物理层的基本概念、数据通信基础、物理层下面的传输媒体

《物理层的基本概念、数据通信基础、物理层下面的传输媒体》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理层的基本概念、数据通信基础、物理层下面的传输媒体（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、IT Education & Training,计算机网络原理与应用,复习,计算机网络的定义? 因特网的基础知识? 计算机网络的类别? 计算机网络的主要性能指标? 计算机网络体系结构?,第 2 章 物理层,了解物理层的基本概念 掌握数据通信的基本术语 理解数据传输的基本过程 掌握物理层下面的传输媒体,2.1 物理层的基本概念,物理层不是连接计算机的具体的物理设备或具体的传输介质，而是指在传输介质上为其上一层即数据链路层提供一个传递原始比特流的物理连接。,2.1 物理层的基本概念,物理层的主要任务是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、尺寸、引线数目和排列等。

2、 电气特性 指明每种信号的电平、信号的脉冲宽度、允许的数据传输速率和最大传输距离等。 功能特性 指明接口电路引脚的功能和作用。 过程特性 指明接口电路信号发出的时序、应答关系和操作过程等。,2.2 数据通信的基本知识,通信的目的就是将信息从一端传送到另一端。 语言、文字、图象、颜色、声音、自然景物信息等等都是信息的表现形式，人类通过自身的感觉器官来获取信息 。,2.2.1 数据通信系统的模型,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,PC 机,数据通信术语,信息（Information）有用的知识或消息 数据（Data）运

3、送信息的实体 信号（Signal）数据的电气的或电磁的表现 模拟信号（Analogous） 代表信息的参数的取值是连续的 数字信号(digital)代表信息的参数的取值是离散的 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。 调制把数字信号转换为模拟信号的过程 解调把模拟信号转换为数字信号的过程,数据通信术语,模拟信号：连续的信号，信号的因变量随时间连续变化。 数字信号：离散的信号，信号的因变量不随时间连续变化。,数据通信术语,数据通信：发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传输到数据接收方的过程。 源点：数据的发送方。 终点：数据的接收方。

4、 信道：源点和终点之间传输信号的物理通道。,2.2.2 数据通信系统的组成,数据通信系统由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。 数据传输系统：也称作通信子系统，其主要功能是实现不同数据终端设备之间的数据传输。 数据处理系统：称作资源子系统，是由多个数据终端设备组成，这些终端设备作为数据通信的源点与终点，进行数据的收集和处理。,2.2.2.1 数据传输系统,（1）传输信道：传输信道指信息的传输路径，由各种类型的传输介质和相关的中间通信设备组成。 （2）调制和解调（Modem）调制：将 数字信号 转换成 模拟信号解调：将 模拟信号 还原成 数字信号 （3）多路复用利用一条链路传递多个信号的技术称

5、为复用 （4）交换模式数据在终端设备间通信时，不采用固定的连接，两个终端设备之间采用“存储转发”的方式。,2.2.2.2 数据处理系统,数据处理设备主要由计算机类的设备构成 ： （1）终端设备：基本功能是向数据传输系统中的计算机系统发送信息和接收来自计算机系统的信息。 （2）计算机系统：主要任务是进行数据的收集和处理，同时也担负某些数据通信的任务和管理工作。,2.2.3 有关信道的几个基本概念,信道：源点和终点之间传输信号的物理通道，表示向某一方向传输信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 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。 双向交替通信（

6、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)。 双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。,猜猜看,基带(base band)信号和带通(band pass)信号,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字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。 调制分为两大类： 基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，使其与信道特性相适应。 带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段。 带

7、通信号经过载波调制后的信号，仅在一段频率范围内才能够通过信道。,几种最基本的调制方法,最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,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,调相,数据传输的基本过程,根据每个字母的ASCII码，将hello编码成0、1比特串：1101000110010111011000110110001101111 下一步需要将0、1比特串编码成数字信号传递给调制解调器 将数据转换为数字信号的过

