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1、1,林楠,电子邮件：lynn_ 办公电话：0371-63887293 办公室：408,物理层,第四讲,2,发送方,接收方,传输介质,传输介质实际上位于物理层以下，并直接由物理层控制。,电缆或空气,传输介质: 是计算机网络的主要组成部分之一，是数据传输中收发双方的物理通路，其特性对网络的通信速度和通信量都有很大影响。,3,有线传输介质（有向的）：双绞线、同轴电缆、光缆无线传输介质（无向的）：无线电、微波、卫星、移动通讯,传输介质：分类,4,双绞线由两根彼此绝缘的铜线按照规则绞合在一起。,传输介质：双绞线 Twisted-pair cable,5,双绞线一般采用铜制，可以传输数字和模拟信号。双绞线
2、中一条线用于将信号传送到接收方，另一条线仅用作接地参考点。接收方使用这两个电平之间的差值。每个长度单位内的绞合数决定了电缆的质量，绞合数越多，质量越好。双绞线既可用于点对点连接，又可用于多点连接。可以在15km范围内提供数据传输。抗干扰性较差价格比较便宜,传输介质：双绞线 Twisted-pair cable,6,双绞线的连接器: RJ45水晶头,使用双绞线组网，网线要安装RJ45水晶头才可与网络设备连接。,传输介质：双绞线 Twisted-pair cable,7,数据终端设备 DTE （计算机，路由器） 数据通讯设备 DCE （集线器，交换机）同型叉线！( 计算机，路由器）连（计算机，路由
3、器）( 集线器，交换机）连（集线器，交换机）交叉线：一个水晶头使用T568A，另一个使用T568B异型直通！（计算机，路由器）连（集线器，交换机）直连线：即两个水晶头都使用T568B另: 反转线 ,连接主机与路由器的控制端口。,现在的网络设备接口有很多是直通与交叉自适应的。,传输介质：双绞线 Twisted-pair cable,8,两个同心的铜导线，一个空心金属圆柱体（外导体）和一根硬导线 （内导体）按同轴构成，内外导体间有绝缘层。同轴电缆的抗干扰性比双绞线强，可以传输更高频率的信号，但是价格比双绞线贵。,传输介质：同轴电缆 Coaxial cable,9,光纤的芯由玻璃构成的，传输光信号。
4、应用在主干网络中，还有百兆、千兆快速以太网中。玻璃光纤：外包层是玻璃，损耗小成本高，用于远距离宽带传输。塑料光纤：外包层是塑料，损耗大成本低，用于近距离宽带传输。,传输介质：光纤 Fiber,10,无线传输介质可以解决有线传输介质难以架设的问题，如通过高山或岛屿等环境。,无线电波：用于多播通信，如收音机、电视以及寻呼系统。中播，短播。 微波：用于单播通信，如移动电话、卫星网络和无线局域网，计算机网络。 红外线：可以在封闭区域用于短距离通信，使用视线传播，如遥控器。,传输介质：无线传输,11,其中，f = 1 / T 是周期函数的基频，an 和 bn 称为正弦和余弦函数的n次谐波的振幅。,数据通
5、信: 数字信号的Fourier分析,傅立叶级数：任何正常周期为T的函数g(t)，都可以由无限个正弦和余弦函数合成。,任何信号的传输都可以理解为以傅立叶级数的形式传输：我们可以把要传输的信号看成一个周期函数，传输过程中这个周期函数分成 n个sin 波形和 cos 波形传输，在接收端将它们叠加起来。,12,我们把发送信号变成傅立叶函数以后，并不是每个谐波都能过去， 介质允许过去的谐波是有限的。过不去的谐波就使得接收方收到的波形失真，这就是我们传播的信号为什么失真。我们要还原出原始信号，就需要保证至少接收到一定量的谐波。 （至少要大于4个谐波，n=4）一条物理介质信号经过的谐波是有限的，所以信道传输
6、速度是有限的。例如：10M以太网，为什么不能传输速度达到100M呢？其实是和这条物理介质能经过的信号谐波次数有关。,数据通信: 数字信号的Fourier分析,13,谐波号,1次谐波 n=1,2次谐波 n=2,4次谐波 n=4,8次谐波 n=8 比较接近原始方波了。,经过的谐波数越高，传输质量越好，信号恢复的越好。,14,所以这条线路最大传输速率是4800bps, 大于4800bps谐波就小于4了。,数据通信: 数字信号的Fourier分析,对指定最高频率的介质，传输带宽是有限的！,至少要大于4个谐波，n=4 才能恢复原始信号。,15,数据 Data传递(携带)信息的实体 ( 文字，二进制数，十
7、进制数 )数据有：模拟数据、数字数据信息 Information数据的内容或解释。信号 Signal数据具体的物理表现。（电压，光，磁场强度）它使数据能以适当的形式在介质上传输。信号有：模拟信号、数字信号,数据以信号的形式传播：模拟信号与数字信号,数据通信: 信号,16,模拟信号时间上连续，包含无穷多个信号值。 时间、温度、电波、声音；信号中没有断开或不连续的地方。数字信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号字符，二进制数，电脉冲；信号仅取一些有限数目的值；,数字信号,模拟信号,数据通信: 信号,17,不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况,数据：模拟数据 数字数据信
8、号：模拟信号 数字信号 信道：模拟信道 数字信道,数据通信: 信号传输,18,移频,调制调制,模拟数据,数字数据,1010,调制：用模拟信号承载数字数据或模拟数据。,模拟信号,编码：用数字信号承载数字数据或模拟数据。,模拟信号,PCM编码数字编码,模拟数据,数字数据,1010,数据通信: 信号传输,19,调制与解调,编码,解码,数字信号,发送方,接收方,调制,解调,数字数据模拟数据,模拟信号,发送方,接收方,编码与解码,数字数据模拟数据,数字数据模拟数据,载波,数字数据模拟数据,数据通信: 信号传输,20,三种常用的调制技术（二元制调制）：幅移键控 ASK ( Amplitude Shift
