03-物理层概述、数据通信、传输介质省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,人民邮电出版社,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,计算机网络技术基础,第1页,1,第二章物理层,物理层概述,数据通信基本概念,传输介质,重点：基本概念,各协议上规程工作过程,第2页,2,物理层概述,物理层功效和作用,物理层主要,功效,就是为数据链路层实体在详细物理媒体上提供发送或接收比特流能力。,物理层主要,作用,在于屏蔽物理设备和传输媒体特征差异，使数据链路层无须去考虑物理设备和传输媒体详细特征，而只要考虑完成本层协议和服务。,第3页,3,物理层特征,物理层协议与详细物理设备，传输媒体及通信伎俩相关。所以，物理层协议只能将物理层实现主要功效描述为与传输媒体接口相关四个特征：即,机械特征、电气特征、功效特征,和,规程特征,。物理层就是经过这四个特征作用，在,DTE,和,DCE,之间，实现了物理通路连接。,物理层介绍,第4页,4,物理层接口特征,物理层接口特征要求了,DTE,与,DCE,之间标准接口,机械特征，电气特征，功效特征,和,规程特征,。,DTE,（,Data Terminal Equipment,）,数据终端设备,，它是一个含有一定数据处理能力及转发数据设备。,DCE,（,Data Circuit-Terminating Equipment,）,数据电路终接设备,。它在,DTE,和传输线路之间提供信号调换和保持和释放数据链路连接。,第5页,5,物理层接口特征,机械特征,机械特征是对连接器（包含插头和插座,形状,和,尺寸,，,插针或插孔数目及其排列,，,固定或锁定装置,等）做出详细要求特征。,电气特征,电气特征要求了,DTE/DCE,之间多条信号线电气连接及相关电路特征，通常包含：发送器和接收器,电路特征，负载要求，传输速率和连接距离,等。,第6页,6,物理层接口特征,功效特征,功效特征主要是对各接口信号线做出确切,功效定义,并,确定相互间操作关系,。,规程特征,规程特征要求了,DTE/DCE,接口各信号线之间,相互关系，动作次序以及维护测试操作,等内容。,第7页,7,惯用物理层标准,EIA RS-232-C,EIA RS-232-C,是美国电子工业协会于,1969,年颁布，当前广泛应用于主机与终端间近程连接之中。,EIA RS-232-C,机械特征,提议使用,25,芯连接器，并要求了连接器尺寸及芯针排列。,EIA RS-232-C,电气特征,要求采取单端发送单端接收，双极性电源供电电路。,第8页,8,惯用物理层标准,EIA RS-232-C,功效特征,将,25,芯连接器中,20,条信号线分为四类：数据线（,4,条），控制线（,11,条），定时线（,3,条）和信号地线（,2,条），余下,5,条未定义。,EIA RS-232-C,规程特征,描述了在不一样条件下，各条信号线展现“接通”或“断开”状态次序和关系。,EIA-232,接口标准有两个较大,弱点,，即：数据,传输速率最高为,20kbit/s,；连接电缆,最大长度不超出,15m,。,第9页,9,DTE,DCE,DTE,DTE,1,2,3,4,5,8,7,6,20,1,2,3,4,5,8,7,6,20,（,a,）,远程连接,2,3,4,5,8,7,6,20,2,3,4,5,8,7,6,20,（,b,）,近程连接,EIA RS-232-C,接口物理特征,第10页,10,两个,DTE,经过,DCE,进行通信例子,EIA,要求了插头装在DTE,上，插座装在,DCE,上,。,DTE-A,DTE-B,网络,调制解调器,DCE-A,调制解调器,DCE-B,EIA-232/V.24,接口,EIA-232/V.24,接口,信号线与控制线,信号线与控制线,通信环境,用户环境,用户环境,通信设施,用户设施,用户设施,第11页,11,数据通信基本概念,数据通信系统基本组成,信息源和输入转换器,输出转换器和受信者,发送设备,接收设备,信道,噪声,第12页,12,数据通信系统基本组成,数据链路,数据输入输出设备,传输控制器,数据终端设备（,DTE,）,通信控制器,主,机,中央计算机系统（,DTE,）,数据电路终接设备,（,DCE,）,接口,数据电路终接设备,（,DCE,）,传输信道,接口,数据电路,第13页,13,数字通信系统质量指标,一、有效性指标,是衡量系统传输能力主要指标。,1,、码元速率：,每秒钟传输信号码元数目，单位：波特（,B,），用符号,R,B,表示。码元速率也称为,调制速率,。,2,、信息速率：,每秒钟传输信息量，单位：比特,/,秒（,bit/s,），用符号,R,b,表示。,R,b,=R,B,I=R,B,log,2,N,（,bit/s,）,第14页,14,3,、功率利用率：,在确保系统传输质量条件下，系统所需要最低归一化信噪比。归一化信噪比是指每比特信号能量,E,b,和噪声单边功率谱密度,N,0,比值。,4,、频带利用率：,是系统单位频带内所实现信息传输速率。,n=R,b,/B,R,B,(log,2,N)/B (bit/s/HZ),数字通信系统质量指标,第15页,15,二、可靠性指标,主要用差错率来表示。