1、IT Education & Training,計算機網(wǎng)絡原理與應用,復習,計算機網(wǎng)絡的定義? 因特網(wǎng)的基礎知識? 計算機網(wǎng)絡的類別? 計算機網(wǎng)絡的主要性能指標? 計算機網(wǎng)絡體系結構?,第 2 章 物理層,了解物理層的基本概念 掌握數(shù)據(jù)通信的基本術語 理解數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程 掌握物理層下面的傳輸媒體,2.1 物理層的基本概念,物理層不是連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸介質(zhì)，而是指在傳輸介質(zhì)上為其上一層即數(shù)據(jù)鏈路層提供一個傳遞原始比特流的物理連接。,2.1 物理層的基本概念,物理層的主要任務是確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： 機械特性 指明接口所用接線器的形狀、尺寸、引線數(shù)目和排列等。

2、 電氣特性 指明每種信號的電平、信號的脈沖寬度、允許的數(shù)據(jù)傳輸速率和最大傳輸距離等。 功能特性 指明接口電路引腳的功能和作用。 過程特性 指明接口電路信號發(fā)出的時序、應答關系和操作過程等。,2.2 數(shù)據(jù)通信的基本知識,通信的目的就是將信息從一端傳送到另一端。 語言、文字、圖象、顏色、聲音、自然景物信息等等都是信息的表現(xiàn)形式，人類通過自身的感覺器官來獲取信息 。,2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字比特流,數(shù)字比特流,模擬信號,模擬信號,輸入 漢字,顯示 漢字,PC 機,數(shù)據(jù)通信術語,信息（Information）有用的知識或消息 數(shù)據(jù)（Data）運

3、送信息的實體 信號（Signal）數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn) 模擬信號（Analogous） 代表信息的參數(shù)的取值是連續(xù)的 數(shù)字信號(digital)代表信息的參數(shù)的取值是離散的 碼元(code)在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 調(diào)制把數(shù)字信號轉換為模擬信號的過程 解調(diào)把模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程,數(shù)據(jù)通信術語,模擬信號：連續(xù)的信號，信號的因變量隨時間連續(xù)變化。 數(shù)字信號：離散的信號，信號的因變量不隨時間連續(xù)變化。,數(shù)據(jù)通信術語,數(shù)據(jù)通信：發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉換成信號通過物理信道傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收方的過程。 源點：數(shù)據(jù)的發(fā)送方。 終點：數(shù)據(jù)的接收方。

4、 信道：源點和終點之間傳輸信號的物理通道。,2.2.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)兩部分組成。 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：也稱作通信子系統(tǒng)，其主要功能是實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)終端設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：稱作資源子系統(tǒng)，是由多個數(shù)據(jù)終端設備組成，這些終端設備作為數(shù)據(jù)通信的源點與終點，進行數(shù)據(jù)的收集和處理。,2.2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),（1）傳輸信道：傳輸信道指信息的傳輸路徑，由各種類型的傳輸介質(zhì)和相關的中間通信設備組成。 （2）調(diào)制和解調(diào)（Modem） 調(diào)制：將數(shù)字信號 轉換成 模擬信號 解調(diào)：將模擬信號 還原成 數(shù)字信號 （3）多路復用 利用一條鏈路傳遞多個信號的技術

5、稱為復用 （4）交換模式 數(shù)據(jù)在終端設備間通信時，不采用固定的連接，兩個終端設備之間采用“存儲轉發(fā)”的方式。,2.2.2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理設備主要由計算機類的設備構成 ： （1）終端設備：基本功能是向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)發(fā)送信息和接收來自計算機系統(tǒng)的信息。 （2）計算機系統(tǒng)：主要任務是進行數(shù)據(jù)的收集和處理，同時也擔負某些數(shù)據(jù)通信的任務和管理工作。,2.2.3 有關信道的幾個基本概念,信道：源點和終點之間傳輸信號的物理通道，表示向某一方向傳輸信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。 單向通信（單工通信）只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。 雙向交替通

6、信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。 雙向同時通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。,猜猜看,基帶(base band)信號和帶通(band pass)信號,基帶信號（即基本頻帶信號）來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)字信號都屬于基帶信號。 基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制。 調(diào)制分為兩大類： 基帶調(diào)制：僅僅對基帶信號的波形進行變換，使其與信道特性相適應。 帶通調(diào)制：使用載波進行調(diào)制，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段。

7、 帶通信號經(jīng)過載波調(diào)制后的信號，僅在一段頻率范圍內(nèi)才能夠通過信道。,幾種最基本的調(diào)制方法,最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種： 調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。 調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。,對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基帶信號,調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,根據(jù)每個字母的ASCII碼，將hello編碼成0、1比特串：1101000110010111011000110110001101111 下一步需要將0、1比特串編碼成數(shù)字信號傳遞給調(diào)制解調(diào)器 將數(shù)據(jù)轉換為數(shù)字信號

