計算機網(wǎng)絡課件第3章：物理層

《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層1第3章物理層本章學習要求：理解：物理層與物理層協(xié)議的基本概念。理解：數(shù)據(jù)通信的基本概念。掌握：傳輸介質(zhì)類型及主要特性。掌握：數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法。掌握：基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)幕靖拍?。掌握：多路復用技術的分類與特點。掌握：同步數(shù)字體系SDH的基本概念。掌握：接入技術的基本概念。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層2本章知識點結構《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層33.1物理層與物理層協(xié)議的基本概念3.1.1物理層的基本服務功能設置物理層的目的是：屏蔽物理層所采用的傳輸介質(zhì)、通信設備與通信技術的差異性，使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何使用物理層的服務，而不需要考慮物理層的功能具體是使用了哪種傳輸介質(zhì)、通信設備與技術實現(xiàn)的。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層43.1.2物理層協(xié)議的類型基于點—點通信線路的物理層協(xié)議基于廣播通信線路的物理層協(xié)議討論物理層協(xié)議的類型增加最快。教材對物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的處理方法：

第3章討論基于點—點通信線路的物理層協(xié)議與技術；

第4章討論基于點—點通信線路物理層協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層問題。第5章以局域網(wǎng)、城域網(wǎng)與無線網(wǎng)絡技術為背景，討論基于廣播信道的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與標準。第6章討論它們共同使用的網(wǎng)絡層的IP協(xié)議。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層53.1.3物理層向數(shù)據(jù)鏈路層提供的服務點—點通信線路的物理層比特流傳輸過程《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層63.2數(shù)據(jù)通信的基本概念3.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號信息、數(shù)據(jù)與信號的基本概念《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層73.2.2數(shù)據(jù)通信方式計算機網(wǎng)絡中兩臺主機通信過程《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層8數(shù)據(jù)傳輸類型模擬信號與數(shù)字信號波形《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層9串行通信與并行通信《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層10單工、半雙工與全雙工通信《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層11同步技術同步傳輸異步傳輸《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層123.2.3傳輸介質(zhì)的主要類型與特性

雙絞線的主要特性《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層13同軸電纜的主要特性《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層14光纖的主要特性光纖結構與傳輸原理《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層15典型的光纖傳輸系統(tǒng)結構多模光纖與單模光纖的比較《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層16光纜結構《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層17無線與衛(wèi)星通信技術電磁波譜與通信類型《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層18移動通信的基本概念工業(yè)、科學與醫(yī)藥專用ISM頻段信號頻率、功率與覆蓋范圍《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層19蜂窩無線通信《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層20衛(wèi)星通信

《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層213.2.4數(shù)據(jù)編碼分類《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層223.3頻帶傳輸技術《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層233.3.2波特率的定義波特率的定義調(diào)制速率描述通過模擬線路傳輸模擬數(shù)據(jù)信號傳輸過程中，從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號每秒鐘載波調(diào)制狀態(tài)改變的數(shù)值，單位是1/s，稱為波特（baud）。調(diào)制速率也稱為波特率。波特率描述的是碼元傳輸?shù)乃俾?。比特率的定義數(shù)據(jù)傳輸速率描述在計算機通信中每秒傳送的構成代碼的二進制比特數(shù)，單位是bps?！队嬎銠C網(wǎng)絡》第3章物理層24波特率與比特率的關系比特率S（單位為bps）與調(diào)制速率B（單位為baud）之間關系可以表示為：

S=B·log2k

式中k為多相調(diào)制的相數(shù)。log2k值表示一次調(diào)制狀態(tài)的變化傳輸?shù)亩M制比特數(shù)。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層25波特率與比特率的關系

調(diào)制速率（baud）

多相調(diào)制的相數(shù)log2k值

數(shù)據(jù)傳輸速率（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《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層263.4基帶傳輸技術3.4.1基帶傳輸?shù)亩x在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字信號是典型的矩形脈沖信號。人們將矩形脈沖信號稱為基本信號。在數(shù)字信道上直接傳送基帶信號的方法稱為基帶傳輸?！队嬎銠C網(wǎng)絡》第3章物理層273.4.2數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層283.4.3脈沖編碼調(diào)制方法PCM技術的典型應用是語音信號的數(shù)字化?！队嬎銠C網(wǎng)絡》第3章物理層29脈沖編碼調(diào)制的工作過程：采樣、量化與編碼《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層30調(diào)制器、曼徹斯特編碼器與PCM編碼器的比較《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層313.4.4比特率的定義數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸?shù)亩M制比特數(shù)，單位為比特/秒，記做bps。對于二進制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率為：S=1/T（bps）其中，T為發(fā)送每個比特所需要的時間。在實際應用中常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位1kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bps《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層323.4.5奈奎斯特準則與香農(nóng)定理

