计算机网络基础-物理层要点

交换机
D/A
4/2 D/A
V.34Modem
数字信号
56kModem Internet 服务商
17
2.5 模拟传输和数字传输
• 脉码调制PCM
–一个电话信道带宽3.4kHz；8k采样；每个样 本用8bits表示。因此一路标准的PCM信号速 率为64kbps.
• 欧洲标准E1
–一个时分复用帧包括32个时隙。但是有二个 时隙分别用于同步和信令，只用30个时隙传 数据。
2019/6/20
4
2.1 物理层的基本概念
• 用OSI物理层模型（实体、服务原语、协议数据单元等） 来描述物理层不太合适。
– 在OSI提出之前，许多物理层规程或协议已经制定；
– 早期的物理层规程没有像OSI那样将服务定义和协议区分开 来；
• 将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的
一些特性。
转换，并经过调制/解调在模拟用户环路上传 输。 • 高速MODEM
–提高每码元承载的比特数。 –提高信噪比。（A/D和D/A引起较大的量化噪声）
2019/6/20
16
2.5 模拟传输和数字传输
交换机
A/D
V.34Modem
2/4 A/D
交换机
A/D
2/4
56kModem
A/D
2019/6/20
数字信号
• 物理层的主要作用 物理层的主要作用就是给其服务用户（即数据 链路层或数据链路层实体）在一条物理的传输 媒体上传送和接收比特流的能力。 –首先激活（建立）一个连接 –维持这个连接 –去活（释放）这个连接
2019/6/20
7
2.2 信道的极限容量
1.有限带宽无噪声信道上的最高码元传输 速率和最高数据率。
course
第二章 物理层 Physical Layer
2019/6/20
1
第二章 物理层
• 在信道上传输数据有哪些限制？ • 传输介质分类？ • 物理层中的一些新概念和术语？
2019/6/20
2
第二章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 信道极限容量 2.3 传输介质 2.4 无线传输 2.5 模拟传输与数字传输 2.6 常用的物理层接口标准
上使用的频分多路复用。
2019/6/20
13
2.3 传输介质
2019/6/20
14
2.4 无线传输
• 无线传输所使用的频段
f = c
• 无线电
–蜂窝无线电。GSM,CDMA
• 微波
–地面微波、卫星通信（同步、底轨）
• 红外－短距离通信
2019/6/20
15
2.5 模拟传输和数字传输
• 计算机接收和发送的是数据。 • 计算机通过模拟通信接口，必须经过D/A或A/D
2019/6/20
18
2.5 模拟传输和数字传输
• 欧洲标准E1
–因此E1的数据率为64k30＝1920kbps。 –但是如果按照32个时隙计算，E1的数据率为
64k 32=2048kbps。
• 北美标准T1
–包括24路，加1bit帧同步码。那么数据率为 64k 24+18000＝1544kbps。
• 1924年,Nyquist准则：
–最高码元速率：2W Baud
–最高数据率为：2W log2 V bps
• W为理想低通信道的带宽，单位为Hz。 • V为信号的离散级数。
2019/6/20
8
2.2 信道的极限容量
2.噪声信道上的最高数据率: • 1948年,Shannon公式：最高数据率为
W log2 (1 S / N ) bps
–W为信道的带宽，单位为Hz。 –S为信道内所传信号的平均功率。 –N为信道内部的高斯噪声的功率。 –S/N为信噪比。用分贝表示：10log10S/N
2019/6/20
9
2.2 信道的极限容量
• 信道的带宽越大，信道中的信噪比越大， 则最大的数据传输率就越高。
• 提高每一码元携带的信息量，可以提高 数据传输率。
2019/6/20
19
2.5 模拟传输和数字传输
• SONET/SDH
– 光纤TDM标准：北美SONET（同步光纤网 络）和CCITT的SDH（同步数字系列）
– 长话的物理层大量使用SONET干线（美） – 最初的设计是使SONET成为TDM系统，因
此它是一个同步系统。
– 基本速率：每125s传一帧(810B)，每秒
81088000=51.84 Mbps 称为同步传输信号STS-1.
2019/6/20
20
Байду номын сангаас
2.5 模拟传输和数字传输
– 每个字节为一个子信道，每秒8000次，代 表一个PCM信道。
– 对应于STS-n的光纤载波（optical carrier） 称作OC-n。
– STM（synchronous Transport Mode)：SDH 的速率模式。
2019/6/20
5
2.1 物理层的基本概念
• 物理层的特性
1. 机械特性－接口所用连接器的形状、尺寸、 引线数目、排列等。 2. 电气特性－接口线的电平范围和0、1含义。 3. 功能特性－接口线的功能和含义。 4. 过程特性－实现各种功能时各线信号的表 示和顺序。
2019/6/20
6
2.1 物理层的基本概念
– C(Concatenated): 并置。STS-3c作为一条 STS线路信号，封装了3条STS-1的容量， 作为单个实体传送、复用和交换， 而不是 看成是3条STS-1信号。
• 双绞线（twisted pair)
–屏蔽双绞线STP(Shield) –非屏蔽双绞线UTP –UTP Category 3, 5
• 同轴电缆（coaxial cable)
–50同轴电缆(数字传输） –75 同轴电缆（模拟传输）
2019/6/20
12
2.3 传输介质
• 光缆
–25000－3000GHz带宽，通信容量非常大。 –多模 –单模 –波分多路复用WDM(wavelength)：光纤信道
2019/6/20
3
2.1 物理层的基本概念
• 物理层主要考虑的就是怎样才能在连接各种计算机的 传输媒体上传输各种数据的比特流。
– 物理设备与传输媒体种类繁多； – 通信手段多样；
• 物理层的作用正是要尽可能地屏蔽这些差异，使其上 面的数据链路层感觉不到这些差异，不必考虑网络具 体的传输媒体是什么。
2019/6/20
10
2.2 信道的极限容量
3. 时延
• 传播时延-电磁波在信道中传播所需的时 间。取决于电磁波在信道上的传播速率 以及所传播的距离。
• 发送时延-发送数据所需要的时间。取决 于数据块的长度和数据传输速率。
• 重发时延-因传输差错而重发的时延。
2019/6/20
11
2.3 传输介质