计算机网络(第07讲).

软件学院软件学院1计算机网络（第七讲）主讲：李勇二零一四年九月软件学院2计算机网络讲义2上次课主要内容数据传输模式同步传输异步传输多路复用技术频分复用时分复用波分复用码分多址差错校验与控制软件学院32.5传输媒体在网络体系结构中，传输媒体在物理层之外。传输媒体又称为媒体、传输介质或传输媒介。传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理线路。媒体分为导向媒体和非导向媒体。软件学院41、导向传输媒体所谓的导向传输媒体是指信号沿着媒体铺设的方向传播并被限制在媒体的物理边界内的媒体。1、双绞线2、同轴电缆3、光缆软件学院5双绞线概述双绞线由两条包着绝缘材料的导体组成，这两条导体按照每10厘米交叉至少3次的标准均匀的缠绕在一起（绞合度）。1、之所以采用双绞线是因为通过交叉可以抵消导线上的噪声，从而减少对双绞线中信号的影响。2、根据是否提供对其他线路引起的干扰屏蔽功能，双绞线分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。软件学院6屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP）是屏蔽的双绞线由8根4对外部包有绝缘材料的导体组成，在4对双绞线的外层加上一层金属箔或金属网格，然后再加一层聚氯乙烯外皮。1、之所以加一层金属箔或金属网格，是用来屏蔽外来的干扰。2、需要注意的是，如果使用屏蔽的双绞线进行布线，则屏蔽层必须接地。软件学院7非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）是经常使用的一种双绞线。与屏蔽双绞线唯一不同的是没有金属箔或金属网格。1、抗干扰能力不如屏蔽双绞线序号电缆种类抗干扰能力1UTP电缆（无屏蔽层）40dB2STP电缆（铝箔屏蔽）85dB2、在非屏蔽双绞线中8根导体具有不同的颜色，通常是：（1）白橙、橙：缠绕在一起，成为一对；（2）白蓝、蓝：缠绕在一起，成为一对；（3）白绿、绿：缠绕在一起，成为一对；（4）白褐、褐：缠绕在一起，成为一对。软件学院8双绞线分类双绞线按质量划分为如下8种：1、1类双绞线750kHZ在电话系统中使用的双绞线，这种类别的双绞线只适合传输语音信号和低速的数据信号。2、2类双绞线1MHz适用于传输语音信号和4Mbps的数字数据传输。3、3类双绞线16MHz绞合长度为2.5—3.3cm，适用于语音传输和最大10Mbps的数字数据传输。4、4类双绞线20MHz绞合长度小于2.5cm，加上其他条件使线路适用于语音传输和最大16Mbps的数字数据传输。5、5类双绞线100MHz绞合长度为0.6—0.85cm,适用于语音传输和最大100Mbps的数字数据传输。6、超5类双绞线100MHz适用于语音传输和最大155Mbps的数字数据传输。7、6类双绞线250MHz适用于语音传输和最大1000Mbps的数字数据传输。8、7类双绞线600MHz在10G以太网中使用。软件学院9双绞线接线标准1991年，针对在工程中如何使用双绞线，美国电子工业协会EIA和电信工业协会TIA联合发布了一个标准，EIA/TIA-586。1995更新为EIA/TIA-568A，随后又产生了EIA/TIA-568B。EIA/TIA-568B是工程中经常采用的标准，该标准规定了在工程如何进行双绞线的连接。软件学院10EIA/TIA-568B标准内容—线序表EIA/TIA-568B标准铰接线的线序序号颜色色标对应于RJ45序号1橙白12橙23绿白34蓝45蓝白56绿67棕白78棕8EIA/TIA-568B标准接线示意图EIA/TIA-568B标准RJ45接线示意图软件学院11EIA/TIA-568B标准内容—接线方法Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B标准定义普通线的连接示意图Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B标准定义铰接线的连接示意图软件学院12同轴电缆同轴电缆分为50Ω和75Ω两种。