No.02_物理层

1、Version 2.0寒水教研寒水教研No.02_物理层物理层本章目标本章目标v了解物理层的概念了解物理层的概念v了解物理层传输的信号和使用的接口了解物理层传输的信号和使用的接口v掌握如何区分不同的物理层传输介质掌握如何区分不同的物理层传输介质v掌握如何判定不同介质的使用场合掌握如何判定不同介质的使用场合v了解线缆的规范了解线缆的规范v掌握双绞线的连接方式掌握双绞线的连接方式v掌握如何制作交叉网线和标准网线并进行测试掌握如何制作交叉网线和标准网线并进行测试本章结构本章结构分层模型分层模型双绞线双绞线光缆光缆无线通信无线通信网络接口卡网络接口卡中继器中继器集线器集线器物理层的功能物理层的功能物理

2、层关心的问题物理层关心的问题物理层概述物理层概述信号信号线缆的规范和连接线缆的规范和连接物理层的设备物理层的设备接口接口传输介质传输介质物理层概述物理层概述v 物理层是物理层是TCP/IP五层模型的最底层，它为数据通信的介质五层模型的最底层，它为数据通信的介质提供规范和定义提供规范和定义v 直接面向实际承担数据传输的物理媒体直接面向实际承担数据传输的物理媒体v 传输单位为比特，主要讨论的是在通信线路上比特流的传传输单位为比特，主要讨论的是在通信线路上比特流的传输问题输问题 物理层是网络的基物理层是网络的基础，正如同公路是础，正如同公路是汽车通行的基础一汽车通行的基础一样样物理层的功能物理层的功

3、能v功能一：为数据端设备提供传送数据的通路功能一：为数据端设备提供传送数据的通路v功能二：传输数据功能二：传输数据 物理层关心的是信号、物理层关心的是信号、接口和传输介质接口和传输介质物理层关心的是什么物理层关心的是什么机械特性机械特性指明通信实体间硬件连接接口的机械特点指明通信实体间硬件连接接口的机械特点 电气特性电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电路的特性的电路的特性 功能特性功能特性指明物理接口各条信号线的用途（用法）指明物理接口各条信号线的用途（用法） 规程特性规程特性指明利用接口传输位流的全过程及各项用于指明利用接口传输位流的全过程

4、及各项用于传输的事件发生的合法顺序传输的事件发生的合法顺序 为了传输信号，物理为了传输信号，物理层规定了那些特性？层规定了那些特性？物理层的机械特性示例物理层的机械特性示例什么是信号什么是信号v信息、数据和信号信息、数据和信号v模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号信息是人对现实信息是人对现实世界事物存在方世界事物存在方式或运动状态的式或运动状态的某种认识某种认识模拟信号是信号参数模拟信号是信号参数（幅度、频率等）的大（幅度、频率等）的大小连续变化的电磁波，小连续变化的电磁波，可以按不同的频率在媒可以按不同的频率在媒体上传输体上传输 数据是用于数据是用于描述事物的描述事物的某些属性的某些属性的具

5、体量值具体量值信号是信息信号是信息传递的媒介传递的媒介数字信号是不数字信号是不连续的物理量，连续的物理量，信号参数也不信号参数也不连续变化连续变化 信号的指标信号的指标v 频率和带宽频率和带宽v 数据传输速率和比特率数据传输速率和比特率频率是指在一固频率是指在一固定时间段内信号定时间段内信号幅度变化的次数幅度变化的次数值。用每秒周期值。用每秒周期数或者数或者HzHz（赫兹）（赫兹）表示表示 带宽指信号在信带宽指信号在信道中传输可使用道中传输可使用的最高频率与最的最高频率与最低频率之差，单低频率之差，单位为位为HzHz（赫兹）（赫兹） “带宽带宽”也用来描述也用来描述指定网络介质或协议指定网络介

6、质或协议的额定吞吐能力，所的额定吞吐能力，所指的其实是数据传输指的其实是数据传输率，通常是以率，通常是以“字节字节/ /秒秒”为单位为单位 数据传输速率是指设数据传输速率是指设备在某种网络协议标备在某种网络协议标准下的数据发送和接准下的数据发送和接收的能力收的能力 比特率表示单位时间比特率表示单位时间（每秒）内传输实际（每秒）内传输实际信息的比特数，单位信息的比特数，单位为比特秒为比特秒 信号参数信号参数信号在传输过程中产生的失真信号在传输过程中产生的失真v噪声和衰减噪声和衰减在信号的传输、处理在信号的传输、处理过程中设备自身、环过程中设备自身、环境干扰等原因而产生境干扰等原因而产生的、与输入

