计算机网络B---第2章 物理层.pptVIP

本章重点与学习目标 掌握模拟数据与数字数据的特点与区别； 掌握信道极限传输速率公式； 掌握双绞线与光纤的特点与应用范围。 2.1 案例需求 在鲁中学院校园网中，首先要考虑的问题是如何采用传输媒体，把计算机与网络设备连接成网络。 接下来要考虑选用哪种类型的媒体，室内媒体与室外媒体是否应该不同，连接计算机与网络设备的媒体使用什么样的连接头。 还要考虑一些理论上的问题：如0与1如何在媒体中以光与电的形式传输，媒体传输速率有没有上限，同一媒体是否可以同时传输多路数据。 2.2 信道2.2.1 有关信道的基本概念 1．单工通信 当数据只能单向传输，即一方发送，另一方只能接收而不能发送时，称为单工通信。 2．半双工通信 数据能够双向传输，但在同一时刻每一方只能发送或接收，称为半双工通信。通信双方都不能同时发送与接收。 3．全双工通信 通信双方都可以同时发送与接收，互不影响。 两人可以同时说话，也不用按任何按钮，使用起来非常方便。 概念 数据（data）是运送信息的实体 。 信道中传输的电或光则称为信号（signal），是数据的电或光的表现。 无论是数据还是信号，都有模拟的（analog）与数字的（digital）之分。 模拟的指取值可以连续变化，数字的则指取值只能取有限的几个离散值 。 模拟与数字信号可以相互转换 模拟转换为数字称为模/数（A/D）转换，数字转换为模拟称为数/模（D/A）转换。 网络信道中传输的信号一般是数字的（只有0与1） 。 如何用数字信号来表示数字数据？ 数字信号可取多个离散值，最简单的情况是只取两个值：电信号就是低电压与高电压，光信号则是有光与无光。 模拟、数字数据转换为模拟、数字信号 电信号表示时： 用高电压表示1，用低电压表示0。 但这种方法在遇到连续多个0或1时信号将不会变化，接收时可能出现错误，因此计算机网络中并不采用此法。 广泛使用的是曼彻斯特编码（克服以上缺点）：由低电压跳变到高电压表示0，由高电压跳变到低电压表示1。 数字信号优点 与模拟信号相比，数字信号最大的优点是抗干扰性好。 GSM数字手机的语音质量比老式的模拟手机高得多；硬盘上的数字音乐与数字电影无论复制多少遍都与原版一样，磁带上的模拟音乐与录像带上的模拟电影复制几次就无法与原版相比了。 道理非常简单：一个信号值从5V被干扰变成4V，如果是模拟信号就再也变不回5V，如果是数字信号却仍能分辨出它是高电压，代表1，并且复制时再把它变回5V。 2.2.2 信道的数据传输速率 数据传输速率的基本单位是b/s（位/秒），因此若要按字节计算速率就必须除以8。bit/s也可写为bps（bit per second）。 需要注意的是，在计算机世界，K、M、G、T的含义有两种，另一种是： 香农（Shannon）公式 一个信道的数据传输速率越高越好，但是速率高到一定程度，信号的失真、衰减会变得非常严重，接收方就不能正确接收。 1948年香农指出：对于一个带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道，存在一个极限传输速率，当低于此速率传输数据时，可以做到不产生差错。 香农公式 这个极限速率由以下确定： C = W log2(1+S/N) （香农公式） 其中： C为信道的极限传输速率，单位是bps； W为信道的带宽，单位是赫兹（Hz）； S为信道内所传信号的平均功率； N为信道内部的高斯白噪声的功率； S/N称为信噪比。 带宽（band width）是通信技术中的概念，信号的带宽指该信号所占据的频率范围，例如，某信号的频率范围是1000～9000Hz，那么它的带宽就是8000Hz 。 2.3 信道复用技术 信号在信道中传输时，最简单的是一条信道传输一路信号。 为提高效率，考虑在一条信道上同时传输多路信号。 信道复用（multiplexing）技术就是在发送端将多路信号进行组合，然后在一条信道上传输，接收端再将组合信号分离出来。 利用复用技术，一条信道好像划分成了多条信道，彼此之间互不影响。 复用技术中最关键的问题是如何划分信道而不出现混乱。 根据划分信道技术的不同，复用技术主要分为三大类：频分复用、时分复用与码分复用。 2.3.1 频分复用 在频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）技术中，划分信道的依据是频率。 信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的设备将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号 2.3.2 时分复用 在时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）技术中，划分信道的依据是时间。 将时间划分成若干时间片（也称为时隙），并将这些时间片分配给每一个发送方。 发送方把数据拆分，在自己的时间片内独占信道的整个带宽传输。接收方再把收到的不