计算机网络第3版吴功宜第3章.ppt

计算机网络计算机网络(第第3版版)吴功宜吴功宜 编著编著··普通高等教育精品教材普通高等教育精品教材··普通高等教育普通高等教育““十一五十一五””国家级规划教材国家级规划教材《计算机网络》第《计算机网络》第3 3章章 物理层物理层2第第3章章 物理层物理层本章学习要求本章学习要求：：•理解：物理层与物理层协议的基本概念理解：物理层与物理层协议的基本概念•理解：数据通信的基本概念理解：数据通信的基本概念•掌握：传输介质类型及主要特性掌握：传输介质类型及主要特性•掌握：数据编码的类型和基本方法掌握：数据编码的类型和基本方法•掌握：基带传输与频带传输的基本概念掌握：基带传输与频带传输的基本概念•掌握：多路复用技术的分类与特点掌握：多路复用技术的分类与特点•掌握：同步数字体系掌握：同步数字体系SDHSDH的基本概念的基本概念•掌握：接入技术的基本概念掌握：接入技术的基本概念《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层3本章本章知识点结构知识点结构《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层43.1 物理层与物理层协议的基本概念物理层与物理层协议的基本概念3.1.1 物理层的基本服务功能物理层的基本服务功能设置物理层的目的是设置物理层的目的是：：屏蔽物理层所采用的传输介质、通信设备与通信屏蔽物理层所采用的传输介质、通信设备与通信技术的差异性，使数据链路层只需要考虑如何使技术的差异性，使数据链路层只需要考虑如何使用物理层的服务，而不需要考虑物理层的功能具用物理层的服务，而不需要考虑物理层的功能具体是使用了哪种传输介质、通信设备与技术实现体是使用了哪种传输介质、通信设备与技术实现的。

的《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层53.1.2 物理层协议的类型物理层协议的类型•基于点基于点—点通信线路的物理层协议点通信线路的物理层协议•基于广播通信线路的物理层协议基于广播通信线路的物理层协议讨论讨论•物理层协议的类型增加最快物理层协议的类型增加最快•教材对物理层与数据链路层的处理方法教材对物理层与数据链路层的处理方法：： 第第3章讨论基于点章讨论基于点—点通信线路的物理层协议与技术点通信线路的物理层协议与技术；； 第第4章章讨论讨论基于点基于点—点通信线路物理层协议的数据链路点通信线路物理层协议的数据链路层问题•第第5章以局域网、城域网与无线网络技术为背景，讨论章以局域网、城域网与无线网络技术为背景，讨论基于广播信道的物理层和数据链路层协议与标准基于广播信道的物理层和数据链路层协议与标准•第第6章讨论它们共同使用的网络层的章讨论它们共同使用的网络层的IP协议《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层63.1.3 物理层向数据链路层提供的服务物理层向数据链路层提供的服务•点点——点通信线路的物理层比特流传输过程点通信线路的物理层比特流传输过程《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层73.2 数据通信的基本概念数据通信的基本概念3.2.1 信息、数据与信号信息、数据与信号•信息、数据与信号的基本概念信息、数据与信号的基本概念《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层83.2.2 数据通信方式数据通信方式计算机网络中两台主机通信过程计算机网络中两台主机通信过程《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层9数据传输类型数据传输类型•模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层10•串行通信与并行通信串行通信与并行通信《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层11•单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层12同步技术同步技术•同步传输同步传输•异步传输异步传输《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层133.2.3 传输介质的主要类型与特性传输介质的主要类型与特性•双绞线的主要特性双绞线的主要特性《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层14•同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层15光纤的主要特性光纤的主要特性•光纤结构与传输原理光纤结构与传输原理《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层16•典型的光纤传输系统结构典型的光纤传输系统结构•多模光纤与单模光纤的比较多模光纤与单模光纤的比较《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层17•光缆结构光缆结构《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层18无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术•电磁波谱与通信类型电磁波谱与通信类型《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层19移动通信的基本概念移动通信的基本概念•工业、科学与医药专用工业、科学与医药专用ISM频段频段•信号频率、功率与覆盖范围信号频率、功率与覆盖范围《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层20蜂窝无线通信蜂窝无线通信《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层21卫星通信卫星通信 《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层223.2.4 数据编码分类数据编码分类《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层233.3 频带传输技术频带传输技术《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层243.3.2 波特率的定义波特率的定义波特率的定义波特率的定义•调制速率描述通过模拟线路传输模拟数据信号调制速率描述通过模拟线路传输模拟数据信号传输过程中，从调制解调器输出的调制信号每传输过程中，从调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是秒钟载波调制状态改变的数值，单位是1/s，称，称为波特（为波特（baud）。

