第二章物理层
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第二章物理层
在接收方也通过时间片轮转方式在指定的时间片依次接收 指定的信号
3. TDM的分类
同步TDM 特点：时间片固定分配，适合固定速率传输 异步TDM 特点：时间片按需分配，适合可变速率传输
频分多路复用技术 FDM
Frequency Division Multiplexing
1. 定义： 当传输线路的带宽远大于单个信号的要求时，为有效的 利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的 技术叫频分多路复用。
进制数表示。 2）差分脉冲代码调制 原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，
输出二进制数字。 3） 调制 原理：根据每个采样值与前一个值之间差“+1”或“-1”来决定输出二
进制“1”或“0”。 缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。
PCM转换过程举例
原始信号
PAM脉冲
3.2
3.9 2.8
时分多路复用技术 TDM
Time Division Multiplexing
1. 定义：
当传输线路的位传输率远大于单个信号的要求时，为有效的 利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的技术 叫时分多路复用。
2. TDM的实现
传输时将时间分成等长的时间片 通过时间片轮转方式将时间片依次分配给指定的信号
信号发送方式：模拟信号发送（模拟信道）
数字信号发送（数字信道）
模拟信号和数字信号的发送
模拟信号发送： 模拟数据（声音）
数字数据（二进制脉冲）
数字信号发送： 模拟数据
电话系统 调制解调器
MODEM
编码解码器 CODEC
模拟信号 模拟信号
数字信号
数字数据（二进制脉冲）
数字 编码解码器
3. TDM的分类
同步TDM 特点：时间片固定分配，适合固定速率传输 异步TDM 特点：时间片按需分配，适合可变速率传输
频分多路复用技术 FDM
Frequency Division Multiplexing
1. 定义： 当传输线路的带宽远大于单个信号的要求时，为有效的 利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的 技术叫频分多路复用。
进制数表示。 2）差分脉冲代码调制 原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，
输出二进制数字。 3） 调制 原理：根据每个采样值与前一个值之间差“+1”或“-1”来决定输出二
进制“1”或“0”。 缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。
PCM转换过程举例
原始信号
PAM脉冲
3.2
3.9 2.8
时分多路复用技术 TDM
Time Division Multiplexing
1. 定义：
当传输线路的位传输率远大于单个信号的要求时，为有效的 利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的技术 叫时分多路复用。
2. TDM的实现
传输时将时间分成等长的时间片 通过时间片轮转方式将时间片依次分配给指定的信号
信号发送方式：模拟信号发送（模拟信道）
数字信号发送（数字信道）
模拟信号和数字信号的发送
模拟信号发送： 模拟数据（声音）
数字数据（二进制脉冲）
数字信号发送： 模拟数据
电话系统 调制解调器
MODEM
编码解码器 CODEC
模拟信号 模拟信号
数字信号
数字数据（二进制脉冲）
数字 编码解码器
第2章 物理层 _2
29
香农(Shannon)定理给出了带宽受限且有 高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错 的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为: C = W log2(1+S/N) bit/s
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； 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。
37
常用的双绞线的类别
双绞线 类别 3 4 5 带宽 16 MHz 20 MHz 100 MHz 低速网络；模拟电话 16Mbps令牌环局域网；短距离的10BASE-T以太 网 10BASE-T以太网；某些100BASE-T快速以太网 典型应用
5E（超5 类）
6 7
100 MHz
250 MHz 600 MHz
100BASE-T快速以太网；某些1000BASE-T千兆以 太网
1000BASE-T千兆以太网；ATM网络 屏蔽双绞线，可能用于今后的万兆以太网
38
……………………………………………………………………………………………………….
