数据通信12213123

1、第二章第二章 物理层物理层 2008 数据通信的理论基础数据通信的理论基础 n借助于电压或电流之类物理量的变化，就能在线路 上传递信息。 n发送字符所需的时间T取决于编码方法和信号频率 （每秒钟信号值（比如电压）改变的次数）。每秒 钟变化的次数用波特度量。 n一个b波特的线路传输信号的速率不一定是每秒b， 因为每个信号可以运载几比特。 n例：2比特可表示四种电压信号，编码为00、01、10、 11，若电压信号频率为b，则波特率为b，比特率为 2b。 信道的最大数据传输率 n尼奎斯特定理： 最大数据传输率=2Hlog2V b/s H带宽 Hz V 电平级数 它是一个有限带宽无噪声信道的最大数据

2、传输率表达式。 n例子：一个无噪声的3kHz信道，最大数据 传输率（二进制信息）为6000 b/s 有噪声信道 n信噪比：信号功率与噪声功率之比，S/N。通常用 分贝表示，10log10S/N n香农关于噪声信道的主要结论是：任何带宽为H Hz，信噪比为S/N的信道，其最大数据传输率 为： 最大数据传输率（ b/s ）=Hlog2( 1+S/N ) n例子：带宽3000 Hz，信噪比30分贝，最大数 据传输率？ 传输介质 n物理层的目的是将原始的比特流从一台机器传输 到另一台机器。 n物理介质 带宽、延时、成本、安装维护 n有导线介质 铜线、光纤 n无导线介质 电波、激光 磁介质磁介质 n把数

3、据从一台计算机传到另一台计算机最常用的方 法是，把这些数据写到磁盘或磁带上，然后把这些 磁盘或磁带装到目的计算机上，在重新读出。 n决不要低估一辆满载磁带在高速公路上飞驰的货车 的带宽。 双绞线双绞线 n最古老、最普通的传输介质 n由两条相互绝缘的铜线像螺纹一样拧在一起。 目的是减少邻近线对电气的干扰。 n最常见的应用是电话系统。 n既可传输模拟信号，也能传输数字信号。 n带宽决定于铜线的粗细和传输距离。 n双绞线中有两类对计算机网络很重要：3类、5 类，这两类线常被成作无屏蔽双绞线UTP。 基带同轴电缆 n同轴电缆也称同轴线，比双绞线屏蔽性更好，在 更高速度上就以传输得更远。 n两种同轴电缆

4、：基带、宽带 n基带同轴电缆：50 ，用于数字传输 n同轴电缆的结构使得它具有高带宽和极好的噪声 抑制特性。其带宽取决于电缆长度，越长，带宽 越低。 宽带同轴电缆 n宽带同轴电缆：75 ，用于模拟传输 n常见于有线电视系统。 n在计算机网络中，“宽带电缆”指任何使用 模拟信号进行传输的电缆网。 n基带与宽带的区别：宽带系统由于覆盖范围 广，需要模拟放大器周期性地加强信号，放 大器仅能单向传输，因此，若计算机间有放 大器，则报文不能逆向传输。 光纤 n光传输系统由三个部分组成，即光源、传输介质和检测器。 n传输介质是极细的玻璃纤维。 n多模光纤 n单模光纤 价贵 传输距离远 n光纤和同轴电缆相似

5、，只是没有网状屏蔽层。 n光纤的连接方式 3种 n1、可以将它们接入连接头并插入光纤插座，连接头要损失 10%到20%的光，但重新配置系统容易。 n2、可以用机械方法将其结合。要损失大约10%的光。 n3、两根光纤可以被融合在一起形成坚实的连接。有点衰减。 信号源 n两种光源可被用作信号源 LED和半导体激光 n可以在光源和光纤之间插入干涉计调节波长。 n光纤的接收端由光电二极管构成，在遇到光时， 给出一个脉冲。 n由于存在热噪声，光脉冲必须具有足够的能量以 便被检测到。 光纤网络 n光纤可以用于LAN，也可以用于长距离传输， 连接比以太网复杂。 n无源接口 n有源中继器 n纯粹的光中继器 光

