计算机网络基础项目化教程（第2版）课件 单元3 物理层与传输介质

单元3

物理层与传输介质《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology单元3物理层与传输介质-内容列表《计算机网络基础》课程3.1物理层接口与协议3.2物理层介质3.3数据通信技术3.4数据交换技术物理层接口与协议《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology物理层定义与作用《计算机网络基础》课程物理层是OSI参考模型中的最底层，它负责在通信设备之间传输原始比特流。作用物理层通过物理介质（如电缆、光纤等）实现设备之间的连接，确保数据的可靠传输。它处理与传输介质相关的所有细节，包括电压、电流、线缆规格和连接器等。定义物理层定义与作用《计算机网络基础》课程位置物理层位于OSI参考模型的第一层，紧邻数据链路层。它是所有其他层次的基础，为上层提供透明的比特流传输服务。物理层功能《计算机网络基础》课程

物理连接的建立与终止物理层负责在通信设备之间建立、维护和终止物理连接，确保数据的可靠传输。数据传输物理层通过传输介质（如电缆、光纤等）实现数据在通信设备之间的传输。电气特性规定物理层规定了通信设备的电气特性，包括电压范围、信号幅度、阻抗匹配等，以确保设备之间的兼容性和数据传输的稳定性。物理层接口类型及标准《计算机网络基础》课程电气特性接口定义了物理层上设备之间的电压、电流、阻抗等电气特性，确保设备间能够正常通信。信号的功能特性接口描述了物理层接口所具备的功能，如传输速率、传输距离、传输模式等，以满足不同应用场景的需求。机械特性接口规定了物理连接器的形状、尺寸、引脚数等机械特性，保证设备之间的物理连接稳定可靠。规程特性接口定义了物理层接口在通信过程中的各种规程，包括信号的电平表示、信号的同步方式等，确保通信双方能够正确解析信号。物理层协议《计算机网络基础》课程RS-232协议是一种常见的串行通信协议，广泛应用于计算机与外设之间的通信。它定义了电气特性、机械特性、功能特性等方面的规范，支持点对点通信。USB协议是一种通用的串行总线标准，用于连接计算机与外设。USB协议定义了物理层、数据链路层和传输层的规范，支持热插拔和即插即用功能。是一种高清数字视频和音频传输标准，广泛应用于电视、显示器、投影仪等多媒体设备之间。HDMI协议定义了物理层、数据链路层和传输层的规范，支持高清视频和音频的传输。是一种基于共享信道的局域网通信技术，定义了物理层和数据链路层的规范。Ethernet协议支持多种传输速率和传输模式，广泛应用于局域网和广域网中。HDMI协议Ethernet协议物理层传输介质《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology传输介质种类《计算机网络基础》课程双绞线（TwistedPair）由两根相互绝缘的铜导线组成，通过螺旋状扭绞在一起，以减少电磁干扰和信号衰减。常用于低速、短距离通信，如以太网等。同轴电缆（CoaxialCable）由内导体、绝缘层、外导体和护套组成，具有较高的带宽和抗干扰能力。常用于有线电视、宽带网络等。光纤（FiberOpticCable）由纤芯、包层和护套组成，利用光的全反射原理进行信号传输。具有传输速度快、距离远、抗干扰能力强等优点。常用于高速、长距离通信，如主干网、城域网等。双绞线《计算机网络基础》课程非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，UTP）屏蔽双绞线需要一层金属箔（即覆盖层）把电缆中的每对线包起来，覆盖层和屏蔽层有助于吸收环境干扰。非屏蔽双绞线原先是为模拟语言通信而设计的，现在同样支持数字信号，特别适合较短距离的信息传输屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，STP）双绞线《计算机网络基础》课程EIA/TIA为双绞线电缆定义了5种不同规格的型号。一类线：主要用于传输语音，不用于数据传输。二类线：传输频率为1MHz，用于语音和最高速率为4Mbit/s的数据传输。三类线：传输频率为16MHz，用于语音及最高传输速率为10Mbit/s的数据传输，主要用于10Base-T网络。四类线：传输频率为20MHZ，用于语音及最高传输速率为16Mbit/s的数据传输，主要用于10/100Base-T网络。五类线及超五类线：该类电缆增加了绕线谜底，外套一种高质量的绝缘材料，传输速率为100Mbit/s，用于语音及最高传输速率为100Mbit/s的数据传输，主要用于10/100Base-T网络，短距离传输也可达到1Gbit/s。五类非屏蔽双绞线是最常见的以太网电缆。六类线：传输性能高于五类、超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。双绞线《计算机网络基础》课程双绞线有两种接线标准：EIA/TIA568A标准和EIA/TIA568B标准T568A:T568B:12345678白橙白绿橙绿蓝白蓝白棕棕白绿白橙绿橙蓝白蓝白棕棕直通线：两端线序相同；交叉线：两端线序不同。同轴电缆《计算机网络基础》课程同轴电缆是局域网中较早使用的传输介质，以单根铜导线为内芯（内导体），外面包裹一层绝缘材料（绝缘层），外覆盖密集网状导体（外屏蔽层），最外面是一层保护性塑料（外保护层）。

外保护层外屏蔽层绝缘层内导体由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传输。光纤《计算机网络基础》课程光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为8－100um，且折射率较高，包层相对折射率较低，多根光纤构成光缆。折射角入射角