（2）同轴电缆
由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、 绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是箔状）以 及绝缘保护外层所组成。
如，无线广播和电视信号传播。
双向交替通信（半双工通信）——信息流可以在两个方 向上传输，但同一时刻仅限于一个方向传输。
如，对讲机。 半双工需要频繁调换信道方向，因此效率低，但可以节省传输线 路。
双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时 发送和接收信息。
如，计算机之间的通信。
14
5
模拟数据和数字数据
模拟数据
计算机网络—物理层
UTP连接器
UTP电缆类型
关注T568B 的线序
2.3.1 导引型传输媒体
光缆
光纤是光纤通信的传输媒体。 由于可见光的频率非常高，约为 108 MHz 的量级，
因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其 他各种传输媒体的带宽。
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）
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， 或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形 的失真就越严重。
数字信号通过实际的信道
有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
失真大，无法识别
取值是连续的。 数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值
是离散的。 码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波
形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
2.2.2 有关信道的几个基本概念
信道 —— 一般用来表示向某一个方向传送信息 的媒体。
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。
非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆
屏蔽双绞线 (STP) 电缆
注意：为了充分利用 屏蔽的优势，STP 电 缆使用特殊屏蔽 STP 数据连接器进行端接。
如果电缆接地不正确， 屏蔽就相当于一个天 线，会接听多余信号。
2.3.1 导引型传输媒体
同轴电缆
同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输 较高速率的数据。
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。
第2章物理层12课件
10
2.2 数据通信的基础知识
3、信道的最高码元传输速率
▪ 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。
11
▪ 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的 波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波 形。
▪ 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传 输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。
19
4、信道的极限信息传输速率 ▪ 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高
斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 ▪信信息道论是的运极用限概信率息论与传数输理速统率计的C方可法表研达究信为息、信息熵、
23
导向传输媒体
•双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。 •双绞线——两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，用规则
的方法绞合起来(降低信号干扰)。
24
屏蔽双绞线 (STP)
Shielded Twisted Pair
以铝箔屏蔽以减少电磁 干扰和串音，适合于配 电房附近等区域布线。
非屏蔽双绞线 (UTP)
▪ 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。 - 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码 元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。 - 比特是信息量的单位。
18
2.2 数据通信的基础知识
▪ 信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特 ”在数量上却有一定的关系。
▪ 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“ 波特”在数值上相等。
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
2.2 数据通信的基础知识
3、信道的最高码元传输速率
▪ 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。
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▪ 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的 波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波 形。
▪ 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传 输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。
