计算机网络技术教案第三章

1、t1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0连续变化连续变化-是是关于时间的连关于时间的连续函数续函数离散的脉冲信号离散的脉冲信号，关于时间的非，关于时间的非连续函数连续函数 数据通信：数据通信： 发送方将要发送的数据转换成信号通过物发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程理信道传送到数据接收方的过程。 模拟数据通信：模拟数据通信： 在模拟信道上以模拟信号形式来进行数据在模拟信道上以模拟信号形式来进行数据通信。通信。 数字数据通信：数字数据通信： 利用数字信道以数字信号方式来进行数据利用数字信道以数字信号方式来进行数据通信。通信。

2、 信源与信宿：信源与信宿： 通常将数据的发送方称为信源，而将数据的接收通常将数据的发送方称为信源，而将数据的接收方称为信宿。方称为信宿。 信源和信宿一般是计算机或其它一些数据终端信源和信宿一般是计算机或其它一些数据终端设备。设备。 信道：信道： 在信源和信宿之间所建立的用于传送信号的物理在信源和信宿之间所建立的用于传送信号的物理通道，被称为物理信道，简称信道。通道，被称为物理信道，简称信道。 按传输介质的类型来划分，信道被分为有线信按传输介质的类型来划分，信道被分为有线信道和无线信道；道和无线信道； 按信道中所传输的信号类型来划分，信道可被按信道中所传输的信号类型来划分，信道可被分为模拟信道和

3、数字信道分为模拟信道和数字信道。 传输介质：传输介质： 泛指计算机网络中用于连接各个计算机的泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质。物理介质。包括无线与有线两大类。包括无线与有线两大类。 通信信道：通信信道： 信道建立在传输介质之上，但包括了传输信道建立在传输介质之上，但包括了传输介质和附属的通信设备。介质和附属的通信设备。 通常，同一传输介质上可提供多条信道，通常，同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。一条信道允许一路信号通过。 信道带宽信道带宽 指信道的频率宽度，即信道所能传输信号的频率

4、指信道的频率宽度，即信道所能传输信号的频率范围。范围。 数据传输速率数据传输速率 指单位时间内信道上所能传输的数据量。基本度指单位时间内信道上所能传输的数据量。基本度量单位为比特每秒（量单位为比特每秒（bit per secondbit per second，简写为简写为bpsbps），当数据传输速率较大时，可以采用，当数据传输速率较大时，可以采用KbpsKbps、MbpsMbps和和GbpsGbps来描述。来描述。 信道带宽数据传输速率的关系信道带宽数据传输速率的关系 信道带宽越大，则数据传输速率就可以越高。信道带宽越大，则数据传输速率就可以越高。今后在使用时不加以区分。今后在使用时不加以区

5、分。 ( (注：注：据据ShannonShannon定理，最大数据传输速率定理，最大数据传输速率= =Hlog2(1+S/N)Hlog2(1+S/N)，其其中中H H为信道带宽，为信道带宽， S/NS/N为信噪比为信噪比) ) 。信号信号转换器转换器通信信道通信信道发送信号发送信号接收信号接收信号信道带宽信道带宽系统噪声系统噪声信源信源信号信号转换器转换器信宿信宿计算机计算机模拟信道模拟信道计算机计算机发送模拟信号发送模拟信号接收模拟信号接收模拟信号信道带宽信道带宽D/A转换转换A/D转换转换计算机计算机数字信道数字信道计算机计算机发送数字信号发送数字信号接收数字信号接收数字信号信道带宽信道带

6、宽编编/解码器解码器编编/解码器解码器 信道的选择信道的选择 数据和信号之间的转换数据和信号之间的转换 信道的构建：传输介质信道的构建：传输介质 信号传输方式信号传输方式 信号传输质量。信号传输质量。 信道的选择及相应的信道的选择及相应的数据编码数据编码基带传输与数字数据编码基带传输与数字数据编码频带传输与模拟数据编码频带传输与模拟数据编码 在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各在计算机系统中，通常用二进制比特来表示各类数据。类数据。 矩形脉冲信号是二进制比特的典型表达方式矩形脉冲信号是二进制比特的典型表达方式 按傅利叶分析，矩形脉冲信号由直流、低频、按傅利叶分析，矩形脉冲信号由直流、低频、

