2物理层

计算机网络基础主讲：蔡静电子信箱：[e-mail]电话：330722971武汉电力职业技术学院2第2章学习要点物理层基本概念数字数据编码数据通信基础知识双绞线线序武汉电力职业技术学院3物理层的基本概念物理层的主要任务在网络节点之间实现比特流的传输物理层数字数据转换成什么样的传输信号（数字信号、模拟信号）？怎样提高数据传输速率？武汉电力职业技术学院4物理层的基本概念物理层规程的主要内容机械特性：如RJ-45，SC、ST光纤连接器等电气特性：电压的范围、频率等功能特性：电平或波形代表的意义过程特性：连接的建立、拆除，信号同步等武汉电力职业技术学院5数字数据编码数字信号编码将数字数据变成数字信号不归零码NRZ（non-returntozero）归零码单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双极性归零码武汉电力职业技术学院6数字数据编码差分不归零码DNRZDNRZ码是一种NRZ码的改进形式，它是用信号的相位变化来表示二进制数据的，一个信号位的起始处有跳变表示数据“1”，而无跳变表示数据“0”。武汉电力职业技术学院7数字数据编码曼切斯特码、差分曼切斯特码曼切斯特码：每一位的中间（1/2周期处）有一跳变，该跳变既作为时钟信号（同步），又作为数据信号。从高到低的跳变表示数字“0”，从低到高的跳变表示数字“1”。差分曼切斯特码：每个码元的中间跳变只作为同步时钟信号；而数据“0”和“1”的取值是用信号位的起始处有无跳变来表示，若有跳变则为“0”；若无跳变则为“1”。武汉电力职业技术学院8数字数据编码MLT-3码多阶基带编码3（或者三阶基带编码）。三阶的含义：编码信号使用三种电位状态，分别为：“正电位”、“负电位”、“零电位”。MLT-3的编码方式用不变化电位状态，即保持前一位的电位状态来表示二进制0；用按照正弦波的电位顺序（0、+、0、-）变换电位状态来表示二进制1；武汉电力职业技术学院9数字数据编码模拟信号编码将数字转变为模拟信号，用于在传统的模拟通信线路中传输武汉电力职业技术学院10数字数据编码组合编码近年来，在高速网络中要求尽量降低信号的传输带宽，以利于提高传输的可靠性和降低对传输介质带宽的要求，通常采用两级编码方案，第一级是预编码器，对数据流进行预编码，使编码后的数据流不会出现连续0或连续1，常用的预编码方法有4B/5B、5B/6B等；第二级是NRZ、DNRZ、MLT-3等编码，实现物理信号的传输。这种两级编码方案的编码效率可达到80%以上。以太网使用的编码方式十兆以太网用曼切斯特编码百兆以太网用4B/5B编码与MLT-3编码组合方式千兆以太网用8B/10B编码与NRZ编码组合方式武汉电力职业技术学院11数字数据编码数字数据编码主要考虑的问题易同步、易识别抗干扰能力强编码效率高（减少频带宽度）易于实现武汉电力职业技术学院12课堂练习试画出数据“001101”对应的NRZ、DNRZ、曼切斯特、差分曼切斯特编码的数字信号武汉电力职业技术学院13数据通信基础知识数据通信系统传输数字数据的通信系统，可以是数字通信系统，也可基于模拟通信系统实现码元在数字通信中常用时间间隔相同的信号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。而这个间隔被称为码元长度。码元传输速率，又称为码元速率或传码率。其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为“波特”，又可以称为波特率,常用符号“Baud”表示。一个以m波特/秒传送信号的线路，其传送二进制数据的速率不一定是m比特/秒，因为每个信号可以运载几个比特，例如，若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8个电平级，则每个信号值可代表3个比特，因而这种条件下比特率将是波特率的3倍。数据传输速率=码元传输速率*log2码元状态数武汉电力职业技术学院14数据通信基础知识通信的交互方式单工、半双工、双工信道的容量奈奎斯特公式：C=2×W×log2M（bps）其中：c为数据在信道中的传输速率（bps），W为信道带宽（hz）、M为码元状态数香农公式：C=W×log2(1+S/N)（bps）其中：S/N为信噪比值武汉电力职业技术学院15数据通信基础知识习题2-07码元16个状态，可编码4位二进制数，故数据传输速率为：4bit/码元*2000码元/s=8000bps习题2-08列算式：64Kpbs=3K×log2(1+S/N)S/N=264/3-1=2642244.95信噪比=10log10(S/N)=10*6.422=64.22dB习题2-09问题1：35kbps=3.1k×log2(1+S/N)，(S/N)1=250435kbps*1.6=3.1k×log2(1+S/N)，(S/N)2=274132(S/N)2/(S/N)1=109问题2：C=3.1k×log2(1+2741320)=66.3kbps增加(66.3-56)/56=18.4%武汉电力职业技术学院16数据通信基础知识传输媒体有线（导向传输媒体）双绞线（STP、UTP），同轴电缆（粗缆、细缆），光缆（多模光纤、单模光纤）无线（非导向传输媒体）无线电波、微波、卫星信道复用技术FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDM武汉电力职业技术学院17双绞线线序EIA／TIA的布线标准中规定了两种双绞线的线序568A与568Ｂ。568Ａ标准：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕568Ｂ标准：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕武汉电力职业技术学院18课后练习试画出数据“10111001”对应的NRZ、DNRZ、曼切斯特、差分曼切斯特编码的数字信号习题2-11，12，13，14，18