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4、信道的极限信息传输速率 ▪ 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高
斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 ▪信信息道论是的运极用限概信率息论与传数输理速统率计的C方可法表研达究信为息、信息熵、
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导向传输媒体
•双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。 •双绞线——两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，用规则
的方法绞合起来(降低信号干扰)。
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屏蔽双绞线 (STP)
Shielded Twisted Pair
以铝箔屏蔽以减少电磁 干扰和串音，适合于配 电房附近等区域布线。
非屏蔽双绞线 (UTP)
▪ 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。 - 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码 元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。 - 比特是信息量的单位。
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2.2 数据通信的基础知识
▪ 信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特 ”在数量上却有一定的关系。
▪ 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“ 波特”在数值上相等。
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
02计算机网络-第2章 物理层
§2.3.1 导向传输媒体
一、双绞线
把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起， 然后用规则的方法绞合(twist)起来就构成了 双绞线。
从用户电话机到交换机的这段线称为用户 线或用户环路(subscriber loop)。
屏蔽双绞线 (STP)
（以铝箔屏蔽以减少干扰和串音）
2.3.1.1 双绞线
非屏蔽双绞线 (UTP)
双 电 缆 系 统 的 示 意 图 如 图 (a) 所 示 。 头 端 (headend)的作用是将各计算机从发送电缆发过来 的信息转换到接收电缆，使得各计算机能从接收电 缆上收到发送给它们的信息。
图(b)为单电缆系统。
2.3.1.2 同轴电缆
§2.3.1 导向传输媒体
三、光纤
光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝， 主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细， 其直径只有8 ~ 100 m。正是这个纤芯用来传导光波。 其特点是： - 依靠光波承载信息
RX+ RXTX+ 未使用 未使用 TX未使用 未使用
EIA/TIA568B
EIA/TIA568B
在10 /兆比秒和100 Mb/s以太网中只使用两对导线。也 就是说，只使用4根针脚（1, 2, 3和6），1和2用于发送， 3和4用于接收
2.3.1.1 双绞线
⑴ 直通线缆 水晶头两端都是遵循EIA/TIA568A或
§2.2 数据通信的基础知识
§2.3 物理层下面的传输媒体
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它 就是数据传输系统中在发送器和接收器之间 的物理通路。传输媒体可分为两大类:导向传 输媒体、非导向传输媒体。
在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着 固体媒体(铜线或光纤)传播，而非导向传输 媒体就是指自由空间，在非导向传输媒体中 电磁波的传输常称为无线传输。
计算机网络知识精讲 第二章 物理层
第二章物理层(一) 通信基础1. 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念2. 奈奎斯特定理与香农定理3. 编码与调制4. 电路交换、报文交换与分组交换5. 数据报与虚电路(二) 传输介质1. 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质2. 物理层接口的特性(三) 物理层设备1. 中继器2. 集线器2.1 通信基础2.1.1 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念（1）信道：向某一个方向传送信息的媒体。
（2）信号：数据的电磁或电气表现。
（3）带宽：媒介中信号可使用的最高频率和最低频率之差，或者说是频带的宽度，Hz；另一定义是信道中数据的传送速率，bps。
（4）码元：在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
（5）波特：单位时间内传输的码元数。
（6）比特率：单位时间内传输的比特数。
（7）信源（8）信宿计算机网络的性能计算1. 速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
一个比特就是二进制数字中的一个1 或0。
速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。
速率的单位是b/s（bps），kb/s, Mb/s, Gb/s 等“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s (bit/s)，bps。
更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s （103 b/s）兆比每秒，即Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即Gb/s（109 b/s）太比每秒，即Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K = 210 = 1024M = 220, G = 230, T = 240。
