1、会计学1计算机网络基础第李志球电子计算机网络基础第李志球电子2目录目录2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.2 数据编码和调制数据编码和调制2.3 数据传输方式数据传输方式2.4 同步传输和异步传输同步传输和异步传输2.5 多路复用技术多路复用技术2.6 传输介质传输介质2.7 物理层作用与协议物理层作用与协议 第1页/共65页3 计算机网络由计算机网络由通信子网通信子网和和资源子网资源子网组成，组成，OSI/RM中，中，通信子网包括物理层、数据链路通信子网包括物理层、数据链路层和网络层三层层和网络层三层。计算机网络中的数据通信。计算机网络中的数据通信是为了实现计算机之间的数据交换，
2、因此计是为了实现计算机之间的数据交换，因此计算机网络本质上是数据通信的问题。算机网络本质上是数据通信的问题。物理层主要物理层主要研究二进制比特研究二进制比特在网络中在网络中传输传输时所采用的技术时所采用的技术，如曼彻斯特编码、串，如曼彻斯特编码、串/并传并传输、同步输、同步/异步传输、多路复用等技术。异步传输、多路复用等技术。传输介质虽然不属于物理层传输介质虽然不属于物理层，但它是物，但它是物理层传输光、电信号的数据传输通道。所以理层传输光、电信号的数据传输通道。所以本章也介绍传输介质的概念。本章也介绍传输介质的概念。第2页/共65页4 物理层考虑如何将数据转换成适合信道传输物理层考虑如何将数
3、据转换成适合信道传输的的电（光）信号、模电（光）信号、模/数转换、采用何种技术数转换、采用何种技术传输等传输等问题。这些都是数据通信要考虑的。问题。这些都是数据通信要考虑的。第3页/共65页5 1.1.数据数据 分为模拟数据和数字数据两种。分为模拟数据和数字数据两种。2.2.信息信息 以某种格式组织起来的数据。以某种格式组织起来的数据。3.3.信号信号 是数据的具体物理表现。分为模拟信号和是数据的具体物理表现。分为模拟信号和 数字信号两种，如图所示。数字信号两种，如图所示。重点重点概念概念第4页/共65页6 4.4.信道信道 传输信息时信号沿发送端到接收端的通传输信息时信号沿发送端到接收端的通
4、路。路。l模拟信道模拟信道适于模拟信号传输适于模拟信号传输模拟信号：时间和幅度连续模拟信号：时间和幅度连续l数字信道数字信道适于数字信号传输适于数字信号传输数字信号：时间和幅度离散数字信号：时间和幅度离散模拟信模拟信号号时间时间幅值幅值数字信号数字信号时间时间幅值幅值第5页/共65页7 5.5.通信和数据通信通信和数据通信 通信是信息的传输与交换。数通信是信息的传输与交换。数 据通信是以传送数据为业务的据通信是以传送数据为业务的 通信。通信。6.6.数据通信网数据通信网 是数据通信系统的网络形式是数据通信系统的网络形式。7.7.码元和码字码元和码字 码元是一个信号编码单元。码字由码元是一个信号
5、编码单元。码字由 若干码若干码 元组成的字符串序列。元组成的字符串序列。8.8.数据分组数据分组把较大的数据块分成较小的数据段。把较大的数据块分成较小的数据段。不同的网络或层中，分组名称也不不同的网络或层中，分组名称也不同，同，如如 帧帧(frame)、信元信元(cell)、IP数据报数据报 等。通常数据分组也称为数据包。等。通常数据分组也称为数据包。第6页/共65页89.9.基带传输、频带传输和宽带传输基带传输、频带传输和宽带传输1 1）基带传输基带传输通信系统中的基带传输是指在传输信号时，用表示信息的原有信号形式进行。通信系统中的基带传输是指在传输信号时，用表示信息的原有信号形式进行。计算
6、机网络中，数字信号（基带信号）所占频率简称基带。基带传输是数字数据直接在信道中用数字信号传输。计算机网络中，数字信号（基带信号）所占频率简称基带。基带传输是数字数据直接在信道中用数字信号传输。2 2）频带传输频带传输频带传输是将基带信号变换为较高频率范围的频带信号（模拟信号，如音频），然后在模拟信道中传输。频带传输是将基带信号变换为较高频率范围的频带信号（模拟信号，如音频），然后在模拟信道中传输。3 3）宽带传输）宽带传输宽带在电信界是指带宽大于语言级信道（宽带在电信界是指带宽大于语言级信道（4kHz4kHz）的信道，另外当网络的传输速率超过）的信道，另外当网络的传输速率超过2Mbps2Mbp
