计算机网络CH2-6ed 物理层

无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
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绝缘层
铜线
聚氯乙烯 屏蔽层 铜线 绝缘层 套层
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双绞线
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不同绞合度的双绞线
3类
5类
主要区别：每单位长度的绞合次数 3类线的绞合长度是7.5至10cm 5类线的绞合长度是0.6至0.85cm
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几种最基本的调制方法
0 调幅 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
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有关信号的几个基本概念

单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没 有反方向的交互。

双向交替通信（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(接收)。

双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时
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光线在光纤中的折射
包层 纤 芯 折射角 包层 （低折射率的媒体） 纤芯 （高折射率的媒体） 入射角
包层 （低折射率的媒体）
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光纤的工作原理
低折射率 (包层) 高折射率 (纤芯) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
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光 纤
按照在光纤信道中传输光线模式不同分类：
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2.2 数据通信的基础知识
数据通信系统的构成 传输系统（信道：传输线路和传输设备） 源系统（信源+发送器）和目的系统（信宿+接收 器）
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基带信号和带通信号

基带信号——信源信号。
基带调制—对基带信号的波形进行变换，使与信道特 性相适应，变换后仍然是基带信号。
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非导向传输媒体(无线媒介)
1、无线电波
• 射频（radio frequency，RF）传输 • 使用RF传输的网络中每个计算机都带有天线
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非导向传输媒体(无线媒介)
2、卫 星
卫星可以和RF技术相结合提供远距离通信。卫星带有一 个无线电发送器和接收器。
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发送和接收信息。
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Q：校园网内部双方通信属于 哪种？
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非理想信道
实际信道存在损耗、延迟、噪声

损耗：引起信号强度减弱 延迟：会使接收端的信号产生畸变

噪声：会产生破坏信号，产生误码
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信道的极限容量-最大信息速率

有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
调制
带通调制—使用载波进行调制。

带通信号——把基带信号调制到高频段载波上所得的信号。
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几种最基本的调制方法

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。


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优点：
1 不受电源线波动，电磁干扰及空气中腐蚀性化学物质的影响。 2 可提供极宽的频带，功率损失小，无中继传输远。 3 无串音干扰，保密性好，不易被截取数据。 4 体积小，重量轻。
缺点：
1 安装分接不易，分路、耦合比较麻烦 2 故障排除困难 3 价格较高, 质地脆、机械强度低
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常用传输媒体的比较
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非导向传输媒体(无线媒介)
3、微波
微波并不沿着地球曲面传播(直线传输)
微波传输距离受到限制，一般只有50Km左右。
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非导向传输媒体(无线媒介)
4、红外线（Infrared）
红外线一般局限于一个很小的区域（例如，在一个房间 内）并且通常要求发送器直接指向接收器。红外硬件与
采用其他机制的设备比较相对便宜，且不需要天线。
调频 移动 无线电 无线电 电视
LF
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MF
HF
VHF UHF SHF
EHF THF
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导向传输媒体
1、双绞线（Twisted-Pair）
把两根互相绝缘的铜导线按规则绞合起来就构成了双绞线
绞合可减少对相邻 导线的电磁干扰
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双绞线

分类：

屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
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香农公式表明

C＝W log2（1+S/N）b/s
信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。 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。

若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的）， 则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。

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2.1 物理层的基本概念
四、数据的传输方式：
并行传输：每个时 钟可同时传输几个 比特。 串行传输：每个时 钟只发送一个比特。
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并行传输
优点：数据传输速度快。
缺点：并行传输需n条通信线路，费用高。
计算机内部的通信通常都是并行传输
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串行传输
优点：只需一条通信信道，费用为并行传输的1/n。
计算机网络中各节点间的传输采用串行传输方式。
物理层另一任务：串并转换
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几个术语

数据(data)——运送消息的实体。
信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现（电编码）。
模拟信号: 信号取值是连续的。（时间连续包含无数信号值） 数字信号: 信号取值是离散的。 （包含有限个信号值） 码元(code)——在使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不 同离散数值的基本波形。（时间轴上一个信号编码单元）
同轴电缆
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同轴电缆

按阻抗分类：
50欧姆电缆(基带同轴电缆),一般以铜网为外导体，主要 用于在数据通信中基带数字信号的传输，广泛用于局域网， 传输速率可达10Mbps。 75欧姆电缆(宽带同轴电缆),一般以铝带为外导体，主要 用于宽带模拟传输，为有线电视CATV中的标准传输电缆， 用于传送模拟信号时，其频率可高达500MHZ以上，传输距 离可达100公里。
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2.4 信道复用技术
A1 B1 C1 信道 信道 信道 A2 B2 C2
(a) 不使用复用技术
A1 B1 C1
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A2 复用 共享信道 分用 B2 C2
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(b) 使用复用技术
2.4 信道复用技术

频分复用技术


时分复用技术
码分复用技术 波分复用技术
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Rbit Rbaud log
M 2
由上面的公式可以看出，一个信号可以携带多个二进 制位，所以在固定的信号传输速率下，比特率往往大 于波特率。换句话说，一个码元可以传送多个比特。
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信道的极限容量
• 码间串扰:由于系统传输总特性（包括收、发滤波器和信道 的特性）不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前 面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从 而对当前码元的判决造成干扰。
第 2 章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量
2.3 物理层下面的传输媒体
2.3.1 导向传输媒体 2.3.2 非导向传输媒体
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第 2 章 物理层
2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网） 2.6.3 FTTx 技术
• 奈氏准则:在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元 的传输速率的必须有上限值。
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奈氏准则
奈氏准则的另一种表达方法是： 每赫兹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。 若码元的传输速率超过了奈氏准则所给出的数值， 则将出现码元之间的互相干扰，以致在接收端就无法正确判定码元是1还是 0。
发送信号波形

接收信号波形
失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
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接收信号波形
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码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，失真越严重
补充

波特（Baud）：码元传输速率的单位。波特率即为每 秒传送的码元数（即信号传输速率） M 1 Baud= log2 (bit / s) 其中，M是信号的编码级数。这个公式还可以写成
传输媒体 双绞线 50同轴电缆 75同轴电缆 光纤 速率 10-1000Mb/s 10Mb/s 300-450MHz 几十 Gbps 传输距离 几十 kM 3kM 内 100kM 30kM up 性能(抗 价格 应用 干扰性) 可以 低 模拟/数字传输 较好 略 高 于 基带数字信号 双绞线 较好 较高 模拟传输电视、 数据及音频 很好 较高 远距离传输

实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。