《计算机网络技术与应用 教学课件 ppt 邓江沙 徐蔚鸿 易建勋 ch2_物理层与网络设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术与应用 教学课件 ppt 邓江沙 徐蔚鸿 易建勋 ch2_物理层与网络设备（137页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机网络技术与应用,第二章,物理层与 网络设备,计算机网络技术与应用 第2页，共136页,第2章 物理层与网络设备,计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信方式也有许多不同技术。物理层的作用是要尽可能地屏蔽这些差异，使上面的数据链路层感觉不到这些差异。物理层主要考虑各种网络设备之间的接口，怎样在传输媒体上透明地传输比特流。,计算机网络技术与应用 第3页，共136页,2.1 数据通信模型与性能,2.1.1 数据通信的基本概念 信息：通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、符号、语音、图像、视频等多种媒体形式。 数据：数据是表示信息的实体，它由计算机能够处理的二进制数序列
2、组成。 信号：信号是数据在传输过程中的电磁波或光波的物理表现形式。,计算机网络技术与应用 第4页，共136页,2.1.1 数据通信的基本概念,模拟信号：模拟信号是在各种传输介质中连续变化的电磁波或光波。 数字信号：数字信号是传输介质中的电压脉冲序列或光波脉冲序列。,计算机网络技术与应用 第5页，共136页,2.1.1 数据通信的基本概念,传输媒体：传输媒体可以是有线传输介质，也可以是无线传输介质。 信道：信道是传输信号的通道，它由传输媒体和通信设备和通信设备组成。 数字通信：数字通信指在不同计算机之间传送二进制代码序列的过程。,计算机网络技术与应用 第6页，共136页,2.1.1 数据通信的基
3、本概念,数据通信：数据通信是依据通信协议，利用数据传输技术在不同计算机之间进行数据传送的技术。 数字通信：数字通信指在不同计算机之间传送二进制代码序列的过程。 数据通信：数据通信是依据通信协议，利用数据传输技术在不同计算机之间进行数据传送的技术。,计算机网络技术与应用 第7页，共136页,2.1.2 数据通信系统的基本模型,1数据通信系统基本模型 数据通信系统可分为三大部分，即信源系统、信道和信宿系统。,计算机网络技术与应用 第8页，共136页,2.1.2 数据通信系统的基本模型,2基带传输 数字信号是一个离散的方形脉冲波，通常使用低电平代表“0”，高电平代表“1”，这种脉冲波固有的频率带宽称
4、为基带，脉冲方波信号称为基带信号。基带实际上是数字信号所占用的基本频带。 传输媒体的整个带宽都被基带信号占用。基带信号的频率分布很宽，对传输介质有一定的要求。基带信号在传输中会衰减，也更容易发生信号畸变。以太网采用基带传输模式。,计算机网络技术与应用 第9页，共136页,2.1.2 数据通信系统的基本模型,3频带传输 频带传输是将基带信号调制成模拟信号后再进行传送，接收方需要对信号进行解调。基带信号进行调制后，由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，因此合在一起后并不会互相干扰。这样就可以在一条电路中同时传送多路数字信号，从而提高线路的利用率。,计算机网络技术与应用 第10页，共136页,
5、2.1.2 数据通信系统的基本模型,4网络带宽 在频带（模拟信号）通信中，带宽指信号频率的上下边界之差，以Hz为单位。 在基带（数字信号）通信中，由于采用了不同的信号编码技术，在同一信号频率下，可能有不同的传输速率，因此往往将最大传输速率称为带宽，以bit/s为单位。,计算机网络技术与应用 第11页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,1比特率与波特率 在数字信号系统中，以一定时间间隔传输一位某种数制（如二进制）的信号编码基本单元称为码元。 数据传输速率分为两种：码元速率和数据速率。,计算机网络技术与应用 第12页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,1比特率与波特率 码元速率