7、s时，称为宽带网。时，称为宽带网。第7页/共65页9 1.1.比特比特(bit)bit)率率S S指单位时间内所传送的二进位序列的位（指单位时间内所传送的二进位序列的位（bit）数，是度量通信系统每秒传送的信息量。用每秒比数，是度量通信系统每秒传送的信息量。用每秒比特数（特数（bit/s或或bps）表示表示。常用的单位换算关系如下：常用的单位换算关系如下：1 1Kbps=210=1024bpsKbps=210=1024bps；1Mbps=220=1024Kbps1Mbps=220=1024Kbps；1Gbps=230=1024Mbps1Gbps=230=1024Mbps；1Tbps=240=1
8、024Gbps1Tbps=240=1024Gbps。第8页/共65页10 2.2.波特波特(Baud)Baud)率率B B指数字信号经过调制后的传输速率，或者是说指数字信号经过调制后的传输速率，或者是说每秒传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输每秒传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。的码元数）。B=1/T B=1/T；其中，其中，T T为每个脉冲（波形）信号的持为每个脉冲（波形）信号的持续时间，单位为秒。续时间，单位为秒。比特率和波特率的关系：比特率和波特率的关系：S=B*log 2 n 3.3.误码率误码率PePe 指数据位被传错的概率，也称出错率。指数据位被传错的概率，也
9、称出错率。Pe=Ne/N；N第9页/共65页11 4.4.信道容量信道容量 指物理信道能达到的最大传输能力，用比特率指物理信道能达到的最大传输能力，用比特率S表示。表示。注意：注意：描述数字信道的容量用信道的数据速率描述数字信道的容量用信道的数据速率表示，如以太网使用双绞线时为表示，如以太网使用双绞线时为100Mbps；模拟信道的容量用带宽描述，如电话线模拟信道的容量用带宽描述，如电话线的带宽为的带宽为1MHz（语音模拟信号的频率范围（语音模拟信号的频率范围为为(300Hz3400Hz)）。）。第10页/共65页12 5.5.带宽（带宽（BandwidthBandwidth）指信道所能传送的信
10、号的频率宽度，也就是可指信道所能传送的信号的频率宽度，也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差，单位是传送信号的最高频率与最低频率之差，单位是Hz（赫）、赫）、kHz（千赫）、千赫）、MHz（兆赫）和兆赫）和THz（兆兆（兆兆赫）等赫）等。常用的单位换算关系为：常用的单位换算关系为：1kHz=101kHz=103 3=1 000Hz=1 000Hz；1MHz=101MHz=106 6=1 000kHz=1 000kHz；1GHz=101GHz=109 9=1 000MHz=1 000MHz；1THz=101THz=101212=1 000GHz=1 000GHz。第11页/共65页13 5.5
11、.带宽（带宽（BandwidthBandwidth）l l带宽定义：带宽定义：模拟信道所传输的信号频率范围模拟信道所传输的信号频率范围称为该信道的带宽。信道的带宽是由传输媒体和有称为该信道的带宽。信道的带宽是由传输媒体和有关附加设备与电路的频率特性决定的。关附加设备与电路的频率特性决定的。l计算带宽：用信号的最高频率减去信号中的用信号的最高频率减去信号中的最低频率。例：语音信号带宽最低频率。例：语音信号带宽3.1Hz(300Hz3400Hz)103104Hz间的带宽为间的带宽为9000Hz，若电话信道占据若电话信道占据3kHz，则在此范围内可划出则在此范围内可划出3个信道：个信道：100040
12、00；40007000；700010000。3路信号通过调制可复用路信号通过调制可复用一根传输介质。一根传输介质。第12页/共65页14 6.6.带宽、数据传输速率和信道容量的区带宽、数据传输速率和信道容量的区别别 带宽和数据传输速率都是用来度量实际传输能带宽和数据传输速率都是用来度量实际传输能力的。带宽一般用来表示传输介质和模拟信道的传力的。带宽一般用来表示传输介质和模拟信道的传输能力，如电话网传输音频信号的频带范围为输能力，如电话网传输音频信号的频带范围为3003 400Hz，则其信道的带宽是，则其信道的带宽是3 100Hz。而数据。而数据传输速率表示数字通信系统的传输能力，如百兆位传输速
