课件计算机网络2物理层

第二章物理层1

物理层的基本目标是什么？2

物理层协议该如何定义？3物理层以什么理论为研究基础？4常用的传输介质有哪一些？5常用的物理层接口标准有哪些？第二章物理层1物理层的目标保证发送的信号”0”和”1”的正确性以及发送与接收的一致性；bit以何种方式传输、传输速度、传输持续时间、信号失真；接口设计：引脚的数量、规格、功能等；信号传输规程：如何合理安排传输过程及事件的发生顺序；机械特性（MechanicalCharacteristics）规定物理连接时所采用接线器的规格、引脚的数量和排列情况。常用的接口标准:ISO2110，25芯连接器，EIARS-232-C，EIARS-366-AISO2593，34芯连接器，V.35宽带MODEMISO4902，37芯和9芯连接器，EIARS-449ISO4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22IEC(60)603-7，8芯RJ45物理层的四个重要特性电气特性（ElectricalCharacteristics）规定传输二进制位时，线路上电信号的产生方式、电压高低、编码、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。CCITT标准化的电气特性标准CCITTV.10/X.26：新的非平衡型电气特性CCITTV.11/X.27：新的平衡型电气特性CCITTV.28：非平衡型电气特性物理层的四个重要特性功能特性（FunctionalCharacteristics）定义各条物理线路的功能，指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。线路的功能分为四大类：数据、控制、定时、电源规程特性（ProceduralCharacteristics）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。信号的传输方式：单工、半双工、全双工物理层的四个重要特性第二章物理层2物理层协议该如何定义？2物理层协议的内容OSI/RM模型的最低层。负责将比特数据从物理介质的一端可靠地传输到另外一端。向数据链路层屏蔽掉物理介质的差异性。为数据链路层提供可靠、透明的比特数据传输服务。物理层与其它层次的关系计算机网络是在数据通信技术和微电子技术大力发展下的产物，是数据通信系统的子领域，主要用于各类资源共享与信息传输服务。数据通信领域的传输理论和技术同样也是计算机网络存在和发展的理论与基础。计算机网络与通信系统之间的关系

3数据通信的基础基础理论1基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？

3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？（1）基本概念通信系统一般模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号输入汉字显示汉字源系统目的系统传输系统输出信息PC数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。可以是数字、文字、语言、图形和图像等。信息信息是数据的集合、含义与解释。信号信号是数据传输过程中的表现形式，即信号是数据的电编码或电磁编码。信号可以分为模拟信号与数字信号。（1）基本概念模拟信号时间上和幅度取值都是连续的，包含无穷多个信号值模拟信号能在数字信道上传输吗？数字信号时间上离散，幅度上是经过量化的，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号。数字信号能在模拟信道上传输吗？模拟信号和数字信号信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。信道和电路并不等同。信道分类模拟信道只能传输模拟信号数字信道只能传输数字信号信道上传送的信号基带信号：将数字信号“1”和“0”用两种不同的电平表示。宽带信号：将基带信号进行调制后形成的调制信号。有关信道的一些概念模拟传输

信道中传输信号的为模拟信号。当待传输的是模拟信号时，可以直接进行传输。当待传输的是数字信号时，进入信道前要经过调制，变换为模拟信号。优点：信道的利用率较高。缺点：信号会衰减会受到噪声干扰，且信号放大时噪声也会放大。数据传输方式：模拟传输和数字传输数字传输信道中传输的为数字信号。当待传输的信号是数字信号时，可以直接进行传输。当待传输的是模拟信号时，进入信道前要经过编码，变换为数字信号。优点：传输不失真、误码率低、能通过复用有效地利用设备。缺点：传输数字信号比传输模拟信号所要求的频带要宽。数据传输方式：模拟传输和数字传输基带传输信号源产生的原始电信号称为基带信号，即：将数字数据0、1直接用两种不同的电压表示，然后送到线路上去传输宽带传输将基带信号进行调制后形成模拟信号，然后采用频分复用技术实现宽带传输可分为多个信道，模拟和数字数据可混合使用，但通常需解决数据双向传输的问题（1）基本概念数字化趋势计算机只能对数字数据进行存储和处理，因此，文字、声音、视频、图像等模拟数据，必须变换为数字数据后才能存入计算机，才能进行处理。数字传输能使信号不失真地正确传送，传输质量优于模拟传输。数据信号还可以进行压缩、加密，这样就可以提高传输的效率和安全性。