6、是信道中每秒钟传送的码元数，单位为Baud（波特），又称为波特率。 数据速率是信道中每秒传送的数据量，单位为bit/s（比特/秒），又称为比特率。 需要注意，一个码元可传送1到多个比特；当然，一个比特也可以用多个码元进行传输。 在固定数据传输速率下，比特率往往大于波特率。,计算机网络技术与应用 第13页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,1比特率与波特率 两级电平传输和四级电平传输,计算机网络技术与应用 第14页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,1比特率与波特率 采用N级电平传输信号时，数据速率和码元速率之间的关系如式2-1所示。 R = B log2 N 或 N = 2
7、R/B （2-1） 式中：R是数据传输速率，单位bit/s；B是码元传输速率，单位Baud；N为信号的编码级数。,计算机网络技术与应用 第15页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,2误码率和误比特率 误码率指二进制码元在数据传输系统中传输出错的概率。 误比特率是指在传输中出错比特的概率。 误码率Pe=传输出错的码元数 / 传输的总码元数 误比特率Pb=传输出错的比特数 / 传输的总比特数,计算机网络技术与应用 第16页，共136页,2.1.3 数据通信的技术指标,3信道带宽与信道容量 在频带通信系统中，带宽的单位为Hz。带宽指信道中传输的信号在不失真的情况下，所传输信号频率的上界与下
8、界之差。 信道容量指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用bit/s表示。当传输信号的速率超过信道的最大信号速率时，就会产生信号失真。 在基带通信中，往往将信道容量称为最大传输速率，甚至简单地称为带宽。,计算机网络技术与应用 第17页，共136页,2.1.4 信道的极限容量,1奈奎斯特准则 1924年，奈奎斯特（Nyquist）推导出在理想信道的情况下，最大码元传输速率如下式所示： B = 2W 式中：B是理想低通信道（无噪声信道）的最大码元传输速率，单位Baud；W是理想低通信道的带宽，单位Hz。,计算机网络技术与应用 第18页，共136页,2.1.4 信道的极限容量,2香农定律 1948
9、年，香农（Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机噪声干扰的情况。推导出了带宽受限，且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率。 CW log2（1十S/N） 式中：C为信道的极限传输速率，单位bit/s；W为信道的带宽，单位Hz；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信号功率。,计算机网络技术与应用 第19页，共136页,2.1.4 信道的极限容量,2香农定律 我们将S/N称为信噪比。在实际应用中，由于S/N的比值太大，因此往往以dB（分贝）为单位，为了避免混淆记为S/NdB，它与信噪比（S/N）的关系如下： S/NdB = 10 log10 S/N 或：S/N =
10、10（S/NdB）/10 式中：S/NdB为以分贝为单位的信噪比，S/N为以信号功率为单位的信噪比。,计算机网络技术与应用 第20页，共136页,2.1.4 信道的极限容量,2香农定律 由香农定律可知，无论对信号的采样频率多高，信号编码分多少级，数据的传输速率不可能超过由香农定律计算出的极限值。原因是噪声的存在，使得编码级数不可能无限增加。,计算机网络技术与应用 第21页，共136页,2.1.4 信道的极限容量,奈魁斯特准则和香农定律 在通信系统中的作用范围,计算机网络技术与应用 第22页，共136页,2.2 数据通信方式,2.2.1 单工和双工通信方式 1单工通信 单工通信指两个数据站之间始
