計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)項(xiàng)目化教程（第2版）課件 單元3 物理層與傳輸介質(zhì)

單元3

物理層與傳輸介質(zhì)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology單元3物理層與傳輸介質(zhì)-內(nèi)容列表《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程3.1物理層接口與協(xié)議3.2物理層介質(zhì)3.3數(shù)據(jù)通信技術(shù)3.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)物理層接口與協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology物理層定義與作用《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程物理層是OSI參考模型中的最底層，它負(fù)責(zé)在通信設(shè)備之間傳輸原始比特流。作用物理層通過(guò)物理介質(zhì)（如電纜、光纖等）實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的連接，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。它處理與傳輸介質(zhì)相關(guān)的所有細(xì)節(jié)，包括電壓、電流、線纜規(guī)格和連接器等。定義物理層定義與作用《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程位置物理層位于OSI參考模型的第一層，緊鄰數(shù)據(jù)鏈路層。它是所有其他層次的基礎(chǔ)，為上層提供透明的比特流傳輸服務(wù)。物理層功能《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程

物理連接的建立與終止物理層負(fù)責(zé)在通信設(shè)備之間建立、維護(hù)和終止物理連接，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)傳輸物理層通過(guò)傳輸介質(zhì)（如電纜、光纖等）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在通信設(shè)備之間的傳輸。電氣特性規(guī)定物理層規(guī)定了通信設(shè)備的電氣特性，包括電壓范圍、信號(hào)幅度、阻抗匹配等，以確保設(shè)備之間的兼容性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。物理層接口類(lèi)型及標(biāo)準(zhǔn)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程電氣特性接口定義了物理層上設(shè)備之間的電壓、電流、阻抗等電氣特性，確保設(shè)備間能夠正常通信。信號(hào)的功能特性接口描述了物理層接口所具備的功能，如傳輸速率、傳輸距離、傳輸模式等，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。機(jī)械特性接口規(guī)定了物理連接器的形狀、尺寸、引腳數(shù)等機(jī)械特性，保證設(shè)備之間的物理連接穩(wěn)定可靠。規(guī)程特性接口定義了物理層接口在通信過(guò)程中的各種規(guī)程，包括信號(hào)的電平表示、信號(hào)的同步方式等，確保通信雙方能夠正確解析信號(hào)。物理層協(xié)議《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程RS-232協(xié)議是一種常見(jiàn)的串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的通信。它定義了電氣特性、機(jī)械特性、功能特性等方面的規(guī)范，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。USB協(xié)議是一種通用的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，用于連接計(jì)算機(jī)與外設(shè)。USB協(xié)議定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的規(guī)范，支持熱插拔和即插即用功能。是一種高清數(shù)字視頻和音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于電視、顯示器、投影儀等多媒體設(shè)備之間。HDMI協(xié)議定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層的規(guī)范，支持高清視頻和音頻的傳輸。是一種基于共享信道的局域網(wǎng)通信技術(shù)，定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的規(guī)范。Ethernet協(xié)議支持多種傳輸速率和傳輸模式，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中。HDMI協(xié)議Ethernet協(xié)議物理層傳輸介質(zhì)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology傳輸介質(zhì)種類(lèi)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程雙絞線（TwistedPair）由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線組成，通過(guò)螺旋狀扭絞在一起，以減少電磁干擾和信號(hào)衰減。常用于低速、短距離通信，如以太網(wǎng)等。同軸電纜（CoaxialCable）由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體和護(hù)套組成，具有較高的帶寬和抗干擾能力。常用于有線電視、寬帶網(wǎng)絡(luò)等。光纖（FiberOpticCable）由纖芯、包層和護(hù)套組成，利用光的全反射原理進(jìn)行信號(hào)傳輸。具有傳輸速度快、距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。常用于高速、長(zhǎng)距離通信，如主干網(wǎng)、城域網(wǎng)等。雙絞線《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）屏蔽雙絞線需要一層金屬箔（即覆蓋層）把電纜中的每對(duì)線包起來(lái)，覆蓋層和屏蔽層有助于吸收環(huán)境干擾。非屏蔽雙絞線原先是為模擬語(yǔ)言通信而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在同樣支持?jǐn)?shù)字信號(hào)，特別適合較短距離的信息傳輸屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）雙絞線《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程EIA/TIA為雙絞線電纜定義了5種不同規(guī)格的型號(hào)。一類(lèi)線：主要用于傳輸語(yǔ)音，不用于數(shù)據(jù)傳輸。二類(lèi)線：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音和最高速率為4Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸。三類(lèi)線：傳輸頻率為16MHz，用于語(yǔ)音及最高傳輸速率為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10Base-T網(wǎng)絡(luò)。四類(lèi)線：傳輸頻率為20MHZ，用于語(yǔ)音及最高傳輸速率為16Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10/100Base-T網(wǎng)絡(luò)。五類(lèi)線及超五類(lèi)線：該類(lèi)電纜增加了繞線謎底，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，傳輸速率為100Mbit/s，用于語(yǔ)音及最高傳輸速率為100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10/100Base-T網(wǎng)絡(luò)，短距離傳輸也可達(dá)到1Gbit/s。五類(lèi)非屏蔽雙絞線是最常見(jiàn)的以太網(wǎng)電纜。六類(lèi)線：傳輸性能高于五類(lèi)、超五類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。雙絞線《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程雙絞線有兩種接線標(biāo)準(zhǔn)：EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn)和EIA/TIA568B標(biāo)準(zhǔn)T568A:T568B:12345678白橙白綠橙綠藍(lán)白藍(lán)白棕棕白綠白橙綠橙藍(lán)白藍(lán)白棕棕直通線：兩端線序相同；交叉線：兩端線序不同。同軸電纜《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程同軸電纜是局域網(wǎng)中較早使用的傳輸介質(zhì)，以單根銅導(dǎo)線為內(nèi)芯（內(nèi)導(dǎo)體），外面包裹一層絕緣材料（絕緣層），外覆蓋密集網(wǎng)狀導(dǎo)體（外屏蔽層），最外面是一層保護(hù)性塑料（外保護(hù)層）。

