计算机网络完整 第3章 物理层nPPT课件

.第1、3章物理层、2，3.1物理层的基本概念，功能：从物理介质传输到原始比特流的数据单元：viteling规定和传输介质之间的机器、电气、功能和过程的特性不是传输介质向数据链路层提供服务，而是。3、4个属性和机械属性定义了DTE和DCE之间的连接方式。接口中使用的接线设备的形状和大小、引线数量和排列等电气属性包括DTE和DCE之间接口电路中信号发生器和接收器之间的电气属性、正负逻辑、级别、速度和。4，功能特性在DTE和DCE之间，功能领域特性(包括不同种类的引线，如数据传输、控制、计时和接地)规定了DTE和DCE之间接口电路使用的领域。信号定时的响应关系和操作过程的规则，5，3.2数据通信基础知识，数据和计算机通信术语数据(Data):传递(携带)信息的实体。信息：数据的内容或说明。信号(Signal):数据的物理体积编码(通常是电气编码)，数据以信号形式传播。模拟信号和数字信号基带和宽带，6，通道(Channel):传输信息的线路(或通道)位(bit):信息的单位。比特率是每秒传输的二进制位数。代码元素：时间轴中的一个信号编码单位，7、t、代码元素1、代码元素2、代码元素3、代码元素4、代码元素5、信号、同步脉冲：也可以位于代码元素的同步定时、标识符元素的开头。一个代码元素可能有多个同步脉冲。8，Baud:代码元素传输的速度单位。波特率是每秒传输的代码元素数(即信号波特率)。1Baud=log2M(bit/s)，其中m是信号的编码系列。Rbit=Rbaudlog2M自下而上：Rbit比特率、Rbaud波特率一个信号通常传递多个二进制位，因此在固定信息传输速率下，比特率通常大于波特率。也就是说，可以在一个代码元素中传输多个位。例如，如果M=16，波特率为9600，则数据传输速率为38.4 kbit/秒，9，比特误码率：信道传输可靠性指标，概率值信息编码：以二进制表示信息的方法。数据编码：以物理量显示数据的方法。例如，字符“a”的ASCII编码(信息编码的一种)为0100001，数据编码可以为0，10。带宽带宽是通信信道的宽度、信道频率的上下限值之间的差异、介质传输能力的测量，在传统通信工程中通常以hertz (Hz)为单位进行测量。在计算机网络中，带宽的度量单位通常是每秒比特数(b/s或bps)。基本单位：kb/秒、MB/秒和Gb/s以太网LAN理论上每秒可以传输1，000万位，带宽等于10 MB/秒。11，延迟信息从网络的一端传送到另一端所需的时间延迟总和=处理延迟延迟传输延迟处理延迟=分组第一和错误验证等处理(微秒)等待延迟=数据在中间节点等待传输的延迟时间传输延迟=数据位/通道带宽传播延迟=d/s(毫秒)d:距离，12，延迟带宽是一个链路可接受的比特数延迟带宽的乘积=带宽传播延迟例如，一个链路的延迟带宽乘以100万比特。也就是说，当第一个位到达目标时，源端发送了100万位。13、RTT-trip time(RTT)从源传输数据到源从神州接收数据的时间，RTT-2传播延迟传输可靠性的两个含义：数据可以正确传输(如果使用数据包交换)，14，通信系统模型，通信的三个要素：源、新宿、信道、数据通信系统的组成：传输系统(传输线路和传输设备)源系统(源发射器)和目标系统(新宿接收器)。15，信息通过数据通信系统发送，将传递信息的数据作为实际信号通过通道传递到目的地。信息和数据(0，1位)通常不能直接从介质传输。编码：适于数据传输的数字信号易于同步、识别、纠错调制：适于数字信号传输的格式按频率、振幅、相位解调：接收波形数字信号解码：数字信号原始数据、16，数据通信基本过程为数据传输和通信控制过程与拨号连接的对比建立物理连接拨号，建立相互逻辑连接id数据传输互呼断开逻辑连接相互确认呼叫结束物理连接断开互连断开连接，17，信道和主要特征，数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道。