2物理层.

第二章物理层1物理层的基本目标是什么？2物理层协议该如何定义？3物理层以什么理论为研究基础？4常用的传输介质有哪一些？5常用的物理层接口标准有哪些？第二章物理层1物理层的目标保证发送的信号”0”和”1”的正确性以及发送与接收的一致性；bit以何种方式传输、传输速度、传输持续时间、信号失真；接口设计：引脚的数量、规格、功能等；信号传输规程：如何合理安排传输过程及事件的发生顺序；机械特性（MechanicalCharacteristics）规定物理连接时所采用接线器的规格、引脚的数量和排列情况。常用的接口标准:ISO2110，25芯连接器，EIARS-232-C，EIARS-366-AISO2593，34芯连接器，V.35宽带MODEMISO4902，37芯和9芯连接器，EIARS-449ISO4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22IEC(60)603-7，8芯RJ45物理层的四个重要特性电气特性（ElectricalCharacteristics）规定传输二进制位时，线路上电信号的产生方式、电压高低、编码、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。CCITT标准化的电气特性标准CCITTV.10/X.26：新的非平衡型电气特性CCITTV.11/X.27：新的平衡型电气特性CCITTV.28：非平衡型电气特性物理层的四个重要特性功能特性（FunctionalCharacteristics）定义各条物理线路的功能，指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。线路的功能分为四大类：数据、控制、定时、电源规程特性（ProceduralCharacteristics）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。信号的传输方式：单工、半双工、全双工物理层的四个重要特性第二章物理层2物理层协议该如何定义？2物理层协议的内容OSI/RM模型的最低层。负责将比特数据从物理介质的一端可靠地传输到另外一端。向数据链路层屏蔽掉物理介质的差异性。为数据链路层提供可靠、透明的比特数据传输服务。物理层与其它层次的关系数据链路层数据数据链路层数据物理层数据物理层数据DataData110110111111110110111111物理介质计算机网络是在数据通信技术和微电子技术大力发展下的产物，是数据通信系统的子领域，主要用于各类资源共享与信息传输服务。数据通信领域的传输理论和技术同样也是计算机网络存在和发展的理论与基础。计算机网络与通信系统之间的关系3数据通信的基础基础理论1基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？（1）基本概念通信系统一般模型源系统发送器传输系统接收器终点系统信息数据信号信号数据信息发送系统传输系统接收系统数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。可以是数字、文字、语言、图形和图像等。信息信息是数据的集合、含义与解释。信号信号是数据传输过程中的表现形式，即信号是数据的电编码或电磁编码。信号可以分为模拟信号与数字信号。（1）基本概念模拟信号时间上和幅度取值都是连续的，包含无穷多个信号值模拟信号能在数字信道上传输吗？数字信号时间上离散，幅度上是经过量化的，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号。数字信号能在模拟信道上传输吗？模拟信号和数字信号模拟信号数字信号ttAA信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。信道和电路并不等同。信道分类模拟信道只能传输模拟信号数字信道只能传输数字信号信道上传送的信号基带信号：将数字信号“1”和“0”用两种不同的电平表示。宽带信号：将基带信号进行调制后形成的调制信号。有关信道的一些概念模拟传输信道中传输信号的为模拟信号。当待传输的是模拟信号时，可以直接进行传输。当待传输的是数字信号时，进入信道前要经过调制，变换为模拟信号。优点：信道的利用率较高。缺点：信号会衰减会受到噪声干扰，且信号放大时噪声也会放大。数据传输方式：模拟传输和数字传输数字传输信道中传输的为数字信号。当待传输的信号是数字信号时，可以直接进行传输。当待传输的是模拟信号时，进入信道前要经过编码，变换为数字信号。优点：传输不失真、误码率低、能通过复用有效地利用设备。缺点：传输数字信号比传输模拟信号所要求的频带要宽。数据传输方式：模拟传输和数字传输基带系统只传输一路信号，既可以是数字信号也可以是模拟信号，但通常是数字信号。宽带系统可划分为多条基带信道。宽带系统通常传输的是模拟信号。由于数字信号的频带很宽，故不能在宽带系统中直接传输，将其转化为模拟信号方可在宽带系统中传输。（1）基本概念数字化趋势计算机只能对数字数据进行存储和处理，因此，文字、声音、视频、图像等模拟数据，必须变换为数字数据后才能存入计算机，才能进行处理。数字传输能使信号不失真地正确传送，传输质量优于模拟传输。数据信号还可以进行压缩、加密，这样就可以提高传输的效率和安全性。计算机等数字设备的造价越来越低。综上所述，所以人们使用数字设备是大势所趋。（1）基本概念（1）基本概念串行传输使用一条线路，逐个传输所有比特适用于长距离通信并行传输同时传输一组比特，每一比特使用单独的线路适用于近距离通信设备1设备2设备1设备2011100101110100101110010111001（1）基本概念从通信双方信息交互的方式看，通信可分为：单工通信只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信通信双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。全双工通信通信的双方可以同时发送和接收信息。