7、信号无关的、与输入信号无关的信号的信号信噪比（信噪比（S/NS/N）指信）指信号中原有成份与噪号中原有成份与噪声的比例，常常用声的比例，常常用分贝数（分贝数（dBdB）表示）表示 信号的衰减，信号的衰减，即随着信号的即随着信号的传播，能量逐传播，能量逐渐减少渐减少 数字信号的优点：数字信号的优点：1 1、抗干扰能力强、抗干扰能力强2 2、远距离传输仍能保证质量、远距离传输仍能保证质量 串行接口的分类串行接口的分类v同步接口对应于同步通信，异步接口对应于异步同步接口对应于同步通信，异步接口对应于异步通信通信 v同步通信和异步通信同步通信和异步通信同步通信是指发送同步通信是指发送方和接收方同时、方

8、和接收方同时、同步调进行数据的同步调进行数据的发送和接收发送和接收异步通信是发送方和异步通信是发送方和接收方不要求同时进接收方不要求同时进行数据的发送和接收行数据的发送和接收 数据发数据发数据收数据收控制信号tt00发送数据波形接收数据波形数据发数据发数据收数据收tt00发送数据波形接收数据波形允许有一个时间差启始位 数据位 校验位 停止位 1位 58位 1位 12位串行接口举例串行接口举例2-1v EIA-232 目前使用最广泛的串行物理接口目前使用最广泛的串行物理接口 提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备

9、连接起来的技术规定将远程设备连接起来的技术规定 机械特性机械特性25根引脚，根引脚，D形接口形接口 电气特性电气特性数据信号数据信号: “1”: -15至至-5伏伏; “0”: +5至至+15伏伏控制信号控制信号: “0”: 开（开（ON）; “1” : 关（关（OFF）数据速率数据速率: 0-20Kbps传输距离传输距离: 15M公用电话网公用电话网PCPCModemModemEIA-232接口接口EIA-232接口接口EIA-232远程连接远程连接 串行接口举例串行接口举例2-2v EIA-232功能特性功能特性规程特性规程特性l在在DTEDCE连接情况下，当连接情况下，当“DCE就绪就绪

10、” 和和“DTE就绪就绪” 均为均为“ON” ，就具备操作的基本条件，就具备操作的基本条件lDTE发送数据前，首先将发送数据前，首先将“请求发送请求发送” 置为置为“ON”状状态，等待态，等待“允许发送允许发送” 上应答信号为上应答信号为“ON”状态后，状态后，才能在才能在“发送数据发送数据” 上发送数据上发送数据 以太网接口以太网接口vRJ45 RJ是描述公用电信网络的接口，常用的有是描述公用电信网络的接口，常用的有RJ-11和和RJ-45v光纤接口光纤接口 用以稳定地但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源用以稳定地但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件组件 FC 圆形带螺纹光纤接头圆形

11、带螺纹光纤接头 ST 卡接式圆形光纤接头卡接式圆形光纤接头 SC 方型光纤接头方型光纤接头 LC 窄体方形光纤接头窄体方形光纤接头 MT-RJ 收发一体的方型光纤接头收发一体的方型光纤接头 物理层的传输介质物理层的传输介质v有线介质有线介质 双绞线双绞线 光纤光纤v无线介质无线介质 无线电无线电 微波微波 激光激光 红外线红外线双绞线双绞线v双绞线双绞线TP是目前使用最广，价格相对便宜的一种是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质传输介质v由两根绝缘铜导线相互缠绕组成，以减少对邻近由两根绝缘铜导线相互缠绕组成，以减少对邻近线对的电气干扰线对的电气干扰v由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆

12、由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆v非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线和屏蔽双绞线STP双绞线的标准双绞线的标准v EIA/TIA-568“商用建筑物电商用建筑物电信布线标准信布线标准”v Cat 5： 适用于适用于100Mbps的的100Base-TX和和100Base-T4 支持高达支持高达100MHz的数据通信的数据通信 传输频率为传输频率为100MHz 用于语音传输和最高传输速率为用于语音传输和最高传输速率为1000Mbps的数据传输的数据传输 主要用于主要用于100base-T和和10base-T网网络。络。 Cat 5e：超五类双绞线：超五类双绞线v Cat 6: 传