3. 时延(delay 或latency)传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
CH2-物理层2-2012s
1200 bps， 传输距离 <= 100m， 9600 bps，传输距离 <= 50m, >=19.2 kbps, 传输距离<= 15 m。
（3）RS-232-C功能特性
25芯 引脚号
1 7 2 3 4 5 6 20 8
线的 编号
接口电路名称
AA 屏蔽地
PG
AB 信号地
GND
BA 发送数据
TxD
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
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
重点
物理层的基本功能 信道的极限容量、信道的极限信息传输速率等
数据传输速率R --每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps。
计算公式: R=1/T * log 2 N (bps) ...... ⑵
式中 T为一个码元信号的宽度，单位为秒；
N为对一个码元编码采样的离散值的个数；
（3）RS-232-C功能特性
25芯 引脚号
1 7 2 3 4 5 6 20 8
线的 编号
接口电路名称
AA 屏蔽地
PG
AB 信号地
GND
BA 发送数据
TxD
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
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
重点
物理层的基本功能 信道的极限容量、信道的极限信息传输速率等
数据传输速率R --每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps。
计算公式: R=1/T * log 2 N (bps) ...... ⑵
式中 T为一个码元信号的宽度，单位为秒；
N为对一个码元编码采样的离散值的个数；
2-1 物理层基本概念和传输媒体
27
物理层的传输媒体（1）
v交叉方式：联线一边是568A标准，另一边568B 标准 v适用场合：两主机或交换机直接相连
EIA/TIA568A连接标准
工作站 工作站
针号： 1 一端：白绿 另端：白橙
2 绿 橙
3 白橙 白绿
4 蓝 蓝
5 6 白蓝 橙 白蓝 绿
7 白棕 白棕
8 棕 棕
(b)采用EIA/TIA568A连接标准交叉方式
功能特性
过程特性
物理层的基本概念
【物理层标准举例—EIA-232接口标准】
r1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年提 出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出 RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。RS—推荐标 准，232—标识号码，E—标准已被修改过的次数。
DCE-A
EIA-232/V.24 接口
调制解调器
网络 串行比特传输
调制解调器
EIA-232/V.24 接口
rDCE将DTE传过来的数据按比特顺序逐个发往传输线路， 或从传输线路收下串行的比特流交给DTE。 r为了减轻数据处理设备用户的负担，必须对DCE与DTE 的接口进行标准化。这种接口标准就是物理层协议。
注意：有些网卡或交换机能自适应直通和交叉方式
28
物理层的传输媒体（1）
物理层的传输媒体（1）
屏蔽双绞线：内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜
线，外层由铝箔包着。
rSTP在抗干扰方面优于UTP，但相对要贵一些。 r屏蔽双绞线除了用于IBM网络产品安装，并未普遍
流行起来。
物理层的传输媒体（2）
【同轴电缆】 【结构】：
物理层的传输媒体（3）
第二章 物理层
– 傅立叶分析理论
• 任何周期函数都可以由（无限个）正弦函数和余弦函数合成。 • 周期信号的傅立叶展开式
基本概念
信道的带宽
– 根据傅立叶分析理论：
• 标准的正弦波或余弦波只有一个频率； • 非标准正弦波或余弦波都是由若干个不同频率的正弦波和/或余 弦波叠加而成的； • 方波是由无穷多个不同频率的正弦波和余弦波叠加而成的。
(b)
数据通信方式
单工、半双工与全双工通信
发送 单向通道 接收
(a)
发送 接收 接收 发送
双向通道
(b)
发送 接收 接收 发送
双向通道
(c)
数据通信方式
同步通信与异步通信
数据通信方式
假设T=0.5mm，T′=0.6mm，则第6位出现错误
数据通信方式
位同步
– 外同步法 – 内同步法
字符同步
– 同步式(synchronous) – 异步式(asynchronous)
– 在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上 传输的模拟信号，称为调制(modulation)； – 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号， 称为解调制(demodulation)。
频带传输技术
调制解调器工作原理
频带传输技术
调制解调器全双工通信原理
电话交换网通频带 下频带 0 1 0 上频带 1
模拟数据编码方法
混合调制 – QAM (Quadrature Amplitude Modulation) »可供选择的相位有 12 种，而对于每一种 相位有 1 或2 种振幅可供选择。 »由于4 bit 编码共有16 种不同的组合， 因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。
• 任何周期函数都可以由（无限个）正弦函数和余弦函数合成。 • 周期信号的傅立叶展开式
基本概念
信道的带宽
– 根据傅立叶分析理论：
• 标准的正弦波或余弦波只有一个频率； • 非标准正弦波或余弦波都是由若干个不同频率的正弦波和/或余 弦波叠加而成的； • 方波是由无穷多个不同频率的正弦波和余弦波叠加而成的。
(b)
数据通信方式
单工、半双工与全双工通信
发送 单向通道 接收
(a)
发送 接收 接收 发送
双向通道
(b)
发送 接收 接收 发送
双向通道
(c)
数据通信方式
同步通信与异步通信
数据通信方式
