网络第二讲物理层ygm.

复习题1.APRANET采用（）思想解决复杂的计算机网络问题。2.在计算机网络结构中，下层为上层提供（），供上层（）。3.计算机网络的OSI模型包括几层？4.计算机网络的TCP/IP模型包括哪四层？在折中的五层结构中把（）分为两层（）和（）。5.在计算机网络（五层）模型中，除去物理层，其它上层数据传到下层需要加入（）6.下层数据传到上层需要（）。7.同一系统内上下层之间通过（）通信？8.不同系统的对等层之间通过（）通信？2计算机网络第二章物理层3本章要求1理解物理层关注的问题2了解计算机网络的典型传输介质3理解调制解调技术4理解多路复用技术5了解数字传输系统6理解宽带接入技术本章重点•明确物理层的任务•了解几种常用的信道复用技术；•了解几种常用的宽带接入技术；5回顾五层协议的体系结构?0011100101001100110011101011011000011物理层数据链路层网络层运输层应用层物理层数据链路层网络层运输层应用层主机主机物理传输媒体6物理层关注主要问题一句话：用什么来传输0-1比特流？◆问题分析（1）传输介质问题：用什么物理介质？传输什么信号？适应什么环境？有什么传输特点？（2）数字信号传输问题：如何将0-1序列变换为相应的传输信号？传输速度多快？如何计算？（3）模拟信号传输问题：如何将模拟信号变换为相应的数字信号？传输速度多快？如何计算？else……物理层的主要任务•确定与传输媒体接口的有关特性。即：•机械特性：传输介质的物理性质尺寸等；•电气特性：传输电信号范围；•功能特性：某电信号所代表的含义；•过程特性：指明不同功能的各种可能事件的出现顺序；8脉络解决问题多路信号传输传输介质香农定理调制技术多路复用技术宽带接入技术数字传输系统通信基础知识物理层•物理层关注如何在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流;•物理层作用要尽可能屏蔽掉各种传输媒体和通信手段的差异;•物理层任务:确定与传输媒体的接口的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。计算机网络2.物理层：传输媒体传输介质为谁服务？10•物理连接上的传输方式有两种：–并行传输：多个比特同时传输•用于计算机中CPU与内存、高速硬件之间–串行传输：一个一个比特的按时间顺序传输•用于传输线上，节约成本和空间物理层要完成串并/并串转换（硬件问题）物理层基本概念计算机网络2.物理层：传输媒体11传输介质的分类两类：有线（导向）和无线（非导向）选择传输介质需要考虑的因素：价格安装难易程度容量衰减抗电磁干扰能力计算机网络2.物理层：传输媒体12•双绞线•同轴电缆•光纤电缆•无线与卫星通信信道计算机网络2.物理层：传输媒体常用的传输介质13双绞线屏蔽:STP、UTP绞合度：1-7类（5类）计算机网络2.物理层：传输媒体--导向RJ4514RJ45接头排线步骤5RJ45有两种排线标准T568A\T568B计算机网络2.物理层：传输媒体--导向查阅+动手？机器接交换机？机器间直连？15同轴电缆——有线电视内导体绝缘层外屏蔽层外部保护层计算机网络2.物理层：传输媒体--导向50、75——有线电视系统的标准传输电缆16同轴电缆接口BNC主机连接细缆（10Base2）的接口标准AUI主机连接粗缆（10Base5）的接口标准计算机网络2.物理层：传输媒体--导向17光纤（1）折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯光纤通信原理:当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角；入射角足够大，出现全反射。计算机网络2.物理层：传输媒体--导向18光纤（2）传输模式：单模和多模inputoutputsingle-modefiberinputoutputMultimodefiber计算机网络2.物理层：传输媒体--导向多模缺点：距离越远，失真越严重没有反射，直线传播，失真非常小19玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳光缆（1）计算机网络2.物理层：传输媒体--导向•多模-红色•单模-黄色8芯、12芯2km布线75km加光放光缆（2）计算机网络2.物理层：传输媒体--导向21光纤接口•ST插头•SC插头•FC插头ST插头计算机网络2.物理层：传输媒体--导向SC插头三种连接方法，结合处都有光损耗和反射，并且反射的能量会和信号交互作用22光纤的性能•价格–光缆及连接器比铜导线昂贵，但价格正在迅速下降–安装费用远远超出其材料费用•安装难易程度–较难•容量–支持极高的带宽•衰减–光缆的衰减极低•抗电磁干扰性–不受电磁波以及高频失真的干扰。–适合于有危险的、高压的或者泄漏信号灵敏性很强的环境计算机网络2.物理层：传输媒体--导向图2.58光纤与电缆频率－衰减关系图62.5/125μm渐变增强型多模光纤01101003001000频率(MHz)衰减(dB/km)051015202530355类UTP双绞电缆23•在空间利用电磁波直接传送和接收信号的媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电为了使不同领域在使用电磁波通信时不产生互相干扰，人们规定了不同领域使用的电磁波的频谱计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向非导向传输媒体24目前主要的非导向传输媒体1.无线电波2.微波3.红外线4.光波5.