1、Page 1/39内容回内容回内容回内容回顾顾v计算机网算机网络的功能的功能vOSI参考模型参考模型同同层之之间 协议相同相同下下层对上上层 提供服提供服务OSI参考模型每一参考模型每一层的名称与功能的名称与功能数据封装与拆封装的数据封装与拆封装的过程程vTCP/IP参考模型参考模型TCP/IP参考模型每一参考模型每一层的名称与功能的名称与功能TCP/IP参考模型与参考模型与OSI模型的模型的对比比物理物理物理物理层层Page 3/39本章目本章目本章目本章目标标v了解物理了解物理层的概念的概念v了解物理了解物理层传输的信号和使用的接口的信号和使用的接口v掌握如何区分不同的物理掌握如何区分不同
2、的物理层传输介介质v掌握如何判定不同介掌握如何判定不同介质的使用的使用场合合v了解了解线缆的的规范范v掌握双掌握双绞线的的连接方式接方式v掌握如何制作交叉网掌握如何制作交叉网线和和标准网准网线并并进行行测试v了解物理了解物理层的的连接接设备Page 4/39本章本章本章本章结结构构构构分层模型分层模型分层模型分层模型双绞线双绞线光缆光缆无线通信无线通信网络接口卡网络接口卡中继器中继器集线器集线器物理层的功能物理层的功能物理层关心的问题物理层关心的问题物理层概述物理层概述物理层概述物理层概述信号信号线缆的规范和连接线缆的规范和连接物理层的设备物理层的设备接口接口传输介质传输介质Page 5/39
3、物理物理物理物理层层网网网网络络的基的基的基的基础础v物理物理层是是TCP/IP模型的最底模型的最底层v物理物理层为数据数据传输提供可靠提供可靠环境境 物理层是网络的基础物理层是网络的基础，正如同公路是汽车，正如同公路是汽车通行的基础一样通行的基础一样Page 6/39物理物理物理物理层层概述概述概述概述v物理物理层是是TCP/IP五五层模型的最底模型的最底层，它，它为数据通信的介数据通信的介质提供提供规范和定范和定义v直接面向直接面向实际承担数据承担数据传输的物理媒体的物理媒体v传输单位位为比特，主要比特，主要讨论的是在通信的是在通信线路上比特流的路上比特流的传输问题Page 7/39物理物
4、理物理物理层层的功能的功能的功能的功能v功能一：为数据端设备提供传送数据的通路功能一：为数据端设备提供传送数据的通路v功能二：传输数据功能二：传输数据 物理层关心的是信号、物理层关心的是信号、接口和传输介质接口和传输介质Page 8/39物理物理物理物理层层关心的是什么关心的是什么关心的是什么关心的是什么机械特性机械特性指明通信实体间硬件连接接口的机械特点指明通信实体间硬件连接接口的机械特点 电气特性电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电路的特性的电路的特性 功能特性功能特性指明物理接口各条信号线的用途（用法）指明物理接口各条信号线的用途（用法
5、）规程特性规程特性指明利用接口传输位流的全过程及各项用于指明利用接口传输位流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序传输的事件发生的合法顺序 为了传输信号，物理为了传输信号，物理层规定了那些特性？层规定了那些特性？Page 9/39物理物理物理物理层层的机械特性示例的机械特性示例的机械特性示例的机械特性示例Page 10/39什么是信号什么是信号什么是信号什么是信号v信息、数据和信号信息、数据和信号v模模拟信号和数字信号信号和数字信号信息是人对信息是人对现实世界事现实世界事物存在方式物存在方式或运动状态或运动状态的某种认识的某种认识模拟信号是信号参模拟信号是信号参数（幅度、频率等）数（幅度、
6、频率等）的大小连续变化的的大小连续变化的电磁波，可以按不电磁波，可以按不同的频率在媒体上同的频率在媒体上传输传输 数据是用于数据是用于描述事物的描述事物的某些属性的某些属性的具体量值具体量值信号是信息信号是信息传递的媒介传递的媒介数字信号是不数字信号是不连续的物理量，连续的物理量，信号参数也不信号参数也不连续变化连续变化 Page 11/39信号的指信号的指信号的指信号的指标标v频率和率和带宽v数据数据传输速率和比特率速率和比特率频率是指在一固频率是指在一固定时间段内信号定时间段内信号幅度变化的次数幅度变化的次数值。用每秒周期值。用每秒周期数或者数或者HzHz（赫兹）（赫兹）表示表示 带宽指信