8、的過程稱為編碼,（1）數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字信號,數(shù)字信號,模擬信號,模擬信號,hello,PC 機,用戶線,用戶線,110.111,數(shù)字信號到達調(diào)制解調(diào)器，下一步要進入電話網(wǎng)絡 用戶線上傳遞模擬信號，因此需要將數(shù)字信號轉換成模擬信號，這個過程稱為調(diào)制,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,（2）數(shù)字信號到達調(diào)制解調(diào)器,（3）調(diào)制后的信號進入電話網(wǎng)絡,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字信號,數(shù)字信號,模擬信號,模擬信號,hello,PC 機,110.111,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,（4）模擬信號到達接收方的調(diào)制解調(diào)器,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),

9、調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字信號,數(shù)字信號,模擬信號,模擬信號,hello,PC 機,經(jīng)過公用電話網(wǎng)，模擬信號到達接收端的調(diào)制解調(diào)器。,110.111,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,（5）模擬信號還原成數(shù)字信號,調(diào)制解調(diào)器將模擬信號還原成數(shù)字信號，這個過程稱為解調(diào) 調(diào)制解調(diào)器具有調(diào)制和解調(diào)兩個功能 還原后的數(shù)字信號通過鏈路到達接收方,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字信號,數(shù)字信號,模擬信號,模擬信號,hello,PC 機,110.111,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,（6）接收方收到數(shù)據(jù),接收方從數(shù)字信號中獲得0、1比特串1101000110010111011000110110001101111 ，還原成h

10、ello，通信完成 將數(shù)字信號還原為數(shù)據(jù)（模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)）的過程稱為解碼,調(diào)制解調(diào)器,PC 機,公用電話網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字信號,數(shù)字信號,模擬信號,模擬信號,hello,PC 機,110.111,110.111,hello,數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕具^程,2.2.4 信道的極限容量,任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。,數(shù)字信號通過實際的信道,有失真，但可識別 失真大，無法識別,實際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,發(fā)送信號波形,接收信號波形,2.3 物理層下面的傳輸媒體,無線

11、電,微波,紅外線,可見光,紫外線,X射線,射線,雙絞線,同軸電纜,衛(wèi)星,地面微波,調(diào)幅 無線電,調(diào)頻 無線電,海事 無線電,光纖,電視,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移動 無線電,電信領域使用的電磁波的頻譜,有線傳輸媒體（導向傳輸媒體） 雙絞線、同軸電纜、光纖 無線傳輸介質(zhì)（非導向傳輸媒體） 微波、紅外線、激光,2.3 物理層

12、下面的傳輸媒體,2.3.1 導向傳輸媒體,雙絞線 屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair) 無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜 50 同軸電纜 75 同軸電纜 光纖,1.雙絞線,特點： 既能傳輸模擬信號，也能傳輸數(shù)字信號 通信距離一般為幾到十幾公里 傳輸率可達100Mbps或更高,屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair) 無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair),雙絞線分類,聚氯乙烯 套層,雙絞線分類,按照EIA/TIA標準分類 Cat 5：最長傳輸100米，支持

13、最高100MHz Cat 5e：超5類，支持最高1000MHz Cat 6：支持最高1000MHz,雙絞線,無屏蔽的便宜，而屏蔽雙絞線的安全性和抗干擾性稍好一些。 現(xiàn)在最常用的是超五類線和六類線，分別適用于100M和千兆局域網(wǎng)。,2.同軸電纜,50電纜，用于數(shù)字傳輸，多用于基帶傳輸，即基帶同軸電纜 75電纜，用于模擬傳輸，即寬帶同軸電纜，常用于有線電視,同軸電纜,在以太網(wǎng)中，50細同軸電纜的最大傳輸距離為185米，粗同軸電纜可達1000米。,同軸電纜根據(jù)其直徑大小可以分為：粗纜與細纜。,3.光纖,高折射率 (纖芯),低折射率 (包層),光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?全稱為光導纖維,課件

14、制作人：謝希仁,光線在光纖中的折射,折射角,入射角,包層 （低折射率的媒體）,包層 （低折射率的媒體）,纖芯 （高折射率的媒體）,包層,纖芯,多模光纖與單模光纖,多模光纖,當纖芯的直徑細到只有一個光的波長時？,2.3.2 非導向傳輸媒體,微波 紅外線 激光,1. 微波地面微波接力通信,中繼站,微波衛(wèi)星通信,微波的特點,頻段范圍廣，通信信道容量大 信號傳輸質(zhì)量高 克服環(huán)境、地理困難，可靠性較高 相鄰中繼站必須直視，不能有障礙物 隱蔽性和保密性差,計算機網(wǎng)絡中的無線通信主要是指微波通信。,2. 紅外線光,有較強方向性 不受電磁干擾或射頻干擾限制 直線視距傳輸，不能穿透墻壁或一些固體 受日光和環(huán)境照明影響很大 每次反射衰減一半，傳輸損耗大,由光發(fā)射二