计算机网络2-1

1、第第2章章 物理层物理层（1）第第 2 章章 物物 理理 层层2第第2 2章章 物理层物理层 2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础 2.2 传输介质传输介质 2.3 无线传输无线传输 2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口 2.5 数据传输技术数据传输技术 2.6 广域网数据交换技术广域网数据交换技术 2.7 电话系统电话系统 2.8 窄带窄带ISDNISDN 2.9 蜂窝无线通信蜂窝无线通信第第 2 章章 物物 理理 层层3数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据通信系统分类数据通信系统分类数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式傅立叶分析傅立叶分析波特率（波特率（ba

2、udbaud）和比特率（和比特率（bitbit）的关系的关系信道的最大数据传输速率信道的最大数据传输速率2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层4一、数据通信的基本概念一、数据通信的基本概念 数据通信：是指在不同计算机之间传送表示数据通信：是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的比特序列的过程。过程。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层5二、数据通信系统分类二、数据通信系统分类按照在传输介质上传输的信号类型分类：按照在传输介质上传输的信号类型分类：模拟通信系统

3、：模拟通信系统：用幅度连续变化的电信号表示声用幅度连续变化的电信号表示声音的强弱。传输模拟信号的通信线路叫模拟信道。音的强弱。传输模拟信号的通信线路叫模拟信道。数字通信系统：数字通信系统：用两种不同电平表示用两种不同电平表示0、1序列的序列的电压脉冲信号。传输数字信号的通信线路叫数字电压脉冲信号。传输数字信号的通信线路叫数字信道。信道。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层6ty 0ty 0(a)(b)图图2.1 2.1 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层7三、数据传输类

4、型与通信方式三、数据传输类型与通信方式串行通信：串行通信： 发送端发送端 接收端接收端 串行通信信道串行通信信道并行通信：并行通信：发送端接收端2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础a. 按字节使用的信道数：按字节使用的信道数：第第 2 章章 物物 理理 层层8b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行数据传输(b)串行数据传输图图 2-2 串行和并行数据传输示意图串行和并行数据传输示意图2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章

5、 物物 理理 层层9 b. 按信号传送的方向与时间的关系按信号传送的方向与时间的关系单工通信：信号只向一个方向传输。类似广播。单工通信：信号只向一个方向传输。类似广播。 半双工通信：信号可以双向传递，但必须是交半双工通信：信号可以双向传递，但必须是交替进行，一个时间只能向一个方向传送。类似替进行，一个时间只能向一个方向传送。类似对讲机。对讲机。全双工通信：信号可以同时双向传送。类似电全双工通信：信号可以同时双向传送。类似电话。话。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层10发送发送单向通道发送接收双向通道接收发送发送接收接收发送双向通道图图 2-3 单工、半

6、双工和全双工通信示意图单工、半双工和全双工通信示意图2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层11c. 同步技术（通信双方在时间基准上保持一致）同步技术（通信双方在时间基准上保持一致） 位同步位同步：接收端根据发送端发送数据的起止时接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率。间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率。 实现方法：外同步法、内同步法。实现方法：外同步法、内同步法。 外同步法外同步法：在发送端发送一路数据信号的同：在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号，接收端根据接时，另外发送一路同步时钟信号，接

7、收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。实现收发双方的位同步。内同步法内同步法：从自含时钟编码的发送数据中提：从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。取同步时钟的方法。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层12 字符同步字符同步：保证收发双方正确传输字符的过程。保证收发双方正确传输字符的过程。有起止式（异步式）、同步式。有起止式（异步式）、同步式。 起止式起止式：每个字符作为一个独立的整体进行发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。在字符送，

8、字符之间的时间间隔可以是任意的。在字符的前后分别加上的前后分别加上“0”“”“1”。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础0 1 0 1 0 11 00 1起始位起始位字符编码字符编码奇偶校验奇偶校验终止位终止位图图2-4 起止式示意图起止式示意图第第 2 章章 物物 理理 层层13SYN SYN 信 息 SYN SYN一个或多个字符图图2-5 同步式示意图同步式示意图2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础同步式同步式：将字符组织成组，以组为单位连续将字符组织成组，以组为单位连续发送。每组字符前加上一个或多个用于同步发送。每组字符前加上一个或多个用于同步控制的同步字符控制的同步字符

