net課件第8章物理層

1、第八章 物理層知識點(diǎn)n物理層功能n數(shù)據(jù)通信的基本知識n傳輸介質(zhì)n物理層特性和標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232接口物理層功能n物理層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最底層，直接和通信介質(zhì)打交道，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，其基本功能是在通信介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)0、1比特流的傳輸。 物理層功能n物理層不是指具體的傳輸介質(zhì)。 n物理層向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)，向下直接與傳輸介質(zhì)相連，起著數(shù)據(jù)鏈路層與傳輸介質(zhì)之間的邏輯接口的作用。 數(shù)據(jù)通信的基本概念n信息、數(shù)據(jù)和信號n信息發(fā)送前要編碼成數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)要用信號表示才能發(fā)送到對方。n對方從信號中還原出數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到信息。數(shù)據(jù) n數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指離散（不連續(xù)）的量，指有限的幾

2、個值，如1，3，6，在這些值之間沒有其他的數(shù)據(jù)。 n模擬數(shù)據(jù)是指連續(xù)的量，包括某個范圍內(nèi)的所有可能的數(shù)據(jù)，如區(qū)間1，10之間所有的實(shí)數(shù)。 信號n與數(shù)據(jù)類似，信號也分成模擬信號和數(shù)字信號。 n模擬信號是連續(xù)的，取遍某個區(qū)間內(nèi)的所有值。數(shù)字信號是離散的，只包含幾個值，如0，1，從一個值變?yōu)榱硪粋€值是以突變的形式出現(xiàn)的，沒有經(jīng)過中間的過程。 模擬信號和數(shù)字信號周期信號和非周期信號最基本的周期信號正弦信號信號的頻譜和帶寬 n一個信號可以分解成一系列正弦波的組合，這些正弦波都有著不同的頻率，組成這個信號的所有正弦波的頻率構(gòu)成一個集合，稱為信號的頻譜。 n在信號頻譜中最高頻率和最低頻率的差，稱為信號的帶寬

3、。 信道n信道是信號從一端到達(dá)另一端所走的通道，信道是建立在傳輸介質(zhì)之上的。一條傳輸介質(zhì)上可以有多條信道 ，一條信道只允許傳輸一路信號。 信道n根據(jù)傳輸信號的不同，信道可以分為模擬信道和數(shù)字信道，模擬信道用來傳輸模擬信號，而數(shù)字信道用來傳輸數(shù)字信號。 n每個信道都有其能夠傳輸信號的頻率范圍，這個范圍稱為信道的帶寬。信道的帶寬越大，數(shù)據(jù)的傳輸速率就越高。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 DTE和DCEnDTE是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment, DTE)，DTE產(chǎn)生、接收和處理二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，DTE最典型的代表是計算機(jī)。 nDCE是指數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(Data Circuit T

4、erminal Equipment, DCE) 。DCE將DTE產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換成能夠在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男盘栃问?。最典型的DCE是調(diào)制解調(diào)器（Modem）。 DTE和DCE數(shù)據(jù)表示和信號轉(zhuǎn)換 n數(shù)據(jù)要從一端發(fā)送到另一端，必須先被轉(zhuǎn)換成信號，用信號來表示數(shù)據(jù)。 n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用數(shù)字信號來表示，也可以用模擬信號來表示。n模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號表示，也可以用數(shù)字信號表示。 n模擬信號和數(shù)字信號之間可相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的目的是讓信號能夠更好地傳輸，能夠傳輸更遠(yuǎn)的距離或提供好的抗干擾性能。 數(shù)字?jǐn)?shù)字 n用數(shù)字信號表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼。 n三種編碼方式：不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。 數(shù)字

5、數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬 n將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程，稱為調(diào)制。 n將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號的三種基本方法是：n幅移鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）n頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）n相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK） 數(shù)字模擬模擬模擬 n模擬數(shù)據(jù)用模擬信號來表示，稱為模擬模擬調(diào)制。 n模擬模擬調(diào)制有三種方法：n調(diào)幅（Amplitude Mudulation，AM）n調(diào)頻（Frequency Mudulation ，F(xiàn)M）n調(diào)相（Phase Mudulation ，PM）。 模擬模擬n在調(diào)幅中，載波的振幅根據(jù)調(diào)制信號的