外保護(hù)層外屏蔽層絕緣層內(nèi)導(dǎo)體由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有較好的抗干擾特性（特別是高頻段），適合高速數(shù)據(jù)傳輸。光纖《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成。纖芯很細(xì)，直徑為8－100um，且折射率較高，包層相對(duì)折射率較低，多根光纖構(gòu)成光纜。折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涔饫w《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中傳輸。單模光纖：直徑只有一個(gè)光波長(zhǎng)大小，直線傳輸。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖光纖接頭《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程光纖接頭端接于光纖末端，接頭種類(lèi)眾多，主要區(qū)別在尺寸和機(jī)械耦合方式。常用的三種接頭是直通式（ST）接頭、用戶(hù)接頭（SC）和朗訊（LC）接頭。ST接頭：廣泛用于多模光纖的老式卡扣式接頭。SC接頭：有時(shí)稱(chēng)方形接頭或標(biāo)準(zhǔn)接頭，廣泛用于LAN和WAN。LC接頭：有時(shí)稱(chēng)小型或本地接頭，尺寸更小，用于單模光纖。無(wú)線傳輸介質(zhì)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程電磁波按頻率從低到高可以分為無(wú)線電波、微波、紅外線。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線LAN（WLAN）技術(shù)，通常稱(chēng)為Wi-Fi（Wi-Fi不是標(biāo)準(zhǔn)，是Wi-Fi聯(lián)盟的商標(biāo)）。IEEE802.15標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN），通常稱(chēng)為藍(lán)牙，采用設(shè)備配對(duì)過(guò)程進(jìn)行距離1～100m的通信。IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)：微波接入全球互通（WiMax），采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)?，提供無(wú)線寬帶接入。移動(dòng)電話和衛(wèi)星通信也可以提供數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。數(shù)據(jù)通信技術(shù)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology數(shù)據(jù)通信《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)通信的定義01數(shù)據(jù)通信是指在不同的計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程，涉及到數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲(chǔ)和呈現(xiàn)等方面。數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別02數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)所表達(dá)的含義。數(shù)據(jù)可以是文字、數(shù)字、圖像、音頻、視頻等形式，而信息則是對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋和理解后所得到的有意義的內(nèi)容。通信系統(tǒng)模型《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）：簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)終端、中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）：信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備（模擬、數(shù)字）信道：模擬信道、數(shù)字信道數(shù)據(jù)電路：信道＋兩端DCE（物理鏈路）數(shù)據(jù)鏈路：數(shù)據(jù)電路加上DTE中的通信控制功能（邏輯鏈路）數(shù)據(jù)傳輸速率《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程所謂數(shù)據(jù)傳輸速率（DataTransferRate），是指每秒能夠傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為比特/秒（BitsPerSecond），記作bps或者bit/s。常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：千比每秒（Kbps）、兆比每秒（Mbps）、吉比每秒（Gbps）與太比每秒（Tb/s），目前最快的以太局域網(wǎng)理論傳輸速率（也就是所說(shuō)的“帶寬”）可以達(dá)到10Gbit/s。其中：1Kbps=1000bps1Mbps=1000Kbps1Gbps=1000Mbps1Tbps=1000Gbps數(shù)據(jù)傳輸速率《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算公式S=(1/T)×log?N(bps)例題：采用四相調(diào)制方式，即N=4，且T=8.33×10-4秒，求該信道的比特率和波特率。解答：S=(1/T)×log?N(bps)