7、高频的多个成分组成。高频的多个成分组成。 在其频谱中在其频谱中 ，从零开始的能量集中的一段频，从零开始的能量集中的一段频率范围称为基本频带，简称基带。基频等于脉率范围称为基本频带，简称基带。基频等于脉冲信号的固有频率。冲信号的固有频率。 与基带对应的数字信号称为基带信号。与基带对应的数字信号称为基带信号。 基带传输基带传输 在数字信道上使用数字信号传输数据时，若将与脉在数字信道上使用数字信号传输数据时，若将与脉冲信号有关的所有直流、基频、低频和高频分量全部放冲信号有关的所有直流、基频、低频和高频分量全部放在数字信道上传输，要占据很大的信道带宽。在数字信道上传输，要占据很大的信道带宽。更合适的作

8、法是将占据脉冲信号大部分能量的基带更合适的作法是将占据脉冲信号大部分能量的基带信号传送出去。信号传送出去。 这种在数字信道中利用基带信号直接传输的方式被这种在数字信道中利用基带信号直接传输的方式被称为基带传输。称为基带传输。 特点：特点： 抗噪声能力强，成本低，传输速率高抗噪声能力强，成本低，传输速率高 信号衰减严重，只能利用有线介质近距离传输信号衰减严重，只能利用有线介质近距离传输 基带信号频带宽，传输时要占用整个传输介质的带宽基带信号频带宽，传输时要占用整个传输介质的带宽数字数据编码数字数据编码 采用基带信号进行传输适用的是数字通信系统采用基带信号进行传输适用的是数字通信系统的模型。的模型

9、。 该系统要解决的关键问题是数字数据的编码和该系统要解决的关键问题是数字数据的编码和解码问题解码问题 在发送端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码（在发送端，要解决如何将二进制数据序列通过某种编码（encodingencoding）方式转化为可直接传送的数字信号；方式转化为可直接传送的数字信号； 在接收端，则要解决如何将收到的数字信号通过解码在接收端，则要解决如何将收到的数字信号通过解码( (Decoding)Decoding)恢复为与发送端相同的二进制数据序列。恢复为与发送端相同的二进制数据序列。 三种常见的数字数据编码三种常见的数字数据编码 不归零（不归零（NRZNRZ，Non-Ret

10、urn to ZeroNon-Return to Zero）编码编码 ManchesterManchester编码编码 差分差分ManchesterManchester编码编码 规则：规则： 以高电平表示逻辑以高电平表示逻辑“1”，低电平表，低电平表示逻辑示逻辑“0”。 特点：特点： 由于不能判断位的开始与结束，收由于不能判断位的开始与结束，收发双方不能保持同步，需要用发双方不能保持同步，需要用另一个信另一个信道同时传送同步信号。道同时传送同步信号。 规则：规则： 将每比特周期将每比特周期T分为前分为前T/2和后和后T/2；前前T/2传传送该比特的反码，后送该比特的反码，后T/2传送该比特的原

11、码。传送该比特的原码。 特点：特点： 任何两次电平跳变的时间间隔是任何两次电平跳变的时间间隔是T/2或或T，提提取电平跳变信号可作为收发双方的同步信号，取电平跳变信号可作为收发双方的同步信号，不需要另外的同步信号。又被称为不需要另外的同步信号。又被称为“自含时钟自含时钟编码编码”。 规则规则:对对Manchester编码的改进编码的改进,保留每比保留每比特中间的跳变作同步之用；每比特的值特中间的跳变作同步之用；每比特的值则根据其开始处是否出现电平的跳变来则根据其开始处是否出现电平的跳变来决定，有跳变者为决定，有跳变者为“0”，无跳变者为二，无跳变者为二进制进制“1” 频带传输频带传输 由于基带

12、传输的近距离限制，在远距离传输中通常由于基带传输的近距离限制，在远距离传输中通常采用模拟信道。利用模拟信道，传输二进制数据的方采用模拟信道。利用模拟信道，传输二进制数据的方法称为频带传输。其适用于模拟数据通信系统模型。法称为频带传输。其适用于模拟数据通信系统模型。 关键技术问题：关键技术问题： 如何将计算机中的数字信号转化为适合模拟信道传如何将计算机中的数字信号转化为适合模拟信道传输的模拟信号。输的模拟信号。 解决方案解决方案 将要传送的数字数据将要传送的数字数据“寄载寄载”在载波上，利用数字在载波上，利用数字数据对载波的某些特性（振幅、频率、相位）进行控数据对载波的某些特性（振幅、频率、相位