9、SYN。第第 2 章章 物物 理理 层层14四、四、 傅立叶分析傅立叶分析 任何一个周期为任何一个周期为T的有理周期性函数的有理周期性函数 g(t) 可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：数之和： g(t) = c + + f = 1/T基本频率基本频率(基频基频)an n次谐波项的正弦振幅值次谐波项的正弦振幅值 bn n次谐波项的余弦振幅值次谐波项的余弦振幅值21)2sin(1nftann)2cos(1nftbnn2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层15对于二进制编码，其输出电压波对于二进制编码，其

10、输出电压波形为：形为： g(t) = 01010TtTTtTTtTTtTTt8787868683838802.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层16其傅立叶分析的系数为：其傅立叶分析的系数为：an = cos( n/4) - cos(3 n/4) + cos(6 n/4) - cos(7 n/4)bn = sin(3 n/4) - sin( n/4) + sin(7 n/4) - sin(6 n/4)c = 3/8 信号在信道上传输时的特性：信号在信道上传输时的特性： 对不同傅立叶分量（不同频率信号）的衰对不同傅立叶分量（不同频率信号）的衰减不同，因此引起

11、输出失真；减不同，因此引起输出失真；n1n12.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层17图图 2-6 (a) 一个二进制信号和它的平方根傅立叶振幅一个二进制信号和它的平方根傅立叶振幅 (b) (e)几个连续的接近于原始信号的谐波几个连续的接近于原始信号的谐波第第 2 章章 物物 理理 层层18结论：结论：1、信道有截止频率、信道有截止频率fc； 0 fc的振幅不衰减的振幅不衰减， fc以上的振幅衰减厉害，这主要由信道的物理以上的振幅衰减厉害，这主要由信道的物理特性决定特性决定， 0 fc称为信道的称为信道的有效带宽有效带宽；2、通过信道的谐波次数越多，信号越

12、逼真。、通过信道的谐波次数越多，信号越逼真。反之，信道带宽越宽，信号失真越小。反之，信道带宽越宽，信号失真越小。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层19五、波特率五、波特率（baud）和比特率和比特率（bit）的关系：的关系： 码元：码元：一个离散信号（电平）状态或信号事件。一个离散信号（电平）状态或信号事件。 比特：比特：二进制位。二进制位。波特率：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。 即每秒钟传输码元数。（即每秒钟传输码元数。（baud）比特率：比特率：每秒钟传送的二进制位数。每秒钟传送的二进制位数。(b/

13、s, bps)波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系（系（v是电平的级数；是电平的级数；b是单个码元代表的比特是单个码元代表的比特数）。数）。 比特率比特率=波特率波特率*log2v；比特率比特率=波特率波特率*b2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层20例：每个信号值表示位，则比特率是波特率例：每个信号值表示位，则比特率是波特率的倍；的倍； 每个信号值表示位，则比特率和波特率每个信号值表示位，则比特率和波特率相同。相同。1110010001 00 11 10100 1 0 0 1 1 1 02.1 数据

14、通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层21六、信道的最大数据传输速率六、信道的最大数据传输速率 1924年，尼奎斯特年，尼奎斯特（H. Nyquist）推导出无推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：最大比特传输率最大比特传输率 = 2Hlog2V (bps) 最大码元传输率最大码元传输率 = 2H (baud) 任意信号通过一个带宽为的低通滤波器，任意信号通过一个带宽为的低通滤波器，则每秒采样次就能完整地重现该信号，信则每秒采样次就能完整地重现该信号，信号电平分为号电平分为级。级。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基

15、础第第 2 章章 物物 理理 层层22 1948年，香农年，香农（C. Shannon）把尼奎斯特的把尼奎斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。况。 热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。声功率之比）来衡量。：信号功率，：信号功率，：噪声功率：噪声功率 S/N-信噪比信噪比10log10S/N单位：分贝单位：分贝（dB）2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层23香农的主要结论是：香农的主要结论是： 带宽为带宽为 H 赫兹，信噪比为赫兹，信噪比为S/

16、N的任意信道的任意信道的最大数据传输率为的最大数据传输率为最大数据传输率最大数据传输率 = Hlog2(1 + S/N) (bps)电话系统的典型信噪比为电话系统的典型信噪比为30db;此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。此式仅是上限，难以达到。2.1 数据通信的理论基础数据通信的理论基础第第 2 章章 物物 理理 层层242.2 传输介质传输介质 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆光纤光纤第第 2 章章 物物 理理 层层25 传输介质是网络中连接收发双方的物理通路。传输介质

