05_物理层_传输介质与数据通信

1林楠电子邮件：[e-mail]办公电话：[phone]办公室：408物理层第四讲2物理层物理层发送方接收方传输介质传输介质实际上位于物理层以下，并直接由物理层控制。电缆或空气传输介质:是计算机网络的主要组成部分之一，是数据传输中收发双方的物理通路，其特性对网络的通信速度和通信量都有很大影响。3传输介质有线传输介质双绞线同轴电缆无线传输介质空气：无线电、微波、卫星、移动通讯光缆有线传输介质（有向的）：双绞线、同轴电缆、光缆无线传输介质（无向的）：无线电、微波、卫星、移动通讯传输介质：分类4双绞线由两根彼此绝缘的铜线按照规则绞合在一起。传输介质：双绞线Twisted-paircable内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套5双绞线的连接器:RJ45水晶头使用双绞线组网，网线要安装RJ45水晶头才可与网络设备连接。传输介质：双绞线Twisted-paircable6数据终端设备DTE（计算机，路由器）数据通讯设备DCE（集线器，交换机）同型叉线！！！(计算机，路由器）连（计算机，路由器）(集线器，交换机）连（集线器，交换机）交叉线：一个水晶头使用T568A，另一个使用T568B异型直通！！！（计算机，路由器）连（集线器，交换机）直连线：即两个水晶头都使用T568B另:反转线,连接主机与路由器的控制端口。现在的网络设备接口有很多是直通与交叉自适应的。传输介质：双绞线Twisted-paircable7两个同心的铜导线，一个空心金属圆柱体（外导体）和一根硬导线（内导体）按同轴构成，内外导体间有绝缘层。同轴电缆的抗干扰性比双绞线强，可以传输更高频率的信号，但是价格比双绞线贵。传输介质：同轴电缆Coaxialcable8光纤的芯由玻璃构成的，传输光信号。应用在主干网络中，还有百兆、千兆快速以太网中。玻璃光纤：外包层是玻璃，损耗小成本高，用于远距离宽带传输。塑料光纤：外包层是塑料，损耗大成本低，用于近距离宽带传输。传输介质：光纤Fiber9无线传输介质可以解决有线传输介质难以架设的问题，如通过高山或岛屿等环境。无线传输无线电波微波红外线无线电波：用于多播通信，如收音机、电视以及寻呼系统。中播，短播。微波：用于单播通信，如移动电话、卫星网络和无线局域网，计算机网络。红外线：可以在封闭区域用于短距离通信，使用视线传播，如遥控器。传输介质：无线传输10数据Data传递(携带)信息的实体(文字，二进制数，十进制数)数据有：模拟数据、数字数据信息Information数据的内容或解释。信号Signal数据具体的物理表现。（电压，光，磁场强度）它使数据能以适当的形式在介质上传输。信号有：模拟信号、数字信号数据以信号的形式传播：模拟信号与数字信号数据通信:信号11模拟信号时间上连续，包含无穷多个信号值。时间、温度、电波、声音；信号中没有断开或不连续的地方。数字信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号字符，二进制数，电脉冲；信号仅取一些有限数目的值；数字信号模拟信号数据通信:信号12不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况数据：模拟数据数字数据信号：模拟信号数字信号信道：模拟信道数字信道数据通信:信号传输13移频,调制调制模拟数据数字数据1010调制：用模拟信号承载数字数据或模拟数据。模拟信号编码：用数字信号承载数字数据或模拟数据。模拟信号PCM编码数字编码模拟数据数字数据1010数字信号数字信号数据通信:信号传输14调制与解调编码解码数字信号发送方接收方调制解调数字数据模拟数据模拟信号发送方接收方编码与解码数字数据模拟数据数字数据模拟数据载波数字数据模拟数据数据通信:信号传输15三种常用的调制技术（二元制调制）：幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)相移键控PSK(PhaseShiftKeying)基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制，进行波形变换（频谱变换）。载波S(t)=Acos(t+)调制就是使A、或随数字基带信号的变化而变化。S(t)的参量包括：幅度A、频率、初相位数据通信:信号调制（数字——模拟）16幅移键控ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1频移键控FSK：用载波的两个不同频率表示0和1相移键控PSK：用载波的起始相位的变化表示0和100110100010ASKFSKPSK数据通信:信号调制（数字——模拟）17不归零码(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示：正电平表示1，0电平表示0。缺点：存在发送方和接收方的同步问题。一般在计算机内部使用此编码方法，因为内部受统一的时钟信号控制；而在网络中连续发送1或0时，如双方时钟有误差产生错误。