资源描述
标题,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,计算机网络技术基础,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,第6章 物理层,第1页,6.1 物理层基本概念,6.2 数据通信基本知识,6.3 数据编码与调制,6.4 传输介质,6.5 宽带接入技术,第2页,6.1物理层基本概念,物理层是OSI参考模型最低层，它向下直接与传输媒体相连，向上与数据链路层相邻并为其提供服务。,物理层主要功效是为数据链路层提供物理连接，在传输介质上实现比特流透明传输。也就是说，物理层任务是将代表数据链路层帧二进制数字编码成信号，并经过连接网络设备物理介质（铜缆、光缆和无线介质）发送和接收这些信号。,物理层协议定义了物理层与物理传输媒体之间接口，主要包含四个特征：机械特征、电气特征 、功效特征 、规程特征。,第3页,6.2数据通信基本知识,6.2.1信息、数据与信号,信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态某种认识，也是人们经过通信系统传递内容。信息载体能够是数字、文字、语音、图形、图像和动画等。,在网络中传输二进制代码被称为数据，所以能够认为数据是信息载体，是信息表现形式，而信息是数据详细含义。数据形式有两种：模拟数据和数字数据。,第4页,3.信号是数据在传输过程中电信号表示形式。信号能够分为数字信号和模拟信号两种类型。,（1）模拟信号是指在时间和幅度上连续改变信号。,（2）数字信号是指在时间和幅度上都用离散数字表示信号。,图6.2 模拟信号和数字信号,第5页,6.2.2 信道,信道是指传输信号通路，由传输介质和相关设备组成。惯用信道分类方法有两种。,1有线信道与无线信道,有线信道：有线信道使用传输介质是有线介质，比如电话线、双绞线、同轴电缆、光缆和电力线等。,无线信道：无线信道使用传输介质是电磁波，比如无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。,第6页,2模拟信道和数字信道,模拟信道。能传输模拟信号信道称之为模拟信道，如电话线。模拟信道惯用带宽来描述。,数字信道。能传输离散数字信号信道称为数字信道，如基带同轴电缆。数字信道惯用数据传输速率来描述。,第7页,6.2.3 数据通信系统基本结构,按照在传输介质上传输信号类型，能够将数据通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统两种。,1模拟通信系统,普通电话、广播、模拟电视等都属于模拟通信系统。,模拟通信系统结构模型,第8页,2数字通信系统,计算机通信、数字电话、数字电视等都属于数字通信系统。,数字通信系统结构模型,信源,信源,编码器,信道,编码器,信道,译码器,噪声源,信道,信源,译码器,信宿,调制器,解调器,第9页,6.2.4 数据通信技术指标,1信息传输速率,R,b,信息传输速率,Rb,是指单位时间内传输二进制位个数，单位为比特/秒（bit/s）。信息传输速率描述了数据通信系统传输能力，又称为比特率。,2误比特率,Pe,误比特率是衡量数据通信系统传输质量主要指标。,第10页,3信道带宽和信道容量,信道带宽（W）是指信道中传输信号在不失真情况下所占用频率范围，通常称为信道通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道物理特征所决定。,信道容量（C）是指单位时间内信道上所能传输最大比特数，用比特率（bit/s）表示。,信道容量和信道带宽含有正比关系,，带宽越大，容量越高，所以要提升信号传输速率，信道就要有足够带宽。,第11页,6.2.5 数据通信方式,1.并,/,串行通信,并行通信是指数据以成组方式在多个,并行信道,上,同时,进行传输。,特点,：速度快，惯用于计算机内部总线以及并行口通信。使用线路多，费用高，仅,适合于近距离和高速率通信。,并行通信,第12页,串行通信是指数据以,串行方式,在,一条,信道上传输。,特点,：收、发双方只,需要一条传输信道，易,于实现，成本低，但速,度比较低。主要,用于,计算机串行口及远距,离通信。,串行通信,第13页,2单工、半双工和全双工通信,按照信号传送方向与时间关系，信道通信方式能够分为单工、半双工和全双工三种。,（1）单工通信,单工通信是指信号只能沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。比如，无线电广播和有线电视都属于单工通信方式。,单工通信,第14页,（2）半双工通信,半双工通信是指信号能够沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向传输只能交替进行。当改变传输方向时，要经过开关装置进行切换。