计算机等数字设备的造价越来越低。综上所述，所以人们使用数字设备是大势所趋。（1）基本概念（1）基本概念串行传输使用一条线路，逐个传输所有比特适用于长距离通信并行传输同时传输一组比特，每一比特使用单独的线路适用于近距离通信（1）基本概念从通信双方信息交互的方式看，通信可分为：单工通信只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信通信双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。全双工通信通信的双方可以同时发送和接收信息。（1）基本概念3数据通信的基础理论基本概念给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？

bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？为了节省通信设备与费用，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？傅立叶级数任何正常周期为T的函数，都可以由无限个正弦和余弦函数合成：

是基频，和是正弦函数和余弦函数的n次谐波的振幅

傅立叶级数若给定信号为，则：当信号通过频率特性为的信道时，与信道频谱函数的乘积。输出信号的频谱函数等于输入信号的频谱函数信道对输出的影响数字信道特性一个数字脉冲称为一个码元，代表不同离散数值的基本波形。如字母A的ASCII码是1000001，可用7个脉冲来表示，可认为由7个码元组成。码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。若码元取“0”和“1”两个离散值，则一个码元携带1比特（bit）的信息。若码元可取4个离散值，则一个码元携带2比特信息。一个码元携带的信息量n（比特）与码元取的离散值个数N具有如下关系：

n=log2N数字信道特性波特率(baudrate)：信号每秒钟变化的次数，也称为调制速率、码元速率。1波特为每秒传送1个码元。比特率(bitrate)：每秒钟传送的二进制位数。波特率与比特率的关系：取决于码元所含的信息量n：比特率（bit/s）＝波特率*n若每个码元的信息量为3位，则比特率是波特率的3倍若每个码元的信息量为1位，则比特率和波特率相同数字信道特性信道容量单位时间内信道上所能传输的最大bit数，用bps表示。频带宽信道所允许通过信号的频率范围（最大频率－最小频率），单位Hz。如：人可以听到的声波频率为20HZ~20kHZ则听觉系统的带宽为19980Hz传输延迟发送和接收处理时间+电信号响应时间+介质中转时间数字信道特性奈奎斯特定律:(1)理想低通信道下的最高码元传输速率=2WBaudW是理想低通信道的频带宽，单位为赫(Hz)，即：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。(2)

理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud即：每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。数字信道特性解：由奈奎斯特定律得：理想低通信道下的最高码元传输速率=2WBaud

所以：最高码元传输速率=2*3100=6200

例:

一个标准电话话路的频带为300~3400Hz，

即频带宽为3100Hz，则在理想低通信道下的最高码元传输速率是多少？数字信道特性任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。数字信道特性有失真，但可识别失真大，无法识别

数字信道特性香农公式：信道的极限信息传输速率C可表示为：H-信道频带宽，以Hz为单位S-信道内所传信号的平均功率N-信道内部的高斯噪声功率S/N-信噪比，单位：db（分贝）对单位db的说明：当S/N=10时，信噪比为10db

当S/N=1000时，信噪比为30db数字信道特性香农公式的意义：信道的带宽或信道中的噪声比越大，则信息的极限信息传输速率就越高。在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限速率低不少，这是因为香农公式并没有考虑信号在传输过程中受到的损失。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。数字信道特性例:对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果信噪比S/N=2500,那么信息的传输速率可以达到50kb/s吗？

解:将H=3.1kHz,S/N=2500代入香农公式可得：信息传输的极限数值为35kb/s,所以不可能达到50kb/s。若想达到这个数值,只能设法提高信道中的信噪比,或者提高信道的传输带宽。3数据通信的基础理论1

基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？

3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，常常需要在一条物理通道上传输多台计算机通信信息，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？不同类型的信号在不同类型的信道上传输情况：模拟传输和数字传输所使用的技术EncoderDecoder数字或模拟数据数字信号x(t)g(t)数字或模拟数据数字信道发送方接收方g(t)编码解码编码/解码系统模型调制/解调系统模型调制技术：(数字→模拟信号)最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

