计算机网络课件：ch2 物理层-1.ppt

1思考题思考题在在OSI/RMOSI/RM中，各层都有差错控制过程，试指出以下每种差中，各层都有差错控制过程，试指出以下每种差错发生在错发生在OSI/RMOSI/RM的哪些层？的哪些层？（1 1）噪声使传输链路上的一个）噪声使传输链路上的一个0 0变为一个变为一个1 1；（2 2）一个分组被传送到错误的目的站；）一个分组被传送到错误的目的站；（3 3）收到一个序号错误的帧；）收到一个序号错误的帧；（4 4）分组交换网交付给一个终端的分组的序号错误；）分组交换网交付给一个终端的分组的序号错误；（5 5）把传输的位流分成帧；）把传输的位流分成帧；（6 6）在通过子网时决定使用哪条路由路径在通过子网时决定使用哪条路由路径2OSI Model Data Flow（回顾）-Encapsulating&De-encapsulating Data 3第二章第二章 物理层物理层4主要内容主要内容n数据通信数据通信基础基础n多路复用多路复用n交换技术交换技术n传输介质传输介质52.1 2.1 数据通信数据通信基础基础n数据通信模型数据通信模型(三要素三要素)源站源站源站源站发送器发送器发送器发送器通信系统通信系统通信系统通信系统接收器接收器接收器接收器目的站目的站目的站目的站源系统源系统源系统源系统Source systemSource system目的系统目的系统目的系统目的系统Destination SystemDestination SystemNetworkNetwork62.1 2.1 数据通信数据通信基础基础n数据通信模型数据通信模型(三要素三要素)源站源站源站源站发送器发送器发送器发送器通信系统通信系统通信系统通信系统接收器接收器接收器接收器目的站目的站目的站目的站源系统源系统源系统源系统Source systemSource system目的系统目的系统目的系统目的系统Destination SystemDestination SystemNetworkNetwork噪声噪声u 任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信号产生任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信号产生干扰，称为干扰，称为“噪声噪声”。

p 外界：闪电、串扰、电气设备外界：闪电、串扰、电气设备p 内部：介质特性（衰减、延迟与频率有关）内部：介质特性（衰减、延迟与频率有关）7n模拟信号模拟信号n时间上连续，包含无时间上连续，包含无穷多个信号值穷多个信号值n数字信号数字信号n时间上离散，仅包含时间上离散，仅包含有限数目的信号值有限数目的信号值最常见的是二值信号最常见的是二值信号2.1 2.1 数据通信数据通信基础基础t ta a）模拟信号模拟信号t tb b）数字信号数字信号82.1 2.1 数据通信数据通信基础基础n数据数据(Data)(Data)n传递（携带）信息的实体传递（携带）信息的实体n信息信息(Information)(Information)n是数据的内容或解释是数据的内容或解释n信号信号(Signal)(Signal)n是数据的电磁或电子编码是数据的电磁或电子编码n传输传输(Transmission)(Transmission)n指信号的传递指信号的传递9信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息An 信息通过数据通信系统的传输过程信息通过数据通信系统的传输过程n把携带把携带信息信息的的数据数据用物理用物理信号信号形式通过信道传送到目的地形式通过信道传送到目的地n信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输数据编码数据编码调制调制解调解调数据解码数据解码01000001A01000001信道信道n编码编码：数据：数据适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于同步、识别、纠错n调制调制：数字信号：数字信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位n解调解调：接收波形：接收波形数字信号数字信号n解码解码：数字信号：数字信号原始数据原始数据基带传输基带传输频带频带/宽带传输宽带传输10 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码n使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输n把数字数据转换成某种数字脉冲信号把数字数据转换成某种数字脉冲信号n常见的有两类：常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码不归零码和曼彻斯特编码n不归零码（不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）n二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；n常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；n缺点：缺点：n存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；n不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。

不具备自同步机制，传输时必须使用外同步11n曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Coding）n用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1n规定在规定在每个码元的中间发生跳变每个码元的中间发生跳变：n高高低的跳变代表低的跳变代表0，低，低高的跳变代表高的跳变代表1n每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号这种化提取出来作为同步信号这种编码也称为自编码也称为自同步码（同步码（Self-Synchronizing Code）n缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）n差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential）n每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变仍要发生跳变n用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1，有跳变，有跳变代表代表0，无跳变代表，无跳变代表114数字数据编码图(a)曼切斯特编码(b)差分曼切斯特(c)不归零编码0 0 1 1 015n 基带基带/频带频带/宽带传输宽带传输n基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。