6、振幅變化而變化，載波的頻率和相位不發(fā)生變化。 n在調(diào)頻中，載波的頻率根據(jù)調(diào)制信號的振幅變化而變化，載波的振幅和相位不發(fā)生變化。 n在調(diào)相中，載波的相位根據(jù)調(diào)制信號的振幅變化而變化，載波的振幅和頻率不發(fā)生化。 模擬數(shù)字 n將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號稱為模擬數(shù)字。n將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的技術(shù)稱為脈碼調(diào)制（Pulse Code Mudulation，PCM）。 nPCM由4個過程組成：采樣、量化、二進(jìn)制編碼、數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼。 PCM：采樣n采樣就是每隔一段相等的時間測量一次模擬信號的振幅。 PCM：量化n量化實(shí)際上把采樣后的結(jié)果劃分為若干個等級，每個等級用一個數(shù)字來表示。 PCM：二進(jìn)制編碼 n二進(jìn)

7、制編碼是將量化的結(jié)果用二進(jìn)制數(shù)來表示。n需要用多少位二進(jìn)制數(shù)來表示一個量化結(jié)果取決于量化時劃分的等級數(shù)目，等級越多，需要的位數(shù)也就越多。n如量化結(jié)果在-127127之間，則需要的二進(jìn)制比特數(shù)為8位，最高位的1位比特代表符號位，0代表正，1代表負(fù)，其余的7個比特代表數(shù)值的大小。 PCM：數(shù)字?jǐn)?shù)字編碼n采用數(shù)字?jǐn)?shù)字的編碼方式，將二進(jìn)制編碼得到0、1比特串轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過通信鏈路發(fā)送出去。 n在接收端收到數(shù)字信號后，依次進(jìn)行相反的逆過程，就可以得到原始的模擬信號。 數(shù)據(jù)傳輸方式n根據(jù)傳輸信號的類型，數(shù)據(jù)傳輸可以分為基帶傳輸和寬帶傳輸。n根據(jù)一次傳輸比特的數(shù)目，可以分為串行傳輸和并行傳輸。n根據(jù)數(shù)

8、據(jù)傳輸?shù)姆较蚝蜁r間劃分，可分為單工、半雙工和全雙工傳輸。 基帶傳輸和寬帶傳輸 n基帶信號就是將 0、1 直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。 n在數(shù)字信道中直接傳遞基帶信號，稱為基帶傳輸。 n寬帶信號則是將基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。使用模擬信道傳輸寬帶信號稱為寬帶傳輸。 并行傳輸n傳輸數(shù)據(jù)時，可以使用多根導(dǎo)線，一次傳輸一組比特，這種方式稱為并行傳輸。 串行傳輸n傳輸數(shù)據(jù)時，只使用一根導(dǎo)線，比特是一個接著一個發(fā)送，這種方式稱為串行傳輸。 同步傳輸和異步傳輸n串行傳輸又分為同步傳輸和異步傳輸兩類。 n在異步傳輸中，傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)。對于每個要發(fā)送的字節(jié)，它的開始都要附

9、加一個比特，這個比特稱為起始位，起始位通常為0。同時這個字節(jié)的尾部還要加上一個比特，稱為停止位，停止位通常為1。字節(jié)和字節(jié)之間的間隙不固定。 同步傳輸和異步傳輸n在同步傳輸中，傳輸?shù)膯挝环Q為幀。一個幀可以包含多個字節(jié)，字節(jié)和字節(jié)之間沒有間隙，收發(fā)雙方傳遞的就是不間斷的0、1比特流。在每一幀的首尾會有特殊的比特組合作為標(biāo)志（如01111110），表示幀的開始和結(jié)束。 單工、半雙工和全雙工傳輸 n單工傳輸：單工傳輸也稱單工通信，是指數(shù)據(jù)只能沿一個固定的方向單向傳遞，例如有線電視和廣播 。n半雙工傳輸：半雙工傳輸也稱半雙工通信，是指兩站之間的數(shù)據(jù)可沿兩個方向交替?zhèn)魉?，但同一時刻只能沿一個方向傳送。對