13、率表示数字通信系统的传输能力，如百兆位以太网的数据传输速率为以太网的数据传输速率为100Mbps。一个物理信道既可以作为模拟信道，也可作为一个物理信道既可以作为模拟信道，也可作为数字信道。因此，信道的带宽大，信道容量也大，数字信道。因此，信道的带宽大，信道容量也大，传输速率相应也高。传输速率相应也高。第13页/共65页15 比特间隔和比特率比特间隔和比特率数字信号序列不能像模拟信号那样使用数字信号序列不能像模拟信号那样使用周周期和频率期和频率来描述，而是采用比特间隔（来描述，而是采用比特间隔（对应于对应于周期周期）和比特率（）和比特率（对应于频率对应于频率）来描述。）来描述。比特间隔比特间隔是
14、发送一个比特是发送一个比特所需要的时间所需要的时间；而而比特率比特率是每秒发送的比特位数（用是每秒发送的比特位数（用bps作为单位）。作为单位）。第14页/共65页16计算机网络中，度量计算机网络中，度量传输一个二进制数据位传输一个二进制数据位或或模拟信号的周期模拟信号的周期时间单位一般用时间单位一般用s s（秒）、（秒）、msms（毫（毫秒）、秒）、s s（微秒）、（微秒）、nsns（纳秒）和（纳秒）和psps（皮秒）等表（皮秒）等表示。示。常用的时间换算单位为：常用的时间换算单位为：1ms=101ms=10 3 3s s；1 1 s=10s=10 6 6s s；1ns=101ns=10 9
15、 9s s；1ps=101ps=10 1212s s。同样，度量长度的单位同样，度量长度的单位有米、微米、纳米等。有米、微米、纳米等。第15页/共65页177.7.延迟、抖动、呑吐量和丢包率延迟、抖动、呑吐量和丢包率 l l延迟指将一个比特从一端传输到另一端延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间。所花费的时间。l l抖动指在同一条路由上发送数据包之抖动指在同一条路由上发送数据包之间的时间差异。间的时间差异。l l呑吐量是指网络发送数据包的速率。呑吐量是指网络发送数据包的速率。l l丢包率是指在发送数据包时丢失数据丢包率是指在发送数据包时丢失数据包的最高比率。包的最高比率。上述四个参数都
16、是服务质量上述四个参数都是服务质量QoSQoS的主要度量的主要度量参数。参数。第16页/共65页18 2.2.模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统 数字通信系统是比模拟通信系统费用低，数字通信系统是比模拟通信系统费用低，抗干抗干扰能力强，不易失真，扰能力强，不易失真，但数字信号比模拟信号但数字信号比模拟信号易衰易衰减减；模拟信号比数字信号；模拟信号比数字信号传输距离要远传输距离要远。3.3.信号衰减的克服信号衰减的克服 数字信号衰减的克服办法是使用中继器。数字信号衰减的克服办法是使用中继器。第17页/共65页19数字数据数字数据 数字信号数字信号 模拟数据模拟数据数字数据数字数
17、据 模拟信号模拟信号 模拟数据模拟数据编码编码调制调制转换为数字信号的称为编码转换为数字信号的称为编码转换为模拟信号的称为调制转换为模拟信号的称为调制第18页/共65页20 数据编码成信号时用到的概念数据编码成信号时用到的概念 单极性和双极性编码单极性和双极性编码编码时只使用一种电压的称为单极性编码，而编码时只使用一种电压的称为单极性编码，而使用两种电压的称为双极性编码。使用两种电压的称为双极性编码。归零和不（非）归零编码归零和不（非）归零编码每一个表示每一个表示“0 0”或或“1 1”的电压在信号中部变为的电压在信号中部变为零电压时，称为归零编码。零电压时，称为归零编码。双相位编码双相位编码
18、信号的中间将电压变为相反（注意不是归零，信号的中间将电压变为相反（注意不是归零，而是由正电压变为负电压，或由负电压变为正电压而是由正电压变为负电压，或由负电压变为正电压）第19页/共65页21 2 2双极性不归零码双极性不归零码(BNRZ)BNRZ)用正电平和负电平分别表示二进制数据的用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和和0，正，正和负的幅值相等和负的幅值相等。1.1.单极性不归零编码单极性不归零编码(NRZ)NRZ)单极性不归零编码只使用一个电压值，用高电平表单极性不归零编码只使用一个电压值，用高电平表示示1，没电压表示，没电压表示0。第20页/共65页22 3 3双极性归零编码（双极性
19、归零编码（BRZBRZ）使用了正、负和零三个电平，信号本身携带同使用了正、负和零三个电平，信号本身携带同步信息，解决了同步问题。缺点是编码一个比特，步信息，解决了同步问题。缺点是编码一个比特，需要两次信号变化，增加了占用带宽，且线路上的需要两次信号变化，增加了占用带宽，且线路上的平均电压值还不为零。平均电压值还不为零。第21页/共65页23 4.4.双相位编码双相位编码(biphase encoding)biphase encoding)信号在每个比特内部的中间发生改变，但不归零而信号在每个比特内部的中间发生改变，但不归零而是将电压变为相反。是将电压变为相反。曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Man