13、）进行控制，使载波特性发生了变化，然后将变化了的载波送制，使载波特性发生了变化，然后将变化了的载波送往线路进行传输。往线路进行传输。 调制调制(modulation) ： 在数据发送端，将数字数据寄载在载波上的在数据发送端，将数字数据寄载在载波上的过程称为调制过程称为调制。其目的在于将二进制数据变换成能在电话线其目的在于将二进制数据变换成能在电话线或其他传输线路上传输的模拟信号。或其他传输线路上传输的模拟信号。 解调解调(demodulation)： 在接收端，当携带数据信号的载波到达时，在接收端，当携带数据信号的载波到达时，将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据将收到的模拟信号重新还原成

14、原来的二进制数据的过程称为解调的过程称为解调。 Modem= modulation+demodulation 根据调制过程中所采用的载波的特性不根据调制过程中所采用的载波的特性不同，分为三种基本调制方法：同，分为三种基本调制方法： y=A sin( t+) ) 幅移键控幅移键控（ASK, Amplitude-Shift KeyingASK, Amplitude-Shift Keying）频移键控频移键控（FSK ,Frequency-Shift KeyingFSK ,Frequency-Shift Keying） 相移键控相移键控（PSK ,Phase-Shift KeyingPSK ,Pha

15、se-Shift Keying）幅移键控幅移键控ASKASK ： 通过载波信号的振幅变化来表示二进制通过载波信号的振幅变化来表示二进制 “0” “0”与与“1”“1”；又称调幅又称调幅( (amplitude modulationamplitude modulation) )幅移键控幅移键控FSK 改变载波信号的频率来表示二进制改变载波信号的频率来表示二进制 “0” “0”与与“1” “1” ；又称调频又称调频(frequency modulation(frequency modulation) ) 相移键控相移键控PSK 通过改变载波信号的相位值表示二进制通过改变载波信号的相位值表示二进制

16、“0” “0”和和“1”“1”。，又称调相又称调相(phase modulation(phase modulation) )按照使用相位的绝对值或相位的相对偏移两大表示分按照使用相位的绝对值或相位的相对偏移两大表示分为绝对调相和相对调相；为绝对调相和相对调相；按对一个完整周期的相位的划分方式分为二相制、四按对一个完整周期的相位的划分方式分为二相制、四相制、八相制等。相制、八相制等。 0100101101000100110010111011001101二相制二相制八相制八相制四相制四相制幅移键控幅移键控 ： 技术简单，抗干扰能力差技术简单，抗干扰能力差 频移键控：频移键控： 技术简单，抗干扰能力

17、强技术简单，抗干扰能力强 相移键控：相移键控： 技术较复杂技术较复杂，抗干扰能力强抗干扰能力强 ，编码效率，编码效率高高 目前在网络中广为使用的调制方式是上述三目前在网络中广为使用的调制方式是上述三种基本方式的变种。种基本方式的变种。 复习本次教学内容复习本次教学内容 完成本章习题与思考题完成本章习题与思考题3.2-3.4 预习教材预习教材3.2节与节与3.3节节信道的构建信道的构建传输介质的类型传输介质的类型1) 传输介质的性能传输介质的性能 传输介质：传输介质： 泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，主要指用来连接各个通信处理设备的物理介质

18、。体，主要指用来连接各个通信处理设备的物理介质。 类型：类型： 有线介质将信号约束在一个物理导体之内，如双有线介质将信号约束在一个物理导体之内，如双绞线、同轴电缆和光纤等，故又被称作有界介质；绞线、同轴电缆和光纤等，故又被称作有界介质； 无线介质如无线电波、红外线、激光等由于不能无线介质如无线电波、红外线、激光等由于不能将信号约束在某个空间范围之内，故又被称为无界介将信号约束在某个空间范围之内，故又被称为无界介质。质。 性能指标：性能指标： 物理特性、传输特性、地理范围、抗干扰性、价物理特性、传输特性、地理范围、抗干扰性、价格（包括安装与维护费用）格（包括安装与维护费用） 外观特点：外观特点：