•调制速率也称为波特率调制速率也称为波特率•波特率描述的是码元传输的速率波特率描述的是码元传输的速率比特率的定义比特率的定义•数据传输速率描述在计算机通信中每秒传送的数据传输速率描述在计算机通信中每秒传送的构成代码的二进制比特数，单位是构成代码的二进制比特数，单位是bps《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层25波特率与比特率的关系波特率与比特率的关系•比特率比特率S（单位为（单位为bps）与调制速率）与调制速率B（单位为（单位为baud）之间关系可以表示为：）之间关系可以表示为： S=B·log2k 式中式中k为多相调制的相数为多相调制的相数•log2k值表示一次调制状态的变化传输的二进制值表示一次调制状态的变化传输的二进制比特数《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层26波特率与比特率的关系波特率与比特率的关系 调制速率（调制速率（baud）） 多相调制的相数多相调制的相数log2k值值 数据传输速率（数据传输速率（bps）） 2400 QPSK-2（（k=2）） 1 2400 2400 QPSK-4（（k=4）） 2 4800 2400 QPSK-8（（k=8）） 3 7200 2400 QPSK-16（（k=16）） 4 9600《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层273.4 基带传输技术基带传输技术3.4.1 基带传输的定义基带传输的定义•在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字信号是典型的矩形脉冲信号。

的数字信号是典型的矩形脉冲信号•人们将矩形脉冲信号称为基本信号人们将矩形脉冲信号称为基本信号•在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层283.4.2 数字数据编码方法数字数据编码方法《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层293.4.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法•PCM技术的典型应用是语音信号的数字化技术的典型应用是语音信号的数字化《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层30脉冲编码调制的工作过程脉冲编码调制的工作过程：：采样、量化与编码采样、量化与编码《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层31•调制器、调制器、 曼彻斯特编码器与曼彻斯特编码器与PCM编码器的比较编码器的比较《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层323.4.4 比特率的定义比特率的定义•数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输的二进制比数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输的二进制比特数，单位为比特特数，单位为比特/秒，记做秒，记做bps•对于二进制数据，数据传输速率为：对于二进制数据，数据传输速率为：S=1/T（（bps）其）其中，中，T为发送每个比特所需要的时间。

为发送每个比特所需要的时间•在实际应用中常用的数据传输速率单位在实际应用中常用的数据传输速率单位 1kbps =1×103 bps 1Mbps=1×106 bps 1Gbps=1×109 bps 1Tbps=1×1012 bps《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层333.4.5 奈奎斯特准则与香农定理奈奎斯特准则与香农定理奈奎斯特准则的基本内容奈奎斯特准则的基本内容•如果表示码元的窄脉冲信号以时间间隔为如果表示码元的窄脉冲信号以时间间隔为π/ω（（ω=2πf）通过理想通信信道，则前后码元）通过理想通信信道，则前后码元之间不产生相互串扰之间不产生相互串扰•根据奈奎斯特准则，二进制数据信号的最大数根据奈奎斯特准则，二进制数据信号的最大数据传输速率据传输速率Rmax与理想信道带宽与理想信道带宽B（单位（单位Hz））的关系可以写为：的关系可以写为： Rmax=2·B（（bps）《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层34香农定理的基本内容香农定理的基本内容•奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声的理想奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声的理想信道的最大传输速率与信道带宽的关系。