假设T=0.5mm，T′=0.6mm，则第6位出现错误
数据通信方式
位同步
– 外同步法 – 内同步法
字符同步
– 同步式(synchronous) – 异步式(asynchronous)
– 在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上 传输的模拟信号，称为调制(modulation)； – 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号， 称为解调制(demodulation)。
频带传输技术
调制解调器工作原理
频带传输技术
调制解调器全双工通信原理
电话交换网通频带 下频带 0 1 0 上频带 1
模拟数据编码方法
混合调制 – QAM (Quadrature Amplitude Modulation) »可供选择的相位有 12 种，而对于每一种 相位有 1 或2 种振幅可供选择。 »由于4 bit 编码共有16 种不同的组合， 因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。
第2章物理层
第2章物理层在第l章中已经简单地提到了物理层的主要功能。
本章将主要介绍物理层的基本概念、常用的物理层标淮、有关信道极限容量的重要概念，并给出与数据传输速率有关的两个著名公式，着重讨论各种传输媒体的主要特点，以及模拟传输和数字传输的一些常用技术。
2．1 物理层的基本概念首先应当强调指出是，物理层并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，而主要考虑的是：设备（包括：计算机、集线器、交换机、路由器等）间如何接口；怎样在连接各种设备的传输媒体上透明地传输数据的比特流。
大家知道，现有的计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同的方式。
物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使其上面的数据链路层感觉不到这些差异。
这样就可以使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。
考虑到读者所学知识结构的差异，下面首先简单地介绍一下有关现代通信的一些最基本的知识和最重要的结论(但不给出证明)。
1．信道所谓信道就是传输信息的通道。
信道和电路并不等同（包括无线电路）要进行计算机之间的通信当然要有传输电磁波信号的电路。
信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
因此，一条通信电路至少包含一条发送信道和(或)一条接收信道。
一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件。
如果我们把电路看成城市的马路，那么我们就可以把信道看成马路中的车道。
信道可分成模拟信道和数字信道两大类。
传输模拟信号的信道叫做模拟信道，传输数字信号的信道叫做数字信道。
模拟信号，即连续的信号，如话音信号和目前的广播电视信号；数字信号，即离散的信号，如计算机通信所用的二进制代码“1”和“0”组成的信号。
数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数变换后也可以在数字信道上传送。
信道上传送的信号还有基带(based band)信号和宽带(broadband)信号之分。
简单说来，所谓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，然后送到线路上去传输。
第2章物理层(1)
ISO2110。25针接插件。
15
（2） 电气规范说明：采用非平衡型的电气特性。相对公用 接地而言，-3伏以下的电压解释为二进制“1”，+3伏以上的电 压解释为二进制“0”。即采用负逻辑。其传输速率不能超过 20Kb/s,电缆长度最长不能超过15米。（和CCITTV.28建议相兼 容）
1 8
RJ-45 连接器
线对 T 代表发送 针 R 代表接收
1 线对2 T2 2 线对2 R2 3 线对3 T3 4 线对1 R1 5 线对1 T1 6 线对3 R3 7 线对4 T4 8 线对4 R4
© 1999, Cisco Systems, Inc.
ICND—3-8
(1)UTP实现直连线
指明需要使用交叉线或直连线
100 Mbps 5类交叉线
10 Mbps 3, 4, 5类直连线
© 1999, Cisco Systems, Inc.
100 Mbps 5类直连线
10 Mbps 3, 4, 5类交叉线 10 Mbps
3, 4, 5类直连线
ICND—3-13
3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接 口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用 两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信 号减至最小。这种方式的信号速率<=10Mbps，传输距 离为10m（10Mbps时）-1000m(<=100kbps时）。 CCITT V.11/X.27建议采用这种电气连接方式，EAI RS423标准与之兼容。
4
机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何 尺寸、插针或插空芯数及其排列方式、锁定装置的形 式。
5
电气特性的规定包括接收器和发送器电路特性的 说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数 据率的说明、以及与互联电缆相关的规则。
15
（2） 电气规范说明：采用非平衡型的电气特性。相对公用 接地而言，-3伏以下的电压解释为二进制“1”，+3伏以上的电 压解释为二进制“0”。即采用负逻辑。其传输速率不能超过 20Kb/s,电缆长度最长不能超过15米。（和CCITTV.28建议相兼 容）
1 8
RJ-45 连接器
线对 T 代表发送 针 R 代表接收
1 线对2 T2 2 线对2 R2 3 线对3 T3 4 线对1 R1 5 线对1 T1 6 线对3 R3 7 线对4 T4 8 线对4 R4
© 1999, Cisco Systems, Inc.
ICND—3-8
(1)UTP实现直连线
指明需要使用交叉线或直连线
100 Mbps 5类交叉线
10 Mbps 3, 4, 5类直连线
© 1999, Cisco Systems, Inc.