19、 由四对直径由四对直径在在0.4 0.4 mmmm至至1.4 1.4 mmmm之间之间的铜缆组成。每两条线互绞成的铜缆组成。每两条线互绞成一对以一对以抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰 。 阻抗阻抗 : 100 ohms. 外径外径 : 0.43 cm 性能特点：性能特点： 信号的最大传输距离：信号的最大传输距离：100M 传输速率传输速率: 10M-1000Mbps 基于铜介质提供了最快的数据传输速率。基于铜介质提供了最快的数据传输速率。 易于安装，价格低廉易于安装，价格低廉 信号衰减大，抗干扰和噪声差。信号衰减大，抗干扰和噪声差。 与无屏蔽双绞

20、线有较多的相同点。如铜与无屏蔽双绞线有较多的相同点。如铜缆组成、绞线方式与外观等。缆组成、绞线方式与外观等。 阻抗：阻抗： 150 Ohm 集成了屏蔽与抵消技术，抗干扰性强。集成了屏蔽与抵消技术，抗干扰性强。 价格较无屏蔽双绞线高，安装也较无屏价格较无屏蔽双绞线高，安装也较无屏蔽双绞线复杂。蔽双绞线复杂。EIA/TIAEIA/TIA已颁布了六类已颁布了六类( (Category,Category,简写为简写为Cat)Cat)线缆的标准。其中：线缆的标准。其中：Cat1Cat1：适用于电话和低速数据通信；适用于电话和低速数据通信；Cat2Cat2：适用于适用于ISDNISDN及及T1/E1T1/

21、E1，支持支持1616MHzMHz的数据通信；的数据通信；Cat3Cat3：适用于适用于1010Base-TBase-T或或100100MbpsMbps的的100100Base-T4Base-T4，支支持达持达2020MHzMHz的数据通信；的数据通信；Cat5Cat5：适用于适用于100100MbpsMbps的的100100Base-TXBase-TX和和100100Base-T4Base-T4，支持高达支持高达100100MHzMHz的数据通信。的数据通信。Cat6Cat6：适用于适用于10001000MbpsMbps的的10001000Base-TXBase-TX，支持高达支持高达100

22、01000MHzMHz的数据通信。的数据通信。 按传输特性分为两大类：基带同轴电缆按传输特性分为两大类：基带同轴电缆(仅用于仅用于数字信号传输数字信号传输)和宽带同轴电缆和宽带同轴电缆(既可以传输模拟既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号信号，又可以传输数字信号 ) 阻抗：阻抗： 基带同轴电缆基带同轴电缆50 Ohm / 宽带同轴电缆宽带同轴电缆75 Ohm 基带同轴电缆又分为粗缆和细缆：基带同轴电缆又分为粗缆和细缆： 粗缆传输距离：粗缆传输距离：500m / 细缆传输距离：细缆传输距离：185m 具有较高的噪声抑制特性，抗干扰能力强。具有较高的噪声抑制特性，抗干扰能力强。 价格居中，安装难度

23、居中价格居中，安装难度居中(需要接地需要接地 和端头连接和端头连接终端匹配负载终端匹配负载 )。 目前已不再推荐使用。目前已不再推荐使用。 基于光的全反射原理制造的光传输介质。在折射率较高基于光的全反射原理制造的光传输介质。在折射率较高的光传输层之外加上折射率较低的包裹层。的光传输层之外加上折射率较低的包裹层。 根据使用的光源和传输模式，分为根据使用的光源和传输模式，分为单模单模光纤光纤（采用（采用注入注入式激光二极管式激光二极管ILEDILED为光源）与多模光纤（采用发光二极为光源）与多模光纤（采用发光二极管管LEDLED作为光源）作为光源） 直径：直径：mm 数量级数量级 衰减极低，传输距

24、离远衰减极低，传输距离远( (单模：单模：3 3km km ，多模：多模：2 2kmkm ） 不受外界电磁波和噪声的干扰，传输质量高，不受外界电磁波和噪声的干扰，传输质量高，抗干扰能抗干扰能力和保密性能强力和保密性能强; 数据传输速率高达数据传输速率高达Gbps数量级；数量级； 主要用于长距离的数据传输和网络的主干线，或被用于主要用于长距离的数据传输和网络的主干线，或被用于有危险的、高压的或容易泄漏信号的恶劣环境。有危险的、高压的或容易泄漏信号的恶劣环境。 无线传输的信号可以是电磁波的任意形无线传输的信号可以是电磁波的任意形式：式： 无线电波，微波，红外线等无线电波，微波，红外线等 不存在有形