9、Keying ) 频移键控 FSK ( Frequency Shift Keying ) 相移键控 PSK ( Phase Shift Keying )基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制，进行波形变换（频谱变换）。载波 S(t) = Acos(t+) 调制就是使A、 或 随数字基带信号的变化而变化。S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、初相位,数据通信: 信号调制（数字模拟）,21,幅移键控ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 频移键控FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 相移键控PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK,FSK
10、,PSK,数据通信: 信号调制（数字模拟）,22,不归零码 ( NRZ，Non-Return to Zero )二进制数字0、1分别用两种电平来表示：正电平表示1，0电平表示0。缺点：存在发送方和接收方的同步问题。一般在计算机内部使用此编码方法，因为内部受统一的时钟信号控制；而在网络中连续发送1或0时，如双方时钟有误差产生错误。,把数字数据转换成某种数字脉冲信号。常见有两类：不归零编码曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码）,数据通信：信号编码（数字数字）,23,曼彻斯特编码 ( Manchester Code ) 用电压的变化表示 0 和 1。 规定在每个信号的中间发生跳变： 高低的跳变代表0，低高
11、的跳变代表1； 每个信号中间的跳变在接收端可将其提取出来作为同步信号。因此，这种编码也称为自同步码 (Self-Synchronizing Code)。在网络中常用：每个bit中间有跳变，等于信号携带了时钟。 缺点：需要双倍的传输带宽。信号传输速率（波特率）是数据传输速率的2倍。差分曼彻斯特编码 ( Differential ) 每个信号的中间仍要发生跳变； 用信号开始处有无跳变来表示0和1；有跳变为0，无跳变为1。,数据通信：信号编码（数字数字）,24,三种数字编码的波形图,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,不归零码,曼彻斯特编码,差分 曼彻斯特编码,数据通信：信号编码（数字
12、数字）,25,语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)编码后的信号称为：PCM信号这需要经过三个步骤：采样：按一定间隔对语音信号进行采样 量化：对每个样本舍入到量化级别上 编码：对每个舍入后的样本进行编码采样定理：如果模拟信号的最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。,数据通信：信号编码（模拟数字）,26,PCM转换过程,语音信号,011 100 011 011 001 100,PCM 输出,PCM 脉冲（有量化误差）,PAM脉冲,数据通
13、信：信号编码（模拟数字）,27,信道 (Channel)：传送信号的线路(或通路)。,传输介质与信道是不同范畴的概念； 传输介质是指传送信号的物理载体； 信道则提供了传输某种信号所需的带宽，着重体现介质的逻辑特性； 一条传输介质可能同时提供多个信道； 一个信道也可能由多个传输介质级联而成。,传输介质与信道的区别,数据通信: 信道,28,信道参数：数据传输速率 = 带宽（公路的宽度：每秒可以放多少信号在信道上）信号传播速率 （公路上汽车跑的速度：每秒信号在信道上跑的速度）载波频率（信道处于的波段）采样频率 （信道传递模拟信号时，对信号采样的频率）量化 （每个信号分成多少个级别）噪声、信噪比（信道
14、噪声越大，信号越差。）,带宽：信号频率变动范围的差值。比如 带宽 = 8K 频带：信号频率变动上下界。信道频带 = 4K 12K,数据通信: 信道,29,波特率(baud rate)和比特率(bit rate)是两个不同的概念波特率：每秒传多少个码元，码元的传输速率。它是信号变化的频率（物理介质上信号变化的最高频率决定了每秒采样的次数，即多少时间收到一个信号。）比特率：每秒传多少个比特，数据传输速率 bps。,如果信号分两级：1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则波特率 = 比特率则有：0、1 如果信号分八级：1 个码元携带 3 bit 的信息量则有：0、 1、 2、 3、 4、 5、 6
15、、 7。 000 001 010 011 100 101 110 111则一次信号变化可表示3bit 3 * 波特率 = 比特率如果信号分V级： 比特率 = log2V * 波特率,数据通信：两个容易混淆的概念,30,波特率 和 比特率，两者之间的差别在于每次采样的量化值。,V=2，波特率 = 比特率,V=4，2 波特率 = 比特率,比特率 = log2V * 波特率,数据通信: 两个容易混淆的概念,31,单工（Simplex）：信号单向传输。如：广播、电视。半双工（Half Duplex）：信号可以双向交替传输，但不能在同一时刻。如：对讲机。全双工（Full Deplex）：信号可以双向同时传输，需要两条信道。如：电话。,
