三峡大学：《计算机网络教程》第3章 物理层

第三章物理层 3.1物理层的基本概念 物理层的作用是在连接计算机的各种传输媒体 上透明地传输比特流。 网络中的物理设备和传输媒体种类繁多,通 信手段也有多种方式物理层的作用正是要尽 可能地屏蔽掉这些差异,使上一层感觉不到这 些差异 物理层的主要任务是描述设备之间及设备与传 输媒体之间接口的一些特性。主要有四个特性:

第三章 物理层 3.1物理层的基本概念 ⚫物理层的作用是在连接计算机的各种传输媒体 上透明地传输比特流。 网络中的物理设备和传输媒体种类繁多，通 信手段也有多种方式。物理层的作用正是要尽 可能地屏蔽掉这些差异，使上一层感觉不到这 些差异。 ⚫物理层的主要任务是描述设备之间及设备与传 输媒体之间接口的一些特性。主要有四个特性：

机械特性:指接口的形状和尺寸、引脚数目和排列 等 2、电气特性:什么样的电压表示1和0,传输距离、速 率 3、功能特性:每条传输线的功能。 4、规程特性:传输线上不同功能的各种事件的 出现顺序

1、机械特性：指接口的形状和尺寸、引脚数目和排列 等 2、电气特性：什么样的电压表示1和0，传输距离、速 率 3、功能特性：每条传输线的功能。 4、规程特性：传输线上不同功能的各种事件的 出现顺序

3.2数据通信的基本知识 ●32.1数据通信系统的模型 (模拟) (数字) (模拟) Computer 本地 本地 Computer 环路 电信局千线 环路 Codec Codec o (数字)M 公用电话网 Modem(数字) 源站→发送器一→「传输系统一→接收器→目的站

3.2数据通信的基本知识 ⚫ 3.2.1数据通信系统的模型

● MODEM:调制解调器,包括调制器和解调 器,调制器用来将计算机发出的数字信号转换 成适合于电话线传输的模拟信号;解调器则用 来将电话线传来的模拟信号还原成数字信号交 给计算机。 CODEC:编码解码器,包括编码器和解码器, 编码器用来将模拟信号转换成数字信号;解码 器则用来将数字信号还原成模拟信号

⚫ MODEM：调制解调器，包括调制器和解调 器，调制器用来将计算机发出的数字信号转换 成适合于电话线传输的模拟信号；解调器则用 来将电话线传来的模拟信号还原成数字信号交 给计算机。 ⚫ CODEC:编码解码器，包括编码器和解码器， 编码器用来将模拟信号转换成数字信号；解码 器则用来将数字信号还原成模拟信号

●322有关信道的几个基本概念 1、从双方信息交互的方式来看,通信方式有 方式单工方式半双工方式全双工方式 只支持数据 描述的单向流动双方都可以发双方可以同时 方发送,送信息,但不发送和接收信 另一方接收 能同时发送,息。效率高, 必须交替进行。但需多条线路

⚫ 3.2.2有关信道的几个基本概念 1、从双方信息交互的方式来看，通信方式有三 种： 方式 单工方式 半双工方式 全双工方式 描述 只 支 持 数 据 的 单 向 流 动 。 一 方 发 送 ， 另 一 方 接 收 。 双方都可以发 送信息，但不 能同时发送， 必须交替进行。 双方可以同时 发送和接收信 息。效率高， 但需多条线路

●信号:是数据的电气或电磁表现。 ●数字信号、模拟信号、数字信道、模拟信道 ●数字信号只有不变化到不可识别的程度都可再生还 原,而模拟信号一旦变化不能还原,因此采用数字 传输服务质量高,另外进行差错控制、加密等,是 今后的发展趋势 ●基带信号:将数字信号的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:将基带信号进行调制后形成的模拟信 号采用频分多路复用的方式进行传输

⚫ 信号：是数据的电气或电磁表现。 ⚫ 数字信号、模拟信号、数字信道、模拟信道 ⚫ 数字信号只有不变化到不可识别的程度都可再生还 原，而模拟信号一旦变化不能还原，因此采用数字 传输服务质量高，另外进行差错控制、加密等，是 今后的发展趋势。 ⚫ 基带信号：将数字信号的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：将基带信号进行调制后形成的模拟信 号采用频分多路复用的方式进行传输

