计算机网络-02物理层.pptVIP

计算机网络 第2章 物理层 《计算机网络》电子教案 王凤先 杨晓晖编著，中国铁道出版社，2003.8 计算机网络基础教程 本章概要 物理层是计算机网络体系结构中的最低层,其功能是为其高层(数据链路层)提供比特流传输服务，因此物理层与数据通信系统有着直接的关系。 本章介绍的内容主要包括：数据通信基础知识，包括数据通信的基本概念和主要技术指标；数据编码技术和时钟同步；数据交换技术、多路复用技术；信号传输介质；以及物理层接口与协议等。 2.1 数据通信基础 数据通信是以计算机参与、能直接进行各种数据传输为特征的一种现代通信技术，可分为模拟通信和数字通信。数据通信系统主要包括： 信源：产生和发送信息的设备或计算机。 信宿：接收和处理信息的设备或计算机。 信号变换装置：对数据进行表示使之能够传输的设备。 信道：信源和信宿之间的通信线路。 2.1.1 模拟数据通信和数字数据通信 基本概念和术语： 数据：指有意义的实体。 模拟数据是在某个区间内连续变化的值。 数字数据的值是离散的。 信号：数据的电子或电磁编码，是数据在通信过程中的物理表示。 模拟信号是随时间变化的电流、电压或电磁波。 数字信号则是一系列电脉冲。 信息：信息是数据的内容和解释。 2.1.1 模拟数据通信和数字数据通信 无论信源传输的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都要转换成适合于信道传输的信号形式。模拟数据和数字数据可以用模拟信号或数字信号表示。任何类型的数据只要通过适当的转换都可以在模拟信道或数字信道上传输。 模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。 数字数据可以用模拟信号来表示，在模拟信道上传输。此时需用调制解调器(Modem)对数字数据进行转换。 数字数据可以直接用二进制形式的数字脉冲信号来表示，在数字信道上传输。 模拟数据也可以用数字信号表示，在数字信道上传输。 2.1.2 数据通信中的主要技术指标 1. 数据传输速率：每秒能传输的二进制信息位数，单位为b/s。 S＝(log2N)/T 2. 信号传输速率：单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫码元速率、调制速率或波特率，单位为Baud。 S＝Blog2N 或 B＝S/log2N 3. 信道容量：表征信道传输数据的能力，指信道的最大数据传输速率，单位为b/s。奈奎斯特公式给出在理想情况下，信道容量与带宽的关系: C＝2Hlog2N 仙农公式则给出在有热噪声存在的情况下，信道容量的计算公式： C＝Hlog2(1+S/N) 其中S/N为信道功率与噪声功率的比值。信噪比的单位为分贝(db)，用10log10(S/N)表示。 4. 误码率：衡量数据通信系统在正常工作时的传输可靠性的指标，定义为二进制数据位在传输时出错的概率。 pe＝Ne/N 2.1.3 数据编码技术和时钟同步 一、数字数据的模拟信号编码 使用调制解调器对数字数据进行模拟信号编码的原理是：用被编码的数字数据控制载波信号的基本要素。载波具有三大要素，即振幅、频率和相位，数字数据可以针对载波的不同要素或它们的组合进行调制。 移幅键控ASK：用两种不同的幅位来表示二进制值的两种状态。 移频键控FSK：用载波频率附近的两种不同频率表示二进制的0和1。 移相方式PSK：利用载波信号相位移动来表示数据。 2.1.3 数据编码技术和时钟同步 二、数字数据的数字信号编码 数字信号可以采用基带传输，即直接传输数字信号的电脉冲。 单极性不归零码，用电压(或电流)的有无分别表示“1”和“0”； 双极性不归零码，用电压(或电流)的正负分别表示“1”和“0”； 单极性归零码，发送“1”码时，发出正电流(持续时间短)，且在码元周期内不需要回到0电流，发送“0”码时不发电流； 双极性归零码， 发送“1” 时用正的窄脉冲，“0”用负的窄脉冲。 2.1.3 数据编码技术和时钟同步 二、数字数据的数字信号编码 基带传输中信号同步的解决： 外同步法：接收方的同步信号由发送方事先送来,在发送实际数据之前，发送方先向接收方发送一串同步时钟脉冲，接收方按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收方的接收频率，以便在随后接收数据的过程中始终与发送方保持同步。 自同步法：接收方从数据信号中提取同步信号自行进行同步。典型例子就是在局域网中广泛应用的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 2.1.3 数据编码技术和时钟同步 三、数据的数字信号编码 对模拟数据进行数字信号编码的最常用方法是脉冲编码调制PCM，以采样定理为基础：若对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频率大于等于有效信号最高