7、号在信带宽指信号在信道中传输可使用道中传输可使用的最高频率与最的最高频率与最低频率之差，单低频率之差，单位为位为HzHz（赫兹）（赫兹）“带宽带宽”也用来描述也用来描述指定网络介质或协议指定网络介质或协议的额定吞吐能力，所的额定吞吐能力，所指的其实是数据传输指的其实是数据传输率，通常是以率，通常是以“字节字节/秒秒”为单位为单位 数据传输速率是指设数据传输速率是指设备在某种网络协议标备在某种网络协议标准下的数据发送和接准下的数据发送和接收的能力收的能力 比特率表示单位时间比特率表示单位时间（每秒）内传输实际（每秒）内传输实际信息的比特数，单位信息的比特数，单位为比特秒为比特秒 Page 12/
8、39信号在信号在信号在信号在传输过传输过程中程中程中程中产产生的失真生的失真生的失真生的失真v噪声和衰减噪声和衰减在信号的传输、在信号的传输、处理过程中设备处理过程中设备自身、环境干扰自身、环境干扰等原因而产生的、等原因而产生的、与输入信号无关与输入信号无关的信号的信号信噪比（信噪比（S/NS/N）指信号中原有成指信号中原有成份与噪声的比例，份与噪声的比例，常常用分贝数常常用分贝数（dBdB）表示）表示 信号的衰减，信号的衰减，即随着信号即随着信号的传播，能的传播，能量逐渐减少量逐渐减少 数字信号的优点：数字信号的优点：1 1、抗干扰能力强、抗干扰能力强2 2、远距离传输仍能保证质量、远距离传
9、输仍能保证质量 Page 13/39串行接口的分串行接口的分串行接口的分串行接口的分类类v同步接口同步接口对应于同步通信，异步接口于同步通信，异步接口对应于异步于异步通信通信 v同步通信和异步通信同步通信和异步通信同步通信是指发送同步通信是指发送方和接收方同时、方和接收方同时、同步调进行数据的同步调进行数据的发送和接收发送和接收异步通信是发送方和异步通信是发送方和接收方不要求同时进接收方不要求同时进行数据的发送和接收行数据的发送和接收 启始位 数据位 校验位 停止位 1位 58位 1位 12位Page 14/39串行接口的串行接口的串行接口的串行接口的标标准准准准v目前通用的接口目前通用的接口
10、标准有准有美国美国电子工子工业协会会EIA的的EIA-232接口接口ITU-T的的V系列接口和系列接口和X系列接口系列接口国国际标准化准化组织ISO的的ISO 2110、ISO 1177等等 Page 15/39串行接口串行接口串行接口串行接口举举例例例例2-12-1vEIA-232目前使用最广泛的串行物理接口目前使用最广泛的串行物理接口 提供了一个利用公用提供了一个利用公用电话网网络作作为传输媒体，并通媒体，并通过调制解制解调器器将将远程程设备连接起来的技接起来的技术规定定 机械特性机械特性25根引脚，根引脚，D形接口形接口 电气特性电气特性数据信号数据信号:“1”:-15至至-5伏伏;“0
11、”:+5至至+15伏伏控制信号控制信号:“0”:开（开（ON）;“1”:关（关（OFF）数据速率数据速率:0-20Kbps传输距离传输距离:15M公用电话网公用电话网PCPCModemModemEIA-232接口接口EIA-232接口接口EIA-232远程连接远程连接 Page 16/39串行接口串行接口串行接口串行接口举举例例例例2-22-2vEIA-232功能特性功能特性规程特性规程特性l在在DTEDCE连接情况下，当连接情况下，当“DCE就绪就绪”和和“DTE就绪就绪”均为均为“ON”，就具备操作的基本条件，就具备操作的基本条件lDTE发送数据前，首先将发送数据前，首先将“请求发送请求发
12、送”置为置为“ON”状状态，等待态，等待“允许发送允许发送”上应答信号为上应答信号为“ON”状态后，状态后，才能在才能在“发送数据发送数据”上发送数据上发送数据 Page 17/39以太网接口以太网接口以太网接口以太网接口vRJ45RJ是描述公用是描述公用电信网信网络的接口，常用的有的接口，常用的有RJ-11和和RJ-45v光光纤接口接口用以用以稳定地但并不是永久地定地但并不是永久地连接两根或多根光接两根或多根光纤的无源的无源组件件 FC 圆形形带螺螺纹光光纤接接头 ST 卡接式卡接式圆形光形光纤接接头 SC 方型光方型光纤接接头 LC 窄体方形光窄体方形光纤接接头 MT-RJ 收收发一体的方
