第二章-物理层-上

1•课件共享：•[e-mail]•net111111•网盘-计算机网络计科2本章教学内容：2.1物理层概述2.2数据通信基础2.3信道特性△★2.4传输介质△2.5数据传输方式2.6信道复用技术△2.7远程传输技术2.8接入网技术△★第2章物理层3本章教学内容：2.1物理层概述2.2数据通信基础2.3信道特性△★2.4传输介质△2.5数据传输方式2.6信道复用技术△2.7远程传输技术2.8接入网技术△★第2章物理层42.1物理层概述•物理层是TCP/IP模型的最底层•物理层为数据传输提供可靠环境物理层是网络的基础，正如同公路是汽车通行的基础一样5物理层6物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：•机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。•电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。•功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。•过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。2.1物理层概述7机械特性：25针D型插座及相关的长、宽、高25PIN9PINDTE端为MaleDCE端为Female电气特性：逻辑0：+12V逻辑1：-12V最长传输距离15m最大传输速率20kb/s2.1物理层概述瓶盖标准化92.1物理层概述10物理层的机械特性示例47.1746.91113251425.1224.87156933.4533.201815943.0842.672.1物理层概述11电话线RS232电缆线COM1或COM2串行口2.1物理层概述121312345678201234567820FrameGroundTransmitDataReceiveDataRequestToSendClearToSendDataSetReadySignalGroundCarrierDetectDataTerminalReady调制解调器DCE计算机或终端DTE2.1物理层概述14打印机是常用的并行接口Pin信号Pin信号1-STROBE10-ACK2DATA011BUSY3DATA112PaperEmpty4DATA213Select5DATA314-AutoFeed6DATA415-ERROR7DATA516-INIT8DATA617-SELECTIN9DATA718-25GROUND2.1物理层概述15本章教学内容：2.1物理层概述2.2数据通信基础2.3信道特性△★2.4传输介质△2.5数据传输方式2.6信道复用技术△2.7远程传输技术2.8接入网技术△★第2章物理层162.2数据通信基础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机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数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。如图3-1所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统(或发送端)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端)。17雪六角形凉白色信息数据信号信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度•信道(channel)：向某一个方向传输信息的媒体。2.2数据通信基础18•模拟数据–模拟数据的值是某个区间内的连续值。–模拟数据的物理信号容易实现，但不精确且容易受干扰。•数字数据–数字数据的值是某个区间内的有限个离散值。–数字数据具有精确以及受扰动可以恢复的特性。tt2.2数据通信基础19•模拟信号的特点：–连续变化的电压或电流波形–波动性；–持续变化；–包含无穷多个值；–在电信业已经被广泛使用超过100年。•数字信号的特点：–是一系列的电脉冲–离散性；–跃变性；–包含有限个值–设备性能先进，较为便宜。tt2.2数据通信基础20模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用其中任意一种形式传输。模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字发送器2.2数据通信基础21•模拟信道–是用来传输连续的模拟信号(如正弦波信号)的信道；–如果利用模拟信道传送数字数据，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。•数字信道–是用来传输离散的数字信号(如脉冲信号)的信道。2.2数据通信基础22•不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道2.2数据通信基础23本章教学内容：2.1物理层概述2.2数据通信基础2.3信道特性△★2.4传输介质△2.5数据传输方式2.6信道复用技术△2.7远程传输技术2.8接入网技术△★第2章物理层242.3信道特性•2.3.1.带宽与速率•2.3.2.误码率•2.3.3.信道延迟•2.3.4.失真252.3.1.带宽与速率•带宽：通信信道容量。–模拟信道带宽：f2-f1单位是赫兹–数字信道带宽：是指网络可通过的最高数据率，即每秒传送的比特数，单位为位/秒2.3信道特性262.3信道特性•码元：一个数字脉冲•码元宽度：T•码元速率：每秒传送多少个码元。•单位是：波特（Baud）•B=1/T272.3.1.带宽与速率•比特率（数据率）：即数字信道传送数字信号的速率。用bps表示–10Mbps：每秒种传送10M位数据。–当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。2.3信道特性282.3信道特性•码元：一个数字脉冲•码元宽度：T•码元速率：每秒传送多少个码元。•单位是：波特（Baud）•B=1/T•比特率：•R=B*log2N–N为可选的离散值292.3信道特性•设数据信号码元长度0.8秒，若采用16电平传输,试求码元传输速率和比特率。