把数字数据转换成某种数字脉冲信号。常见有两类：不归零编码曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码）数据通信：信号编码（数字——数字）18曼彻斯特编码(ManchesterCode)用电压的变化表示0和1。规定在每个信号的中间发生跳变：高→低的跳变代表0，低→高的跳变代表1；每个信号中间的跳变在接收端可将其提取出来作为同步信号。因此，这种编码也称为自同步码(Self-SynchronizingCode)。在网络中常用：每个bit中间有跳变，等于信号携带了时钟。缺点：需要双倍的传输带宽。信号传输速率（波特率）是数据传输速率的2倍。差分曼彻斯特编码(Differential～)每个信号的中间仍要发生跳变；用信号开始处有无跳变来表示0和1；有跳变为0，无跳变为1。数据通信：信号编码（数字——数字）19三种数字编码的波形图01001100011时钟不归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码数据通信：信号编码（数字——数字）20语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。现在的数字传输系统均采用脉码调制PCM(PulseCodeModulation)编码后的信号称为：PCM信号这需要经过三个步骤：采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化：对每个样本舍入到量化级别上编码：对每个舍入后的样本进行编码采样定理：如果模拟信号的最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。数据通信：信号编码（模拟——数字）21PCM转换过程语音信号011100011011001100PCM输出011100011011001100PCM脉冲（有量化误差）343314PAM脉冲3.23.92.83.41.24.2数据通信：信号编码（模拟——数字）22信道(Channel)：传送信号的线路(或通路)。传输介质与信道是不同范畴的概念；传输介质是指传送信号的物理载体；信道则提供了传输某种信号所需的带宽，着重体现介质的逻辑特性；一条传输介质可能同时提供多个信道；一个信道也可能由多个传输介质级联而成。传输介质与信道的区别DEMUXMUX信源信宿1条传输介质3个信道共享数据通信:信道23波特率(baudrate)和比特率(bitrate)是两个不同的概念波特率：每秒传多少个码元，码元的传输速率。它是信号变化的频率（物理介质上信号变化的最高频率决定了每秒采样的次数，即多少时间收到一个信号。）比特率：每秒传多少个比特，数据传输速率bps。如果信号分两级：1个码元只携带1bit的信息量，则波特率=比特率则有：0、1如果信号分八级：1个码元携带3bit的信息量则有：0、1、2、3、4、5、6、7。000001010011100101110111则一次信号变化可表示3bit3*波特率=比特率如果信号分V级：比特率=log2V*波特率数据通信：两个容易混淆的概念24波特率和比特率，两者之间的差别在于每次采样的量化值。V=2，波特率=比特率V=4，2波特率=比特率比特率=log2V*波特率数据通信:两个容易混淆的概念25单工（Simplex）：信号单向传输。如：广播、电视。半双工（HalfDuplex）：信号可以双向交替传输，但不能在同一时刻。如：对讲机。全双工（FullDeplex）：信号可以双向同时传输，需要两条信道。如：电话。SimplexHalfdeplexFulldeplex数据通信:信道工作方式26模拟传输：以连续模拟信号形式传输数字数据或模拟数据。不关心传输信号的内容，只关心怎么减少信号的衰减和失真；长距离传输时，采用信号放大器放大衰减的信号；信号放大器其对信号进行简单的放大，但同时也放大了叠加在原始信号中的噪声，即放大了信号的失真。数字传输：以数字脉冲形式传输数字数据或模拟数据。关心传输信号的内容；长距离传输时，采用转发器；转发器收到信号识别后,再重新生成新的信号发送出去，不累计噪声，可消除躁声的累积。数字传输质量好：抗干扰能力强、可以控制差错、便于计算机处理、保密性强。现在传输主干网络中（长距离传输）都采用数字传输，仅不得已时采用模拟传输。数据通信：数据传输27基带信号：将二进制数字数据经过编码变成数字脉冲信号。（如将数字信号0、1直接用两种不同的电压表示）基带传输：基带信号不调制，直接在信道上传输。应用：局域网。频带传输：将基带信号调制后，形成模拟信号，在信道上传输。宽带传输：将基带信号调制后，形成模拟信号，然后采用频分多路复用技术在共享逻辑信道上传输，实现宽带传输。应用：有线电视、ADSL、卫星通信宽带传输分为多个信道，模拟和数字信号可混合使用，但通常需要解决数据双向传输的问题。混合光缆HFC中，450~550MHz是电视信号，550~750MHz是数字信号数据通信：数据传输