17、是网络中连接收发双方的物理通路。网络中常见的传输介质有：网络中常见的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线与卫星通信信道。双绞线、同轴电缆、光纤、无线与卫星通信信道。一、双绞线一、双绞线 常用于电话系统。在局域网中，也可用来传常用于电话系统。在局域网中，也可用来传输数字信号。输数字信号。特点特点：价格便宜，安装维护方便：价格便宜，安装维护方便。2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层26-既可用于模拟传输，也可用于数据传输；既可用于模拟传输，也可用于数据传输；-带宽依赖于线的粗细和传输距离；带宽依赖于线的粗细和传输距离；-3类线，类线， 4类线，类线，5类线类线-双绞线分为非

18、屏蔽双绞线双绞线分为非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线。和屏蔽双绞线。 以太网中，常用第三、五类非屏蔽线以太网中，常用第三、五类非屏蔽线。三类：三类： 带宽带宽10MHZ 语音及语音及10Mbps以下以下 五类：带宽五类：带宽100MHZ 语音及语音及100Mbps以下以下屏蔽双绞线：屏蔽双绞线：IBM 80年代引入。年代引入。2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层27二、同轴电缆二、同轴电缆 特点：比双绞线的屏蔽性更好，其传输的有效特点：比双绞线的屏蔽性更好，其传输的有效距离更远。距离更远。结构如下：结构如下：铜芯铜芯隔离材料隔

19、离材料网状网状导体导体保护性保护性塑料外塑料外层层2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层28分类：分类：基带同轴电缆基带同轴电缆：一般用于局域网的数字传输。安一般用于局域网的数字传输。安装简单价格便宜，由于在传输过程中信号易发生装简单价格便宜，由于在传输过程中信号易发生畸变和衰减，所以传输距离近，一般在畸变和衰减，所以传输距离近，一般在1km以内，以内，最大距离限制在几公里范围内。最大距离限制在几公里范围内。宽带同轴电缆宽带同轴电缆：用于模拟传输。即有线电视电缆。用于模拟传输。即有线电视电缆。这里的这里的“宽带宽带”指比指比4kHz宽的频带。带宽为宽的频带。带宽为300450

20、MHz，可传输可传输100km。 宽带系统可以通过多路复用技术让电视和数据宽带系统可以通过多路复用技术让电视和数据在一条电缆上混合传输。在一条电缆上混合传输。2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层29三、三、 光纤光纤特点：低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误特点：低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好。码率、安全保密性好。外壳外壳外套外套封套封套2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层30 我们常用的光纤传输介质有我们常用的光纤传输介质有室外光缆和室内室外光缆和室内光纤光纤之分。之分。室外光缆：室外光缆：主要用于室外环境，可以架空或走地主要用

21、于室外环境，可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较恶劣，需要下管道。由于室外光缆所处环境比较恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。很好保护，其结构如图所示。填充物填充物光纤(多根)钢铠外铠(塑料)外铠(塑料)钢铠2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层31室内光缆室内光缆 室内光纤主要用于室内，单根光纤加上稍许室内光纤主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。纤芯是一种直径保护材料。光波在纤芯上传播。纤芯是一种直径5050到到100100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧

22、微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率较高的纤芯外面，由折射率较低化硅。在折射率较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。反射。填充物填充物纤芯(50100微米)保护层(塑料)保护层(塑料)2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层32光纤分类：单模光纤和多模光纤光纤分类：单模光纤和多模光纤多模光纤多模光纤：多条光波与光纤内芯成不同可分辨：多条光波与光纤内芯成不同可分辨角度的传播。角度的传播。单模光纤单模光纤：若光纤的直径被减小到一个光波波：若光纤的直径被减小到一个光波波长大小的时候，光纤就如

23、同一个波导，光在其长大小的时候，光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传播。中没有反射，而沿直线传播。模式模式（mode）：是一个与很多参数有关的量，是一个与很多参数有关的量，可以简单地理解为偏振方向，单模光纤可以传可以简单地理解为偏振方向，单模光纤可以传输多种波长，但每个波长只能有一种模式。输多种波长，但每个波长只能有一种模式。2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层33利用光纤传输数据的基本过程：利用光纤传输数据的基本过程： 在发送端用光源在发送端用光源-发光二极管发光二极管LED或注入型激或注入型激光二极管将电信号转换为光信号，光信号通过光光二极管将电信号转换为光