20、chester encoding）差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（differential Manchester encoding）负电压变为正电压表示负电压变为正电压表示0 0正电压变为负电压表示正电压变为负电压表示1 1注意红色标记位置有无跳变，有为注意红色标记位置有无跳变，有为0 0，无则为，无则为1 1。第22页/共65页24 对原始的模拟信号每间隔一个相等的时间进行采对原始的模拟信号每间隔一个相等的时间进行采样一次样一次 2.2.脉码调制（脉码调制（PCMPCM）将将PAMPAM采样结果修改成完全数字化的信号。采样结果修改成完全数字化的信号。24240001100000011000
21、-15-151000111110001111125125011111010111110138380010011000100110-80-801101000011010000110110011011100110111048480011000000110000-50-5010110010101100109090010110100101101039390010011100100111525200110110001101108888010110000101100026260001101000011010127127011111110111111177770100110101001101 3.3.采样频
22、率采样频率 是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的倍。例如，语音最高频率是倍。例如，语音最高频率是3400Hz3400Hz，那么需要每，那么需要每秒秒68006800次次的采样频率，实际应用中采样频率放大为的采样频率，实际应用中采样频率放大为每秒每秒80008000次。次。第23页/共65页25 2.2.频移键控法（频移键控法（FSKFSK）3.3.相移健控法（相移健控法（PSKPSK）4.4.正交调幅（正交调幅（QAMQAM）(a)3振幅，12相位(b)4振幅，8相位 (c)2振幅，8相位 第24页/共65页26 普通电灯开关只有普通电灯开关只有“开
23、开”和和“关关”两种状态，两种状态，能表示数字能表示数字“0 0”和和“1 1”，一种状态只能表示一位数，一种状态只能表示一位数。有的电风扇开关有有的电风扇开关有“0 0、1 1、2 2、3 3”四种状态，能四种状态，能表示数字表示数字“0000、0101、1010和和1111”，所以一种状态能表示，所以一种状态能表示两位数。假如开关有两位数。假如开关有“0 07 7”八种状态，则一种状态能八种状态，则一种状态能表示三位数（表示三位数（000000、001001、111111）。）。正交调幅就是让一种状态能表示更多位数的一正交调幅就是让一种状态能表示更多位数的一种调制技术。种调制技术。Mode
24、mModem就采用这种技术。就采用这种技术。左图每个方案都有左图每个方案都有1616种种状态，每状态，每一种状态能表一种状态能表示四位数（示四位数（00000000、00010001、11111111）。如果）。如果相位或振幅变化太多，相位或振幅变化太多，则信号反差小，可读性则信号反差小，可读性就差。就差。第25页/共65页272.2.调频调频 3.3.调相调相 在调相传输技术中，原始在调相传输技术中，原始模拟载波信号的相位随调制模拟载波信号的相位随调制信号电压（振幅）的改变而信号电压（振幅）的改变而调整，振幅和频率，保持不调整，振幅和频率，保持不变。调相技术和调频技术的变。调相技术和调频技术
25、的分析类似。分析类似。第26页/共65页28并行传输是指数据以成组方式在并行传输是指数据以成组方式在多个并行多个并行的信道上同时传输的信道上同时传输，相应地需要若干根传输线，相应地需要若干根传输线。一般用于计算机内部或近距离设备的数据传。一般用于计算机内部或近距离设备的数据传输，如计算机和打印机之间的通信，一次传送输，如计算机和打印机之间的通信，一次传送一个字节的信号，所以传输信道需要根数据一个字节的信号，所以传输信道需要根数据线，同时还需要其它的控制信号线。线，同时还需要其它的控制信号线。优缺点：优缺点：并行传输优点是速度快，缺点是并行传输优点是速度快，缺点是费用高。费用高。因为并行传输需要