13、型光一体的方型光纤接接头 Page 18/39物理物理物理物理层层的的的的传输传输介介介介质质v有有线介介质双双绞线光光纤v无无线介介质无无线电微波微波激光激光红外外线Page 19/39双双双双绞线绞线v双双绞线TP是目前使用最广，价格相是目前使用最广，价格相对便宜的一种便宜的一种传输介介质v由两根由两根绝缘铜导线相互相互缠绕组成，以减少成，以减少对邻近近线对的的电气干气干扰v由若干由若干对双双绞线构成的构成的电缆被称被称为双双绞线电缆v非屏蔽双非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双和屏蔽双绞线STPPage 20/39双双双双绞线绞线的的的的标标准准准准vEIA/TIA-568“商用建筑物商用建筑物电
14、信布信布线标准准”vCat 5：适用于适用于100Mbps的的100Base-TX和和100Base-T4支持高达支持高达100MHz的数据通信的数据通信传输频率率为100MHz用于用于语音音传输和最高和最高传输速率速率为1000Mbps的数据的数据传输主要用于主要用于100base-T和和10base-T网网络。Cat 5e：超五：超五类双双绞线vCat 6:传输频率率为200MHzCat 5e UTPCat 5e STPPage 21/39双双双双绞线绞线的重要性能指的重要性能指的重要性能指的重要性能指标标参数名称参数名称参数含义参数含义合格标准合格标准（100MHz）衰减（衰减（Atte
15、nuation）信号经过线缆时的强度损失，单位为分贝信号经过线缆时的强度损失，单位为分贝21.6近端串扰（近端串扰（NEXT，Near-End Cross Talk）电缆中某导线上传输的信号对其它导线信号产电缆中某导线上传输的信号对其它导线信号产生的噪声称为串扰，近端串扰是出现在发送端生的噪声称为串扰，近端串扰是出现在发送端的串扰的串扰32.3额定传输速度额定传输速度（NVP，Nominal Velocity of Propagation）是信号在线缆中传输的速度，以光速的百分比是信号在线缆中传输的速度，以光速的百分比形式表示形式表示6090衰减串扰比（衰减串扰比（ACR，Attenuatio
16、n-to-Crosstalk Ratio）串扰与衰减量的比例关系，单位为分贝串扰与衰减量的比例关系，单位为分贝10.7回波损耗（回波损耗（RL，Return Loss）信号源输入给数据传输系统的信号与信号源接信号源输入给数据传输系统的信号与信号源接收到的反射信号的功率之比收到的反射信号的功率之比11.0v以超五类双绞线为例，其性能参数如下：以超五类双绞线为例，其性能参数如下：Page 22/39六六六六类类布布布布线线系系系系统统v六六类系系统向下兼容三向下兼容三类、五、五类、超五、超五类布布线产品，同品，同时满足混合使用的要求足混合使用的要求v六六类提供提供2倍于超五倍于超五类的的带宽v改善
17、了在串改善了在串扰以及回波以及回波损耗方面的性能耗方面的性能v6类线与与5类和超和超5类标准存在准存在许多不同之多不同之处：最高工作最高工作带宽200MHz 按照按照250MHz下下检测进行行设计 可作可作为UTP和和STP的解决方案的解决方案包括超包括超5类的所有的所有测试，并加入新的参量并加入新的参量 Page 23/39光光光光传输传输系系系系统统v光光传输系系统由三个部分由三个部分组成：光成：光纤传输介介质、光、光源和源和检测器器 驱动器驱动器 光源光源光检测器光检测器 放大器放大器 电信号电信号电信号电信号光信号光信号光纤光纤超细玻璃超细玻璃熔硅纤维熔硅纤维发光二极管发光二极管激光二