直接在信道上传送需好信道需好信道n例如：以太网（局域网）例如：以太网（局域网）n频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调传送，接收方需要解调n例如：通过网络传输数据例如：通过网络传输数据n宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几到几百百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调的模拟信号后再传送，接收方需要解调n例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输16n调制解调（为什么要调制）调制解调（为什么要调制）数字信号不利于长距离传输它由无数数字信号不利于长距离传输它由无数个谐波组成，频带很宽个谐波组成，频带很宽,因此相应的损耗因此相应的损耗也很大一个正弦信号能比其它信号传输到更远一个正弦信号能比其它信号传输到更远的地方17 数字数据的调制数字数据的调制n使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输n三种常用的调制技术三种常用的调制技术：n调幅/幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）n调频/频移键控FSK（Frequency Shift Keying）n调相/相移键控PSK（Phase Shift Keying）n原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。

原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制载波信号载波信号 S(t)=Acos(t+)nS(t)的参量包括：的参量包括：幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 n调制就是要使调制就是要使A、或或 随数字基带信号的变化而变化随数字基带信号的变化而变化18nASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0和和1nFSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0和和1nPSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0和和10 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASKFSKFSKPSKPSK202.1 2.1 数据通信数据通信基础基础n误码率误码率(ERB,Error bit rate)(ERB,Error bit rate)n信道传输可靠性指标，是一个概率值信道传输可靠性指标，是一个概率值n带宽带宽（BWBW，Band widthBand width）n信道传输能力的度量在信道传输能力的度量在传统的通信工程传统的通信工程中中 BW fBW fmaxmax f fmin min,单位：赫兹（单位：赫兹（HzHz）n在在计算机网络计算机网络中，一般用每秒允许传输的二进中，一般用每秒允许传输的二进制位数作为带宽的计量单位。

主要单位：制位数作为带宽的计量单位主要单位：b/s b/s，kb/skb/s，Mb/sMb/s，Gb/sGb/s 例如：传统以太网理论上每秒可以传输例如：传统以太网理论上每秒可以传输1 1千万千万比特，它的带宽为比特，它的带宽为10Mb/s10Mb/s21n时延时延（DelayDelay）：信息从网络的一端传送到）：信息从网络的一端传送到另一端所需时间另一端所需时间n时延时延=处理时延处理时延+排队时延排队时延+发送时延发送时延+传播时延传播时延n处理时延处理时延=对数据进行处理和错误校验所需的时间对数据进行处理和错误校验所需的时间n排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间数据在中间结点等待转发的延迟时间n发送时延发送时延=数据位数数据位数/信道带宽信道带宽n传播时延传播时延=d/s=d/s，d:d:距离，距离，s:s:介质中信号传播速度介质中信号传播速度2.1 2.1 数据通信数据通信基础基础22发送时延和传播时延示意图发送时延和传播时延示意图时间时间事件事件A.1sS decides to send pkt to DS starts sending pkt时延时延值值发送发送(transmission)(transmission)0.005s传播传播(propagation)(propagation)0.01sDSSDB.1.005sS finishes transmitting pkt to DC.1.01sD begins to recv pktD.1.015sD recvs entire pkt and delivers to applicationB.D.C.A.事件事件time23n往返时延往返时延（RTTRTT，Round-Trip TimeRound-Trip Time）：从发送方发送数据）：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认所经历的时间开始，到发送方收到接收方的确认所经历的时间n时延带宽乘积时延带宽乘积：某一信道所能容纳的比特数：某一信道所能容纳的比特数n时延带宽乘积时延带宽乘积=带宽带宽传播时延传播时延n例如，某信道的时延带宽乘积为例如，某信道的时延带宽乘积为100100万比特，这意味着第一个比特万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了到达目的端时，源端已发送了100100万比特万比特2.1 2.1 数据通信数据通信基础基础信信道道带宽带宽传播时延传播时延管道体积管道体积=时延带宽乘积时延带宽乘积24n多路复用多路复用：多个信息源共享一个公共信道：多个信息源共享一个公共信道n为何要复用？为何要复用？提高线路利用率提高线路利用率n适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时平均传输需求时n类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿2.2 多路传输复用多路传输复用(Multiplexing)25n 复用的基本思想：复用的基本思想：n把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，把公共共享信道用某种方法划分。