计算机网络与通信-第2章-物理层.pptVIP

计算机网络与通信 第2章 物理层 物理层的功能包括通信介质的规范、信号的编码与调制、接口标准、线路复用、电路交换等。 本章主要内容 2.1 数据通信的基础知识 2.2 传输介质 2.3 编码与调制 2.4 传输模式 2.5 复用技术 2.6 公用交换电话网PSTN 2.7 宽带接入技术 2.1 数据通信的基础知识 数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 频率、带宽、宽带 信号的频率f是信号每秒振荡的周期数，通信介质能容纳一定频率范围的信号。 带宽（Bandwidth）就是介质能够传送的最高频率和最低频率之间的差值，即在最小衰减的情况下能够通过介质的频率范围。它是传输介质的一种物理特性，通常取决于介质的材料构成、厚度和长度。 如电话信号的频率是300～3300Hz，则它的带宽就是3000Hz。 宽带线路：可通过较高数据率的线路。 在网络中有两种不同的速率： 信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率 计算机向网络发送比特的速率（比特/秒） 这两种速率的意义和单位完全不同。 宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。 在时间轴上信号的宽度随速率的增大而变窄。 两个定理 Nyquist定理 在无噪声的环境下，如果介质所能传输的最大频率为f，那么接收方只要以每秒2f的频率进行采样，就能完整重现信号。 Shannon定理 在一条带宽为W Hz，信号能量为S，噪声能量为N的有噪声信道的环境下： C ＝ W×log2（1＋S/N）bps C为信道的极限信息传输速率。 如：电话系统的带宽为3000Hz，信噪比约为35dB，可得35＝10× log10(S/N)， 即 S/N＝103.5＝3162， 则 最大比特率＝ 3000×log2(1+3162)＝34,880bps 此即为电话系统Modem的速率上限，不管传输的信号级数是多少，也不管采样频率是多少。 2.2 传输介质 传输介质按介质特性分三类：金属导体（双绞线、同轴电缆）、透明玻璃或塑胶绳（光导纤维）、空气。 金属导体利用导线电流传输数据，光纤通过光波实现数据传送，空气利用电磁波传送数据。 传输介质也分为有线介质和无线介质。 传输介质的分类 2.2.1 双绞线 双绞线（Twisted-pair Cable）是由两根相互绝缘的铜线组成的，这两根线以螺旋状的形式绞在一起，以抵消外界噪声的影响。 双绞线即可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，几公里的传输距离内可以达到几Mbps的带宽。 双绞线电缆有许多种类，如二芯或四芯的电话线、八芯的网线、大对数电缆（50对、100对等）。 双绞线还有屏蔽和非屏蔽之分。 非屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted-Pair）的优点在于价格便宜和使用简单。 双绞线还可以按其电气特性进行分级或分类。 EIA制定了一种按质量划分UTP等级的标准。 UTP的等级 屏蔽双绞线 屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted-Pair）在几对双绞线的外层用铜编织网或金属箔包上，有的还在每对双绞线外面有金属箔包上，均用作屏蔽。 STP由于价格昂贵，目前使用很少。 双绞线的结构 UTP的连接头 2.2.2 同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable）由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。这种结构中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，因而具有很好的抗干扰特性。 通常按特性阻抗数值的不同，将其分为基带同轴电缆（50?）和宽带同轴电缆（75?）。基带传输数字信号，又可分为细缆和粗缆。宽带传输模拟信号，用于有线电视网。 同轴电缆结构 2.2.3 光纤 光导纤维，是网络传输介质中性能最好、应用前途广泛的一种。光纤用光脉冲形成的数字信号进行通信，其传输带宽很大，并且不受电磁干扰的影响。 光纤通常由极透明的石英玻璃拉成细丝作为纤芯，外面分别有包层、吸收外壳和防护层等构成。包层较纤芯有较低的折射率。 光纤结构 光纤的类型 光纤按传输模式分为单模光纤(Single-Mode Fiber)和多模光纤(Multimode Fiber)。 多模光纤中有许多不同的光束在不同的反射角传播，每一束光都有不同的模式。又可分为阶跃式和渐变式。玻璃芯的直径为50μm或62.5μm。 如果光纤的直径减小到几个光波波长大小时，光就只能按直线传播了，而不会反射，这样的光纤称为单模光纤。传输频带宽，传输容量大，在50GHz的速率下可传输100km而不用放大。直径为8-10μm。 光纤连接头 光纤中使用的光波波长通常为850nm、1300nm、1310nm和1550nm，频率约为3×1014Hz。在这些波段处能达