26、一组传输线，所以因为并行传输需要一组传输线，所以并行传输一般用在短距离范围且传输速度要求并行传输一般用在短距离范围且传输速度要求高的场合。高的场合。第27页/共65页29 串行传输是指数据在串行传输是指数据在信道上一位一位的逐信道上一位一位的逐个传输，从发送端到接收端只需一根传输线个传输，从发送端到接收端只需一根传输线，成本少，易于实现，成本少，易于实现，计算机网络普遍采用计算机网络普遍采用。采。采用串行传输方式时，发送端需要通过并用串行传输方式时，发送端需要通过并/串转串转换装置将并行数据位流变为串行数据位流，然换装置将并行数据位流变为串行数据位流，然后送到信道上传输，在接收端再通过串后送到
27、信道上传输，在接收端再通过串/并转换并转换，还原成位并行数据流。，还原成位并行数据流。PCPC机和外界进行串机和外界进行串行通信是通过串行端口（行通信是通过串行端口（COMCOM）完成的。完成的。串行传输可以用两种方式同步传输和异步串行传输可以用两种方式同步传输和异步传输进行。传输进行。第28页/共65页301.1.单工通信（双线制）单工通信（双线制）单工通信只允许传送的信息始终向一个方向流动单工通信只允许传送的信息始终向一个方向流动。例如例如广播、电视系统；广播、电视系统；BPBP机；道路交通单行道机；道路交通单行道。2.2.半双工通信（双线制开关）半双工通信（双线制开关）半双工通信允许信息
28、流向两个方向的都可传输，半双工通信允许信息流向两个方向的都可传输，但同一时刻只能朝一个方向传输。但同一时刻只能朝一个方向传输。例如，例如，无线电对讲机就是半双工通信无线电对讲机就是半双工通信。3.3.全双工通信（四线制）全双工通信（四线制）全双工通信是指在同一时刻能同时进行双向通信全双工通信是指在同一时刻能同时进行双向通信。例如，例如，常用的电话系统就是全双工通信常用的电话系统就是全双工通信。第29页/共65页31 同步传输方式是将同步传输方式是将一大串数据一起发送一大串数据一起发送。传输。传输时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字符号字符SYNS
29、YN，在数据块结束加上后同步信号。，在数据块结束加上后同步信号。同步传输线路利用率高，多用于字符信息同步传输线路利用率高，多用于字符信息块的高速传送。但这种方式收发双方控制复杂块的高速传送。但这种方式收发双方控制复杂。异步传输也叫做起止式传输，它异步传输也叫做起止式传输，它以字符为单位以字符为单位，在每个字符前增加一个起始位，字符代码后，在每个字符前增加一个起始位，字符代码后增加、增加、1.51.5、位停止位。它允许码字之间存、位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间。在不确定的空闲时间。异步传输设备简单，费用不高，但速率较异步传输设备简单，费用不高，但速率较低。低。第30页/共65页32
30、 FDMFDM把信道的频谱分割成若干个互不重叠把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道，每个子信道传送一路信号。的子信道，每个子信道传送一路信号。频分多路工作过程：频分多路工作过程：频分多路复用频分多路复用flashflash动画演动画演示示注意动画文件路径注意动画文件路径第31页/共65页33 TDMTDM将物理信道按时间分成许多等长的时将物理信道按时间分成许多等长的时间片，轮流、交替地分配给多路信源。分为同间片，轮流、交替地分配给多路信源。分为同步和异步步和异步TDMTDM两种。两种。第32页/共65页34WDMWDM的原理同的原理同FDMFDM相似，用于光纤通信。光信号相似，用于光纤通信
31、。光信号用波用波长而不是频率长而不是频率来表示所使用的光载波。来表示所使用的光载波。WDMWDM和和FDMFDM不不同之处是光波频率很高。它是同之处是光波频率很高。它是利用不同波长的光，利用不同波长的光，通过共享光纤远距离传输多路信号通过共享光纤远距离传输多路信号。WDMWDM技术中，利技术中，利用光学系统中的衍射光栅，来实现多路不同频率光用光学系统中的衍射光栅，来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。波信号的合成与分解。波分多路复用最初只能在一根光纤上复用两路波分多路复用最初只能在一根光纤上复用两路光载波信号。而现在可以在一根光纤上复用光载波信号。而现在可以在一根光纤上复用8080路或路或更