24、信号，光信号通过光纤传输到接收端，在接收端使用光电二极管纤传输到接收端，在接收端使用光电二极管PIN检检波器或波器或APD检波器将光信号再还原为电信号。检波器将光信号再还原为电信号。 光纤可以采用环网接入光纤可以采用环网接入LAN。接口分为无源接接口分为无源接口和有源中继器。口和有源中继器。如下图所示：如下图所示：2.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层342.2 传输介质传输介质第第 2 章章 物物 理理 层层35电磁波谱电磁波谱无线电传输无线电传输 微波通信微波通信 激光激光 红外线红外线2.3 无线传输无线传输第第 2 章章 物物 理理 层层362.3 无线传输无线传输一

25、、电磁波谱一、电磁波谱 1862年，英国科学家麦克斯韦尔预言存在。年，英国科学家麦克斯韦尔预言存在。并断言光波就是一种电磁波。并断言光波就是一种电磁波。 1887年，德国物理学家赫兹首次发现。年，德国物理学家赫兹首次发现。 c=f * 其基本传播方式：其基本传播方式： 无线传播方式、有线传播方式。无线传播方式、有线传播方式。第第 2 章章 物物 理理 层层3710 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16频率(Hz)无线电微波红外紫外线双绞线卫星通信光纤同轴电缆无线电AM无线电FM地面微波通信电视各

26、通信类型使用的电磁波谱范围各通信类型使用的电磁波谱范围2.3 无线传输无线传输第第 2 章章 物物 理理 层层38普通双绞线传播低频与中频信号。普通双绞线传播低频与中频信号。同轴电缆传播低频到特高频信号。同轴电缆传播低频到特高频信号。光纤传播可见光。光纤传播可见光。二、无线电传输二、无线电传输调幅无线电广播使用调幅无线电广播使用 中波中波MF。调频无线电广播使用调频无线电广播使用 甚高频。甚高频。调频电视广播使用调频电视广播使用 甚高频到特高频甚高频到特高频2.3 无线传输无线传输第第 2 章章 物物 理理 层层39三、三、 微波通信微波通信 在电磁波谱中，频率在在电磁波谱中，频率在100MH

27、Z10GHZ 的的信号叫做微波信号，对应的信号波长为信号叫做微波信号，对应的信号波长为3m3cm.特点特点： 无绕射功能，波长较短无绕射功能，波长较短 可用很小的发射功率来进行远距离通信。可用很小的发射功率来进行远距离通信。适用于卫星通信与城市建筑物之间的通信。适用于卫星通信与城市建筑物之间的通信。2.3 无线传输无线传输第第 2 章章 物物 理理 层层40四、四、 激光激光 频率更高，带宽更宽，方向性更好，但不能穿频率更高，带宽更宽，方向性更好，但不能穿透雨和浓雾，只适用于短距离通信。透雨和浓雾，只适用于短距离通信。五、五、 红外线红外线 特性象可见光，有方向性，沿直线传播，不能特性象可见光

28、，有方向性，沿直线传播，不能穿透坚固的物体。多用于遥控装置穿透坚固的物体。多用于遥控装置。2.3 无线传输无线传输第第 2 章章 物物 理理 层层41 EIA RS-232-C EIA RS-449/422-A/423-A CCITT X.212.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层42物理层标准：物理层标准：机械特性：接线器的形状、引脚数等；机械特性：接线器的形状、引脚数等；电气特性：信号电平（电流）的范围；电气特性：信号电平（电流）的范围；功能特性：信号电平（电流）的含义；功能特性：信号电平（电流）的含义；规程特性：信号的时序。规程特性：信号的时序。

29、2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层43一、一、 EIA RS-232-C EIA RS-232-C是由美国电子工业协会是由美国电子工业协会EIA制定的制定的一种串行物理接口标准。一种串行物理接口标准。 它最初是为了连接它最初是为了连接DTE和和DCE，即连接计算机主即连接计算机主机或机或CRT终端和调制解调器而制定的，目前广泛应终端和调制解调器而制定的，目前广泛应用于主机和用于主机和CRT终端间的近地连接。还可用于计算终端间的近地连接。还可用于计算机与打印机和机与打印机和CRT显示器的连接。显示器的连接。其中，其中，“RSRS”是是推荐标准的缩写，