=1/（8.33×10-4）×log24

=2400（bps）B=1/T=1/（8.33×10-4）=1200（baud）數(shù)據(jù)信道容量《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程碼元速率的極限值B與信道帶寬W的關(guān)系B=2×W（Baud）奈奎斯特公式C=2×W×log2N（bps）其中，N表示碼元可能取得離散值得個(gè)數(shù)，C表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率例題：普通電話線路帶寬約為3000Hz，求碼元速率極限值。若碼元的離散數(shù)值個(gè)數(shù)N=8，求最大數(shù)據(jù)傳輸速率。解答：B=2×W=2×3k=6kbaud

C=2×W×log2N（bps）=2×3k×log28=18kbps數(shù)據(jù)交換技術(shù)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程Computernetworktechnology電路交換技術(shù)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程電路交換是一種通信傳輸方式，其核心概念是通過(guò)建立一條物理路徑（即電路）來(lái)劃分和保持通信資源，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。在電路交換中，通信雙方需要先建立連接，交換機(jī)會(huì)為雙方專(zhuān)門(mén)劃分一個(gè)物理電路，數(shù)據(jù)在這個(gè)電路上進(jìn)行傳輸，直到關(guān)閉連接。交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶(hù)線用戶(hù)線中繼線中繼線BDCA電路交換技術(shù)特點(diǎn)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程電路建立獨(dú)占資源實(shí)時(shí)性強(qiáng)效率低01020304在通信雙方之間建立一條專(zhuān)用的通信電路，該電路在通信期間始終保持連接狀態(tài)。通信雙方在通信期間獨(dú)占分配給他們的通信資源，其他用戶(hù)無(wú)法使用該電路。適用于實(shí)時(shí)性要求較高的通信場(chǎng)合，如電話通信。電路空閑時(shí)的資源浪費(fèi)較大，且不同速率、不同編碼格式的用戶(hù)之間難以進(jìn)行通信。報(bào)文交換《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程在報(bào)文交換中，信息被劃分為若干個(gè)報(bào)文段，每個(gè)報(bào)文段都是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)單元。報(bào)文通常包括報(bào)頭（Header）和報(bào)體（Body）兩部分。報(bào)頭包含有關(guān)報(bào)文傳輸?shù)目刂菩畔?，如目的地址、源地址、?bào)文長(zhǎng)度等；報(bào)體則包含了實(shí)際的數(shù)據(jù)內(nèi)容。報(bào)文報(bào)頭報(bào)文報(bào)頭報(bào)文報(bào)頭報(bào)文報(bào)頭存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程報(bào)文交換采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，將報(bào)文暫時(shí)存儲(chǔ)在交換設(shè)備中，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文交換不需要建立專(zhuān)用的通信電路，可以提高信道的利用率。無(wú)需專(zhuān)用電路報(bào)文交換可以進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃??？煽啃愿哂捎趫?bào)文需要暫存和排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)，因此報(bào)文交換的延遲較大，不適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。延遲較大報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文ABCDEt分組交換《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程分組交換（PacketSwitching）是一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它將用戶(hù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)劃分成若干個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，每個(gè)數(shù)據(jù)段稱(chēng)為一個(gè)“分組”。在每個(gè)數(shù)據(jù)段前會(huì)加上控制信息，構(gòu)成一個(gè)完整的分組，這個(gè)控制信息被稱(chēng)為“首部”，包含了該分組發(fā)送的地址等信息。報(bào)文11010001101010101101010111000100110100101100101010110101報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸分組交換《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文首部首部首部分組

1分組

2分組

3分組交換將報(bào)文分割成若干個(gè)較小