调制技术：(数字→模拟信号)调幅（ASK）AmplitudeShiftKeying改变载波信号的振幅来表示数字信号“0”和“1”最易受噪声干扰调频（FSK）FrequencyShiftKeying改变载波信号的频率来表示数字信号“0”和“1”调制技术：(数字→模拟信号)调相（PSK）PhaseShiftKeying改变载波信号的相位来表示数字信号“0”和“1”例：相位0◦表示“0”，相位180◦表示“1”调制技术：(数字→模拟信号)正交调幅QAM技术将调相技术和调幅技术结合起来使用。如果相位上有x种变化，振幅上也有y种变化，则调相和调幅技术相结合后，就有x*y种可能的变化。振幅和相位的组合所形成的坐标图被称为QAM-星座表。

QAM技术在无线通信领域受到了广泛的应用。4-QAM星座表调制技术：(数字→模拟信号)采样定理:只要取样频率不低于信号最高频率的2倍，就可以从取样脉冲中无失真地恢复出原来的信号。PCM(PulseCodeModulation)的三个过程采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化：对每个样本舍入到量化级别上编码：对每个舍入后的样本进行编码模拟数据到数字信号－

脉冲编码调制PCM技术脉冲编码调制PCM语音信号的数字化语音带宽f<4kHz采样时钟频率：8kHz（>2倍语音最大频率）样本量化级数：256级（8bit/每样本）数据率：8000次/s*8bit=64kb/s每路PCM信号的速率=64kb/s脉冲编码调制PCMPCM编码过程举例数字信号编码技术：(数字→数字信号)不归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码块编码（4B/5B、8B/10B）不归零电平编码(NRZ-L)：用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1”,低电平表示“0”,高电平表示“1”缺点：难以分辨一位的结束和另一位的开始；发送方和接收方必须有时钟同步；若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加。容易产生传播错误。数字信号编码技术：(数字→数字信号)不归零电平编码（NRZ-L）

1=高电位0=低电位位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。外同步：发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步：通过特殊编码，使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。数字信号编码技术：(数字→数字信号)曼彻斯特编码将每一个码元再分成两个相等的间隔。码元“1”：前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元“0”：前一个间隔为低电平而后一个间隔为高电平。特点：保证在每一个码元的正中间时间出现一次电平的转换。数字信号编码技术：(数字→数字信号)优点：克服了NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。缺点：由于把一个码元时间分割为两个时间，信号所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍，因此对传输信道的频带宽度要求也增加了一倍；频率增加以后，线路中的高频噪声也增加了，容易受到噪声干扰；编码结果具有二义性。

曼彻斯特编码示例：差分曼彻斯特编码将每一个数据码元持续时间分成两个相等的间隔，每一个码元中间都采用一个电平跳变。码元“1”：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；码元“0”：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。数字信号编码技术：(数字→数字信号)优点：不论码元是“1”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。较好的抗干扰性能；位时钟与数据分离，便于数据提取；由于该编码技术的跳变由上一个码元的后半部唯一确定，消除了曼彻斯特编码技术中的二义性问题。缺点：由于把一个码元时间分割为两个时间，信号所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍，因此对传输信道的频带宽度要求也增加了一倍；频率增加以后，线路中的高频噪声也增加了，容易受到噪声干扰。

数字信号编码技术：(数字→数字信号)差分式曼彻斯特码波形-1不管前一位是1或0，假设前一位由低电位升到高电位差分式曼彻斯特码波形-2不管前一位是1或0，假设前一位由高电位降到低电位练习：画出信息“001101”的不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码波形图。数字信号编码技术：(数字→数字信号)数字信号编码技术：(数字→数字信号)块编码：优点：可以提高编码效率，降低调制速率，降低对传输线路的要求；可增加一些冗余位，可用于检错或同步。应用：4B/5B（FDDI、100M快速以太网）8B/10B（千兆以太网）。分组：把数据比特序列划分为m位的多个比特序列。置换：使用n位比特序列置换m位的比特序列，作为原始比特序列的代替比特序列。多出的比特序列可用于检错、同步或其它控制功能，也可以不用。线路编码：使用一种简单的线路编码机制（如NRZ-L）来生成信号。步骤：(mB/nB，m<n)3数据通信的基础理论1基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？