比如，对讲机系统和无线电收发报机系统都属于半双工通信方式。,半双工通信,第15页,（3）全双工通信,全双工通信是指信号能够同时沿相反两个方向进行双向传输。两台计算机之间通信就是一个全双工通信过程。,全双工通信,第16页,3信号传输方式,（1）基带传输,在计算机通信中，表示二进制比特序列数字信号是经典矩形脉冲信号。矩形脉冲信号固有频带被称为基带，而矩形脉冲信号被称为基带信号。也就是说，基带信号是将计算机发送数字信号“0”或“1”用两种不一样电压表示后，直接送到通信线路上传输信号。基带传输就是在数字信道上直接传输基带信号方法。,（2）频带传输,频带信号是基带信号经过调制后形成频分复用模拟信号。所谓频带传输，是指在模拟信道上传输数字信号方法。采取频带传输方式时，发送端和接收端都要安装调制解调器。,第17页,4同时和异步传输,（1）异步方式,异步传输方式普通以字符为单位传输，每传送一个字符（7或8位）都要在前面加1个起始位，极性为“0”，表示字符代码开始；在后面加12个停顿位，极性为“1”，表示字符代码结束。接收方依据起始位和停顿位来判断一个字符开始和结束，从而使通信双方实现同时。,异步方式实现比较轻易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。,第18页,（2）同时方式,通常，同时传输方式信息格式是一组字符或若干个二进制位组成数据块（帧）。在发送一个数据块之前，先发送一个同时字符SYN(以01101000表示)或一个同时字节（以01111110表示），用于接收方进行同时检测，从而使收发双方进入同时状态。在同时字符或字节之后，能够连续发送任意多个字符，发送数据完成后，再使用同时字符或字节来标识整个发送过程结束，如图所表示。,第19页,6.2.6 信道复用技术,多路复用技术：利用一个物理信道同时传输多个信号。,第20页,当前主要有以下,3,种信道复用方式：,频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）,时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）,波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）,第21页,1频分多路复用（FDM）,频分多路复用技术利用频率分割方式来实现多路复用。,频分多路复用原理图,第22页,2时分多路复用（TDM）,时分多路复用技术是以信号传输时间作为分割对象，将传输时间分为若干个时间片（Slot time，又称为时隙），给每个用户分配一个或几个时间片，使不一样信号在不一样时间段内传送。,依据信道动态利用情况，时分多路复用分为同时时分复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）和异步时分复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）两种类型。,第23页,（1）同时时分复用,同时时分多路复用原理图,第24页,（2）异步时分复用,异步时分多路复用原理图,第25页,3波分多路复用（WDM）,波分多路复用,第26页,6.3 数据编码与调制,为了正确地传输数据，必须对原始数据进行对应编码或调制，将原始数据变成与信道传输特征相匹配数字信号或模拟信号后，才能送入信道传输。,第27页,6.3.1 数字数据数字信号编码,在数字基带传输中，最常见数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。,1不归零码（NRZ，NonReturn to Zero）,NRZ码能够用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。而且在发送NRZ码同时，必须传送一个同时信号，以保持收发双方时钟同时。,第28页,2曼彻斯特编码（Manchester）,曼彻斯特编码特点是每一位二进制信号中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。曼彻斯特编码标准是：将每个比特周期T分为前T/2和后T/2，前T/2取反码，后T/2取原码。,3差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）,差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码改进，其特点是每比特值要依据其开始边界是否发生电平跳变来决定，若一个比特开始处出现跳变则表示“0”，不出现跳变则表示“1”，每一位二进制信号中间跳变仅用作同时信号。,第29页,数字数据0111010013种编码方式，它编码波形如图所表示。