18、极管激光二极管光电二极管光电二极管Page 24/39光信号在光光信号在光光信号在光光信号在光纤纤中的中的中的中的传输传输v光脉冲在光光脉冲在光纤中的中的传输是利用了光的全反射原理是利用了光的全反射原理v光光纤分分为多模光多模光纤和和单模光模光纤 多模光纤单模光纤输入脉冲 输出脉冲 输入脉冲 输出脉冲 Page 25/39光光光光缆缆的的的的结结构和构和构和构和传传播特性播特性播特性播特性v光光缆的的结构构v光光缆的的传播特性播特性损耗耗色散色散外护套远供电源线光纤及其包层填充物加强芯包带层Page 26/39多模光多模光多模光多模光纤纤和和和和单单模光模光模光模光纤纤的比的比的比的比较较单模
19、光纤单模光纤多模光纤多模光纤用于高速度、长距离用于高速度、长距离用于低速度、短距离用于低速度、短距离成本高成本高成本低成本低端接较难端接较难端接较易端接较易窄芯线，需要激光源窄芯线，需要激光源宽芯线，聚光好，光源可采用激宽芯线，聚光好，光源可采用激光或发光二极管光或发光二极管耗散极小，高效耗散极小，高效耗散大，低效耗散大，低效Page 27/39无无无无线线通信通信通信通信v无无线介介质是指信号通是指信号通过空气空气传输，信号不能被，信号不能被约束在一个物理束在一个物理导体内体内v无无线介介质实际上就是无上就是无线传输系系统，主要包括，主要包括:无无线电微波微波红外外线激光激光卫星通信星通信
20、Page 28/39无无无无线电线电v无无线电就是利用地面就是利用地面发射的无射的无线电波通波通过电离离层的反射，的反射，或或电离离层与地面的多次反射而到达接收端的一种与地面的多次反射而到达接收端的一种远距离通距离通信方式信方式v传播距离播距离远，容易穿，容易穿过建筑物，全方向建筑物，全方向传播播v无无线电波的波的传播特性与播特性与频率有关率有关在低在低频上，无上，无线电波能波能轻易地易地绕过一般障碍物，但其能量随着一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急播距离的增大而急剧递减减在高在高频上，无上，无线电波波趋于直于直线传播并易受障碍物的阻播并易受障碍物的阻挡，还会被会被雨水吸收雨水吸收质量
21、不量不稳定，容易受到其他定，容易受到其他电子子设备的各种的各种电磁干磁干扰 地球表面电离层地球表面地面波Page 29/39微波微波微波微波v微波是能量集中于一点并沿直微波是能量集中于一点并沿直线传播，且播，且频率在率在1GHz以上的无以上的无线电波波v微波通信是利用无微波通信是利用无线电波在波在对流流层的的视距范距范围内内进行信息行信息传输的一种通信方式的一种通信方式v使用使用频率范率范围一般在一般在1GHz至至20GHz左右左右 v需要使用中需要使用中继站延站延长传输距离距离v成本低，常用于成本低，常用于长途通信途通信v缺点是保密性不如缺点是保密性不如电缆和光和光缆好好 Page 30/3
22、9各种各种各种各种传输传输介介介介质总结质总结传输传输介质介质成成本本传输传输距离距离传传输输速速率率抗噪抗噪性性可可扩扩展展性性施施工工难难易易优点总结优点总结缺点总结缺点总结双绞线双绞线低低100m高高STP较较好好UTP一一般般好好易易价格便宜，使用广泛，价格便宜，使用广泛，技术成熟，安装简单技术成熟，安装简单易受电磁干扰和窃易受电磁干扰和窃听，传输距离短听，传输距离短光缆光缆高高70km高高优优好好难难传输速率高，传输距传输速率高，传输距离远，不易受电磁干离远，不易受电磁干扰，保密性强，使用扰，保密性强，使用范围正在逐步扩大范围正在逐步扩大成本较高，安装较成本较高，安装较难难无线电无线
23、电/微波微波高高可达数可达数百公里百公里较高较高差差好好较易较易几乎不受传输距离的几乎不受传输距离的限制，适合于复杂地限制，适合于复杂地形形衰减大，造价较高，衰减大，造价较高，保密性差，抗干扰保密性差，抗干扰能力差，有时需要能力差，有时需要申请使用频段申请使用频段Page 31/39以太网以太网以太网以太网标标准中的准中的准中的准中的线缆规线缆规范范范范以太网标准以太网标准传输介质传输介质拓扑拓扑接口接口最大传输最大传输距离距离（m）速率速率（Mb/s）10Base-T2对三类或以上对三类或以上UTP星形星形RJ-4510010100Base-TX2对五类对五类UTP或以上或以上 星形星形RJ
