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1、2022/12/4,1,第二章 物理层Physical Layer,course,2022/12/4,2,第二章 物理层,在信道上传输数据有哪些限制？传输介质分类？物理层中的一些新概念和术语？,2022/12/4,3,第二章 物理层,2.1 物理层的基本概念2.2 信道极限容量2.3 传输介质2.4 无线传输2.5 模拟传输与数字传输2.6 常用的物理层接口标准,2022/12/4,4,2.1 物理层的基本概念,物理层主要考虑的就是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输各种数据的比特流。 物理设备与传输媒体种类繁多；通信手段多样；物理层的作用正是要尽可能地屏蔽这些差异，使其上面的数据链路层感
2、觉不到这些差异，不必考虑网络具体的传输媒体是什么。,2022/12/4,5,2.1 物理层的基本概念,用OSI物理层模型（实体、服务原语、协议数据单元等）来描述物理层不太合适。 在OSI提出之前，许多物理层规程或协议已经制定； 早期的物理层规程没有像OSI那样将服务定义和协议区分开来；将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性。,2022/12/4,6,2.1 物理层的基本概念,物理层的特性 1. 机械特性接口所用连接器的形状、尺寸、引线数目、排列等。 2. 电气特性接口线的电平范围和0、1含义。 3. 功能特性接口线的功能和含义。 4. 过程特性实现各种功能时各线信号的表示和顺序
3、。,2022/12/4,7,2.1 物理层的基本概念,物理层的主要作用物理层的主要作用就是给其服务用户（即数据链路层或数据链路层实体）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流的能力。首先激活（建立）一个连接维持这个连接去活（释放）这个连接,2022/12/4,8,2.2 信道的极限容量,1.有限带宽无噪声信道上的最高码元传输速率和最高数据率。1924年,Nyquist准则：最高码元速率：2W Baud最高数据率为：W为理想低通信道的带宽，单位为Hz。V为信号的离散级数。,2022/12/4,9,2.2 信道的极限容量,2.噪声信道上的最高数据率:1948年,Shannon公式：最高数据率为W为信
4、道的带宽，单位为Hz。S为信道内所传信号的平均功率。N为信道内部的高斯噪声的功率。S/N为信噪比。用分贝表示：10log10S/N,2022/12/4,10,2.2 信道的极限容量,信道的带宽越大，信道中的信噪比越大，则最大的数据传输率就越高。提高每一码元携带的信息量，可以提高数据传输率。,2022/12/4,11,2.2 信道的极限容量,3. 时延传播时延-电磁波在信道中传播所需的时间。取决于电磁波在信道上的传播速率以及所传播的距离。发送时延-发送数据所需要的时间。取决于数据块的长度和数据传输速率。重发时延-因传输差错而重发的时延。,2022/12/4,12,2.3 传输介质,双绞线（twi
5、sted pair)屏蔽双绞线STP(Shield)非屏蔽双绞线UTPUTP Category 3, 5同轴电缆（coaxial cable)50同轴电缆(数字传输）75 同轴电缆（模拟传输）,2022/12/4,13,2.3 传输介质,光缆250003000GHz带宽，通信容量非常大。多模单模波分多路复用WDM(wavelength)：光纤信道上使用的频分多路复用。,2022/12/4,14,2.3 传输介质,2022/12/4,15,2.4 无线传输,无线传输所使用的频段f = c无线电蜂窝无线电。GSM,CDMA微波地面微波、卫星通信（同步、底轨）红外短距离通信,2022/12/4,16
6、,2.5 模拟传输和数字传输,计算机接收和发送的是数据。计算机通过模拟通信接口，必须经过D/A或A/D转换，并经过调制/解调在模拟用户环路上传输。高速MODEM提高每码元承载的比特数。提高信噪比。（A/D和D/A引起较大的量化噪声）,2022/12/4,17,A/D,A/D,A/D,A/D,D/A,D/A,2/4,4/2,2/4,V.34Modem,V.34Modem,56kModem,56kModem,Internet 服务商,交换机,交换机,交换机,数字信号,数字信号,2.5 模拟传输和数字传输,2022/12/4,18,2.5 模拟传输和数字传输,脉码调制PCM一个电话信道带宽3.4kH
7、z；8k采样；每个样本用8bits表示。因此一路标准的PCM信号速率为64kbps.欧洲标准E1一个时分复用帧包括32个时隙。但是有二个时隙分别用于同步和信令，只用30个时隙传数据。,2022/12/4,19,2.5 模拟传输和数字传输,欧洲标准E1因此E1的数据率为64k301920kbps。但是如果按照32个时隙计算，E1的数据率为64k 32=2048kbps。北美标准T1包括24路，加1bit帧同步码。那么数据率为64k 24+180001544kbps。,2022/12/4,20,2.5 模拟传输和数字传输,SONET/SDH光纤TDM标准：北美SONET（同步光纤网络）和CCITT
8、的SDH（同步数字系列）长话的物理层大量使用SONET干线（美）最初的设计是使SONET成为TDM系统，因此它是一个同步系统。基本速率：每125s传一帧(810B)，每秒81088000=51.84 Mbps 称为同步传输信号STS-1.,2022/12/4,21,2.5 模拟传输和数字传输,每个字节为一个子信道，每秒8000次，代表一个PCM信道。对应于STS-n的光纤载波（optical carrier）称作OC-n。STM（synchronous Transport Mode)：SDH的速率模式。C(Concatenated): 并置。STS-3c作为一条STS线路信号，封装了3条STS
9、-1的容量，作为单个实体传送、复用和交换， 而不是看成是3条STS-1信号。,2022/12/4,22,2.5 模拟传输和数字传输,2022/12/4,23,2.5 模拟传输和数字传输,2022/12/4,24,2.5 模拟传输和数字传输,2022/12/4,25,2.6 物理层标准简介,RS-232ERS449略，参见“计算机通信”课程。,2022/12/4,26,2.7 Summary,物理层是所有网络的基础。大自然在所有信道上加了两个限制，它决定了信道的带宽。这些限制是：无噪声信道的Nyquist准则和有噪声信道的Shannon极限。传输介质可以是有线和无线的。有线介质有：双绞线、同轴电缆、光纤；无线介质有：无线电、微波（地面、卫星）、红外线、激光。我们通常利用电话系统的本地回路存取网络。并地回路是模拟的，在传输数字数据时，需要modem。主干是数字的，可以按照多种方式复用：TDM, FDM, WDM。,