100 Mbps 5类直连线
10 Mbps 3, 4, 5类交叉线 10 Mbps
3, 4, 5类直连线
ICND—3-13
3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接 口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用 两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信 号减至最小。这种方式的信号速率<=10Mbps，传输距 离为10m（10Mbps时）-1000m(<=100kbps时）。 CCITT V.11/X.27建议采用这种电气连接方式，EAI RS423标准与之兼容。
4
机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何 尺寸、插针或插空芯数及其排列方式、锁定装置的形 式。
5
电气特性的规定包括接收器和发送器电路特性的 说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数 据率的说明、以及与互联电缆相关的规则。
《计算机网络教学课件》ch2物理层
传输方式
• 点对点传输：适用于只有两个节点之间的通信。 • 广播传输：适用于多个节点之间的通信。
物理层的性能和特性
带宽
定义信道的传输速率，决定数据的传输能力。
信道利用率
计算信道实际传输的比特数与理论最大传输能 力之间的比率。
传输延迟
信号从发送端到接收端的传播时间，受到信道 长度和信号传输速率的影响。
1 数字编码
将二进制数据转换为电信号的编码技术，如 非归零编码、曼彻斯特编码等。
2 调制技术
将数字信号转换为模拟信号的技术，如频移 键控、振幅调制等。
物理层的传输介质和传输方式
传输介质
• 双绞线：传输速率较低，适用于局域网。 • 同轴电缆：传输速率较高，适用于电视信号
传输。 • 光纤：传输速率极高，抗干扰性能好。
容错能力
物理层能否自动纠正误码和检测出差错的能力。
物理层的功能和目标
数据传输
可靠地传输比特流，确保数据的完整性。
编码与调制
将数据转换为适合传输介质的形式，以便在传 输过程中减少干扰。
物理接口
定义计算机与传输媒介之间的物理连接接口。
时钟同步
通过时钟信号保证发送和接收端的时钟同步。
物理层的基本概念
传输介质
调制解调器
包括双绞线、同轴电缆、光纤等， 用于传输数据信号。
将数字信号转换为模拟信号，以 便在模拟传输介质上传输。
连接器
用于连接计算机与传输介质的接 口，如RJ-45等。
物理层的传输媒介和信道
1
传输媒介
不同类型的传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等。
2
传输信道
物理通信通道，负责数据的传输，可以是点对点或广播。
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噪声源
信源
调制器
信道
解调器
信宿
信道：用来传输表示消息的电信号的介质或通路。它可以是双绞线、同轴 电缆、光缆、微波以及卫星链路等
噪声源：包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声(工业噪声等)和随机 噪声(信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等)
成都信息工程学院——方睿 仅供计算机2000级使用
2003年2月 第1页1页8页
– 数字信号：表示消息的因变量是离散的，自变量时间的取值也是离散 的信号
– 通信：将表示消息的信号从发送方(信源)传递到接收方(信宿)。既然 信号可分为模拟信号和数字信号，与之相对应的，通信也可分为模拟 通信和数字通信。有单向（单工）、双向交替（半双工）、双向同时 （全双工）
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➢ CCITT 标准化的电气特性标准：
– CCITT V.10/X.26：新的非平衡型电气特性，EIA RS-423-A
– CCITT V.11/X.27 ：新的平衡型电气特性，EIA RS-422-A
– CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C
– CCITT X.21/EIA RS-449
2.2 通信的基本知识 （4）
➢ 数字通信（1）
– 利用数字信号来传递消息 – 计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信
信
信 源 编
信 道 编
调 制
源
码 器
码 器
器
A/D 检错纠错编码
发送端时钟
解
信
调
道
器
噪声源
信信
道 译
源 译
信
码
码
宿
器器
接收端时钟
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之内，这段频带称为带宽 – 信号的带宽越大，利用这种信号传送数据的速率就越高，要求传输
介质的带宽也越大 – 常见信号的频谱和带宽：声音信号的频谱大致在20 Hz ～2000 kHz
的范围(低于20 Hz 的信号为次声波，高于2000 KHz的信号为超声 波)，但用一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现，因而话音 信号的标准频谱为300 Hz ～3400 Hz ，其带宽为3 kHz 。电视信号的 频谱为0 ～4 MHz ，因此其带宽为4 MHz
➢ 物理层的功能
在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。不是指连接计 算机的物理设备或传输媒体。
➢ 研究内容
物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。 物理层的连接方式很多，传输媒体种类也多，协议很复杂；重点 在基本概念上。
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2003年2月 第1页1页2页
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2003年2月 第1页1页4页
2.1 物理层的基本概念（4）
➢ 功能特性 说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
– 主要定义各条物理线路的功能。 线路的功能分为四大类： – 数据 – 控制 – 定时 –地
➢ 规程特性
主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系
2003年2月 第1页1页3页
2.1 物理层的基本概念（3）
1. 电气特性
2.