1、同轴电缆比双绞线屏蔽性好，因此可以以更高的速度传输得更远；2、同轴电缆的连接采用T型头和BNC头；3、50Ω的同轴电缆采用基带传输，75Ω采用宽带传输。宽带电缆系统分为双电缆系统和单电缆系统。软件学院13光缆光缆主要使用其中的光纤传输光信号，光纤通常由纤芯和包层构成。1、非常透明的石英玻璃拉成细丝，称为纤芯，然后和包层一起构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8至100um。光波通过纤芯进行传导；2、光线在光纤中利用全反射进行传播，之所以产生全反射是因为光在不同密度的介质中的传输速度不一致，具体体现在折射率上；3、由于包层和纤芯具有不同的折射率，当光线从高折射率射向低折射率时，其折射角大于入射角，如果入射角足够大，就会出现全反射。软件学院14光缆构成光缆由光纤及其辅助材料组成。外护套远供电源线光纤及其包层填充物加强芯外径内径光纤示意图4芯光缆构成示意图光缆通信至少需要收发两条光纤。光缆可以有2芯、4芯等。光缆可以分为室外光缆和室内光缆。软件学院15光纤中的光信号与光传播系统光的全反射，解决了光信号在介质中传播的问题，为光信号在光纤中的传输奠定了基础。光信号利用光传播系统传输数据。光传播系统包括光源、传输介质和检测器；在光传播系统中利用光脉冲表示数据，一个光脉冲表示1，无光脉冲表示0。1、主要使用的波段为0.85um、1.30um和1.55um，0.85um衰减较大；2、每个波段具有25000-30000GHz的带宽。光通讯系统的模型应用示例如下：光电转换器光电转换器电信号光信号电信号电介质光介质电介质软件学院16多模光纤与单模光纤根据传播机制的不同，光纤分为单膜和多膜。1、单膜传输距离远；2、多膜传输距离近。软件学院17多模光纤光纤的孔径可以容纳多条不同角度入射的光线在光纤中传输，这样的光纤称为多模光纤。光脉冲在多模光纤中传输会逐渐展宽，造成失真，因此只适合近距离传输。输入脉冲输出脉冲内径外径常用的多模光纤为50/125um，62.5/125um。软件学院18单模光纤光纤的孔径只能容纳一条光线（光纤的直径只有一个光的波长）在光纤中传输，这样的光纤称为单模光纤。光脉冲在单模光纤中传输不会产生多次反射，不会造成失真，因此适合长距离传输。输入脉冲内径外径常用的单模光纤为10/125um，9/125um。输出脉冲软件学院19光纤的优点和缺点光纤的主要优点1、传输频带非常宽，通信容量大；2、传输损耗小，中继距离长；3、抗雷电和电磁干扰性好；4、无串音干扰，保密性好；5、体积小、重量轻，减小施工难度。光纤的缺点1、两根光纤精确的连接比较困难；2、光的传播是单向的；3、光纤的价格比较贵。软件学院202、非导向传输媒体非导向传输媒体是指不使用物理导体来传输电磁波，而是将信号通过空气（也可以通过水）广播出去，从而使任何一个具有接收设备的客户都能接收它。无线通信采用非导向媒体。无线通讯可采用的频段很广。根据不同的频段可用的无线传输应用系统有：无线电通信系统、微波通信系统、红外通信系统、卫星移动通信系统等。软件学院21无线通信概述在不适合使用导向媒体的场合无线通信是唯一的选择1、高山、大河；2、历史保护；3、移动通讯。无线传输采用电磁波作为介质1、利用频率、波长和光速三个参数描述电磁波。（1）电磁波每秒震动的次数为频率（f）；（2）两个相邻的波峰间的距离为波长（λ）；（3）电磁波在真空中传输的速度为光速（c）。2、三者的关系是：λf=c。软件学院22无线通信的频段划分频段划分频率范围甚低频(VLF)3KHz---30KHz低频(LF)30kHz中频(MF)300kHz---3MHz高频(HF)3MHz---30MHz甚高频(VHF)30MHz---300MHz特高频(UHF)30MHz---3GHz超高频(SHF)3GHz---30GHz极高频(EHF)30GHz无线电磁波分为八个频段，由政府统一管理。