计算机网络2课件

第二章物理层2.1物理层的基本概念2.1物理层的基本概念物理层的作用：对上层透明物理层的协议：物理层规程物理层的任务：机械特性电气特性功能特性规程特性第二章物理层2.2信道的极限容量2.2信道的极限容量2.2.1有关信道的几个基本概念（1）

信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的介质。一条通信线路至少包含一条发送信道(或)一条接收信道。一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件。单向通信双向交替通信双向同时通信2.2.1有关信道的几个基本概念（2）串行和并行并行：通信线路与数据传输的位数相同，用于短距离传输。串行：通信线路只有一条（或2、4条），与传输数据无关，用于远距离传输。串行传输分三种方式：单工、半双工、全双工。第二章物理层2.2信道的极限容量第二章物理层2.2信道的极限容量2.2.1有关信道的几个基本概念（3）模拟信号和数字信号模拟信号：当通信中的数据用连续载波表示时，就称为模拟信号。数字信号：当通信中的数据用离散的电信号表示时，就称为数字信号。第二章物理层2.2信道的极限容量2.2.1有关信道的几个基本概念（4）基带信号：就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。宽带信号：就是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。第二章物理层2.2信道的极限容量2.2.1有关信道的几个基本概念（5）码元与信息量码元是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元。一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值个数决定的，若一码元有00、01、10、11四个有效状态值，则一码元能携带2bit的信息。2.2.1有关信道的几个基本概念（6）波特率与比特率波特率：又称为调制速率，是单位时间内传输的波形数，单位为baud。B=1/T，其中T表示单位脉冲宽度。比特率：是数据传输速率，指每秒能传输多少构成数据的位数，它以位/秒为单位，简称bps。。其中N表示有效值状态个数。第二章物理层2.2信道的极限容量2.2.2信道上的最高码元传输速率奈氏准则理想低通信道的最高码元传输速率

每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。理想带通信道的最高码元传输速率

每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。（其中W为带宽,K为信元有效状态个数。）带宽：信道所能传输信号的频率范围。容量：信道每秒钟所能传输的比特数。第二章物理层2.2信道的极限容量2.2.3信道的极限信息传输速率香农定理信道的极限信息传输速率其中W为信息的带宽，S/N为信噪比。香农公式表明：信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。第二章物理层2.2信道的极限容量第二章物理层2.3传输媒体2.3传输媒体数据传输模型双绞线同轴电缆光缆第二章物理层2.3传输媒体数据传输模型数据通过发送器编码形成一定形式的能量，可

以是电、光、电磁波或声音。能量通过一定的介质（铜、玻璃或空气）进行传输。在接收端将能量解码成数据。2.3.1双绞线（1）双绞线由两根绞合成有规则的螺旋形图样的绝缘铜线组成。第二章物理层2.3传输媒体双绞线UTP:unshieddedtwistedpairSTP:shieldedtwistedpair第二章物理层2.3传输媒体2.3.1双绞线（2）双绞线的种类第3类：该电缆的传输特性最高规格为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输。第4类：该类电缆的传输特性最高规格为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbps的数据传输。第5类：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输特性的最高规格为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输。第二章物理层2.3传输媒体2.3.1双绞线(3)双绞线的特点结构简单，容易安装，普通UTP较便宜有一定的传输速率具有较高的容性阻抗，信号衰减较大，

传输距离有限（100m）

有辐射，容易被窃听第二章物理层2.3传输媒体2.3.2同轴电缆（1）同轴电缆由同心的内导体、电绝缘体、屏蔽层、保护外套组成。粗缆（d=1.47cm）和细缆（直径为0.70厘米）基带电缆（室内，50Ω）和宽带电缆（室外,75Ω）第二章物理层2.3传输媒体2.3.2同轴电缆（2）常用电缆的规格及应用2.3.2同轴电缆（3）同轴电缆特点第二章物理层2.3传输媒体频带较宽，传输率较高。损耗较低，传输距离较远(200m,500m)。辐射低，保密性好，抗干扰能力强。架设安装方便，容易分支。宽带电缆可实现多路复用传输。第二章物理层2.3传输媒体2.3.3光缆（1）光导纤维(opticalfiber)是一种传输光束的细微而柔韧的介质，通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。(a)第二章物理层2.3传输媒体2.3.3光缆（2）光纤工作原理

基于光在两种介质交界面上的全反射现象，把以光形式出现的能量约束在波导内，并引导光沿着轴线平行的方向传播。第二章物理层2.3传输媒体2.3.3光缆（3）光纤的分类

玻璃光纤：纤芯及包层均用玻璃，损耗小，成本高。用于远距离宽带传输。塑料光纤：纤芯为玻璃，包层为塑料，损耗大，成本低。短距离基带传输。单模光纤：芯径小，只有一个入射角，光源必须用激光，成本高，带宽宽，耗散极小，效率高，适于高速度长距离传输。多模光纤：芯径大，多个入射角，光源可以用LED(发光二极管），成本低，耗散大，效率低，适于低速度短距离传输。第二章物理层2.3传输媒体2.3.3光缆（4）光纤的特点衰减少，无中继传输距离远带宽宽，传输速率高，传输能力强不受电磁干扰，抗干扰能力强，无辐射，

保密性好重量轻，容量大，十分适合多媒体通信光纤断裂的检测和修复都很困难第二章物理层2.4无线传输无线传输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。无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括无线电、微波和卫星通信等。2.4无线传输第二章物理层2.4无线传输2.4.1无线电波第二章物理层2.4无线传输2.4.2微波通信收发两端使用抛物面天线方向性强，直线传输（视距传输），

距离远时使用中继站常用频段：2G---6G

用于高速数传受天气影响较大第二章物理层2.4无线传输2.4.3卫星通信一个卫星可工作在多个频段，工作频

段一般在几G到几十G。同步卫星：卫星与地球保持相对静止，

三颗同步卫星即可覆盖全球传输时延大，240ms---300ms第二章物理层2.4无线传输2.4.4超短波无方向性，绕射能力强速率低〈10Kbps，距离近，几十公里频率范围：30M---1G

用于城市内无线组网、无线调度、遥测遥控、

蜂

窝系统、无线寻呼、无线数传存在多径干扰多径干扰是由于电波传播过程中遇到各种反射体（高山，建筑物）引起，同一个信号经过不同的反向路径到达同一个接收点，但各反向路径的衰减和时延都不相同，使得最后得到的合成信号失真很大。第二章物理层2.5调制解调器2.5调制解调器（1）调制器：波形变换器，将基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。解调器：波形识别器，将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。第二章物理层2.5调制解调器2.5.2使用调制解调器的连接第二章物理层2.5调制解调器2.5.3调制解调器的分类低速调制解调器：信息传输速率＜600bps

中速调制解调器：600bps＜信息传输速率<9600bps

高速调制解调器：9600bps<信息传输速率第二章物理层2.6数据编码方式2.6数据编码方式数字数据的数字信号编码：

曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码数字数据的模拟信号编码(调制）：移幅键控法、移频键控法、移相键控法第二章物理层2.6数据编码方式2.6.1曼彻斯特编码

编码方法：将每一个码元再分成两个相等的间隔。码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元0则正好相反，从低电平变到高电平。第二章物理层2.6数据编码方式2.6.2差分曼彻斯特编码

编码规则：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是l或0，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。第二章物理层2.6数据编码方式2.6.3调幅调制（幅移键控）第二章物理层2.6数据编码方式2.6.4频率调制（频移键控）第二章物理层