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1、第二章第二章 物理层物理层n物理层下的传输介质物理层下的传输介质n模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输n同步与复用同步与复用n交换技术交换技术n信道的极限容量信道的极限容量n物理层的功能、模型与特性物理层的功能、模型与特性n物理层标准举例物理层标准举例 物理层是开放系统互联参考模型物理层是开放系统互联参考模型OSI/RMOSI/RM中的最底中的最底层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设备、传输媒体和通信手段等的差异。备、传输媒体和通信手段等的差异。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 传输介质传输介质是指通信中实际传送信息的载
2、体，通常可以分为有线和无线两类。是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。2.1.1 2.1.1 有线传输介质有线传输介质有线传输介质有线传输介质传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。距离通信和架设电缆比较容易的场合。1.1.双绞线双绞线TP(Twist PairTP(Twist Pairwire)wire)组成：组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起。扭绞在一起。传输特性：传输
3、特性：模拟传输模拟传输每隔每隔5-65-6公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量级；级；数字传输数字传输每隔每隔2-32-3公里需加中继器（转发器）公里需加中继器（转发器）对失真了的信号进行整形。对失真了的信号进行整形。特点：特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通成本低、易维护和安装，带宽较宽，通信距离通常为几到几十公里，速率达信距离通常为几到几十公里，速率达100-155100-155MbpsMbps。适用：适用：电话系统、微机局域网。电话系统、微机局域网。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质非非屏屏蔽蔽双双绞绞线线1 1类类含含
4、两两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传输速率仅达到几十输速率仅达到几十KbpsKbps；具有易具有易弯曲、弯曲、易安装、易安装、重量轻重量轻等优点，等优点，且更加且更加独立和独立和灵活，灵活，适用于适用于综合布综合布线，线，2 2类类含含四四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中；3 3类类含含四四个电线对，数据传输速率相对个电线对，数据传输速率相对2 2类线要高，可以用于类线要高，可以用于1010MbpsMbps的以的以太网和太网和4 4MbpsM
5、bps的令牌环网；的令牌环网；4 4类类含含四四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于1010MbpsMbps的以太网和的以太网和1616MbpsMbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰；5 5类类含含四四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传输特性，可以支持输特性，可以支持100100MbpsMbps数据传输速率和如数据传输速率和如ATMATM等快速连网技术；等快速连网技术；双双绞绞线线 屏屏蔽蔽3 3类类具有较高的数据传输速率和较好的耐腐
6、蚀能力；但由于其费用相对较高，不具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术，所以并未真正得到流行。所以并未真正得到流行。5 5类类 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.同轴电缆（同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）组成：组成：按同轴形式的一个线对构成。按同轴形式的一个线对构成。分类：分类：按照同轴电缆的按照同轴电缆的直径大小直径大小可将其分为可将其分为 粗缆粗缆适用于较大型的局域网，标准距离长
7、，适用于较大型的局域网，标准距离长，可靠性高，总体造价高，安装难度大，可靠性高，总体造价高，安装难度大，但不必切断电缆。但不必切断电缆。细缆细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。传输特性：传输特性：按照按照特性阻抗数值特性阻抗数值的不同可以分为的不同可以分为 5050基带同轴电缆基带同轴电缆，传输，传输离散离散的数字信号，可以将的数字信号，可以将1010MbpsMbps速率的基带数字速率的基带数字 信号传送信号传送1 1Km-1.2KmKm-1.2Km，广泛应用于局域网中。广泛应用于局域网中。7575宽带同轴电缆宽带同轴电缆，用于，用于模拟模拟传输系统
8、（也可以传输数字信号，传输时需传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行进行数模数模-模数模数的转换），可用的转换），可用FDMFDM技术传输多路信号，覆盖范围广泛，技术传输多路信号，覆盖范围广泛，远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质顶端器顶端器顶端器顶端器出电缆出电缆进电缆进电缆因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为双缆系统双缆系统和和单缆系统单缆系统特点：特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率