软件学院23无线通信的原理无线电技术认为地球外有对流层和电离层，无线通信利用它们进行信号传输。1、对流层是指地球大气层距离地面30英里的大气层；2、电离层是指在对流层之上而在太空以下的大气层。无线电波利用对流层和电离层，通过五种不同的传播方式进行传输1、球面传播：在大气的最低层进行，信号位于最低的频段，信号沿地球表面传播。传输的距离取决于信号的能量。2、对流层传播：可以以直线形式传播，也可向对流层较高层次广播，然后反射回地面。3、电离层传播：信号发送到电离层，然后反射回地面，可以以较小的能量传播更远的距离。4、视线传播：甚高频信号直接从一根天线传输到另一根天线，天线必须是有方向的。5、空间传播：利用卫星代替大气折射。软件学院24常用的无线通讯技术无线电传输技术微波通讯技术红外通信技术软件学院25无线电传输技术无线电传输采用104-108Hz的频率范围，主要在低频、中频、高频和甚高频频段。1、无线电波容易产生，且传输距离很远；2、无线电波是全向的；3、在低频频段，无线电波很容易穿透建筑物，而在高频部分，无线电波倾向于直线传播，不容易穿透建筑物；4、无线电波容易受到雨水、雪以及其他电子设备的干扰；5、由于全向传输，且传输距离较远，无线电波的相互干扰很严重，所以，政府要严格管理。软件学院26微波通信技术微波通信采用视线传播，在电磁波中，微波频率范围在108-1012Hz之间。1、信号通过天线发送和接收，天线越高，信号传输距离越远；2、一般情况下，微波传输在50km左右，如果远距离传输需要中继站；3、微波通信一次只能向一个方向传播，因此双向传输需要两种频率。地球表面50km软件学院27微波通信技术的中继微波通信中继可以采用微波接力通信和卫星通信两种形式，但主要采用地面微波接力通信。计算机无线网络采用的是微波通讯技术。地球表面中继站中继站中继站中继站软件学院28红外通信技术使用的频段在1012-1014Hz范围内。广泛用于短距离通讯。它们有方向性，简单、造价低，但不能穿越固体物资（既是缺点，也是优势）。红外防窃听比无线电系统要好。红外系统使用的频段不需要政府的批准。家电的遥控系统是引用最广的一个领域。桌面系统是红外通信应用又一个领域。软件学院292.6总结通讯系统的模型信息、数据、信号和码元的定义信道的极限容量信道复用数据交换方式数据传输方法差错校验和控制传输介质软件学院软件学院第3章物理层3.1物理层概述3.2物理层协议3.3物理层设备3.4总结软件学院313.1物理层概述物理层是网络体系结构中最下面的一层，主要解决计算机在各种不同通信线路上传输数据比特流的问题，这些问题包括：1、计算机与通信线路（传输设备和传输媒体）的接口问题，包括：接口形状、引脚的规格和作用以及锁定机制等；2、比特流传输问题，包括：信号电平、信号编码、传送方式、物理连接的建立和拆除等问题；3、屏蔽通信线路的差异，向数据链路层提供无差异的、透明的、不可靠的比特流传输服务。物理层采用的协议称为物理层规程。物理层不包括传输媒体。数据传输采用串行的方式，传输单位为比特。物理层不涉及寻址，因此不需要地址。软件学院32物理层工作过程信源1、从数据链路层接收比特流（服务访问点、服务）；2、将并行传输转换成串行传输（协议、传输方式）。3、将比特流编码成码元，并将其发送到物理链路上（编码、信号与信道）。4、媒体实现信号的传输（媒体）。信宿1、从媒体上识别码元；2、将码元译码成比特流；3、将串行传输转换成并行传输；4、将比特流交给数据链路层。软件学院33物理层工作示意图比特流比特流传输媒体数据链路层帧01110101011101曼彻斯特011101011并转串编码电信号数据链路层帧01110101011101011101011曼彻斯特串转并译码电信号物理层物理层同步/异步单、半、全双工同步/异步单、半、全双工软件学院34物理层功能调用数据通信系统提供的信号传输服务，实现本层协议功能，向数据链路层提供无差异、不可靠和透明的比特流传输服务。1、如何调用数据通信系统的信号传输服务；2