25、的物理介质，如线缆；不存在有形的物理介质，如线缆； 常见形式：常见形式：无线通信无线通信 微波通信微波通信 红外通信红外通信 用途用途: -移动通信移动通信 -无线局域网无线局域网 (WLANs) 传输介质的选择要考虑多种技术和非传输介质的选择要考虑多种技术和非技术的因素：技术的因素：网络技术（拓朴结构网络技术（拓朴结构/连接方式）连接方式）网络的通信流量（传输容量）网络的通信流量（传输容量）可靠性和安全性可靠性和安全性地理和环境因素（介质形式和传输距离）地理和环境因素（介质形式和传输距离）价格（建设与维护成本）价格（建设与维护成本）：信号传输方式？信号传输方式？多路复用技术多路复用技术串行通

26、信与并行通信串行通信与并行通信单工通信、半双工通信、全双工通单工通信、半双工通信、全双工通信信多路复用：多路复用： 在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。意义：意义： 多路复用使得在同一传输介质上可传输多个不同信源多路复用使得在同一传输介质上可传输多个不同信源发出的信号。可发出的信号。可充分利用通信线路的传输容量，提高传输充分利用通信线路的传输容量，提高传输介质的利用率。介质的利用率。 常用多路复用技术：常用多路复用技术： 频分多路复用频分多路复用（ Frequency Division Multiplexing ） 时分多路复用（时分多路复用（Tim

27、e Division Multiplexing） 波分多路复用（波分多路复用（Wave-length Division Multiplexing） 多多路路复复用用器器高速通信线路高速通信线路多多路路复复用用器器 工作原理：工作原理： 将线路的带宽划分成若干段较小的带宽来达到多路将线路的带宽划分成若干段较小的带宽来达到多路复用的目的。复用的目的。 其前提是任何信号只占据一个宽度有限的频率，而其前提是任何信号只占据一个宽度有限的频率，而信道可以被利用的频率比一个信号的频率宽得多。信道可以被利用的频率比一个信号的频率宽得多。 当有多路信号输入时，发送端分别将各路信号调制当有多路信号输入时，发送端分

28、别将各路信号调制到各自所分配的频带范围内的载波上，传输到接收端以到各自所分配的频带范围内的载波上，传输到接收端以后，利用接收滤波器再把各路信号区分开来并恢复成原后，利用接收滤波器再把各路信号区分开来并恢复成原来信号的波形。来信号的波形。 为了防止相邻两个信号频率覆盖造成干扰，在相邻为了防止相邻两个信号频率覆盖造成干扰，在相邻两个信号的频率段之间通常要留有一定的频率间隔。两个信号的频率段之间通常要留有一定的频率间隔。 用途：用途： 主要用于传送模拟信号。主要用于传送模拟信号。工作原理：工作原理： 将一条将一条物理线路物理线路的工作时间划分为若干个时间片（的工作时间划分为若干个时间片（time s

29、lot），），按一定规则将这些时间片分配给多路信号按一定规则将这些时间片分配给多路信号，每一路信号在分配给自己的时间片内独占信道进行传，每一路信号在分配给自己的时间片内独占信道进行传输。输。 用途：用途： 既可用于传输数字信号，也可用于传输模拟信号。既可用于传输数字信号，也可用于传输模拟信号。典型应用：典型应用： T1载波载波(Carrier)或或E1载波载波(Carrier) 固定时隙的固定时隙的TDM系统又被称作同步系统又被称作同步TDM。所谓固定时隙指多路复用器将线路的传输时间分为若干个等长的所谓固定时隙指多路复用器将线路的传输时间分为若干个等长的时间隙时间隙，多路信号采用轮转方式使用这

30、些时隙，即使在某个时隙多路信号采用轮转方式使用这些时隙，即使在某个时隙内某个信源没有信号发送，该时隙也不能被其他信源所使用。内某个信源没有信号发送，该时隙也不能被其他信源所使用。当时分复用系统中的某些信源没有数据要发送或发送的数据量太当时分复用系统中的某些信源没有数据要发送或发送的数据量太少时，这种固定时隙的方式会造成很大的带宽浪费。少时，这种固定时隙的方式会造成很大的带宽浪费。 工作原理：工作原理： 将普通时分复用中时间片的固定分配方式为动态分将普通时分复用中时间片的固定分配方式为动态分配方式，即若规定时间片内相应的信道无信号发送或信配方式，即若规定时间片内相应的信道无信号发送或信号提前发送