奈奎斯特準則的基本內(nèi)容如果表示碼元的窄脈沖信號以時間間隔為π/ω（ω=2πf）通過理想通信信道，則前后碼元之間不產(chǎn)生相互串擾。根據(jù)奈奎斯特準則，二進制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與理想信道帶寬B（單位Hz）的關系可以寫為：Rmax=2·B（bps）。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層33香農(nóng)定理的基本內(nèi)容奈奎斯特定理描述了有限帶寬、無噪聲的理想信道的最大傳輸速率與信道帶寬的關系。香農(nóng)定理則描述了有限帶寬、有隨機熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關系。香農(nóng)定理指出：在有隨機熱噪聲的信道中傳輸數(shù)據(jù)信號時，傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關系為：Rmax=B·log2（1+S/N）。式中，Rmax單位為bps，帶寬B單位為Hz。《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層343.5多路復用技術3.5.1多路復用的基本概念《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層35多路復用技術的分類時分多路復用（TDM）頻分多路復用（FDM）波分多路復用（WDM）碼分多址（CDMA）正交頻分復用（OFDM）《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層36時分多路復用:同步時分多路復用

統(tǒng)計時分多路復用《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層373.5.3頻分多路復用《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層383.5.4波分多路復用《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層393.6同步光纖網(wǎng)SONET與同步數(shù)字體系SDH3.6.1SONET與SDH的基本概念早期時分多路復用（TDM）設備是專用的，并且各個運營商的TDM標準不同。1985年美國貝爾實驗室首先提出了同步光纖網(wǎng)（SONET）的概念，解決光接口標準規(guī)范問題。ITU-T在SONET的基礎上制定同步數(shù)字體系

（SDH）標準，從而統(tǒng)一了國際通信傳輸速率、接口標準體制。SDH標準不僅適用于光纖傳輸系統(tǒng)，也適用于微波與衛(wèi)星傳輸體系?！队嬎銠C網(wǎng)絡》第3章物理層403.6.2基本速率標準的制定

T1載波速率

T1=（193/125）×106=1.544（Mbps）《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層41E1載波速率E1標準是CCITT標準，它將30路數(shù)字語音信道和2路控制信道復用在一條通信線路。每個信道在一幀中插入8bit數(shù)據(jù)，這樣一幀要傳送的數(shù)據(jù)共（30+2）×8=256（bit）。傳送一幀的時間為125μs。則E1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為：

E1=（256/125）×106=2.048（Mbps）《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層423.6.3SDH速率體系《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層43SDH速率體系OC定義的是光纖上傳輸?shù)墓庑盘査俾省TS定義的是數(shù)字電路接口的電信號傳輸速率。STM標準是電話主干線路的數(shù)字信號速率標準?！队嬎銠C網(wǎng)絡》第3章物理層44OC、STS與STM速率對應關系傳輸速率（Mbps）OC級STS級STM級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《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層453.7接入技術3.7.1接入技術的基本概念接入技術的類型《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層46接入技術分類《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層473.7.2ADSL接入技術《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層48ADSL帶寬分配《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層493.7.3HFC接入技術《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層50HFC接入工作原理《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層51HFC下行信道與上行信道頻段的劃分HFC上行信道與下行信道工作《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層523.7.4光纖接入技術光纖到路邊（fibertothecurb，F(xiàn)TTC）光纖到小區(qū)（fibertothezone，F(xiàn)TTZ）光纖到大樓（fibertothebuilding，F(xiàn)TTB）光纖到辦公室（fibertotheoffice，F(xiàn)TTO）光纖到戶（fibertothehome，F(xiàn)TTH）《計算機網(wǎng)絡》第3章物理層533.7.5移動通信接