3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？多路复用技术定义：为了节省通信设备与费用，常常需要在一条物理通道上同时传送多路信息，这种技术称为多路复用(Multiplexing)或称为多路共传。常用的方案有：频分多路复用(FDM);时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM);码分多路复用（CDM）多路复用技术(1)频分多路复用(FDM)工作原理：将多路不同信号的频率调制到不同的频率范围。信道的可用频率带宽被分成几个互不交叠的频段，每路信号占据一个频段。把要调制后的几路信信号合在一起传输。在接收方再通过解调将信号重新还原成多路信号多路复用技术多路复用技术FDM的主要问题：各路信号之间容易产生相互干扰（称为串扰）。信号失真和无法解调接收。解决方法：要求复用频谱之间有足够大的保护间隔要求调制和解调系统具有很好的线性滤波功能。FDM的应用：广播电视、电缆电视、数字数据传输正交频分复用OFDM技术基本工作原理：将信道分为若干正交的子信道；将高速串行数据分解为多个并行的低速数据后，采用多载波FDM方式进行传输，即将数据分配到大量子信道上进行传输。适合于存在多径传播和多普勒频移的无线信道中传输高速数据。正交频分复用OFDM技术基于FFT的OFDM系统结构图

基于FFT的OFDM接收系统结构

正交频分复用OFDM技术优点：减小了码间干扰的影响；减小频率选择性衰落的影响；提高频带利用率，避免了子信道之间的串扰；基本可以消除码间干扰；可以使用抗干扰编码技术来有效地恢复错误；可以使用离散傅立叶变换DFT对并行数据进行调制、解调，降低了系统实现的复杂度；OFDM技术的应用：ADSL数字音频广播DABHDTV无线局域网WLAN宽带射频接入网3G移动通信网等领域。正交频分复用OFDM技术多路复用技术(2)时分多路复用(TDM)适用于数字技术，采用分时技术。工作原理：每路分配一个时隙用户在自己时隙到来的时候可发送数据。收发双方之间需要同步技术时分多路复用工作示意图：多路复用技术TDM的分类同步TDM:

时间片固定分配，适合固定速率传输物理信道的时间片固定分配给几个用户进行数据传输，每个用户在其对应的时间片到来时使用信道进行数据发送。优点：实现简单。缺点：存在带宽浪费现象。同步TDM技术适合固定速率传输的数据通信系统。异步TDM:物理信道的时间片固定分配为几个，用户不固定占有某个时间片。当有用户需要进行数据传输的时候，为其分配一个时间片；若该用户没有数据传输需求的时候，系统不分配时间片给该用户，对应时间片可以分配给其它用户使用。优点：按需分配信道时间片，利用率高。缺点：实现复杂。异步TDM技术适合可变速率传输的通信系统。

统计(异步)TDM——STDMTDM技术在一根光纤上同时传输多个波长不同的光载波WDM实际上是FDM的一个变种，用于光纤信道的复用。(3)波分多路复用(WDM)工作原理：为每个用户分配一个单波长光载波信号，不同用户的光载波信号波长不同；各用户把数据采用调制技术与一个波长的光载波信号进行混合，得到调制后的单波长光信号；相邻两路光载波信号的波长之间设立一定的隔离波长范围；各用户的混合调制光信号通过合波器进行叠加，输出后的多波长光信号可以在一根光纤中同时传输，且互不干扰；光纤另外一端通过分波器，把各个波长的光信号分离出来，送给对应的接收用户；接收用户再采用解调技术把数据从光波信号中恢复出来。

(3)波分多路复用(WDM)（4）码分多路复用(CDM)