模拟通道：将数据传输到连续模拟信号的通道。18，模拟和数字信号模拟信号时间上连续的，包含无限信号值的数字信号时间上不连续的，仅包含有限数量的信号值。最常见的是双值信号，19、周期和非周期信号周期信号信号包括重复的固定模式，例如正弦波。非周期信号信号没有固定模式和波形循环(例如声音的声波信号)。20，数字通信和模拟通信数字通信，在数字通道中传输模拟信息或数字信息，在模拟通信模拟通道中实现模拟信息或数字信息的传输。21、数字通信的优点噪声预防(干扰)功能是控制错误的强大功能，提高传输质量使用计算机易于处理的加密，保密语音、数据、图像传输，通用、灵活的计算机通信仅在模拟情况下使用模拟通信，例如通过电话线连接internet。22，通信方式-数据流的方向，单操作：数据单向传输(无线电广播)半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输(对讲机)全双工：数据可以双向同时传输(电话)，也可以物理分离的两条传输线路，或用于不同方向的信号传输的一条物理线路，23，数字数据传输方式，基带传输：不需要调制，编码的数字脉冲信号直接发送到信道。例如：以太网频带传输：为了将数字信号调制成音频模拟信号，然后传输，接收器必须解调。例如：通过电话模拟信道进行宽带传输：数字信号应调制为数十MHZ至数百MHZ频带的模拟信号，然后传输，接收方应解调(例如，发送CCTV信号，24，数据同步)，试图匹配接收端和发送端的时间标准(开始时间、位边界、重复频率等)。同步方法有三种：位同步字符同步帧同步，25，位同步：使接收方接收的每个信息与发送方保持同步发送方在发送数据之前发送同步时钟信号，接收方使用同步信号锁定自己的时钟脉冲频率。自同步通过包括同步信号(接收方锁定其时钟脉冲频率)的曼彻斯特编码等特殊编码。26，字符同步：以字符为边界，允许同时接收字符。也称为开始/结束或异步。每个字符的传输包括1个开始位5-8个数据位1，1.5，2个停止位。27，帧同步：标识一个帧的开始和结束。帧(Frame)包含数据链接的传输单元数据和控制信息的面向数据块的面向字符以同步字符(SYN，16H)标识一帧的开始，以数据为字符类型的面向帧以特殊位序列(7EH，01110)标识一帧的开始。对于所有数据类型的框架.28，带填充字符的结尾和结尾字符：使用特定字符序列控制字段的缺点：依赖于字符集，不常见，不能扩展。示例：Bisync，帧开头，同步字符，帧结尾，数据，传输帧，填充字符，synsynsynlesting，29，具有填充位的结束和结束标志方法：集成帧格式，使用特定位序列同步和分隔帧，物理层编码违反方法：IEEE802.5，仅适用于在物理介质的编码策略中应用冗余技术的网络优点：无需填充，帧开始，011110，01101110，30，信道最大数据传输速率，Nyquist公式：用于理想低通信信道Nyquist公式，为估计已知带宽信道的最大数据传输速率提供了依据。例如，语音级别线的带宽为3100Hz，根据自下而上计算的信道最大数据速率为m最大数据速率(c)26200 bps 4121400 bps 818600 bps 1624800 bps 3231000 bps，如右表所示。31，非理想信道的实际信道中存在损耗、延迟、噪声。丢失会导致信号强度减弱，从而降低信噪比S/N。延迟会扭曲接收端的信号。噪音破坏信号并生成错误代码。持续时间0.01s的干扰约为560位(56k位/秒)，32，Shannon公式：限制带宽高斯噪声干扰通道示例：通道带宽W=3.1KHz，S/N=2000，c=3100 * log2 (1 2000) 8774kbit/s在该通道中S/N 3360信噪比，C=Wlog2(1 S/N)，33，Nyquist公式与Shannon公式的比较，C=2Wlog2M数据速率C随着信号编码系列的增加而增加。C=Wlog2(1 S/N)此公式提供信道可以达到的最大波特率，而不管采样频率有多高，信号编码可以划分到多少级别。