3.2.3信道上的最高码元传输速率 总是希望在信道上传送尽可能多的码元,但过 多会发生失真。传输的极限值是多少? ●尼奎斯特推导出在理想低通信道(就是信号的 频率低某个上限的分量都能通过,高于一限的 不能通过)下: 最高码元传输速率=2 W Baud W为信道带宽(Hz), Baud是波特,是码元传输速率的单位,1波特为 每秒传输1个码元。 如一个3KHz的低通信道,其最高码元速率为 6000Baud

⚫ 总是希望在信道上传送尽可能多的码元，但过 多会发生失真。传输的极限值是多少？ ⚫ 尼奎斯特推导出在理想低通信道(就是信号的 频率低某个上限的分量都能通过，高于一限的 不能通过)下： 最高码元传输速率=2W Baud W为信道带宽(Hz)， Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为 每秒传输1个码元。 如一个3KHz的低通信道，其最高码元速率为 6000Baud. 3.2.3信道上的最高码元传输速率

在理想带通信道(就是信号的频率在f~的分 量都能通过,低于或高于的不能通过)下: 最高码元传输速率= BAud W为信道带宽(Hz) 波特和比特率不同 波特表示:码元/秒,通常用来表示 MODEM的 调制速率,调制一次传输一个码元,一次调制 可传送多位信息,即一个码元可代表多个比特 如采用8相调制,调制一次有8种可能的状态 每种状态可给予一个3位编码。 比特率表示:比特/秒 比特率=N*波特

⚫ 在理想带通信道(就是信号的频率在f1~f2的分 量都能通过，低于f1或高于f2的不能通过)下： 最高码元传输速率=W Baud W为信道带宽(Hz)， 波特和比特率不同 波特表示：码元/秒，通常用来表示MODEM的 调制速率，调制一次传输一个码元，一次调制 可传送多位信息，即一个码元可代表多个比特。 如采用8相调制，调制一次有8种可能的状态， 每种状态可给予一个3位编码。 比特率表示：比特/秒 比特率=N*波特

●香农在1948年进一步把尼奎斯特的结论扩展到 有随机嘈声影响的信道,给出了著名的香农定 理,指出了信道带宽与信道容量之间的关系: C=Wlog2(1+S/N)(bps) 这里,C为信道容量,W为信道带宽, N为噪声功率,S为信号功率。 对于3.1kHz带宽的标准电话信道,如果信噪比 SN=2500,则无论采用何种先进技术,极限 速率为35kbis

⚫ 香农在1948年进一步把尼奎斯特的结论扩展到 有随机嘈声影响的信道，给出了著名的香农定 理，指出了信道带宽与信道容量之间的关系： C=W log2 (1+S/N) (bps) 这里，C为信道容量，W为信道带宽, N为噪声功率，S为信号功率。 对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果信噪比 S/N=2500，则无论采用何种先进技术，极限 速率为35kbit/s

1.3物理层下面的传输媒体 ●3.3.1导向传输媒体(有线介质) 1、双绞线 双绞线( Twisted pair,缩写为TP) ●双绞线是目前局域网中最常用的传输介质。 ●双绞线是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成, 成对扭绞的作用是尽可能减少相邻导线的电 磁干扰,因为电磁场在两根导线上产生的干 扰信号大小相等、方向相反而相互抵消 ●双绞线分为分为非屏蔽双绞线UTP)和屏蔽双 绞线(STP)。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包 裏以降低干扰、减小幅射,但价格较贵

1.3物理层下面的传输媒体 ⚫ 3.3.1导向传输媒体（有线介质） ⚫ 1、双绞线 双绞线(Twisted pair，缩写为TP) ⚫ 双绞线是目前局域网中最常用的传输介质。 ⚫ 双绞线是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成， 成对扭绞的作用是尽可能减少相邻导线的电 磁干扰，因为电磁场在两根导线上产生的干 扰信号大小相等、方向相反而相互抵消。 ⚫ 双绞线分为分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双 绞线(STP)。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包 裹以降低干扰、减小幅射，但价格较贵