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计算机网络第2章 物理层 学习目标 掌握：信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿、编码与调制、电路交换、报文交换、分组交换、数据报与虚电路等基本概念。 理解：奈奎斯特定理与香农定理。 了解：大纲其他内容。 内容提要 2.1 数据通信基础 2.1.1 数据通信系统的基本概念 2.1.2 奈奎斯特定理与香农定理 2.1.3 数据的传输方式 2.1.4 调制解调技术 2.1.5 编码解码技术 2.1.6 交换的概念 2.2 传输介质 2.3 物理层设备 2.3.1 中继器 2.3.2 集线器 本部分要解决的本质问题： 计算机产生的数据在什么样的介质上（机械），以什么方式（电气），如何有序的（时序）传输到另一台计算机上。 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即： 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 2.1 数据通信基础2.1.1 数据通信系统的基本概念 基本术语 数据(data)——信息的实体。 模拟数据：连续变化，如语音、温度等； 数字数据：离散变化，如文字、整数等。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。 “数字的”(digital)——取值是离散数值。 基本术语 信息——数据的内容/内涵。 信源——产生和发生信息的设备（计算机）。 信宿——接收和处理信息的设备（计算机）。 信道——用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 数字信道——采用数字信号传输数据的信道。 模拟信道——采用模拟信号传输数据的信道。 模拟的和数字的数据、信号 基带(baseband)信号和宽带(broadband)信号 基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。这样由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，因此合在一起后不会相互干扰，从而可以在一条电缆中同时传送许多路的数字信号，提高利用率。 2.1.2奈奎斯特定理与香农定理 在信道上传输数据时有什么样的限制？ 数据通信系统的性能指标 时延和时延带宽积 信息传输速率和码元传输速率 时延（delay) 指一个数据块（帧、分组、报文段）从链路或网络的一端传送到另一端所需要的时间. 发送时间＝数据块长度/信息传输速率 传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速率 转发时延：中间节点转发数据引起的时延 总时延 ＝ 发送时间＋传播时延＋ 转发时延。 时延带宽积 时延带宽积＝传播时延 × 带宽 （比特/秒） 例如： 某一链路的传播时延＝500us； 带宽＝100M/s, 时延带宽积＝50 000比特 表明发送的第一个比特到达终点时，发送端已经发出了50 000个比特，充满整个链路。 对于一条正在传送数据的链路，只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到充分的利用。 用一个圆柱性管道代表一条传输链路，管道的长度是链路的传播时延，管道的截面积是链路的带宽，因此管道的体积就是链路的时延带宽积。 RTT（往返时延） RTT：从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。 理想的信号传输 信号传输 期望的理想信号： “压迫”信号的两个因素 衰减: attenuation 噪声: noise 带宽（bandwidth）的概念 数字信号的传输质量主要受衰减、失真等因素影响。 在传输过程中，振幅不会明显减弱的频率范围称为带宽。 信息传输速率 在计算机网络中，每秒传输的编码前数字数据的二进制比特数，单位为比特/秒，即b/s，又称为比特率。 通常所说的100兆的以太网其信息传输速率就是100M/s，这里包括传输的净荷以及为控制传输所附加的信息。 码元传输速率 码元：一个离散信号（电压）状态或信号事件 码元传输速率B（信号速率、调制速率） 定义：每秒传输的码元数 单位：波特（Baud) 信道的最高码元传输速率 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 奈氏(Nyquist)准则 Baud 是波特，