卫星通信计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向251无线电—104Hz-108Hz计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向电离层□很容易产生□低频部分（a），沿地面传播，穿透性好，1000公里□高频部分（b）—短波通信，直线传播，穿透性差，传输距离远□容易被雨水吸收□抗电磁干扰能力差—多径效应262微波—108Hz-1010Hz□直线传播——要求发射器和接收器精确对齐□穿透性差□频段较高,带宽大,特别适合于卫星通信□容易被水吸收□抗干扰性比短波通信好地球地面站之间的直视线路微波传送塔计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向两个地面站之间传送距离：50-100km27地球地面发送站地面接收站3卫星—1GHz(109)-20GHz□卫星通信本质还是微波通信□卫星作为中继器和放大器计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向28卫星通信的高度—范艾伦带计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向延时覆盖地球需要最少卫星数目高轨道中轨道低轨道29•与地面站相对固定位置•使用3个卫星覆盖全球•卫星通信频带很宽，通信容量很大36000公里地球高轨道：地球同步卫星计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向•缺点：•传播时延大•适合广播通信•保密性差30中间轨道卫星•目前没有被用于通信•应用于卫星导航系统，例如•GPS（GlobalPositioningSystem）24颗星•北斗卫星导航系统﹝BDS﹞35颗星计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。北斗卫星导航系统•北斗卫星导航系统﹝BDS﹞是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。•空间段计划由35颗卫星组成，已发射了17颗卫星，定位精度10米。•特色：短信功能，每条可以发送120个汉字。计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向32低轨道卫星•需要大量卫星•地面站不需要大功率•往返延迟小Example:–motorola破产的铱星计划Iridium(77),–Globalstar(48)–Teledesic--军事卫星通信系统计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向33低轨道卫星两种利用形式–Iridium,在太空转发信号–Globalstar,在地面转发信号计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向343红外线(Infrared,1011-1014)□既可做点到点通信，也可进行广播式通信□穿透性差□适合短距离通信□有方向性、便宜并且容易制造□不能穿透坚实的物体□红外通信不能在室外使用□使用红外系统不需要政府授权计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向354光波—1014□穿透性差□有方向性□价格便宜□高带宽□不需要授权□不能穿透雨雾□激光波束窄,精确对准计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向36小结•短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差•微波在空间主要是直线传播–地面微波接力通信–卫星通信•红外线用于室内短距离通信计算机网络2.物理层：传输媒体—非导向37计算机网络传输介质选择参考安装一个小型局域网络选择双绞线、无线或者同轴电缆把多个远程站点（如在WAN上）连接到一起可以选择光纤与移动着的计算机连网无线媒介必不可少计算机网络2.物理层：传输媒体通信系统中的常见术语简介•消息，数据，信号•信道，信道带宽，比特率，波特率•基带信号•调制，编码•香农定理39区分几个术语•消息(Message)——有意义的实体•数据(data)——运送消息的实体(在计算机中对消息进行编码)•信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现(数据的载体)例如：声音是消息，用2进制数据来表示，转换成信号来传输计算机网络2.物理层：通信基础知识40数据和信号的分类•数据–模拟数据–数字数据•信号–模拟信号–数字信号模拟的——随时间连续变化的数字的——离散的(a)模拟信号v(t)v(t)tt(b)数字信号计算机网络2.物理层：通信基础知识41通信系统模型中的消息、数据和信号传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器微信消息传输源系统目的系统传输系统输出信息计算机网络2.物理层：通信基础知识传输系统：数字的/模拟的信号：数字的/模拟的如何实现信号与传输系统的匹配是物理层要完成的问题42模/数转换和数/模转换AnalogDataAnalogSignal放大器调制器AnalogDataDigitalSignalPCM编码器DigitalDataAnalogSignal调制器DigitalDataDigitalSignal数字发送器数字传输系统模拟传输系统计算机网络2.物理层：通信基础知识在通信时需要把数据转换成信号43信道基本概念•单工通信—只能有一个方向的通信而没有反方向的交互广播•半双工通信—通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送对讲机•全双工通信—通信的双方可以同时发送和接收信息电话计算机网络2.物理层：通信基础知识44通信系统性能的基本参数（1）□信道带宽：信道能够通过的频率范围□比特率：单位时间内发送信息的比特数。比特/秒（bps）□波特率：每秒钟的采样率，每一个采样发送一份信息，这份信息称为码元，因此也称为码元率。波特（baud）波特率和比特率的关系：比特率=波特率*码元位数计算机网络2.物理层：通信基础知识45•例：有一信道，其最高波特率（码元率）为6000Baud•若一个码元能携带1比特的信息量，•则：最高信息传输比特率为6000比特/秒•若一个码元能携带3比特的信息量，•则：最高信息传输比特率为18000比特/秒01(1bitpersymbol)100101111110010011001000(3bitpersymbol)理解比特率与波特率的关系计算机网络2.物理层：通信基础知识46基带信号基带信号--就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，