,数字数据信号编码方法,第30页,6.3.2 数字数据模拟信号调制,经典模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界上覆盖面最广、应用最普遍通信信道之一。传统电话通信信道是为传输语音信号设计，用于传输音频3003400Hz模拟信号，不能直接传输数字数据。,为了利用模拟语音通信电话交换网实现计算机数字数据传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。,第31页,在调制过程中，首先要选择一个频率为,f,正（余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号能够用,Asin（2ft）,表示，其中,A,代表波形幅度，,f,代表波形频率，,代表波形初始相位。经过改变载波这三个参数，就能够表示数字数据“0”或“1”，实现调制过程。,数字数据,调制,基本方法有：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)三种。,第32页,1幅移键控（ASK，Amplitude Shift Keying）,ASK是经过改变载波信号幅度值来表示数字数据“1”和“0”，用载波幅度,A1,表示数据“1”，用载波幅度,A2,表示数据“0”（通常,A1,取1，,A2,取0），而载波信号参数,f,和,恒定。,2频移键控（FSK，Frequency Shift Keying）,FSK是经过改变载波信号频率方法来表示数字数据“1”和“0”，用频率,f1,表示数据“1”，用频率,f2,表示数据“0”，而载波信号参数,A,和,不变。,第33页,3相移键控（PSK，Phase Shift Keying）,PSK是经过改变载波信号初始相位值,来表示数字数据“1”和“0”，而载波信号参数,A,和,f,不变。PSK包含绝对调相和相对调相两种类型：,（1）绝对调相,绝对调相使用相位绝对值，,为0表示数据“1”，,为表示数据“0”。,（2）相对调相,相对调相使用相位偏移值，当数字数据为“0”时，相位不改变，而数字数据为“1”时，相位要偏移。,第34页,下列图显示了对数字数据“010110”进行不一样调制方法波形。,第35页,6.3.3模拟数据数字信号编码,脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）是将模拟数据数字化主要方法，它在发送端把连续输入模拟数据变换为在时域和振幅上都离散量，然后将其转化为代码形式传输。,脉冲编码调制普通经过抽样、量化和编码3个步骤将连续模拟数据转换为数字信号。,第36页,脉冲编码调制过程,第37页,6.3.4 模拟数据模拟信号调制,在模拟数据通信系统中，信源产生电信号含有比较低频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输频率范围内，接收端将接收已调信号再搬回到原来信号频率范围内，恢复成原来消息，比如无线电广播。,模拟数据模拟调制技术主要包含调幅AM、调频FM和调相PM三类。,第38页,6.4传输介质,传输介质也称为传输媒体，是数据传输物理基础。,传输介质特征对数据传输质量好坏有很大影响。,6.4.1 有线介质,在有线介质中，信号会沿着有形固体介质传输。常见有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光缆。,第39页,有线介质种类,第40页,非屏蔽双绞线和RJ-45连接器,第41页,非屏蔽双绞线,优点：,尺寸小、重量轻、轻易弯曲,价格廉价,轻易安装和维护,RJ-45连接器牢靠、可靠,缺点：,抗干扰能力较弱,传输距离比较短,UTP分为：,1类线、2类线、,3类线、4类线、5类线、超5,类线和6类线,UTP非常适合于楼宇内部结构化布线,第42页,屏蔽双绞线,优点：,传输质量较高,电缆尺寸和重量与UTP相当,含有更高传输速率,安全性较高,缺点：,安装不适当有可能引入外界干扰,第43页,同轴电缆,第44页,同轴电缆特点,1.优点,传输距离较远，覆盖地域范围较大,技术非常成熟,2.缺点,电缆硬，折曲困难，重量重,3.传统局域网惯用同轴电缆,粗同轴电缆：特征阻抗50，直径1cm,细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm,4.同轴电缆不适适用于楼宇内结构化布线,第45页,光缆,第46页,光纤分类：,多模光纤和单模光纤（传输质量比多模光纤好),光纤种类,第47页,光缆特点,优点：,传输速率高,传输距离远,传输损耗低,抗干扰能力强,缺点：,价格相对较高,安装比较困难,光缆适合于楼宇内部结构化布线,第48页,6.4.2,无线介质,所谓无线介质就是指,使用电磁波在自由空间传输来实现通信。