31、完毕，则后续的信道可提前使用自己的时间号提前发送完毕，则后续的信道可提前使用自己的时间片。片。用途：用途： 解决带宽的浪费问题，提高信道带宽的利用率。解决带宽的浪费问题，提高信道带宽的利用率。典型应用举例：典型应用举例： ATM（异步传输模式）异步传输模式） 光纤上进行信道复用的技术；光纤上进行信道复用的技术； 频分多路复用技术频分多路复用技术在光纤上使用在光纤上使用的变种的变种； 通常一路光信号的带宽只有几通常一路光信号的带宽只有几GHZ，而一而一根光纤的带宽可达根光纤的带宽可达25000GHZ； 如何复用？如何复用？ 不同频率或波长的光在经过相同的光折射介不同频率或波长的光在经过相同的光折

32、射介质后，其光路将会不同质后，其光路将会不同(注：折射率与光的频率注：折射率与光的频率或波长有关或波长有关)。对于带宽可达对于带宽可达2500025000GHzGHz的的光纤来说，目前可以利用光纤来说，目前可以利用的数据传输率可达的数据传输率可达1 01 0 G G b p sb p s以上；以上；若采用密集波分多路复用若采用密集波分多路复用技术，在一根光纤上可以技术，在一根光纤上可以发送发送8 8个波长的光波，假个波长的光波，假设每个波长可以支持设每个波长可以支持1 0 1 0 G b p sG b p s的数据传输率，的数据传输率，则一根光纤所能支持的最则一根光纤所能支持的最大数据传输率可

33、达到大数据传输率可达到8 0 8 0 G b p sG b p s以上。以上。三棱镜或衍射光栅三棱镜或衍射光栅 数据传送只能在一个固定的方向上进行，数据传送只能在一个固定的方向上进行，任何时候都不能改变方向。任何时候都不能改变方向。 例子：例子：发送发送单向通道单向通道接收接收 信号可以双向进行，但不可同时进行，信号可以双向进行，但不可同时进行，一个时间只能有一个方向的传送一个时间只能有一个方向的传送 例子：例子： 对讲机、计算机对讲机、计算机终端终端发送发送接收接收双向通道双向通道接收接收发送发送 信号可以同时进行双向发送信号可以同时进行双向发送 例子：例子： 计算机计算机计算机计算机发送发

34、送接收接收双向通道双向通道接收接收发送发送 数据流以串行方式在一条信道上传输。数据流以串行方式在一条信道上传输。 存在字符同步问题。存在字符同步问题。 例子：例子：发送端发送端b b0 0 b b1 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 接收端接收端串行通信信道串行通信信道 数据以成组方式在多个并行信道上同时传输。数据以成组方式在多个并行信道上同时传输。 在并行传输中，一次传送一个字符，所以不存在字在并行传输中，一次传送一个字符，所以不存在字符同步问题。符同步问题。 例子：计算机中的总线例子：计算机中的总线并并行行通通信信信信道道b b0 0

35、b b1 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 发送端发送端b b0 0 b b1 1 b b2 2 b b3 3 b b4 4 b b5 5 b b6 6 b b7 7 接收端接收端 在相同的发送时钟下，并行通信的数据传在相同的发送时钟下，并行通信的数据传输速率将大于串行通信。输速率将大于串行通信。 并行通信需要多个并行信道，实现昂贵。并行通信需要多个并行信道，实现昂贵。 并行通信方式适合于近距离通信（如计算并行通信方式适合于近距离通信（如计算机中）而在远程通信中一般采用串行通信机中）而在远程通信中一般采用串行通信方式。方式。当计算机通过串行

36、信道相互通信时，在发送方要进行当计算机通过串行信道相互通信时，在发送方要进行并并/串转换，而在接收端要进行串串转换，而在接收端要进行串/并转换并转换计算机计算机串行信道串行信道计算机计算机并行传输并行传输并行传输并行传输串行传输串行传输并并/串转换串转换串串/并转换并转换 结合本章结合本章“思考与习题思考与习题”3.5-3.7复复习本次教学内容习本次教学内容 预习本章最后两节：预习本章最后两节： 3.43.4常见的物理层标准常见的物理层标准 3.5 3.5 常见物理层设备与组件常见物理层设备与组件 本章中，我们已经讨论了物理层为了实本章中，我们已经讨论了物理层为了实现原始比特流传送相关的一系列