CDM技术的基本原理：每一个比特时间划分为m个短的时间间隔，称为码片(chip)，m值通常为64或128；各通信用户被分配一个唯一的mbit码片序列，不同用户的码片序列要互相正交；如果要发送比特“1”，则发送该码片序列原码，如果要发送比特“0”，则发送该码片序列的二进制反码；通信用户把待发送的数据比特序列与所分配到的码片序列相乘，输出对应的码片波形；不同用户可同一时间在同一线路上发送各自的码片波形，叠加传输；接收方采用与发送方相同的码片系列与混合信号进行相乘操作，可得到数据码片序列，把该码片序列转换为数据比特交付给用户。每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S站的8bit码片序列是00011011。发送比特1时，就发送序列00011011，发送比特0时，就发送序列11100100。S站的码片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)码分多路复用(CDM)CDM的重要特点每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积(innerproduct)都是0：码分多路复用(CDM)常用的名词是码分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。每一个比特时间划分为m个短的间隔，属于扩频通信技术的一个应用

码分多路复用(CDM)时分复用－数字载波标准T-标准北美、日本E-标准欧洲、中国、南美同步光纤网络SONET同步数字分级结构SDHT1标准线路的带宽计算：以Bell系统的T1载体为例，Bell系统将24个音频通道一起多路传输。按Nyquist定理，频带宽为4KHz的音频通道，只要每秒采样8000次(即125us采一次)就能捕捉其全部信息。每次采样经量化编码产生一个7bit的数据，24条音频通道的一次采样数据放进一个帧中，帧的长度为193bit，每条逻辑通道占8bit(7bit数据，1bit控制信号)，第193bit用于帧同步。T1载体每秒传送8000个这样的帧，故要求物理通道的信道容量大于193*8000bit/s=1.544Mbit/sT-标准E1标准线路的带宽计算：每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道(供32个用户轮流使用)，则每通道占用125us/32=3.90625us每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用3.90625/8=0.48828125us所以E1速率=1/0.48828125=2.048Mb/s

E-标准把TDM技术应用到T1标准中，可实现更高层次、更快数据发送速率的更高级线路。每一级线路的复用都需要附加一些额外的比特用于分帧或恢复。各个国家对线路上的基本数据传输速率各不相同，如何从低级线路复用到高级线路上去的方法和技术也没有一致性，同时如何分帧和恢复数据方法也不一样。CCITT标准采用的是每4条低级线路可以复合到一条高级线路上；美国采用的是4、6、7的合成方法。T-标准4个T1信道可以被复用到T2信道；6个T2流可以复用到T3信道；7个T3流可以复合到T4信道。在T2及更高级的线路上的多路复用是按照比特进行的。T2线路的数据发送速率为6.312MbpsT3线路的数据发送速率为44.736MbpsT4线路的数据发送速率为274.176Mbps。

T-标准T和E标准定义的数字传输系统存在着许多缺点：使用电类介质，信号失真大、抗干扰性能差、保密性差等。速率标准不统一不是同步传输T-标准和E-标准SONET标准的四个设计目标不同的线路能够互联并可靠工作；统一美国、欧洲和日本等地区的数字系统；能够将多个数字信道复用在一起；支持操作、管理和维护。同步光纤网SONET是基于TDM技术的光纤复用系统。是一个同步系统。各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。SONET系统由交换机、多路复用设备和中继器构成，采用光纤连接。同步光纤网SONET基本的SONET帧是810字节,采样频率是8000次/秒,系统采用的复用技术是同步TDM技术，因此，总的数据传输速率为:

这是基本的SONET信道，也被称为同步传输信号STS-1。

SONET定义了STS-1到STS-48的速率，对应于STS-n的光纤线路被称为OC-n。

同步光纤网SONET多个数据流的多路复用示意图同步光纤网SONET同步数字系列SDHITU-T以美国标准SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相当于SONET体系中的OC-3速率。SONET系统常用速率线路速率（Mb/s）SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1---155.520OC-3/STS-3SMT-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9SMT-3622.080OC-12/STS-12SMT-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18SMT-61244.160OC-24/STS-24SMT-82488.320OC-48/STS-48SMT-162.5Gb/s4976.640OC-96/STS-96SMT-329953.280OC-192/STS-192SMT-6410Gb/s39813.120OC-768/STS-768SMT-25640Gb/sSONET的体系结构光子层(PhotonicLayer)它规定使用的光波和光纤的物理特性，处理光纤中的比特传送，为上层提供透明的比特传输服务。段层(SectionLayer)在一端生产数据帧以及在另外一端处理它，在光纤上传送STS-N帧，为上层提供透明的帧传输服务。线路层(LineLayer)负责路径层的同步和复用，主要把多个支流复用到一根线路上去，并在另外一端解多路复用。路径层(PathLayer)处理路径端接设备PTE之间的业务的传输和事件，为高层提供传输服务。SONET标准定义了四个光接口层使北美、日本和欧洲等地区的不同的数字传输体制在STS-1等级上取得了统一。第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准，对世界电信网络的发展具有重大意义。SDH/SONET标准的意义第二章物理层3物理层以什么理论为研究基础？4常用的传输介质有哪些？5常用的物理层接口标准电信领域使用的电磁波的频谱无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波

调幅无线电

调频无线电

海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移动无线电双绞线（TwistedPair）既可用于模拟传输，也可用于数字传输带宽依赖于线的粗细和传输距离非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）双绞线外没有任何屏蔽分1~7类3类：传输特性16MHz，数据速率可达16Mbps5类：传输特性100MHz，数据速率可达100Mbps传输介质（导向传输媒体）传输介质（导向传输媒体）双绞线（TwistedPair）屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）双绞线外有铝箔包裹，用于屏蔽干扰信号价格相对昂贵，主要用于IBM网络产品铜线绝缘层无屏蔽双绞线UTP聚氯乙烯套层铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层屏蔽双绞线STP双绞线的连接标准交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)传输介质（导向传输媒体）同轴电缆（CoaxialCable）基带（BasebandCoaxialCable）传输数字信号，一个信道阻抗50，速率10Mbps宽带（BroadbandCoaxialCable）传输多路不同频率的模拟信号阻抗75，300M或450Mbps，100km粗缆；细缆光纤（FiberOptics）特点依靠光波承载信息高传送速率，通信容量大传输损耗小，适合长距离传输抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好轻便传输介质（导向传输媒体）光的折射定律和反射定律光在光纤中的折射和反射光在光纤中的传播示意图无线介质使用电磁波或光波携带信息优缺点：无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线传输介质（非导向传输媒体）无线电基站与终端之间通信采用无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）地面微波通过地面站之间接力传送接力站之间距离：50-100km速率：每信道45Mb/s传输介质（非导向传输媒体）地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（≈270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网传输介质（非导向传输媒体）常用传输介质的比较传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带≤1Gb/s模拟:10km数字:500m较好低模拟/数字信号传输50Ω同轴电缆基带10Mb/s<3km较好较低基带数字信号75Ω同轴电缆宽带≤450MHz100km较好较低模拟电视、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4-6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1-10GHz18000km很好高远程通信第二章物理层3物理层以什么理论为研究基础？4常用的传输介质有哪些？5常用的物理层接口标准常用的物理层接口标准EIA-232-E接口标准RS-449接口标准RS-485接口标准CAN接口标准PROFIBUS接口标准。。。。。。。。。。EIA-232-E接口标准物理层异步通信接口标准

EIA-232是DTE与DCE之间的接口标准。数据终端设备DTE指具有一定的数据处理能力以及发送、接收数据能力的设备。数据通信设备DCE负责在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接的设备。EIA-232-E接口标准DTE通过DCE与通信传输线路相连。DTE与DCE之间的接口一般使用多条接线，包括信号线和控制线。机械特性：EIA-232使用了25根引脚的DB-25插头座，引脚分为上下两排，分别有13和12根引脚。引脚面向人时，从左到右，其编号分别被规定为1-13和14-25。电气特性：采用负逻辑。逻辑“0”为+3V~+15V的电压，而逻辑“1”

为-3V~-15V的电压。功能特性：规定了什么电路应当连接到25根引脚中的哪一根引脚的作用。规程特性：规定了在DTE与DCE之间所发生的事件的合法序列EIA-232-E接口标准EIA-232-E接口标准

25针引脚定义及功能EIA-232-E接口标准

9针引脚定义及功能优点：PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232是为点对点通讯而设计的，适合本地设备之间的通信。缺点：数据的传输速率最高为20kb／s；连接电缆的最大长度不超过15m。