30、推荐标准的缩写，“232232”是标准号，是标准号，“C C”是版本号。是版本号。 1960年美国电子工业协会年美国电子工业协会EIA提出提出RS-232，1963年提出年提出RS-232-A，1965年提出年提出RS-232-B，1969年提出年提出RS-232-C。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层44DTEDTEDCEDCEEIA RS-232-CEIA RS-232-C电话网络电话网络在通信电路中使用的在通信电路中使用的DTE和和DCE2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层45第第 2 章章 物物

31、理理 层层46图图 RS-232C示意图示意图2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层47第第 2 章章 物物 理理 层层48图3-1-7 RS-232接口6 7 8 9第第 2 章章 物物 理理 层层49机械特性机械特性n25芯或芯或9芯连接器，芯连接器，DTE为插头，为插头，DCE为插座。为插座。电气特性电气特性n采用非平衡型电气特性，低于采用非平衡型电气特性，低于-3V为为“1”，高于高于+3V为为 “0”，最大，最大 20Kbps，最长最长30m。n非平衡传输（非平衡传输（unbalanced transmission）：）：所所有电路共享一个公

32、用的地线。有电路共享一个公用的地线。n平衡传输（平衡传输（balanced transmission）：）：每个主每个主要电路需要两根线，没有公用的地线要电路需要两根线，没有公用的地线。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层50功能特性功能特性n定义了定义了21条线，许多子集，基本与条线，许多子集，基本与CCITT V.24兼容。兼容。规程特性规程特性n对不同的功能子集，有不同的规程。对不同的功能子集，有不同的规程。nRS-232-C 有有14种不同的接口类型，适合于：单工，种不同的接口类型，适合于：单工，半双工，全双工，同步，异步半双工，全双工，同步

33、，异步 RS-232-C的不足与改进的不足与改进n不足不足w传输性能低，距离短，速率低传输性能低，距离短，速率低。n改进改进w重新设计，重新设计，X.21；w以以RS-232-C为基础改进，为基础改进，1977年提出年提出RS-449。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层512.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层52二、二、 EIA RS-449/422-A/423-A EIA RS-449 是为替代是为替代RS-232-C而提出的物理层而提出的物理层标准接口。实际上是一体化的三个标准。它的标准接口。实际上是

34、一体化的三个标准。它的机械、功能和过程性接口由机械、功能和过程性接口由RS-449定义，而电定义，而电气接口由两个不同的标准定义。气接口由两个不同的标准定义。 主要改进主要改进n改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；率；n增加了新的接口功能，例如，回送检查；增加了新的接口功能，例如，回送检查；n解决了机械接口问题。解决了机械接口问题。 机械特性机械特性n37芯或芯或9芯连接器。芯连接器。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层53 电气特性电气特性n与与RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性相

35、连，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，20Kbps以下以下n其他情况，采用平衡型电气特性其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A 和和RS-423-A，20Kbps 2Mbps 功能特性功能特性-定义了定义了30条功能线。条功能线。 规程特性规程特性-基本上以基本上以RS-232-C为基础。为基础。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层54三、三、CCITT X.21X.21：在公共数据网在公共数据网PDN中进行同步操作的中进行同步操作的DTE/DCE之间的通用接口。之间的通用接口。1980年的年的X.21由两部分组成：由两部分组成：-“通

36、用接口通用接口”：真正的物理层部分；：真正的物理层部分；-用于电路交换网络的呼叫控制规程，用于用于电路交换网络的呼叫控制规程，用于DTE之间的连接，涉及到许多数据链路层和网络层之间的连接，涉及到许多数据链路层和网络层的功能。的功能。 机械特性机械特性-15针连接器，针连接器，ISO 4903。2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层55 电气特性电气特性-采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性。采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性。-传输速率：传输速率：600，2400，4800，9600，48000bps-DTE使用非平衡型电气特性和平衡型电气特性；使用

37、非平衡型电气特性和平衡型电气特性；DCE使用平衡型电气特性使用平衡型电气特性 功能特性功能特性-定义了定义了8条功能线。条功能线。规程特性规程特性-分成四个工作阶段：空闲，呼叫控制，数据分成四个工作阶段：空闲，呼叫控制，数据传送，清除传送，清除2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口第第 2 章章 物物 理理 层层56USB接口接口：通用串行总线接口通用串行总线接口接口类型：接口类型：4针、针、可支持可支持127个装置个装置 电气标准电气标准传输距离：传输距离： 5米米最高传输频率：最高传输频率： 12Mbps 优点优点：周边设备连接标准化、单一化周边设备连接标准化、单一化 支持热插拔