11、终沿一个指定的方向进行通信。,计算机网络技术与应用 第23页，共136页,2.2.1 单工和双工通信方式,2半双工通信 半双工通信是通信信道的每一端可以是发送端，也可以是接收端。但在同一时刻里，信号只能有一个传输方向，在半双工通信中，信号轮流使用发送和接收装置。半双工通信要求A站和B站两端都有发送装置和接收装置。,计算机网络技术与应用 第24页，共136页,2.2.1 单工和双工通信方式,2半双工通信 半双工通信模型,计算机网络技术与应用 第25页，共136页,2.2.1 单工和双工通信方式,3全双工通信 全双工通信可以在两个方向上同时进行通信。,计算机网络技术与应用 第26页，共136页,2
12、.2.2 串行和并行数据传输模式,传输模式定义了信号从一个设备传输到另一个设备的方式。它还定义了比特是否可以同时在两个方向上传输，还是设备必须轮流地发送或接收信号。,计算机网络技术与应用 第27页，共136页,2.2.2 串行和并行数据传输模式,1串行通信 串行通信是数据以比特位的方式在一条信道上传输。 串行通信的优点是收、发双方最少只需要一条线路，易于实现，成本低。串行通信用在长距离传输中也比并行通信更加可靠。,计算机网络技术与应用 第28页，共136页,2.2.2 串行和并行数据传输模式,2并行通信 并行通信是数据以成组的方式（1至多个字节）在多个信道上同时进行传输。在并行通信中，每个比特
13、位使用一条单独的线路，这些线路通常制造在一个电路板中，或捆扎在一条电缆里。 并行通信特别适用于两个短距离设备之间进行数据传输。,计算机网络技术与应用 第29页，共136页,2.2.3 信号同步方式,1异步传输 异步传输是一种基于字符的通信方式。 在异步通信中，每个字符（1个字节）都独立传送，而且每两个字符之间的间隔时间不固定。发送方可以在任何时刻发送这些字符组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达,计算机网络技术与应用 第30页，共136页,2.2.3 信号同步方式,1异步传输,计算机网络技术与应用 第31页，共136页,2.2.3 信号同步方式,2同步传输 同步传输是一种基于数据帧的通信方式
14、。同步传输的比特分组要大得多，通常把数据的比特组合为数据帧（或简称为帧）。 数据帧的具体形式随通信协议而定。数据帧有许多公共的特征。,计算机网络技术与应用 第32页，共136页,2.2.3 信号同步方式,2同步传输,计算机网络技术与应用 第33页，共136页,2.3 数据传输技术,2.3.1 数据编码技术 物理层的一个主要任务是对数据进行编码，以保证通信的正常运行。信号编码涉及到信源编码和信道编码，本小节仅讨论计算机网络中常用的信道编码技术。,计算机网络技术与应用 第34页，共136页,2.3.1 数据编码技术,1直流平衡问题 未经编码的二进制数字信号是高电平和低电平不断交替出现的信号。使用这
15、种最简单的基带信号的最大问题是：当出现长串的连续1或连续0信号时，接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号，这称为直流平衡问题。,计算机网络技术与应用 第35页，共136页,2.3.1 数据编码技术,2不归零编码（NRZ） NRZ是一种最简单和最原始的编码方式，它用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1”，低电平表示“0”，高电平表示“1” 。,计算机网络技术与应用 第36页，共136页,2.3.1 数据编码技术,3曼彻斯特编码（Manchester） 曼彻斯特编码的编码方式非常简单，就是将数据“1”编码为信号“01”，将数据“0”编码为信号“10”。具体方法是发送数据“0”时，前一半时
16、间为高电平，后一半时间为低电平。发送数据“1”时，前一半时间为低电平，后一半时间为高电平，中间的跳变作为同步信号。,计算机网络技术与应用 第37页，共136页,2.3.1 数据编码技术,44B/5B编码 4B/5B是一种分组编码方案，它采用5bit码组（5级电平）对4bit的输入数据进行编码。5bit编码有32种可能的组合，4bit编码只有16种组合，多余的编码组合可用于同步时钟信号。4B/5B编码的特点是每个5比特码组中不会多于3个“0”，或者不会少于2个“1”。将5bit码组转换成电信号波形时，采用了NRZI（差分不归零）编码方式。4B/5B编码效率提高到了80%。,计算机网络技术与应用 第38页，共136页,2.3.1 数据编码技术,58B/10B编码 8B/10B编码将8bit数据转换成10bit编码，编码组合包括256个数据字符编码和12个控制字符编码。通过仔