规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率
和距离限制。
3.
早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-C、V.28；
最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接
电缆的控制。
重点：
物理层的基本概念
有关通信的基本知识
奈奎斯特（Nyquist(1924)）定理
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2003年2月 第1页1页1页
2.1 物理层的基本概念（1）
➢ 物理层的定义
物理层提供机械的、电气的、功能的和规程（协议）的特性， 目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理 连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在 物理层的。
2003年2月 第1页1页6页
2.2 通信的基本知识 （2）
➢ 2.2.1 信号与通信
ƒ(t)
x(nT)
a) 模拟信号
t
nT
1 0011 0 11
b) 数字信号
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2003年2月 第1页1页7页
2.2 通信的基本知识 （3）
➢ 模拟通信
– 利用模拟信号来传递消息 – 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信
➢ 常用的标准接口：
– ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，EIA RS-366-A
– ISO 2593 34芯连接器
V.35宽带MODEM
– ISO 4902 37芯和9芯连接器
EIA RS-449
– ISO 4903 15芯连接器
X.20，X.21，X.22
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2003年2月 第1页1页5页
2.2 通信的基本知识 （1）
➢ 2.2.1 信号与通信
– 信号：以时间为自变量，以表示消息(或数据)的某个参量(振幅、频 率或相位)为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信 号和数字信号
– 模拟信号：信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号。模拟 信号的自变量可以是连续的，也可以是离散的；但其因变量一定是连 续的
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2003年2月 第1页1页10页
2.2 通信的基本知识 （5）
➢ 信号的频谱与带宽
– 频谱：f (t)各次谐波的振幅An 按照频率高低依次排列起来所形成的 谱状图形
– 绝对带宽：信号频谱所覆盖的频率范围 – 有效带宽(简称带宽)：信号的大部分能量都集中在一个较小的范围
2.1 物理层的基本概念（2）
➢ 几点说明
– 连接方式（点到点，点到多点） – 通信方式（单向，双向交替，全双同时） – 位传输方式（串行，并行）
协议很复杂；重点在基本概念上。
➢ 物理层的四个重要特性
➢ 机械特性
主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所 采用的规格、引脚的数量和排列情况。
2003年2月 第1页1页9页
2.2 通信的基本知识 （5）
➢ 数字通信（2） – 抗干扰能力强 – 可实现高质量的远距离通信 – 能适应各种通信业务，各种消息（电报、电话、图像和数据等）都 可以被变换为统一的二进制数字信号进行传输 – 能实现高保密通信 – 通信设备的集成化和微型化
– 数字通信的最大缺点是占用的频带宽。以电话为例，一路模拟电话 占用4KHz 信道带宽，而一路数字电话所需要的数据传输率是64 Kbps ，所需占用的带宽要远远大于4 KHz
信源
调制器
信道
解调器
信宿
信道：用来传输表示消息的电信号的介质或通路。它可以是双绞线、同轴 电缆、光缆、微波以及卫星链路等
噪声源：包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声(工业噪声等)和随机 噪声(信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声等)
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2003年2月 第1页1页8页
– 数字信号：表示消息的因变量是离散的，自变量时间的取值也是离散 的信号
– 通信：将表示消息的信号从发送方(信源)传递到接收方(信宿)。既然 信号可分为模拟信号和数字信号，与之相对应的，通信也可分为模拟 通信和数字通信。有单向（单工）、双向交替（半双工）、双向同时 （全双工）
成都信息工程学院——方睿 仅供计算机2000级使用
➢ CCITT 标准化的电气特性标准：
– CCITT V.10/X.26：新的非平衡型电气特性，EIA RS-423-A
– CCITT V.11/X.27 ：新的平衡型电气特性，EIA RS-422-A
– CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C
– CCITT X.21/EIA RS-449
2.2 通信的基本知识 （4）
➢ 数字通信（1）
– 利用数字信号来传递消息 – 计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信
信
信 源 编
信 道 编
调 制
源
码 器
码 器
器
A/D 检错纠错编码
发送端时钟
解
信
调
道
器
噪声源
信信
道 译
源 译
信
码
码
宿
器器
接收端时钟
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之内，这段频带称为带宽 – 信号的带宽越大，利用这种信号传送数据的速率就越高，要求传输
介质的带宽也越大 – 常见信号的频谱和带宽：声音信号的频谱大致在20 Hz ～2000 kHz
的范围(低于20 Hz 的信号为次声波，高于2000 KHz的信号为超声 波)，但用一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现，因而话音 信号的标准频谱为300 Hz ～3400 Hz ，其带宽为3 kHz 。电视信号的 频谱为0 ～4 MHz ，因此其带宽为4 MHz
➢ 物理层的功能
在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。不是指连接计 算机的物理设备或传输媒体。
➢ 研究内容
物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。 物理层的连接方式很多，传输媒体种类也多，协议很复杂；重点 在基本概念上。
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2.1 物理层的基本概念（4）
➢ 功能特性 说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
– 主要定义各条物理线路的功能。 线路的功能分为四大类： – 数据 – 控制 – 定时 –地
➢ 规程特性
主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系
2003年2月 第1页1页3页
2.1 物理层的基本概念（3）
1. 电气特性
2.