原因：噪波存在时，编码系列不能无限增加。34，3.3传输介质(介质)，双绞线，-螺纹双绞线，-1毫米-4对，25对，1800对-典型连接距离100米(LAN)-RJ45插孔，插头-优点和缺点，35、未屏蔽双绞线(UTP)使用铝箔屏蔽减少干扰和串扰，twisted pair外部无屏蔽层，常用非屏蔽twist为3类(16Mbit/s)和目录，36，同轴电缆基带同轴电缆阻抗50，用于模拟传输的数字传输宽带同轴电缆阻抗75，主要为CATV，37，细同轴D=1.02cm厘米，10Mbit/s每段185米，4中继，5段(925m)优缺点：低成本安装简便性(t接头、BNC连接器、Terminator)，38、光纤依赖光波，信息传输速度高，通信容量仅限于光电转换设备( 100gb/s)，传输损耗小，适合远距离传输，抗干扰性能好，保密性好，重量轻。39，光纤传输原理使用光的反射光从一种介质入射到另一种介质时产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。在产生入射角阈值时，产生全反射，并且不泄漏。光纤：芯-折射率高、玻璃包层-折射率低亮度调制、脉冲-1、脉冲-0光传输系统：光源、介质、光电探测器光源33605850nm/1300nm/1500nm发光二极管/激光二极管介质1300nm，40，光纤传输模式：MMF，SMF，输出电信号，波长33601300，1550纳米，波长3360850，1300纳米，多束光线以不同反射角度传播，单束光线沿直线传播，41，一般光缆，一般规格：玻璃内部单元335450um缓慢变化的MMF62.5um慢/增强的MMF8.3um突变SMF玻璃封装层3354125um，42，高密度多核光缆剖面结构，43，无线媒体使用电磁波或光波传输信息，而不需要物理连接到长距离或不方便的布线。固定终端点(基站)和终端之间包括无线链路、基站、用户计算机和终端、基站适用的无线电区域、F1、F2、F3=使用的频率、45，地面微波继电器，两个地面站之间的传输距离：50-100公里，地球，地面站之间的直接线路，微波传输塔，46，地球同步卫星，在与地面站的相对固定位置上，使用3个卫星进行全球传输延迟时间，22，300公里，地球，包括47，3.4模拟传输和数字传输，4种情况，具有不同类型的信号。48，49，编码和调制的差异数字或模拟数据编码模拟信号，数字或模拟数据调制，作为数字信号。50、Modulator、Demodulator、数字或模拟数据、模拟信号、m (t)、s (t)、m (t)、数字或模拟数据、托架、(51，1)将数字数据转换为某种数字脉冲信号的数字信号编码中，通常用两个级别表示非零代码和非零曼彻斯特编码(nnnrz，Non-ReturntoZero)二进制数字0，1。1经常显示为-5v，0经常显示为5v。缺点：有DC组件，不能使用变压器进行传输。没有自己的同步机制，因此传输时必须使用外部同步。52，ManchesterCode表示电压变化，表示0和1。规定在每个代码元素的中间发生跳跃。高低跳跃为0，低高跳跃在1角代码元素的中间发生跳跃，接收方可以将此变化提取为同步信号。此代码也称为自同步代码(Self-SynchronizingCode)。缺点：需要两倍的传输带宽(即信号速度是数据速度的两倍)。53，差异曼彻斯特编码(Differential )在每个代码元素的中间，跳转代码元素的开头是否有表示0和1的跳线，是否有表示0的跳线，是否有表示1的跳线。54，3个数字编码的波形图，55，2)数字数据的调制码，三种常用调制技术：幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)相移键控PSK(phasshiftkeying PSK)托架s(t)=acos(t)s(t)s(t)s(t)的参数如下：振幅a、频率、初始相位调制根据数字