32、多路数的光信号，这就是密集波分多路复用更多路数的光信号，这就是密集波分多路复用DWDMDWDM（Dense WDMDense WDM）。）。第33页/共65页35 FDMFDM适合于传输模拟信号，适合于传输模拟信号，TDMTDM适合于传输数字适合于传输数字信号，而信号，而WDMWDM传输光波信号。传输光波信号。TDMTDM和和FDMFDM相比，抗干扰相比，抗干扰能力强，可以逐级再生整形，避免干扰的积累等优能力强，可以逐级再生整形，避免干扰的积累等优点。点。计算机通信中广泛使用计算机通信中广泛使用TDMTDM和和WDMWDM。TDMTDM和和FDMFDM的性能比较如下：的性能比较如下：（1 1）
33、TDMTDM设备比设备比FDMFDM设备易于实现；设备易于实现；（2 2）TDMTDM比比FDMFDM传输速率高；传输速率高；（3 3）FDMFDM中每路信号均需要一个中每路信号均需要一个MODEMMODEM；（4 4）FDMFDM通常需要模通常需要模/数转换设备；数转换设备；（5 5）TDMTDM比比FDMFDM会产生较多的时间延迟。会产生较多的时间延迟。第34页/共65页36二进制比特流二进制比特流通过物理层处理（通过物理层处理（编码编码/调制、串调制、串行同步、多路复用等行同步、多路复用等）后，）后，需要在传输介质上需要在传输介质上传输传输，传输介质是数据传输的物理通道。传输介质是数据传
34、输的物理通道。需要注意的是，需要注意的是，传输介质不属于物理层，物理传输介质不属于物理层，物理层只是定义如何在这些介质上实现数据传输，物理层只是定义如何在这些介质上实现数据传输，物理层层直接和它有关直接和它有关。传输介质是构成信道的主要部分，信号的传输传输介质是构成信道的主要部分，信号的传输质量不但与传输的数据信号和收质量不但与传输的数据信号和收/发特性有关，而且发特性有关，而且与传输介质的特性有关。与传输介质的特性有关。第35页/共65页371.1.双绞线双绞线(TP)TP)双绞线也称为双扭线，价格便宜、易于安装，双绞线也称为双扭线，价格便宜、易于安装，是最常用的传输介质，性能（传输距离、带
35、宽和数是最常用的传输介质，性能（传输距离、带宽和数据速率等）较光纤要差。据速率等）较光纤要差。一对绝缘铜导线扭绞在一起，形成有规则的螺一对绝缘铜导线扭绞在一起，形成有规则的螺旋形后，可减小一根导线中电流能量对另一根导线旋形后，可减小一根导线中电流能量对另一根导线的干扰，也减少其他导线信号干扰这对导线。的干扰，也减少其他导线信号干扰这对导线。当两当两根导线靠得很近但相互垂直时，一根导线中的电流根导线靠得很近但相互垂直时，一根导线中的电流变化几乎不会在另一根导线上产生电流。变化几乎不会在另一根导线上产生电流。所以，一所以，一对导线旋绞或不扭绞、扭绞时扭矩多少，效果都大对导线旋绞或不扭绞、扭绞时扭矩
36、多少，效果都大不一样，扭绞得越密价格越贵，性能也越好。不一样，扭绞得越密价格越贵，性能也越好。第36页/共65页381.1.双绞线双绞线(TP)TP)分为非屏蔽双绞线分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线和屏蔽双绞线STP两种两种。1 1类线类线 1 1对线，用于模拟电话线和低速数字传输对线，用于模拟电话线和低速数字传输 2 2类线类线 4 4对双绞线，用于数字电话、对双绞线，用于数字电话、ISDNISDN和和T1T1线路等。线路等。3 3类线类线 4 4对双绞线，用于电话线、令牌环网、以太网等。对双绞线，用于电话线、令牌环网、以太网等。4 4类线类线 4 4对双绞线，用于语音、令牌环网、以太网等
37、。对双绞线，用于语音、令牌环网、以太网等。5 5类线类线 4 4对双绞线，用于令牌环网、以太网、对双绞线，用于令牌环网、以太网、ATMATM等等。超超5 5类线类线 是是5 5类线更高级别的版本。类线更高级别的版本。目前使用最多目前使用最多。6 6类线类线 4 4对双绞线对双绞线，目前使用较少。目前使用较少。STP 用于、令牌环网、以太网及全息图像传输等。用于、令牌环网、以太网及全息图像传输等。第37页/共65页391.1.双绞线双绞线(TP)TP)STP外面环绕一圈保护层，可提高抗干扰能力外面环绕一圈保护层，可提高抗干扰能力，但增加了成本，而，但增加了成本，而UTP易受各种电信号的干扰，易受