30理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaudW是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)不能通过能通过0频率(Hz)W(Hz)在任何信道中，码元传输的速率是有限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的识别成为不可能。如果信道的频带越宽，也就是能过通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现干扰。2.3信道特性31如果编码方式的码元状态数为N，就得到了理想低通信道的极限信息传输速率（即信道容量）Cmax：Cmax=2Wlog2N(bps)因为信道总是有噪声的，因此奈奎斯特准则给出的是理论上的上限。实际的信道所能传输的最高数据传输速率（或者最高码元速率），要明显地低于奈奎斯特准则给出上限数值。2.3信道特性32•练习：有一带宽为3kHz的理想低通信道，若为8进制码元求其信道容量。2.3信道特性33•香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。•信道的极限信息传输速率C（即传输带宽）可表达为•C=Wlog2(1+S/N)b/sW为信道的带宽（以Hz为单位）；–S为信道内所传信号的平均功率；–N为信道内部的高斯噪声功率。–S/N—信噪比，常以分贝(dB)表示记为：信噪比(dB)=10*log10(S/N)(dB)2.3信道特性34•例1对于一个带宽为1kHz，信噪比为35dB的信道，其数据传输率最大是多少比特/秒？由于35=10log10(S/N)，则S/N=103.5=3162Rmax=1000*log2(1+S/N)=1000*log2(1+3162)≈1000*11.63≈11630bps2.3信道特性35•例2对于一个带宽为3kHz，信噪比为30dB的信道，无论其使用多少个量化电平，也不管采样速度多快，其数据传输率不可能大于30000比特/秒？由于30=10log10(S/N)，则S/N=103=1000Rmax=3000*log2(1+S/N)=3000*log2(1+1000)≈3000*10≈30000bps2.3信道特性36香农公式的意义：•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。•实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。2.3信道特性38信道速率的计算图示39•2.3.2误码率表示传输二进制位时出现差错的概率。2.3信道特性（传送的总位数）出错的位数）NNPec(401011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点B结点A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点A中产生处理时延和排队时延数据2.3.3时延链路从结点A向结点B发送数据2.3信道特性412.3.4失真2.3信道特性42本章教学内容：2.1物理层概述2.2数据通信基础2.3信道特性△★2.4传输介质△2.5数据传输方式2.6信道复用技术△2.7远程传输技术2.8接入网技术△★第2章物理层43432.4传输介质传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可以分为两大类，即导向传输媒体（有线）：电磁波被导向沿着固体媒体传播：双绞线、同轴电缆、光纤非导向传输媒体（无线）：电波在空气或外层空间中传播。地面微波、卫星、红外线4444•双绞线–屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)–无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)•同轴电缆–50同轴电缆–75同轴电缆•光缆2.4.1导向传输介质452.4.1导向传输介质数据传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，是数据通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星、红外线等。1、同轴电缆（CoaxialCable）同轴电缆是局域网中最早使用而且应用十分广泛的传输介质，可以通过专用的中同轴电缆(俗称粗缆)或小同轴电缆(俗称细缆)来组网，并广泛应用于局域网中。同轴电缆由内导体、绝缘层、屏蔽层及外部保护层组成，其结构如图2-14所示。保护层、屏蔽层、绝缘层、导体图2-14同轴电缆结构示意图同轴电缆的最大优点是抗干扰性强,而且支持多点连接。缺点是物理可靠性不好，所以现在基本上已被双绞线所替代。46主要应用于有线电视网、电视天线馈线和局域网。以其特性阻抗分类可分为50Ω、75Ω、93Ω按直径分类可分为粗缆和细缆等。50Ω电缆用于传输数字信号，75Ω电缆用于传输电视信号47双绞线铜线铜线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层非屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP2.4.1导向传输介质2、双绞线（TwistedPair）48导线双绞线对拉绳：外皮下面外皮非屏蔽双绞线2.4.1导向传输介质49以铝箔屏蔽以减少干扰和串音屏蔽双绞线2.4.1导向传输介质50双绞线类别带宽典型应用316MHz低速网络；模拟电话420MHz16Mbps令牌环局域网；短距离的10BASE-T以太网5100MHz10BASE-T以太网；某些100BASE-T快速以太网5E（超5类）100MHz100BASE-T快速以太网；某些1000BASE-T千兆以太网6250MHz1000BASE-T千兆以太网；ATM网络7600MHz屏蔽双绞线，可能用于今后的万兆以太网常用的双绞线的类别2.4.1导向传输介质51双绞线电缆两端一般都安装RJ—45连接器（水晶头）与网卡和集线器（或交换机）相连。注意！引脚序号：当金属片面对我们的时候，从左至右的引脚序号是1～8。2.4.1导向传输介质52双绞线的做法•做线的步骤：1、剥线2、排线3、剪线4、插线5、压线2.4.1导向传输介质53原材料双绞线水晶头2.4.1导向传输介质54工具压线钳网线测试仪2.4.1导向传输介质55剥线•利用压线钳的剥线器（实际用什么剪都可以）将双绞线的外皮除去2－3厘米。•注意:芯线的绝缘皮不能剥去2.4.1导向传输介质56脚位12345678568A白绿