规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率
和距离限制。
3.
早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-C、V.28；
最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接
电缆的控制。
重点：
物理层的基本概念
有关通信的基本知识
奈奎斯特（Nyquist(1924)）定理
成都信息工程学院——方睿 仅供计算机2000级使用
2003年2月 第1页1页1页
2.1 物理层的基本概念（1）
➢ 物理层的定义
物理层提供机械的、电气的、功能的和规程（协议）的特性， 目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理 连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在 物理层的。
2003年2月 第1页1页6页
2.2 通信的基本知识 （2）
➢ 2.2.1 信号与通信
ƒ(t)
x(nT)
a) 模拟信号
t
nT
1 0011 0 11
b) 数字信号
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2.2 通信的基本知识 （3）
➢ 模拟通信
– 利用模拟信号来传递消息 – 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信
➢ 常用的标准接口：
– ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，EIA RS-366-A
– ISO 2593 34芯连接器
V.35宽带MODEM
– ISO 4902 37芯和9芯连接器
EIA RS-449
– ISO 4903 15芯连接器
X.20，X.21，X.22
成都信息工程学院——方睿 仅供计算机2000级使用
成都信息工程学院——方睿 仅供计算机2000级使用
2003年2月 第1页1页5页
2.2 通信的基本知识 （1）
➢ 2.2.1 信号与通信
– 信号：以时间为自变量，以表示消息(或数据)的某个参量(振幅、频 率或相位)为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信 号和数字信号
– 模拟信号：信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号。模拟 信号的自变量可以是连续的，也可以是离散的；但其因变量一定是连 续的
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2003年2月 第1页1页10页
2.2 通信的基本知识 （5）
➢ 信号的频谱与带宽
– 频谱：f (t)各次谐波的振幅An 按照频率高低依次排列起来所形成的 谱状图形
– 绝对带宽：信号频谱所覆盖的频率范围 – 有效带宽(简称带宽)：信号的大部分能量都集中在一个较小的范围
2.1 物理层的基本概念（2）
➢ 几点说明
– 连接方式（点到点，点到多点） – 通信方式（单向，双向交替，全双同时） – 位传输方式（串行，并行）
协议很复杂；重点在基本概念上。
➢ 物理层的四个重要特性
➢ 机械特性
主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所 采用的规格、引脚的数量和排列情况。
2003年2月 第1页1页9页
2.2 通信的基本知识 （5）
➢ 数字通信（2） – 抗干扰能力强 – 可实现高质量的远距离通信 – 能适应各种通信业务，各种消息（电报、电话、图像和数据等）都 可以被变换为统一的二进制数字信号进行传输 – 能实现高保密通信 – 通信设备的集成化和微型化
– 数字通信的最大缺点是占用的频带宽。以电话为例，一路模拟电话 占用4KHz 信道带宽，而一路数字电话所需要的数据传输率是64 Kbps ，所需占用的带宽要远远大于4 KHz