响。单模光纤与多模光纤的比较 计算机网络第3章 物理层224 . 无线与卫星通信技术电

10、磁波的传播有两种方式： 以无线方式在自由空间中传播 以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输目前以无线方式进行通信的电磁波主要有（按频率分） ： 无线电（radio） 微波（microwave） 红外线（infrared） 可见光（visible light）计算机网络第3章 物理层23电信领域使用的电磁波的频谱计算机网络第3章 物理层24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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1

11、013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动 无线电 （1）微波通信 频率在100MHz10GHz之 间的信号；视距传播，适合于卫星通 信与城市建筑物之间的通 信(地面一般采用点对点 方式)，保密性差；大气对微波信号的吸收与 散射影响较大。短波(106107Hz)通信主 要是靠电离层的反射，但 短波信道的通信质量较差 。 计算机网络第3章 物理层25（2）蜂窝无线通信 小区制：每个小区设立一个基站(覆盖半径120km)。基站 之间通过电缆、光缆或微波与移动交换中心连接。 第一代蜂窝

12、移动通信（1G）系统属于模拟移动通信。 第二代蜂窝移动通信（2G，80年代中期）系统为数字移动通信。 第三代蜂窝移动通信（3G，90年代中期）系统将地面、卫星移动通信 网和固定通信网互连。 蜂窝移动通信涉及到：物理层、数据链路层、网络层。 多址接入方法：(识别用户地址的方法)频分多址接入（FDMA）：1G时分多址接入（TDMA）：2G码分多址接入（CDMA）：3G计算机网络第3章 物理层26（3）卫星通信 计算机网络第3章 物理层27优点：通信距离远、覆盖面积大、通信带宽宽、费用与通信距 离无关、不受地理条件限制、可进行多址通信与移动通信等。缺点：传输延时大，250300ms。3.3 数据编码

13、技术3.3.1 数据编码类型计算机网络第3章 物理层28传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，只适 用于传输音频范围（300Hz3400Hz）的模拟信号， 无法直接传输计算机的数字信号；为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数 字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟 信号；将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称 为调制，将调制设备称为调制器（modulator）；将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为解调，将解调设备称为解调器（demodulator）；同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器（ modem）。计算机网络第3章 物理层293.3.2 模拟

14、数据编码方法 在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率的正（ 余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：u（t）= umsin（t+0）3个可以改变的电参量： 振 幅 um 角频率 相 位 可以通过变化3个电参量，来实现模拟数据信号编码的 目的。 计算机网络第3章 物理层30计算机网络第3章 物理层312121. 振幅键控（amplitude shift keying , ASK） 用载波幅度为um表示数字1，用载波幅度为0表 示数字0。umsin（1t+0） 数字1u（t）=0 数字0振幅键控ASK信号实现容易，技术简单，但抗 干扰能力较差。 计算机网络第3章 物理层322.移频键控（

15、frequency-shift keying ，FSK ） 通过改变载波信号角频率来表示数字信号1、0 。umsin（1t+0） 数字1u（t）=umsin（2t+0） 数字0移频键控FSK信号实现容易，技术简单，抗干 扰能力较强，是目前最常用的调制方法之一。 计算机网络第3章 物理层333.移相键控（phase-shift keying，PSK） 通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1、0。绝对调相umsin（t+0） 数字1u（t）=umsin（t+） 数字0相对调相两比特信号交接处遇0，载波信号相位不变；两比 特信号交接处遇1，载波信号相位偏移。计算机网络第3章 物理层34移相键控移相键控可以分为：绝对调相 相对调相 二相调制 多相调制 多相调制：2个比特码元传送的四相调制，3个比 特码元传送的八相调制等。移相键控方法的抗干扰能力强、但实现技术比较 复杂。采用多相调制或振幅相位混合调制，可以提高数 据传输速率。计算机网