38、各种电信号的干扰，但成本较低。电话系统使用的双绞线一般是一对双但成本较低。电话系统使用的双绞线一般是一对双绞线，而计算机网络使用的双绞线一般是四对。绞线，而计算机网络使用的双绞线一般是四对。最最常用的常用的UTP是是3类、类、5类和类和超超5类线类线。5类线与类线与3类线的主要区别就是一方面增加了类线的主要区别就是一方面增加了每单位长度的绞每单位长度的绞合次数合次数；另一方面在线对间的绞合度和线对内两根；另一方面在线对间的绞合度和线对内两根导线的绞合度都经过了精心的设计并在生产中加以导线的绞合度都经过了精心的设计并在生产中加以严格的控制，使干扰在一定程度上得以抵消，从而严格的控制，使干扰在一定
39、程度上得以抵消，从而提高了线路的传输特性。提高了线路的传输特性。第38页/共65页40剥双钳剥双钳测试仪测试仪RJ-45RJ-45第39页/共65页41信息模块信息模块RJ-45RJ-45工具包工具包第40页/共65页421.1.双绞线双绞线(TP)TP)10Base-T、100Base-Tx常用常用5类或超类或超5类类双绞线双绞线电缆，但只使用电缆，但只使用4对双绞线中的对双绞线中的2对线对线（1、2用于发送数据，用于发送数据，3、6用于接收数据用于接收数据）；100Base-T4使用使用3类双绞线的全部类双绞线的全部4对线；对线；1000Base-T使用超使用超5类双绞线的全部类双绞线的全
40、部4对线。对线。每一段每一段UTP的长度都在的长度都在100m以内。以内。UTP连接到网络设备（连接到网络设备（Hub、Switch）的）的连接器，是类似电话插口的咬接式插头，连接器，是类似电话插口的咬接式插头，称称为为RJ-45，俗称水晶头，俗称水晶头。第41页/共65页43直通线连接示意图直通线连接示意图交叉线连接示意图交叉线连接示意图第42页/共65页44 2.2.同轴电缆同轴电缆 同轴电缆能够传输同轴电缆能够传输比双绞线更宽频率比双绞线更宽频率范围的信号范围的信号，具有较高的抗干扰能力具有较高的抗干扰能力。中心是实心硬质铜缆，。中心是实心硬质铜缆，包上一根圆柱形的绝缘皮，外导体为硬金属
41、（金属包上一根圆柱形的绝缘皮，外导体为硬金属（金属箔）或金属网，它既作为屏蔽层又作为导体的一部箔）或金属网，它既作为屏蔽层又作为导体的一部分来形成一个完整的回路。外导体外还有一层绝缘分来形成一个完整的回路。外导体外还有一层绝缘体，最外面是一层塑料皮包裹。体，最外面是一层塑料皮包裹。第43页/共65页452.2.同轴电缆同轴电缆 同轴电缆根据无线电波控制（同轴电缆根据无线电波控制（RG）级别分类：）级别分类：RG-8：用于粗缆以太网；用于粗缆以太网；RG-9：用于粗缆以太网；用于粗缆以太网；RG-11：用于粗缆以太网；：用于粗缆以太网；RG-58：用于细缆以太网；：用于细缆以太网；RG-75：用
42、于电视系统。：用于电视系统。同轴电缆具有较高的抗干扰能。以太网使用二同轴电缆具有较高的抗干扰能。以太网使用二种规格：一种是粗缆的种规格：一种是粗缆的10Base-5，称为标准以太网称为标准以太网。另一种是细缆的。另一种是细缆的10Base-5，称为廉价以太网。称为廉价以太网。第44页/共65页46 3.3.光纤光纤 光纤通信是利用光纤传递光脉冲信号实现的。光纤通信是利用光纤传递光脉冲信号实现的。室外非金属光缆室外非金属光缆 室外金属光缆室外金属光缆 室内单芯单模光缆室内单芯单模光缆 室内多芯多模光缆室内多芯多模光缆第45页/共65页47 1）光纤的传播模式）光纤的传播模式光纤分为单光纤分为单模
43、光纤模光纤SMFSMF（Single-Mode Fiber）和和多模光纤多模光纤MMFMMF（Multi-Mode Fiber）两种，传播模）两种，传播模式也分为多模传播和单模传播两种。多模传播模式式也分为多模传播和单模传播两种。多模传播模式是可以有是可以有多束光线多束光线从光源经纤芯通过不同的光路传从光源经纤芯通过不同的光路传播。而播。而单模传播是采用高度集中的光源单模传播是采用高度集中的光源，使得发出，使得发出的光线限制在非常接近水平的很小范围内。的光线限制在非常接近水平的很小范围内。第46页/共65页482）光源 为实现数据传输，在发送方需要安装光源。光的为实现数据传输，在发送方需要安装
44、光源。光的信号源可以是一个信号源可以是一个发光二极管（发光二极管（LED）或是或是固体激固体激光器光器，它们有不同的特性。发光二极管较便宜，但，它们有不同的特性。发光二极管较便宜，但只能发射发散的光线，不能控制各种不同入射角度只能发射发散的光线，不能控制各种不同入射角度。因此，发光二极管只用于短距离传输信息。激光。因此，发光二极管只用于短距离传输信息。激光具有高度的集中性，可以聚集到一个很小的范围内具有高度的集中性，可以聚集到一个很小的范围内，从而可以控制入射角度的大小，因此，从而可以控制入射角度的大小，因此激光信号在激光信号在长距离传播后仍能保持信号的特征长距离传播后仍能保持信号的特征。第4