37、问题，现原始比特流传送相关的一系列问题，包括物理介质、通信信道及通信方式的包括物理介质、通信信道及通信方式的选择、数据与信号的转换等。但我们还选择、数据与信号的转换等。但我们还是遗漏了一个与原始比特流传送直接相是遗漏了一个与原始比特流传送直接相关的重要问题关的重要问题那就是信号在传输过程中所发生的一些那就是信号在传输过程中所发生的一些问题及其解决方法。问题及其解决方法。 信号衰减信号衰减( (attenuation)attenuation)：用以表示原始比特流的信号：用以表示原始比特流的信号能量在传输过程中越来越小，以至在超出一定距离后能量在传输过程中越来越小，以至在超出一定距离后信号能量再也

38、无法被检测。信号能量再也无法被检测。 产生原因包括介质吸收、反射或散射等，所以信号衰产生原因包括介质吸收、反射或散射等，所以信号衰减是不可避免的。减是不可避免的。 后果：后果： 信号衰减限制了信号的传输距离，这也就是所有的信号衰减限制了信号的传输距离，这也就是所有的传输介质都存在最大传输距离限制的内在原因；传输介质都存在最大传输距离限制的内在原因； 信号衰减还常常会同时伴随着信号的变形。信号衰减还常常会同时伴随着信号的变形。 解决思路：解决思路： 在物理层采用信号放大和整形的方法来解决信号衰在物理层采用信号放大和整形的方法来解决信号衰减及其变形问题。减及其变形问题。 噪声噪声( (Noise)

39、Noise)是指附加在原始信号之上的所有不期望的是指附加在原始信号之上的所有不期望的信号，有时又被称为干扰。信号，有时又被称为干扰。 产生原因是多方面的产生原因是多方面的: : 热噪声：热噪声： 物理线路上的热噪声，由介质中的电子热运动引起，物理线路上的热噪声，由介质中的电子热运动引起，时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱较宽。时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱较宽。具有随机性。具有随机性。 冲击噪声：冲击噪声： 外界无线或电磁干扰引起，幅度较大，呈突发性。外界无线或电磁干扰引起，幅度较大，呈突发性。 近端串扰：近端串扰：线路端接点产生的干扰线路端接点产生的干扰 接地噪声：接地噪

40、声：交流供电电路中的非良好接地引发的噪声。交流供电电路中的非良好接地引发的噪声。 信号反射：信号反射：信号在传输过程中遇到断点时的信号反射。信号在传输过程中遇到断点时的信号反射。 带来后果：带来后果： 一旦噪声的能量与信号能量具有一定的可比性时，一旦噪声的能量与信号能量具有一定的可比性时，就会导致信号传输错误，即接收端难以从混杂了较大噪就会导致信号传输错误，即接收端难以从混杂了较大噪声的信号中提取出正确的数据。声的信号中提取出正确的数据。 衡量：衡量： 用信噪比用信噪比( (signal noise ratiosignal noise ratio，简写为简写为S/N)S/N)来表来表示噪声对信

41、号的影响程度。信噪比越大，噪声对信号传示噪声对信号的影响程度。信噪比越大，噪声对信号传输质量的影响就越小，减少干扰的最终目的就是为了提输质量的影响就越小，减少干扰的最终目的就是为了提高信噪比。高信噪比。 解决措施：解决措施： 在物理层采取抵消与屏蔽、良好的端接、接地技术在物理层采取抵消与屏蔽、良好的端接、接地技术、阻抗匹配等必要的措施来减少噪声。、阻抗匹配等必要的措施来减少噪声。除了前面所介绍的物理线缆外，还包括连接除了前面所介绍的物理线缆外，还包括连接头、连接插座、转换器等头、连接插座、转换器等 共同特点：共同特点： 无源无源( (不需要外电源不需要外电源)，又称被动，又称被动( (pass