13、输频率为传输频率为200MHzCat 5e UTPCat 5e STP六类布线系统六类布线系统v 六类系统向下兼容三类、五类、超五类布线产品，同时满六类系统向下兼容三类、五类、超五类布线产品，同时满足混合使用的要求足混合使用的要求v 六类提供六类提供2倍于超五类的带宽倍于超五类的带宽v 改善了在串扰以及回波损耗方面的性能改善了在串扰以及回波损耗方面的性能v 6类线与类线与5类和超类和超5类标准存在许多不同之处：类标准存在许多不同之处： 最高工作带宽最高工作带宽200MHz 按照按照250MHz下检测进行设计下检测进行设计 可作为可作为UTP和和STP的解决方案的解决方案 包括超包括超5类的所有

14、测试，类的所有测试， 并加入新的参量并加入新的参量 光传输系统光传输系统v光传输系统由三个部分组成：光纤传输介质、光光传输系统由三个部分组成：光纤传输介质、光源和检测器源和检测器 驱动器驱动器 光源光源光检测器光检测器 放大器放大器 电信号电信号电信号电信号光信号光信号光纤光纤超细玻璃超细玻璃熔硅纤维熔硅纤维发光二极管发光二极管激光二极管激光二极管光电二极管光电二极管光信号在光纤中的传输光信号在光纤中的传输v光脉冲在光纤中的传输是利用了光的全反射原理光脉冲在光纤中的传输是利用了光的全反射原理v光纤分为多模光纤和单模光纤光纤分为多模光纤和单模光纤 多模光纤单模光纤输入脉冲 输出脉冲 输入脉冲 输

15、出脉冲 光缆的结构和传播特性光缆的结构和传播特性v光缆的结构光缆的结构v光缆的传播特性光缆的传播特性 损耗损耗 色散色散外护套远供电源线光纤及其包层填充物加强芯包带层多模光纤和单模光纤的比较多模光纤和单模光纤的比较单模光纤单模光纤多模光纤多模光纤用于高速度、长距离用于高速度、长距离用于低速度、短距离用于低速度、短距离成本高成本高成本低成本低端接较难端接较难端接较易端接较易窄芯线，需要激光源窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好，光源可采用激光或宽芯线，聚光好，光源可采用激光或发光二极管发光二极管耗散极小，高效耗散极小，高效耗散大，低效耗散大，低效无线通信无线通信v无线介质是指信号通过空气传输，信号不

16、能被约无线介质是指信号通过空气传输，信号不能被约束在一个物理导体内束在一个物理导体内v无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括: 无线电无线电 微波微波 红外线红外线 激光激光 卫星通信卫星通信 无线电无线电v 无线电就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射，无线电就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射，或电离层与地面的多次反射而到达接收端的一种远距离通或电离层与地面的多次反射而到达接收端的一种远距离通信方式信方式v 传播距离远，容易穿过建筑物，全方向传播传播距离远，容易穿过建筑物，全方向传播v 无线电波的传播特性与频率有关无线电波的传播特性与频率

17、有关 在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减播距离的增大而急剧递减 在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨水吸收雨水吸收 质量不稳定，容易受到其他电子设备的各种电磁干扰质量不稳定，容易受到其他电子设备的各种电磁干扰 地球表面电离层地球表面地面波微波微波v微波是能量集中于一点并沿直线传播，且频率在微波是能量集中于一点并沿直线传播，且频率在1GHz以上的无线电波以上的无线电波v微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内微波通信是

18、利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式进行信息传输的一种通信方式v使用频率范围一般在使用频率范围一般在1GHz至至20GHz左右左右 v需要使用中继站延长传输距离需要使用中继站延长传输距离v成本低，常用于长途通信成本低，常用于长途通信v缺点是保密性不如电缆和光缆好缺点是保密性不如电缆和光缆好 各种传输介质总结各种传输介质总结传输传输介质介质成成本本传输传输距离距离传传输输速速率率抗噪抗噪性性可可扩扩展展性性施施工工难难易易优点总结优点总结缺点总结缺点总结双绞线双绞线低低100m高高STP较较好好UTP一一般般好好易易价格便宜，使用广泛，价格便宜，使用广泛，技术成熟，安装简单

19、技术成熟，安装简单易受电磁干扰和窃易受电磁干扰和窃听，传输距离短听，传输距离短光缆光缆高高70km高高优优好好难难传输速率高，传输距传输速率高，传输距离远，不易受电磁干离远，不易受电磁干扰，保密性强，使用扰，保密性强，使用范围正在逐步扩大范围正在逐步扩大成本较高，安装较成本较高，安装较难难无线电无线电/微波微波高高可达数可达数百公里百公里较高较高差差好好较易较易几乎不受传输距离的几乎不受传输距离的限制，适合于复杂地限制，适合于复杂地形形衰减大，造价较高，衰减大，造价较高，保密性差，抗干扰保密性差，抗干扰能力差，有时需要能力差，有时需要申请使用频段申请使用频段以太网标准中的线缆规范以太网标准中的