6、纤和铜线的比较 n光纤提供的带宽比铜线高得多，信号衰减较小， 在长的线路上每30KM才需要一个中继器，而铜线 每5KM就需要一个，因而省钱。 n光纤比铜线能适应恶劣的工作环境。例如，机械 损坏、电磁干扰、化学腐蚀等。 n光纤重量轻、体积小，省钱省空间。 n光纤不漏光并且难于拼接，很难被窃听。 n光纤的不利因素：单向传输、光纤接口比电子接 口贵。 使用有源中继器的光纤环 光纤光接收器 (光电二极管) 信号再生器 (电子) 光发送器 (发光二极管) 到/自计算机 铜线 接口 计算机 光 传 播 方 向 接口组成 无线传输 n电磁波谱 n频率：电磁波每秒振动的次数。 n波长：两个相邻的波峰（或波谷）

7、间的距离。 n光速：在真空中，所有的电磁波以相同的速度传播， 和它的频率无关。此速度称光速。 n在铜线或光纤中，速度为光速的2/3，并且变得和频率 稍有相关。 n电磁波可运载的信息量与它的带宽有关，可以在低频 下以每赫兹几个比特来实现，也可以在高频下以每赫 兹几十个比特来实现。 无线电传输 n容易产生 n传播很远 n容易穿过障碍物 n全方向传播 微波传输 n100MHZ以上，沿直线传播，可集中于一 点。通过抛物天线接收，将能量集中于 一小束，信噪比高。 n微波不能很好地穿越障碍物 n多路减弱 n微波通信的用途：长途电话、蜂窝电话、 电视转播等。 红外线和毫米波 n广泛用于短距离通信，例如，电视

8、机遥控 n有方向性 n不能穿越障碍物 n不需政府授权，而无线电则需要。 光波传输 n不需FCC授权 n不能穿越雨、浓雾、 n7.波长为1um，在0.1um的频段可以有多 少带宽？ 2 c f 电话系统 n两台相距不远的计算机需要通信，最简单的方 法常常是用电缆连接，例如，局域网 n如果相距很远，电话通信设施是可以考虑的。 例如，公用电话交换网PSTN 电话系统结构 n电话网开始兴起时，两两用户之间要拉一个线， 即完全互联的模式，事实证明，这种模式行不通。 n集中交换式，设一个交换局 n两级结构 n第14题 一个简单的电话系统由两个端局和一个长 途局构成，端局和长途局间由1MHz的全双工主干 连

9、接。 n第14题解答：每部电话每小时0.5次通话，每次通话通 话6分钟。因此一部电话每小时占用一条电路3分钟， 60/3=20，即20部电话可共享一条线路。由于只有 10%的呼叫是长途，所以200部电话占用一条完全时间 的长途线。局间干线复用了1000000/4000=250条线路， 每条线路支持200部电话，因此，一个端局可支持的电 话总数为200*250=50000。 n过去的电话系统信号是模拟的，现在有模拟，也有数字。 n数字信号的优点： n第一，虽然发送两级信号时衰减和变形比使用调制解调 器严重得多，但很容易算出信号能传多远并且能被识别 出来。 n第二，话音、数据、音乐、图象可相互混杂

10、以更有效地 利用电路和设备。 n第三，数字传输比模拟传输便宜得多。 n第四，维护数字系统比模拟系统更容易 n第20题 在低端，电话系统是星型的，所有邻近 的本地回路都汇集到一个端局。 n第20题解答：可以，每部电话都能够有自己到达端局 的线路，但每路光纤都可以连接许多部电话。忽略语 音压缩，一部数字PCM电话需要64kbps的带宽。如果 以64kbps为单元来分割10Gbps，则每路光纤串行 156250家。 综合业务数字网ISDN nISDN的主要业务是话音，此外还加上了 许多增强功能。先进的非话音服务包括 在线医疗、防盗、烟火报警等。 ISDN系统体系结构 nISDN的中心思想是数字比特管道，它是 客户和电信公司间概念上的管道。 n比特流在管道中双向流动。 n通过时分多路复用支持多个独立信道。 n两个主要标准：家庭用的低带宽标准和 商业用的高带宽标准。 n4个参考点 R，S，T，U ISDN接口 n7种标准化的信道，由时分多路复用分隔 nA 4kHz模拟电话信道 nB 64kb/s数字PCM信道，用于话音或数