42、ive)passive)用途：用途：传输介质：用于提供信号传输通道。传输介质：用于提供信号传输通道。连接头和连接插座是配对使用的组件，其基本作用是连接头和连接插座是配对使用的组件，其基本作用是为网络线缆连接提供良好的端接。为网络线缆连接提供良好的端接。 转换器用于在不同的接口或介质之间进行信号转换。转换器用于在不同的接口或介质之间进行信号转换。 RJ-45 是英文 Registered Jack-45的缩写。 用于UTP线缆的连接 可减少噪声，反射和机械可靠性问题 RJ-45 座的组合，常见的有12、24和48 口。接收器和发送器的组合。用于不同物理接口或传输介质间的转换背景：背景： 为了解决

43、信号远距离传输所产生的衰减和变形问为了解决信号远距离传输所产生的衰减和变形问题，我们需要一种能在信号传输过程中对信号进行放题，我们需要一种能在信号传输过程中对信号进行放大和整形的设备，以拓展信号的传输距离、增加网络大和整形的设备，以拓展信号的传输距离、增加网络的覆盖范围。的覆盖范围。 这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备被这种具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备被称为称为网络互连设备网络互连设备。 共同特点：共同特点： 有源有源( (需要外电源需要外电源)，又称主动，又称主动( (Active)Active)在物理层通常提供两种类型的网络互连设备在物理层通常提供两种类型的网络互连设备，即中

44、继器，即中继器( (repeater)repeater)和集线器和集线器( (hub)hub)。具有对物理信号进行具有对物理信号进行放大和再生的功能，放大和再生的功能，其将从输入接口接收其将从输入接口接收的物理信号通过放大的物理信号通过放大和整形再从输出接口和整形再从输出接口输出。输出。“单进单出单进单出”结构。结构。 集中式的多端口中继器，其多个端口可为集中式的多端口中继器，其多个端口可为多路信号提供放大、整形和转发功能。多路信号提供放大、整形和转发功能。 典型的端口数为典型的端口数为 4, 8, 4, 8, 或或 24 24 起到线缆集中器的作用，所以又称集线器起到线缆集中器的作用，所以又

45、称集线器。 提高了物理连接的可靠性。提高了物理连接的可靠性。 The Cloud 只关注原始比特流的传送，即物理信号的传输。其不关心也不认识所传输信号所包含的信息。 物理层是网络的物理基础，也是网络故障的多发层，不可被低估或轻视。 与物理层的功能与物理层的功能( (提供在物理传输介质上传送提供在物理传输介质上传送和接收比特流的能力，并且向上对数据链路层和接收比特流的能力，并且向上对数据链路层屏蔽掉因为物理组件以及传输介质的多样性所屏蔽掉因为物理组件以及传输介质的多样性所产生的物理传输上的差异产生的物理传输上的差异) )相一致。解决好各相一致。解决好各种物理组件或设备之间的接口问题。种物理组件或

46、设备之间的接口问题。 在数据通信系统中，设备被分为两类，即数据在数据通信系统中，设备被分为两类，即数据终端设备终端设备DTEDTE和数据线路端接设备和数据线路端接设备DCEDCE 物理层标准主要任务就是要规定物理层标准主要任务就是要规定DCEDCE设备和设备和DTEDTE设设备的接口。备的接口。 包括接口的机械特性、电气特性、功能特性和包括接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。规程特性。 机械特性一般系指硬件机械特性一般系指硬件连接的接口（连接器）连接的接口（连接器）的大小尺寸和形状的大小尺寸和形状 。电气特性主要考虑确定电气特性主要考虑确定信号码型结构、电压电信号码型结构、电压电平和

47、电压变化的规则以平和电压变化的规则以及信号的同步等。及信号的同步等。 功能特性定义接口电路功能特性定义接口电路的功能。接口信号大体的功能。接口信号大体上可以分为数据信号、上可以分为数据信号、控制信号和时钟信号。控制信号和时钟信号。 规程特性是在功能特性的基规程特性是在功能特性的基础上，说明利用接口传送比础上，说明利用接口传送比特流的过程和顺序，它涉及特流的过程和顺序，它涉及到到DTEDTE与与DCEDCE双方在各线路上双方在各线路上的动作规程以及执行的先后的动作规程以及执行的先后顺序顺序。 标准是指或官方指定的一系列规则或规程，其标准是指或官方指定的一系列规则或规程，其通常代表着广泛使用的优秀模型或规格。通常代表着广泛使用的优秀模型或规格