20、线缆规范以太网标准以太网标准传输介质传输介质拓扑拓扑接口接口最大传输最大传输距离（距离（m）速率速率（Mb/s）10Base-T2对三类或以上对三类或以上UTP星形星形RJ-4510010100Base-TX2对五类对五类UTP或以上或以上 星形星形RJ-451001001000Base-T 4对五类对五类UTP或以上或以上星形星形RJ-4510010001000Base-LX光缆光缆星形星形SC5000 10001000Base-SX多模光缆多模光缆星形星形SC5501000线缆的连接线缆的连接2-1管脚号管脚号用途用途颜色颜色1发送发送 +白色和绿色白色和绿色2发送发送 -绿色绿色3接收接

21、收 +白色和橘黄色白色和橘黄色4不被使用不被使用蓝色蓝色5不被使用不被使用白色和蓝色白色和蓝色6接收接收 -橘黄色橘黄色7不被使用不被使用白色和棕色白色和棕色8不被使用不被使用棕色棕色 T568AT568A标准中标准中RJ-45RJ-45连接器的连接器的管脚号和颜色编码管脚号和颜色编码 线缆的连接线缆的连接2-1v 线缆的连接线缆的连接 标准网线标准网线 交叉网线交叉网线 全反线全反线直通直通/ /交叉交叉直通直通交叉交叉 直通直通交叉交叉直通直通交叉交叉交叉交叉线缆的连接线缆的连接2-2v标准网线的线序标准网线的线序v交叉网线的线序交叉网线的线序v制作过程制作过程物理层的设备物理层的设备4-

22、1v网络接口卡网络接口卡 连接计算机和网络硬件连接计算机和网络硬件 有一个惟一的网络节点地址有一个惟一的网络节点地址 按照速率可分为按照速率可分为10M网卡、网卡、10/100M自适应网卡和千兆网卡自适应网卡和千兆网卡 按照总线类型可分为按照总线类型可分为ISA网卡、网卡、PCI网网卡等卡等 按照提供的线缆接口类型可分为按照提供的线缆接口类型可分为RJ-45接口网卡、光纤网卡等接口网卡、光纤网卡等 便携式电脑可使用便携式电脑可使用PCMCIA网络接口网络接口卡卡 物理层的设备物理层的设备4-2v 选择网络接口卡选择网络接口卡 拓扑结构拓扑结构 传输速率传输速率 线缆接口线缆接口网络接口卡的网络

23、接口卡的特征特征功能功能好处好处自动选择速度自动选择速度能使网络接口卡自动检测并适应网能使网络接口卡自动检测并适应网络的运行速率和模式（全速或半速）络的运行速率和模式（全速或半速）有助于配置系统有助于配置系统网络接口卡上带网络接口卡上带有一块或多块有一块或多块CPU一些需要利用计算机的一些需要利用计算机的CPU才能进才能进行的数据处理可以由板卡自己完成行的数据处理可以由板卡自己完成提高网络的运行质提高网络的运行质量量直接访问存储器直接访问存储器（DMA）使网卡可以直接与计算机的内存进使网卡可以直接与计算机的内存进行数据传输行数据传输提高网络的运行质提高网络的运行质量量诊断用的指示灯诊断用的指示

24、灯指示数据传输的堵塞状态和连接状指示数据传输的堵塞状态和连接状态，有时指示数据传输速度态，有时指示数据传输速度有助于排除问题有助于排除问题v 安装网络接口卡安装网络接口卡 安装网卡硬件安装网卡硬件 安装驱动程序安装驱动程序物理层的设备物理层的设备4-3v中继器中继器 能放大信号能放大信号 延长网络传输距离延长网络传输距离 只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以只能接只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以只能接收和转发数据流收和转发数据流 成本低成本低物理层的设备物理层的设备4-4v 集线器集线器 最初只是一个多端口的中继器最初只是一个多端口的中继器 可用于星形拓扑结构可用于星形拓扑结构 能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率 有些集线器具有内部处理能力，例如，可以接受远程管理、过滤有些集线器具有内部处理能力，例如，可以接受远程管理、过滤数据或提供网络诊断信息数据或提供网络诊断信息 被交换机所取代被交换机所取代本章总结本章总结分层模型分层模型双绞线双绞线光缆光缆无线通信无线通信网络接口卡网络接口卡中继器中继器集线器集线器物理层的功能物理层的功能物理层关心的问题物理层关心的问题物理层概述物理层概述信号信号线缆的规范和连接线缆的规范和连接物理层的设备物理层