EIA-232-E接口标准RS-449接口标准RS-449：规定接口的机械特性、功能特性和过程特性。RS-449采用37根引脚的插头座。RS-423-A：规定在采用非平衡传输时的电气特性。电缆长度为12m时，传输速率可达300kb／s；电缆长度为90m时，传输速率可达10kb／s；电缆长度为1200m时，传输速率可达3kb／s。规定在采用平衡传输时的电气特性。可将传输速率提高到2Mb／s以上，而连接电缆长度可超过60m。RS-449接口标准RS-422平衡传输：采用差分传输方式，使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V~6V，是另一个逻辑状态。相同传输线上可连接多个接收节点。RS-422支持点对多的双向通信。RS-422采用单独的发送和接收通道，可全双工通信。RS-422的最大传输距离约为1200米，最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比。RS-422需要接一终端电阻，终接电阻接在传输电缆的最远端。RS-485接口标准电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2～6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为－（2～6）V表示。采用半双工工作方式。应用RS-485可以联网构成分布式系统。RS-485最大传输距离约为1200米，最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比。RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性。组成的半双工网络，只需二根连线。连接器采用DB-9的9芯插头座。一般采用的是主从通信方式。PC上获得RS485接口的方法：通过RS232/RS485转换产品。通过PCI多串口卡扩展。RS-485接口标准RS-232、RS-485和S-422的区别RS-232：RS-232-C总线标准设有25条信号线。对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200bps。一般用于20m以内的通信。RS-232、RS-485和S-422的区别

RS-485：RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，RS-485用于多点互连时非常方便。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-232、RS-485和S-422的区别

RS-422：RS422总线,RS485和RS422电路原理基本相同，都是以差动方式发送和接受，不需要数字地线。RS422通过两对双绞线可以全双工工作收发互不影响，而RS485只能半双工工作，发收不能同时进行，但它只需要一对双绞线。RS422和RS485在19kpbs下能传输1200米。CAN接口标准控制器局部网络CAN（ControllerAreaNetwork）是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。1991年9月PHILIPS公司制定并颁布了CAN2.0技术规范；此后CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN接口标准

世界各半导体厂商推出了许多CAN总线产品。一类是专用的CAN控制器芯片Intel公司的82526，82527PHILIP公司的82C200，SJA1000NEC公司的72005等一类是嵌入CAN接口的单片机Intel公司的87C196CA/CBPHILIP公司的80C592，80CE598Motorola公司的68HC05X4，68HC05X16TI公司的TMS320F240x系列DSP等CAN总线的特点：通信介质可用双绞线、同轴电缆或光纤；通信方式灵活。通信速率可达1Mbps；数据传输距离可长达10Km；采用短帧通讯格式，保证了实时性和可靠性非破坏总线仲裁技术，具有多优先级；集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通讯数据的成帧处理工作。良好功能特性、极高的可靠性，现场抗干扰能力强。CAN接口标准CAN接口标准基于CAN总线的分布式控制系统的优越性：（1）网络各节点之间的数据通信实时性强。（2）缩短了开发周期。（3）已形成国际标准的现场总线。（4）是最有前途的现场总线之一。现在，CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。CAN接口标准物理层协议包括位编码/解码、位定时及同步等技术。但对总线媒体装置，如驱动器或接收器未作规定。ISO11898国际标准中对基于双绞线的CAN总线媒体装置做了建议。

在总线发生某些故障时应不至于使得通信中断，并能为故障的定位提供可能。总线可能发生的各种开路故障或短路故障及其对总线的影响状况如表所示。CAN接口标准CAN总线系统常见故障总线常见故障描述网络状态一个节点从总线断开其余节点继续通信一个节点丢失电源其余节点以降低的信噪比继续通信一个节点丢失接地其余节点以降低的信噪比继续通信CAN_H或CAN_L断开CAN_H或CAN_L与电源短接所有节点以降低的信噪比继续通信CAN_H或CAN_L与地短接CAN_H和CAN_L短接整个网络停止工作PROFIBUS接口标准是德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170定义的现场总线。PROFIBUS由三个兼容部分组成PROFIBUS－DP（Dece