9、较高，与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高，传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。适用：适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离系统连接的通信线路以及局域网中）。系统连接的通信线路以及局域网中）。3.3.光纤光纤(fiber)fiber)组成：组成：光导纤维（光导纤维（Optical FiberOptical Fiber）简称光纤，由能传导光波的石英玻璃简称光纤，由能传导光波的石英玻璃 纤维外加低折射率的保护层组成。纤维外加低
10、折射率的保护层组成。传输特性：传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行利用光导纤维传递光脉冲来进行 的的,有光信号为有光信号为1 1，无光信号为，无光信号为0 0，光信号在光，光信号在光 纤中进行纤中进行全反射全反射。光传输系统光传输系统一般由一般由光源光源、光纤线路光纤线路和和光探测器光探测器组成。组成。光源：光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲；光纤线路：光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送；光脉冲在光纤线路上传送；光探测器：光探测器：利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。利用光电
11、二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光纤的两种基本光纤的两种基本传输模式传输模式：多模方式：多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同可以存在多条满足全反射的入射角不同的光线在同一条光纤中传输；的光线在同一条光纤中传输；芯的直径芯的直径约为约为50-10050-100mm，光源可以使用普通的光源可以使用普通的发光二极管发光二极管，数据传输速率受限制。，数据传输速率受限制。单模方式：单模方式：当光纤的直径减少到一个光的波长左右当光纤的直径减少到一个光的波长左右时，光纤像波导那
12、样使光线一直向前传播而没有折射；时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射；芯的直径芯的直径约为约为8-108-10mm，用价格较贵的用价格较贵的半导体激光器半导体激光器做做光源，衰耗小，效率高，传输距离长。光源，衰耗小，效率高，传输距离长。特点：特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且质量轻、体积小。质量轻、体积小。适用：适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。光缆光缆 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质光
13、纤的连接方法有三种：光纤的连接方法有三种：将断点接入将断点接入连接头连接头,然后插入然后插入连接插座连接插座(损耗损耗10%-20%10%-20%的光，但重新配置系统较容易的光，但重新配置系统较容易)；用用机械方法机械方法将切割好的光纤将切割好的光纤钳钳起来起来(光的损失大约为光的损失大约为10%)10%)；使用使用融合融合的方法将光纤的断点处融合在一起的方法将光纤的断点处融合在一起(光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤差不多差不多)。三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！绕过这种问题
14、的方法是采用环网。绕过这种问题的方法是采用环网。接口的结构接口的结构计算机计算机光纤光纤光纤光纤与计算机相连与计算机相连 光发送器光发送器（发光二极管）（发光二极管）信号再生器信号再生器（电信号）（电信号）光接收器光接收器（光电二极管）（光电二极管）铜线铜线光传播的方向光传播的方向 第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.1.2 2.1.2 无线传输介质无线传输介质无线传输介质无线传输介质（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。特点：特点：信号沿直线传播。信号沿直线传播。适用：适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难
15、的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂窝式无线电话网。式无线电话网。分类：分类：红外通信红外通信、激光通信激光通信和和微波通信微波通信（微波通信又主要有两种方式：微波通信又主要有两种方式：地面微地面微波接力通信波接力通信和和卫星通信卫星通信）。）。1.1.地面微波接力通信地面微波接力通信原理：原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，长距离传输时每隔一段距离就需架中继站，将前一信号放大向后传。将前一信号放大向后传。适用：适用：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。优点：优点：频
16、带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。缺缺点点：相相邻邻站站间间必必须须直直视视，不不能能有有障障碍碍物物；受受气气候候干干扰扰较较大大、保保密密性性差差、中中继继站站的的使使用与维护问题等。用与维护问题等。第一节第一节 物理层下的传输介质物理层下的传输介质2.2.卫星通信卫星通信原理：原理：用位于用位于3600036000KmKm高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。特点：特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具通信距离远、费用与距离远近无关；具 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。优点：优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，频带很宽，通信容量大，信号受干扰小，通信比较稳定。通信比较稳定。缺点：缺点：保密性较差，造价较高。保密性较差，造价较高。适用：适用：广播电视通信。广播电视通信。3.3.红外线与毫米波红外线与毫米波特点：特点：具有一定的方向性。具有一定的方向性。优点：优点：价格便宜