24、-451001001000Base-T 4对五类对五类UTP或以上或以上星形星形RJ-4510010001000Base-LX光缆光缆星形星形SC5000 10001000Base-SX多模光缆多模光缆星形星形SC5501000Page 32/39线缆线缆的的的的连连接接接接2-12-1vEIA/TIA 568A和和568Bv线缆的的连接接标准网准网线交叉网交叉网线全反全反线直通直通/交叉交叉直通直通交叉交叉 直通直通交叉交叉直通直通交叉交叉交叉交叉管脚号管脚号用途用途颜色颜色1发送发送+白色和绿色白色和绿色2发送发送-绿色绿色3接收接收+白色和橘黄色白色和橘黄色4不被使用不被使用蓝色蓝色5不
25、被使用不被使用白色和蓝色白色和蓝色6接收接收-橘黄色橘黄色7不被使用不被使用白色和棕色白色和棕色8不被使用不被使用棕色棕色 T568AT568A标准中标准中RJ-45RJ-45连接器的连接器的管脚号和颜色编码管脚号和颜色编码 Page 33/39线缆线缆的的的的连连接接接接2-22-2v标准网准网线的的线序序v交叉网交叉网线的的线序序v制作制作过程程Page 34/39物理物理物理物理层层的的的的设备设备2 2-1 1v中中继器器能放大信号能放大信号延延长网网络传输距离距离只包含有一个只包含有一个输入端口和一个入端口和一个输出端口，所以只能接出端口，所以只能接收和收和转发数据流数据流 成本低成
26、本低Page 35/39物理物理物理物理层层的的的的设备设备2 2-2 2v集集线器器最初只是一个多端口的中最初只是一个多端口的中继器器 可用于星形拓扑可用于星形拓扑结构构能能够支持各种不同的支持各种不同的传输介介质和数据和数据传输速率速率 有些集有些集线器具有内部器具有内部处理能力，例如，可以接受理能力，例如，可以接受远程管理、程管理、过滤数据或提供网数据或提供网络诊断信息断信息 被交被交换机所取代机所取代Page 36/39本章本章本章本章总结总结分层模型分层模型分层模型分层模型双绞线双绞线光缆光缆无线通信无线通信中继器中继器集线器集线器物理层的功能物理层的功能物理层关心的问题物理层关心的
27、问题物理层概述物理层概述物理层概述物理层概述信号信号线缆的规范和连接线缆的规范和连接物理层的设备物理层的设备接口接口传输介质传输介质物理层是网络的最底层，物理层是网络的最底层，直接面向实际承担数据直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即信传输的物理媒体（即信道）道）物理层传输单位为比特物理层传输单位为比特 物理层关心的是信号、物理层关心的是信号、接口和传输介质接口和传输介质 物理层的传输介质分为物理层的传输介质分为有线介质和无线介质有线介质和无线介质以太网在发展过程中使以太网在发展过程中使用了各种不同的介质，用了各种不同的介质，不同的以太网标准使用不同的以太网标准使用不同的传输介质并有不不同的传
28、输介质并有不同的要求同的要求 双绞线按照不同的规范双绞线按照不同的规范可以制成标准网线、交可以制成标准网线、交叉网线和全反线叉网线和全反线Page 37/39实验实验：制作网：制作网：制作网：制作网线线v实验背景：背景：你公司将新增加你公司将新增加50台台计算机，你需要算机，你需要为这些些计算机制作算机制作标准网准网线，同，同时公司内公司内经常有两台常有两台计算机算机对拷文件的需求，有拷文件的需求，有员工工请你你为他制作交叉网他制作交叉网线 v任任务一：一：观看双看双绞线制作相关制作相关视频v任任务二：制作二：制作标准网准网线连接交接交换机和机和计算机算机v任任务三：制作交叉网三：制作交叉网线连接接计算机和算机和计算机算机Page 38/39实验实验拓扑拓扑拓扑拓扑v拓扑拓扑图使用标准网线连接计使用标准网线连接计算机和交换机算机和交换机 使用交叉网线连接计使用交叉网线连接计算机和计算机算机和计算机Page 39/39完成完成完成完成标标准准准准v完成完成标准准能能够按照正确的按照正确的线序制作不同的网序制作不同的网线通通过网网线连接正确的接正确的设备，使不同小，使不同小组之之间的的计算机算机可以互相可以互相访问了解双了解双绞线如何与模如何与模块、配、配线架相架相连接，以及打接，以及打线方方法，完成法，完成实验作作业
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