8、程称为编码,（1）数据编码成数字信号,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字信号,数字信号,模拟信号,模拟信号,hello,PC 机,用户线,用户线,110111,数字信号到达调制解调器，下一步要进入电话网络 用户线上传递模拟信号，因此需要将数字信号转换成模拟信号，这个过程称为调制,数据传输的基本过程,（2）数字信号到达调制解调器,（3）调制后的信号进入电话网络,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字信号,数字信号,模拟信号,模拟信号,hello,PC 机,110111,数据传输的基本过程,（4）模拟信号到达接收方的调制解调器,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调

9、器,数字信号,数字信号,模拟信号,模拟信号,hello,PC 机,经过公用电话网，模拟信号到达接收端的调制解调器。,110111,数据传输的基本过程,（5）模拟信号还原成数字信号,调制解调器将模拟信号还原成数字信号，这个过程称为解调 调制解调器具有调制和解调两个功能 还原后的数字信号通过链路到达接收方,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字信号,数字信号,模拟信号,模拟信号,hello,PC 机,110111,数据传输的基本过程,（6）接收方收到数据,接收方从数字信号中获得0、1比特串1101000110010111011000110110001101111 ，还原成hello，通

10、信完成 将数字信号还原为数据（模拟数据或数字数据）的过程称为解码,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字信号,数字信号,模拟信号,模拟信号,hello,PC 机,110111,110111,hello,数据传输的基本过程,2.2.4 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,2.3 物理层下面的传输媒体,无线电,微波,红外线,

11、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,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动 无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,有线传输媒体（导向传输媒体）双绞线、同轴电缆、光纤无线传输介质（非导向传输媒体）微波、红外线、激光,2.3 物理层下面的传输媒体,2.3.

12、1 导向传输媒体,双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 光纤,1.双绞线,特点： 既能传输模拟信号，也能传输数字信号 通信距离一般为几到十几公里 传输率可达100Mbps或更高,屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair),双绞线分类,聚氯乙烯 套层,双绞线分类,按照EIA/TIA标准分类Cat 5：最长传输100米，支持最高100MHz Cat 5

13、e：超5类，支持最高1000MHz Cat 6：支持最高1000MHz,双绞线,无屏蔽的便宜，而屏蔽双绞线的安全性和抗干扰性稍好一些。现在最常用的是超五类线和六类线，分别适用于100M和千兆局域网。,2.同轴电缆,50电缆，用于数字传输，多用于基带传输，即基带同轴电缆75电缆，用于模拟传输，即宽带同轴电缆，常用于有线电视,同轴电缆,在以太网中，50细同轴电缆的最大传输距离为185米，粗同轴电缆可达1000米。,同轴电缆根据其直径大小可以分为：粗缆与细缆。,3.光纤,高折射率 (纤芯),低折射率 (包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,全称为光导纤维,课件制作人：谢希仁,光线在光纤中的折

14、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,多模光纤与单模光纤,多模光纤,当纤芯的直径细到只有一个光的波长时？,2.3.2 非导向传输媒体,微波 红外线 激光,1. 微波地面微波接力通信,中继站,微波卫星通信,微波的特点,频段范围广，通信信道容量大 信号传输质量高 克服环境、地理困难，可靠性较高 相邻中继站必须直视，不能有障碍物 隐蔽性和保密性差,计算机网络中的无线通信主要是指微波通信。,2. 红外线光,有较强方向性 不受电磁干扰或射频干扰限制 直线视距传输，不能穿透墙壁或一些固体 受日光和环境照明影响很大 每次反射衰减一半，传输损耗大,由光发射二极管（LED）和激光二极管（ILD）组成,2. 红外线光,3. 激光,通信容量大 不受电磁干扰 保密性好 受气候影响大 激光收发器的硬件会产生少量辐射，安装要经过许可,是一种新型光源，具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强的特点。,如何正确选择传输媒体,选择依据价格、安装难易程度、环境因素、容量、抗干扰能力、衰减等、网络类型与结构、安全性等规格要求。,本节小结,物理层的功能 数据通信的基本术语 数据传输的基本过程 物理层下面的传输媒体,