包层（低折射率的媒体）

纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤《计算机网络基础》课程多模光纤：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。单模光纤：直径只有一个光波长大小，直线传输。输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤光纤接头《计算机网络基础》课程光纤接头端接于光纤末端，接头种类众多，主要区别在尺寸和机械耦合方式。常用的三种接头是直通式（ST）接头、用户接头（SC）和朗讯（LC）接头。ST接头：广泛用于多模光纤的老式卡扣式接头。SC接头：有时称方形接头或标准接头，广泛用于LAN和WAN。LC接头：有时称小型或本地接头，尺寸更小，用于单模光纤。无线传输介质《计算机网络基础》课程电磁波按频率从低到高可以分为无线电波、微波、红外线。IEEE802.11标准：无线LAN（WLAN）技术，通常称为Wi-Fi（Wi-Fi不是标准，是Wi-Fi联盟的商标）。IEEE802.15标准：无线个域网（WPAN），通常称为蓝牙，采用设备配对过程进行距离1～100m的通信。IEEE802.16标准：微波接入全球互通（WiMax），采用点到多点拓扑，提供无线宽带接入。移动电话和卫星通信也可以提供数据网络连接。数据通信技术《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology数据通信《计算机网络基础》课程数据通信的定义01数据通信是指在不同的计算机或设备之间传输数据的过程，涉及到数据的传输、处理、存储和呈现等方面。数据与信息的区别02数据是信息的载体，信息是数据所表达的含义。数据可以是文字、数字、图像、音频、视频等形式，而信息则是对这些数据进行解释和理解后所得到的有意义的内容。通信系统模型《计算机网络基础》课程数据通信系统组成：数据终端设备（DTE）：简单数据终端、中央计算机系统数据电路终接设备（DCE）：信号转换设备（模拟、数字）信道：模拟信道、数字信道数据电路：信道＋两端DCE（物理链路）数据链路：数据电路加上DTE中的通信控制功能（逻辑链路）数据传输速率《计算机网络基础》课程所谓数据传输速率（DataTransferRate），是指每秒能够传输的二进制信息位数，单位为比特/秒（BitsPerSecond），记作bps或者bit/s。常用的数据传输速率单位有：千比每秒（Kbps）、兆比每秒（Mbps）、吉比每秒（Gbps）与太比每秒（Tb/s），目前最快的以太局域网理论传输速率（也就是所说的“带宽”）可以达到10Gbit/s。其中：1Kbps=1000bps1Mbps=1000Kbps1Gbps=1000Mbps1Tbps=1000Gbps数据传输速率《计算机网络基础》课程数据传输速率计算公式S=(1/T)×log₂N(bps)例题：采用四相调制方式，即N=4，且T=8.33×10-4秒，求该信道的比特率和波特率。解答：S=(1/T)×log₂N(bps)

=1/（8.33×10-4）×log24

=2400（bps）B=1/T=1/（8.33×10-4）=1200（baud）数据信道容量《计算机网络基础》课程码元速率的极限值B与信道带宽W的关系B=2×W（Baud）奈奎斯特公式C=2×W×log2N（bps）其中，N表示码元可能取得离散值得个数，C表示信道的最大数据传输速率例题：普通电话线路带宽约为3000Hz，求码元速率极限值。若码元的离散数值个数N=8，求最大数据传输速率。解答：B=2×W=2×3k=6kbaud

C=2×W×log2N（bps）=2×3k×log28=18kbps数据交换技术《计算机网络基础》课程Computernetworktechnology电路交换技术《计算机网络基础》课程电路交换是一种通信传输方式，其核心概念是通过建立一条物理路径（即电路）来划分和保持通信资源，实现点对点的数据传输。在电路交换中，通信双方需要先建立连接，交换机会为双方专门划分一个物理电路，数据在这个电路上进行传输，直到关闭连接。交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换技术特点《计算机网络基础》课程电路建立独占资源实时性强效率低01020304在通信双方之间建立一条专用的通信电路，该电路在通信期间始终保持连接状态。通信双方在通信期间独占分配给他们的通信资源，其他用户无法使用该电路。适用于实时性要求较高的通信场合，如电话通信。电路空闲时的资源浪费较大，且不同速率、不同编码格式的用户之间难以进行通信。报文交换《计算机网络基础》课程在报文交换中，信息被划分为若干个报文段，每个报文段都是一个独立的数据单元。报文通常包括报头（Header）和报体（Body）两部分。报头包含有关报文传输的控制信息，如目的地址、源地址、报文长度等；报体则包含了实际的数据内容。报文报头报文报头报文报头报文报头存储转发存储转发存储转发报文交换《计算机网络基础》课程报文交换采用存储转发的传输方式，将报文暂时存储在交换设备中，待信道空闲时再转发到下一个节点。存储转发报文交换不需要建立专用的通信电路，可以提高信道的利用率。无需专用电路报文交换可以进行差错控制和流量控制，提高数据传输的可靠性。可靠性高由于报文需要暂存和排队等待转发，因此报文交换的延迟较大，不适用于实时性要求较高的场合。延迟较大报文报文报文报文ABCDEt分组交换《计算机网络基础》课程分组交换（PacketSwitching）是一种数据通信技术，它将用户要发送的数据划分成若干个更小的等长数据段，每个数据段称为一个“分组”。在每个数据段前会加上控制信息，构成一个完整的分组，这个控制信息被称为“首部”，包含了该分组发送的地址等信息。报文11010001101010101101010111000100110100101100101010110101报文较长不便于传输分组交换《计算机网络基础》课程数据数据数据报文首部首部首部分组

1分组

2分组

3分组交换将报文分割成若干个较小