45、7页/共65页49 3 3）光纤的传输特性）光纤的传输特性 光纤中当光纤中当有光脉冲出现时表示二进制数字有光脉冲出现时表示二进制数字“1”，没没有光脉冲时表示二进制数字有光脉冲时表示二进制数字“0”。通信时，先将源。通信时，先将源端的电信号转变为光信号端的电信号转变为光信号（光电转换），（光电转换），由光发送由光发送器产生光束，并将光信号导入光纤中传播。接收端器产生光束，并将光信号导入光纤中传播。接收端由光接收器接收光信号，并将其还原成电信号。由光接收器接收光信号，并将其还原成电信号。4 4）光纤的优点）光纤的优点5 5）光纤的缺点）光纤的缺点第48页/共65页504 4光纤接口光纤接口光纤收
46、发器是一种电信号和光信号进行互换的光纤收发器是一种电信号和光信号进行互换的传输转换单元，也被称之为光电转换器或光纤模块传输转换单元，也被称之为光电转换器或光纤模块。ST和和SC是指光纤连接器的两种接口类型。是指光纤连接器的两种接口类型。10Base-F的连接器通常是的连接器通常是ST类型的，而类型的，而100Base-FX连接器大部分为连接器大部分为SC类型的。类型的。STST连接器连接器 SCSC连接器连接器 STST适配器适配器 SCSC适配器适配器 第49页/共65页512.2.微波通信微波通信 3.3.卫星通信卫星通信 4.4.红外通信和激光通信红外通信和激光通信第50页/共65页52
47、物理层是通信子网的最底层，其物理层是通信子网的最底层，其传输单位是比传输单位是比特（特（bitbit），），向下直接和信道（传输介质）相连接。向下直接和信道（传输介质）相连接。物理层的作用是在网络节点之间的物理媒体上物理层的作用是在网络节点之间的物理媒体上提供提供线路的建立、维持和释放线路的建立、维持和释放，实现二进制位流的，实现二进制位流的透明传输透明传输，并进行，并进行差错检查等差错检查等。物理层是对。物理层是对DTEDTE和和DCEDCE之间之间通信通信接口的描述和规定接口的描述和规定,如图所示。如图所示。第51页/共65页53DTE是信源或信宿，如计算机、终端、路由器等；DCE是网络设
48、备接入点的统称，如交换机、调制解调器等。常见的DTE和DCE之间的接口有PC MODEM之间的接口（RS-232-C）、网卡与双绞线连接的接口（RJ-45）等。RJ-45RJ-45连接头连接头 RS232CRS232C接口接口 RJ-45RJ-45接口接口第52页/共65页54 1.1.物理层提供的功能物理层提供的功能 l 保证数据按位传送的正确性，同时提保证数据按位传送的正确性，同时提供通信接口定义、控制信号、数据传输速率供通信接口定义、控制信号、数据传输速率、接口信号电平等；、接口信号电平等；l 物理层管理；物理层管理；l 建立、维持和释放物理连接。建立、维持和释放物理连接。就像打电话过程
49、，就像打电话过程，建立连接（呼叫建立连接（呼叫是否占线、没人接听、不在服务区和是否占线、没人接听、不在服务区和正常接通等）、正常接通等）、维持（通话维持（通话）、）、释放（挂释放（挂机机）。）。第53页/共65页55 2.2.物理层的特性物理层的特性 l 机械特性机械特性机械特性详细说明了接插式连接器的大小、形状、尺寸、引脚的排列方式机械特性详细说明了接插式连接器的大小、形状、尺寸、引脚的排列方式锁定装置以及相应通信介质的参数和特性等。锁定装置以及相应通信介质的参数和特性等。l 电气特性电气特性 电气特性规定了信号及有关电路的特性。电气特性规定了信号及有关电路的特性。l 功能特性功能特性规定了
50、接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。l 规程特性规程特性 是协议，定义了是协议，定义了DTEDTE和和DCEDCE接口进行二进制比特流传输前的控制步骤，包括各信号线的工作规程和时序。接口进行二进制比特流传输前的控制步骤，包括各信号线的工作规程和时序。第54页/共65页56 物理层协议（接口标准）举例物理层协议（接口标准）举例 1.EIA-RS-232C接口标准接口标准 l EIA-RS-232C的机械特性 DB25针式（凸插座）DB25引式（凹插座）另有一个9芯标准连接器简化标准。l EIA-RS-232C的电气特性 逻辑“1”的电平范