（1）基本概念发送接收单工方式发送/接收发送/接收半双工方式发送/接收发送/接收全双工方式A站B站3数据通信的基础理论1基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？傅立叶级数任何正常周期为T的函数，都可以由无限个正弦和余弦函数合成：)2cos()2sin(21)(11nftbnftactgnnnnTf1nanb是基频，和是正弦函数和余弦函数的n次谐波的振幅)(tg傅立叶级数dtnfttgTaTn)2sin()(20dtnfttgTbTn)2cos()(20dttgTcT0)(2)(tSdtetSGtj)()(deGtStj)()(若给定信号为，则：)(tS)(H)(G)(H信道输入信号频谱函数输出信号频谱函数)(H)(H)(G)(G当信号通过频率特性为的信道时，与信道频谱函数的乘积。输出信号的频谱函数等于输入信号的频谱函数信道对输出的影响数字信道特性一个数字脉冲称为一个码元，代表不同离散数值的基本波形。如字母A的ASCII码是1000001，可用7个脉冲来表示，可认为由7个码元组成。码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。若码元取“0”和“1”两个离散值，则一个码元携带1比特（bit）的信息。若码元可取4个离散值，则一个码元携带2比特信息。一个码元携带的信息量n（比特）与码元取的离散值个数N具有如下关系：n=log2N数字信道特性波特率(baudrate)：信号每秒钟变化的次数，也称为调制速率、码元速率。1波特为每秒传送1个码元。比特率(bitrate)：每秒钟传送的二进制位数。波特率与比特率的关系：取决于码元所含的信息量n：比特率（bit/s）＝波特率*n若每个码元的信息量为3位，则比特率是波特率的3倍若每个码元的信息量为1位，则比特率和波特率相同数字信道特性信道容量单位时间内信道上所能传输的最大bit数，用bps表示。频带宽信道所允许通过信号的频率范围（最大频率－最小频率），单位Hz。如：人可以听到的声波频率为20HZ~20kHZ则听觉系统的带宽为19980Hz传输延迟发送和接收处理时间+电信号响应时间+介质中转时间数字信道特性奈奎斯特定律:(1)理想低通信道下的最高码元传输速率=2WBaudW是理想低通信道的频带宽，单位为赫(Hz)，即：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。(2)理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud即：每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元。数字信道特性解：由奈奎斯特定律得：理想低通信道下的最高码元传输速率=2WBaud所以：最高码元传输速率=2*3100=6200例:一个标准电话话路的频带为300~3400Hz，即频带宽为3100Hz，则在理想低通信道下的最高码元传输速率是多少？数字信道特性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。数字信道特性有失真，但可识别失真大，无法识别发送波形接收波形实际信道发送波形接收波形实际信道数字信道特性香农公式：信道的极限信息传输速率C可表示为：)/1(log2NSHCH-信道频带宽，以Hz为单位S-信道内所传信号的平均功率N-信道内部的高斯噪声功率S/N-信噪比，单位：db（分贝）1010log/SN对单位db的说明：当S/N=10时，信噪比为10db当S/N=1000时，信噪比为30db数字信道特性香农公式的意义：信道的带宽或信道中的噪声比越大，则信息的极限信息传输速率就越高。在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限速率低不少，这是因为香农公式并没有考虑信号在传输过程中受到的损失。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。数字信道特性例:对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果信噪比S/N=2500,那么信息的传输速率可以达到50kb/s吗？解:将H=3.1kHz,S/N=2500代入香农公式可得：信息传输的极限数值为35kb/s,所以不可能达到50kb/s。若想达到这个数值,只能设法提高信道中的信噪比,或者提高信道的传输带宽。3数据通信的基础理论1基本概念2给一个具体物理通信信道，它的最大传输速率是多少，无限大吗？3bit以何种方式在具体物理通信信道上传输、传输速度、传输持续时间、信号失真？4为了节省通信设备与费用，常常需要在一条物理通道上传输多台计算机通信信息，该如何在一条物理通道上传输多台计算机通信信息呢？不同类型的信号在不同类型的信道上传输情况：数据：模拟数据数字数据模拟信号数字信号模拟信道数字信道信号：信道：模拟传输和数字传输所使用的技术PCM编码模拟数据数字信号数字编码数字数据数字信号跳频、扩频、调制模拟数据模拟信号跳频、扩频、调制数字数据模拟信号EncoderDecoder数字或模拟数据数字信号x(t)g(t)数字或模拟数据数字信道发送方接收方g(t)编码解码编码/解码系统模型调制器解调器载波信号数字或模拟数据g(t)s(t)g(t)模拟信道数字或模拟数据发送方接收方调制/解调系统模型调制技术：(数字→模拟信号)最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。数字信号载波信号tt调制技术：(数字→模拟信号)调幅（ASK）AmplitudeShiftKeying改变载波信号的振幅来表示数字信号“0”和“1”最易受噪声干扰10101tA0调频（FSK）FrequencyShiftKeying改变载波信号的频率来表示数字信号“0”和“1”10101A0调制技术：(数字→模拟信号)调相（PSK）