38、支持热插拔缺点缺点：支持的传输距离有限支持的传输距离有限 应用例：应用例：调制解调器、打印机、扫描仪、相机调制解调器、打印机、扫描仪、相机 2.4 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口四、四、USB接口接口第第 2 章章 物物 理理 层层572.5 2.5 数据传输技术数据传输技术 数据编码技术数据编码技术 多路复用技术多路复用技术 脉冲编码调制脉冲编码调制第第 2 章章 物物 理理 层层58一、数据编码技术一、数据编码技术2.5 数据传输技术数据传输技术模拟数据编码模拟数据编码数据编码方式数据编码方式振幅键控振幅键控ASK移频键控移频键控FSK移相键控移相键控PSK数字数据编码数字数据编

39、码非归零码非归零码NRZ曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码第第 2 章章 物物 理理 层层591 . 数字数据的模拟传输（频带传输）数字数据的模拟传输（频带传输）n频带传输：频带传输：指在一定频率范围内的线路上，指在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。用基带信号对载波进行调制，进行载波传输。用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号。使其变为适合于线路传送的信号。n调制（调制（Modulation）：）：用基带脉冲对载波信用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。即把数字信号变换成模拟数据信脉冲变

40、化。即把数字信号变换成模拟数据信号的过程。号的过程。n解调（解调（Demodulation）：）：调制的反变换。调制的反变换。 2.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层60调制解调器调制解调器MODEM（modulation-demodulation) 根据载波根据载波 Asin( t + )的三个特性：幅度、频的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：率、相位，产生常用的三种调制技术：n振幅键控法振幅键控法 Amplitude-shift keying (ASK)n移频键控法移频键控法 Frequency-shift keying (FSK)n移相键控法移

41、相键控法 Phase-shift keying (PSK) n三种或两种方式的组合三种或两种方式的组合2.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层61振幅键控振幅键控ASK通过改变载波信号振幅来表示数字信号通过改变载波信号振幅来表示数字信号1、0 0 数字数字0u(t)= um *sin( 1t+ ) 数字数字1此方法实现容易，技术简单，但抗干扰能力差。此方法实现容易，技术简单，但抗干扰能力差。ASK 0 1 0 0 1 0 1 02.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层62移频键控移频键控PSK通过改变载波信号角频率来表示数字信号通过改变载波信号角

42、频率来表示数字信号0、1 um sin( 1t+ ) 数字数字1 u(t)= um sin( 2t+ ) 数字数字0实现容易，技术简单，抗干扰能力强。实现容易，技术简单，抗干扰能力强。2.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层63移相键控移相键控PSK（绝对调相）（绝对调相）通过改变载波信号的相位值来表示数字信号通过改变载波信号的相位值来表示数字信号0、1 um sin( 1t+0） =0 表示数字表示数字1 u(t)= um sin( 2t+ ） = 表示数字表示数字0实现容易，技术简单，抗干扰能力强。实现容易，技术简单，抗干扰能力强。2.5 数据传输技术数据传输技术第

43、第 2 章章 物物 理理 层层64（相对调相）（相对调相）用载波在两位数字信号的交接处产生的相对偏移用载波在两位数字信号的交接处产生的相对偏移来表示载波所表示的数字信号。来表示载波所表示的数字信号。抗干扰能力强，但实现技术较复杂。抗干扰能力强，但实现技术较复杂。（多相调制）（多相调制）例：两位二进制位可以有例：两位二进制位可以有4种组合，即种组合，即00、01、10、11，可用，可用4个不同的相位值表示。个不同的相位值表示。00： 0 =0； 01： 1 = /2；10： 2 = ； 11： 3=3 /2；2.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层65 0 1 1 0 1数字数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK绝对调相(d)PSK相对调相0+00+002.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层66振幅与相位的组合：振幅与相位的组合：2.5 数据传输技术数据传输技术第第 2 章章 物物 理理 层层67 2 . 数据的数字传输（基带传输）数据的数字传输（基带传输） 研究数据在信号传输过程中如何进行编码变换。研究数据在信号传输过程中如何进行编码变