,惯用无线传输介质有：,无线电,微波,红外线,第49页,1无线电,工作频率范围在几十兆赫兹到200 MHz左右,优点：,易于产生,能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物,传输是全向，非常适合于广播通信,缺点：,传输特征与频率相关,轻易受外界电磁场干扰,第50页,2.微波,微波是利用无线电波在对流层视距范围内进行信息传输一个通信方式。它频率范围为,300MHz,300GHz,，但主要是使用,2,40GHz,频率范围。,微波通信有两种主要方式：,地面微波接力通信,卫星通信,第51页,（1）地面微波接力通信,地面微波接力通信,第52页,微波接力通信优点：,通信信道容量很大,微波通信受外界干扰影响比较小，传输质量较高,投资少、见效快,微波接力通信缺点：,相邻站之间必须直视，不能有障碍物,微波传输有时也会受到恶劣气候影响,与电缆通信系统相比较，微波通信隐蔽性和保密性 较差,对大量中继站使用和维护，要花费一定人力和物力,第53页,卫星通信,（2）卫星通信,卫星通信是在地球站之间利用位于,36000km,高空人造地球同时卫星作为中继器一个微波接力通信，,第54页,卫星通信优点,频带很宽，通信容量很大,通信距离远,通信费用与通信距离无关,信号受到干扰较小，通信比较稳定,卫星通信缺点,通信费用高,信号传输时延较大,第55页,3.红外线,红外线指10,12,10,14,Hz范围电磁波信号。,红外线,最大缺点,是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内设备之间通信。,红外线通信当前主要用于家电产品远程遥控，便携式计算机通信接口等。,第56页,6.5,宽带接入技术,伴随Internet迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议、电子商务等多媒体应用需求大幅度增加。为了适应新形势和需要，出现了各种宽带接入网技术。包含铜线接入技术、光纤接入技术、混合光纤同轴（HFC）接入技术等各种有线接入技术以及无线接入技术等。,第57页,6.5.1,x,DSL,数字用户线环路（,DSL,，,Digital Subscriber Loop,）技术是一个为满足宽带业务传输需求而发展起来新型宽带铜线接入技术。,采取DSL 技术时，传统电话业务只使用04 kHz低端频谱，而原来没有被利用高端频谱用于传输用户上网数据。,第58页,6.5.1,x,DSL,数字用户线技术主要包含：,高比特率数字用户线环路（HDSL）,对称数字用户线环路（SDSL）,非对称数字用户线环路（ADSL）,速率自适应数字用户线环路（RADSL）,甚高比特率数字用户线环路（VDSL）,第59页,ADSL频谱划分,第60页,ADSL用户接入示意图,第61页,6.5.2 FTT,x,光纤接入示意图,第62页,依据ONU放置详细位置不一样，光纤接入技术FTT,x,能够分为:,光纤到路边（FTTC：Fiber To The Curb）,光纤到大楼（FTTB：Fiber To The Building）,光纤到户（FTTH：Fiber To The Home）,FTTB光纤到小区（FTTZ：Fiber To The Zone）,光纤到办公室（FTTO：Fiber To The Office）,第63页,6.5.3 HFC,光纤和同轴电缆混合接入技术（,HFC,：,Hybrid Fiber Coaxial,）是在有线电视（,CATV,：,Cable Television,）系统基础上发展起来一个新型宽带用户接入技术。,HFC优点：,含有很好数模兼容性，成本比光纤用户环路低，含有双绞线无法比拟传输带宽优势。,HFC充分利用了现有有线电视网资源，能够大大节约新建网络费用。,信号传输距离远。,第64页,HFC缺点：,上行带宽过窄，只能使用550MHz，且因为外界干扰，普通只能用到1842MHz。,在网络双向改造过程中，密集居住人群以及电缆老化等问题使得回传系统产生了棘手漏斗噪声问题，双向改造不易进行，用户群只能限于较小范围内。,系统标准当前还不统一，使得各系统之间不能很好互连。,第65页,小 结,本章主要讲述了以下内容:,1.,物理层是,OSI,参考模型最低层，它主要功效是为数据链路层提供物理连接，在传输介质上实现比特流透明传输。,2.信号是数据在传输过程中电信号表示形式。,3.串行通信方式和采取并行通信方式。,4.,单工通信、半双工通信和全双工通信。,5.信息传输速率和误比特率是描述数据通信系统性能技术指标。,第66页,6.多路复用技术分为FDM、WDM、TDM。,7.为了正确地传输数据，必须对原始数据进行对应编码或调制,。,8.传输介质是通信中实际传送信息载体。,9.,宽带接入网技术包含铜线接入技术、光纤接入技术、混合光纤同轴（,HFC,）接入技术等各种有线接入技术以及无线接入技术。,第67页,
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