10、講機(jī)就是采用的半雙工通信。n全雙工傳輸：全雙工傳輸也稱為全雙工通信，是指通信雙方能夠同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。 復(fù)用技術(shù)n在一條鏈路上傳輸多路信號，這種方式就稱為復(fù)用，復(fù)用時一條鏈路上可以有多個信道，每個信道傳輸一路信號。 復(fù)用技術(shù)n常用復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用、時分復(fù)用、波分復(fù)用和碼分復(fù)用。 頻分復(fù)用 n頻分復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）用于一條線路傳輸多路模擬信號，當(dāng)線路帶寬大于傳輸?shù)乃行盘枎挄r使用。 n頻分復(fù)用將線路的帶寬劃分為多個不同頻帶的子信道，每個子信道傳輸一路信號。 頻分復(fù)用 時分復(fù)用 n時分復(fù)用（Time Division Multipl

11、exing，TDM）用于一條線路傳輸多路數(shù)字信號，時分復(fù)用將鏈路分成了許多個時間片，每路信號分配一個時間片，每路數(shù)字信號輪流的占用鏈路。 n時分復(fù)用又可以分成同步時分復(fù)用和異步時分復(fù)用。 時分復(fù)用 n同步時分復(fù)用 時分復(fù)用n異步時分復(fù)用 傳輸介質(zhì)n傳輸介質(zhì)是信號傳遞的通道。傳輸介質(zhì)可以分為兩大類：導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)。 n導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜和光纖。 n非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：無線通信，包括無線電、微波、紅外線等。 物理層標(biāo)準(zhǔn)n數(shù)據(jù)編碼成信號，要將信號從一端發(fā)送到另一端。這時就要使用一組導(dǎo)線來完成信號的傳輸，這組導(dǎo)線稱為接口。 n物理層標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定了通信接口的機(jī)械特性 、電氣特性 、功

12、能特性和規(guī)程特性。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n機(jī)械特性：EIA-232標(biāo)準(zhǔn)定義具有25根引腳的DB-25插頭座，引腳分為上下兩排，上面13根，從左到右的編號為1至13，下面12根，從左至右編號為14至25。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n電氣特性：電平采用負(fù)邏輯，-3-15V的電壓代表數(shù)據(jù)1，315V的電壓代表數(shù)據(jù)0。用“0”表示控制線的接通狀態(tài)，用“1”表示控制線的斷開狀態(tài)。連接線纜的長度小于等于15m，數(shù)據(jù)傳輸率小于等于20Kbps 。物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n功能特性 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n規(guī)程特性：定義了信號發(fā)送的先后順序。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n主機(jī)利用Modem通信過

13、程：n（1）主機(jī)A將引腳20“數(shù)據(jù)終端就緒”置為ON，通知Modem A自己已經(jīng)就緒，并通過引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”向Modem A傳送Modem B所對應(yīng)的電話號碼，Modem A 呼叫Modem B。 n（2）Modem B收到呼叫后，將引腳22“振鈴指示”置為ON，通知主機(jī)B有呼入信號。主機(jī)B將引腳20“數(shù)據(jù)終端就緒”置為ON，表示就緒。Modem B將引腳6“數(shù)據(jù)裝置就緒”置為ON，表示就緒，同時向A發(fā)出載波信號。 物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n(3)Modem A收到載波信號后，將引腳8“載波檢測”和引腳6“數(shù)據(jù)裝置就緒”置為ON，通知主機(jī)A通信電路已經(jīng)建立，并向Modem B發(fā)出載波信號，Modem B收到后將引腳8“載波檢測”置為ON。至此，通信電路建立完畢，可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例EIA232n(4)主機(jī)A將引腳4“請求發(fā)送”置為ON，請求發(fā)送數(shù)據(jù)。Modem A將引腳5“清除發(fā)送”置為ON，允許發(fā)送。 n(5)主機(jī)A通過2號引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，Modem A將其轉(zhuǎn)換為模擬信號后通過電話網(wǎng)絡(luò)到達(dá)Mode