信道的最大传输速率与信道带宽的关系•香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系比之间的关系•香农定理指出：在有随机热噪声的信道中传输香农定理指出：在有随机热噪声的信道中传输数据信号时，传输速率数据信号时，传输速率Rmax与信道带宽与信道带宽B、信、信噪比噪比S/N的关系为：的关系为：Rmax=B·log2（（1+S/N）式中，中，Rmax单位为单位为bps，带宽，带宽B单位为单位为Hz《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层353.5 多路复用技术多路复用技术3.5.1 多路复用的基本概念多路复用的基本概念《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层36多路复用技术的分类多路复用技术的分类•时分多路复用（时分多路复用（TDM））•频分多路复用（频分多路复用（FDM））•波分多路复用（波分多路复用（WDM））•码分多址（码分多址（CDMA）正交频分复用（）正交频分复用（OFDM））《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层37时分多路复用时分多路复用: :同步时分多路复用同步时分多路复用 统计时分多路复用统计时分多路复用《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层383.5.3 频分多路复用频分多路复用《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层393.5.4 波分多路复用波分多路复用《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层403.6 同步光纤网同步光纤网SONET与同步数字体系与同步数字体系SDH3.6.1 SONET与与SDH的基本概念的基本概念•早期时分多路复用（早期时分多路复用（TDM）设备是专用的，并且各个运营）设备是专用的，并且各个运营商的商的TDM标准不同。

标准不同•1985年美国贝尔实验室首先提出了同步光纤网（年美国贝尔实验室首先提出了同步光纤网（SONET））的概念的概念，，解决光接口标准规范问题解决光接口标准规范问题•ITU-T在在SONET的基础上制定同步数字体系的基础上制定同步数字体系 （（SDH）标准，从而统一了国际通信传输速率、接口标准体）标准，从而统一了国际通信传输速率、接口标准体制•SDH标准不仅适用于光纤传输系统，也适用于微波与卫星标准不仅适用于光纤传输系统，也适用于微波与卫星传输体系传输体系《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层413.6.2 基本速率标准的制定基本速率标准的制定 T1载波速率载波速率• T1=（（193/125））×106=1.544（（Mbps））《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层42E1载波速率载波速率•E1标准是标准是CCITT标准，它将标准，它将30路数字语音信道路数字语音信道和和2路控制信道复用在一条通信线路路控制信道复用在一条通信线路•每个信道在一帧中插入每个信道在一帧中插入8bit数据，这样一帧要数据，这样一帧要传送的数据共（传送的数据共（30+2））×8=256（（bit）。

•传送一帧的时间为传送一帧的时间为125μs则E1载波的数据传载波的数据传输速率为：输速率为： E1=（（256/125））×106=2.048（（Mbps））《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层433.6.3 SDH速率体系速率体系《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层44SDH速率体系速率体系•OC定义的是光纤上传输的光信号速率定义的是光纤上传输的光信号速率•STS定义的是数字电路接口的电信号传输速率定义的是数字电路接口的电信号传输速率•STM标准是主干线路的数字信号速率标准标准是主干线路的数字信号速率标准《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层45OC、、STS与与STM速率对应关系速率对应关系传输速率（Mbps）OC级STS级STM级51.840OC-1STS-1155.520OC-3STS-3STM-1466.560OC-9STS-9622.080OC-12STS-12STM-4933.120OC-18STS-181244.160OC-24STS-24STM-81866.240OC-36STS-36STM-122483.320OC-48STS-48STM-169953.280OC-192STS-192STM-64《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层463.7 接入技术接入技术3.7.1 接入技术的基本概念接入技术的基本概念接入技术的类型接入技术的类型《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层47•接入技术分类接入技术分类《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层483.7.2 ADSL接入技术接入技术《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层49•ADSL带宽分配带宽分配《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层503.7.3 HFC接入技术接入技术《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层51•HFC接入工作原理接入工作原理《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层52• HFC下行信道与上行信道频段的划分下行信道与上行信道频段的划分• HFC上行信道与下行信道工作上行信道与下行信道工作《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层533.7.4 光纤接入技术光纤接入技术•光纤到路边（光纤到路边（fiber to the curb，，FTTC））•光纤到小区（光纤到小区（fiber to the zone，，FTTZ））•光纤到大楼（光纤到大楼（fiber to the building，，FTTB））•光纤到办公室（光纤到办公室（fiber to the office，，FTTO））•光纤到户（光纤到户（fiber to the home，，FTTH））《计算机网络》第《计算机网络》第3章章 物理层物理层54。