,1,、误码率：,在系统传输码元总数中发生差错码元数所占百分比称误码率。,2,、误比特率：,在系统传输中发生差错比特数占传输总比特数百分比称误比特率。,数字通信系统质量指标,第16页,16,信道容量,信道容量,是在给定信道传输差错率趋于零情况下，信道在单位时间内可能传输最大信息量。,1,、奈奎斯特定理,在信道含有理想低通矩形特征和无噪声情况下，信道容量为：,C=2W(B)=2Wlog,2,N (b/s)奈氏准则另一个表示方法是：每赫带宽理想低通信道最高码元传输速率是每秒,2,个码元。,第17页,17,信道容量,2,、香农公式,在有随机噪声（服从高斯分布）干扰信道上传输数字信号，信道容量为：,C=Wlog,2,(1+S/N)(b/s),C,为信道极限信息传输速率；,W,为信道带宽（以,Hz,为单位）；,S,为信道内所传信号功率；,N,为信道内部高斯噪声功率。,第18页,18,信道容量,2,、香农公式,香农公式表明，,信道带宽或信道中信噪比越大，则信息极限传输速率就越高,。只要信息传输速率低于信道极限信息传输速率，就一定能够找到某种方法来实现,无差错传输,。,因为码元传输速率受奈氏准则制约，所以要提升信息传输速率，就必须设法使每一个码元能携带更多个比特信息量。这就需要采取,多元制,（又称,多进制,）调制方法。,第19页,19,数据传输技术,有线传输介质,1,、双绞线,双绞线电缆是由按一定密度螺旋结构排列两根包有绝缘层铜线部再包裹屏蔽层或橡塑外皮而组成。,双绞线电缆分为,屏蔽双绞线,和,非屏蔽双绞线,两大类。,第20页,20,非屏蔽双绞线结构,第21页,21,非屏蔽双绞线优缺点,优点,尺寸小、重量轻、轻易弯曲；价格廉价；轻易安装和维护。,缺点,抗干扰能力较弱；传输距离比较短。,UTP,分为：,3,类线、,4,类线、,5,类线和超,5,类线,UTP,非常适合于楼宇内部结构化布线,第22页,22,屏蔽双绞线,优点,传输质量较高；电缆尺寸和重量与,UTP,相当。,缺点,安装不适当有可能引入外界干扰；成本较高。,第23页,23,2,、同轴电缆,同轴电缆由两个导体组成，是一个空心圆柱形网状导体围裹着一个实心导体结构。,同轴电缆可分为两种基本类型，,基带同轴电缆,和,宽带同轴电缆,。,绝缘层,屏蔽,/,外导体,绝缘套层,内导体,第24页,24,同轴电缆结构,第25页,25,同轴电缆电缆优点,物理特征：,频率范围较宽。,传输特征：,a.,粗电缆：抗干扰性能好，传输距离远。,b.,细电缆：价格廉价，传输距离近。,连 通 性：,适于点到点及点到多点连接。,地理范围：,距离大，几千米甚至几十千米。,价 格：,高于双绞线，低于光纤。,第26页,26,3,、光纤,光纤是一个能够传导光信号介质。光纤由纤芯、包层两部分组成。纤芯为光通路；包层由多层反射玻璃纤维组成，用来将光线反射到纤芯上。,外护套,玻璃包层,光纤纤芯直径为,5 100,微米,(,m),第27页,27,折射角也增大,入射角增大,高折射率媒体,低折射率媒体,当入射角增大时，折射角也增大,入射角增大到足够大时,高折射率媒体,低折射率媒体,产生了全反射,光线全反射,第28页,28,高折射率（纤芯）,低折射率（包层）,光线在纤芯中传输方式是不停地全反射,第29页,29,输入脉冲,输出脉冲,多模光纤,输入脉冲,输出脉冲,单模光纤,光纤能够分为单模和多模两种传输方式,第30页,30,光纤特征,物理特征：,两根光纤组成传输系统，按波长范围可分成,3,种：,0.85m,、,1.3m,、,1.55m,。,第31页,31,光纤特点,传输特征：,数据传输率可达几千,Mb/s,，传输距离达几千米。,连 通 性：,普遍用于点到点链路。,地理范围：,6km,8km,距离内不用中继器传输。,抗干扰性：,不受电磁波干扰或噪声影响。,价 格：,当前价格较高，但伴随技术改进会大幅下降。,第32页,32,1,、微波,微波中继通信是利用电磁波在对流层视距范围内传输一个通信方式，其频率普通在,1GHz,至,20GHz,左右。因为受地形和天线高度限制，两站间通信距离普通为,3050km,。故长距离传输时，必须建立多个中继站。,无线传输介质,第33页,33,微波特点,主要优点：,通信信道容量大；微波传输质量较高；,建设投资少，见效快。,主要缺点：,相邻站之间必须直视，不能有障碍物；有时会受恶劣气候影响；隐蔽性和保密性较差；使用和维护花费较大。,无线传输介质,第34页,34,2,、卫星通信,卫星通信实际上也是微波通信一个方式，只不过它是,利用位于高空人造地球卫星作为中继器一个微波接力通信。,卫星通信最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关，非常适合于广播通信。卫星通信含有较大传输时延，系统保密性较差。,无线传输介质,第35页,35,卫星通信,第36页,36,小结与作业,小结,此次课主要学习了物理层基本概念、接口特征和惯用标准、数据通信系统基本组成、主要质量指标、信道容量、传输介质等内容。重点掌握数据通信系统基本组成和信道容量计算。,作业,P55,一,1,、,2,、,13,、,14,；二,2,、,3,、,4,、,6,、,7,；,三,1,、,2,、,3,第37页,37,谢谢！,第38页,38,