net课件第8章 物理层

1、第八章 物理层知识点n物理层功能n数据通信的基本知识n传输介质n物理层特性和标准举例EIA232接口物理层功能n物理层是网络体系结构中的最底层，直接和通信介质打交道，执行数据传输的任务，其基本功能是在通信介质上实现0、1比特流的传输。 物理层功能n物理层不是指具体的传输介质。 n物理层向上为数据链路层提供服务，向下直接与传输介质相连，起着数据链路层与传输介质之间的逻辑接口的作用。 数据通信的基本概念n信息、数据和信号n信息发送前要编码成数据，数据要用信号表示才能发送到对方。n对方从信号中还原出数据，进而得到信息。数据 n数据分为模拟数据和数字数据。 n数字数据是指离散（不连续）的量，指有限的几

2、个值，如1，3，6，在这些值之间没有其他的数据。 n模拟数据是指连续的量，包括某个范围内的所有可能的数据，如区间1，10之间所有的实数。 信号n与数据类似，信号也分成模拟信号和数字信号。 n模拟信号是连续的，取遍某个区间内的所有值。数字信号是离散的，只包含几个值，如0，1，从一个值变为另一个值是以突变的形式出现的，没有经过中间的过程。 模拟信号和数字信号周期信号和非周期信号最基本的周期信号正弦信号信号的频谱和带宽 n一个信号可以分解成一系列正弦波的组合，这些正弦波都有着不同的频率，组成这个信号的所有正弦波的频率构成一个集合，称为信号的频谱。 n在信号频谱中最高频率和最低频率的差，称为信号的带宽

3、。 信道n信道是信号从一端到达另一端所走的通道，信道是建立在传输介质之上的。一条传输介质上可以有多条信道 ，一条信道只允许传输一路信号。 信道n根据传输信号的不同，信道可以分为模拟信道和数字信道，模拟信道用来传输模拟信号，而数字信道用来传输数字信号。 n每个信道都有其能够传输信号的频率范围，这个范围称为信道的带宽。信道的带宽越大，数据的传输速率就越高。 数据通信系统模型 DTE和DCEnDTE是指数据终端设备(Data Terminal Equipment, DTE)，DTE产生、接收和处理二进制数字数据，DTE最典型的代表是计算机。 nDCE是指数据电路终端设备(Data Circuit T

4、erminal Equipment, DCE) 。DCE将DTE产生的信号转换成能够在通信网络中传输的信号形式。最典型的DCE是调制解调器（Modem）。 DTE和DCE数据表示和信号转换 n数据要从一端发送到另一端，必须先被转换成信号，用信号来表示数据。 n数字数据可以用数字信号来表示，也可以用模拟信号来表示。n模拟数据可以用模拟信号表示，也可以用数字信号表示。 n模拟信号和数字信号之间可相互转换，转换的目的是让信号能够更好地传输，能够传输更远的距离或提供好的抗干扰性能。 数字数字 n用数字信号表示数字数据称为数字数字编码。 n三种编码方式：不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 数字

5、数字数字模拟 n将数字信号转换为模拟信号的过程，称为调制。 n将数字信号调制成模拟信号的三种基本方法是：n幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK）n频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）n相移键控（Phase Shift Keying，PSK） 数字模拟模拟模拟 n模拟数据用模拟信号来表示，称为模拟模拟调制。 n模拟模拟调制有三种方法：n调幅（Amplitude Mudulation，AM）n调频（Frequency Mudulation ，FM）n调相（Phase Mudulation ，PM）。 模拟模拟n在调幅中，载波的振幅根据调制信号的

6、振幅变化而变化，载波的频率和相位不发生变化。 n在调频中，载波的频率根据调制信号的振幅变化而变化，载波的振幅和相位不发生变化。 n在调相中，载波的相位根据调制信号的振幅变化而变化，载波的振幅和频率不发生化。 模拟数字 n将模拟信号转换为数字信号称为模拟数字。n将模拟信号转换为数字信号的技术称为脉码调制（Pulse Code Mudulation，PCM）。 nPCM由4个过程组成：采样、量化、二进制编码、数字数字编码。 PCM：采样n采样就是每隔一段相等的时间测量一次模拟信号的振幅。 PCM：量化n量化实际上把采样后的结果划分为若干个等级，每个等级用一个数字来表示。 PCM：二进制编码 n二进

7、制编码是将量化的结果用二进制数来表示。n需要用多少位二进制数来表示一个量化结果取决于量化时划分的等级数目，等级越多，需要的位数也就越多。n如量化结果在-127127之间，则需要的二进制比特数为8位，最高位的1位比特代表符号位，0代表正，1代表负，其余的7个比特代表数值的大小。 PCM：数字数字编码n采用数字数字的编码方式，将二进制编码得到0、1比特串转换为数字信号，通过通信链路发送出去。 n在接收端收到数字信号后，依次进行相反的逆过程，就可以得到原始的模拟信号。 数据传输方式n根据传输信号的类型，数据传输可以分为基带传输和宽带传输。n根据一次传输比特的数目，可以分为串行传输和并行传输。n根据数

8、据传输的方向和时间划分，可分为单工、半双工和全双工传输。 基带传输和宽带传输 n基带信号就是将 0、1 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 n在数字信道中直接传递基带信号，称为基带传输。 n宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。使用模拟信道传输宽带信号称为宽带传输。 并行传输n传输数据时，可以使用多根导线，一次传输一组比特，这种方式称为并行传输。 串行传输n传输数据时，只使用一根导线，比特是一个接着一个发送，这种方式称为串行传输。 同步传输和异步传输n串行传输又分为同步传输和异步传输两类。 n在异步传输中，传输的单位是字节。对于每个要发送的字节，它的开始都要附

9、加一个比特，这个比特称为起始位，起始位通常为0。同时这个字节的尾部还要加上一个比特，称为停止位，停止位通常为1。字节和字节之间的间隙不固定。 同步传输和异步传输n在同步传输中，传输的单位称为帧。一个帧可以包含多个字节，字节和字节之间没有间隙，收发双方传递的就是不间断的0、1比特流。在每一帧的首尾会有特殊的比特组合作为标志（如01111110），表示帧的开始和结束。 单工、半双工和全双工传输 n单工传输：单工传输也称单工通信，是指数据只能沿一个固定的方向单向传递，例如有线电视和广播 。n半双工传输：半双工传输也称半双工通信，是指两站之间的数据可沿两个方向交替传送，但同一时刻只能沿一个方向传送。对

10、讲机就是采用的半双工通信。n全双工传输：全双工传输也称为全双工通信，是指通信双方能够同时接收和发送数据。 复用技术n在一条链路上传输多路信号，这种方式就称为复用，复用时一条链路上可以有多个信道，每个信道传输一路信号。 复用技术n常用复用技术有频分复用、时分复用、波分复用和码分复用。 频分复用 n频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）用于一条线路传输多路模拟信号，当线路带宽大于传输的所有信号带宽时使用。 n频分复用将线路的带宽划分为多个不同频带的子信道，每个子信道传输一路信号。 频分复用 时分复用 n时分复用（Time Division Multipl

11、exing，TDM）用于一条线路传输多路数字信号，时分复用将链路分成了许多个时间片，每路信号分配一个时间片，每路数字信号轮流的占用链路。 n时分复用又可以分成同步时分复用和异步时分复用。 时分复用 n同步时分复用 时分复用n异步时分复用 传输介质n传输介质是信号传递的通道。传输介质可以分为两大类：导向传输介质和非导向传输介质。 n导向传输介质：双绞线、同轴电缆和光纤。 n非导向传输介质：无线通信，包括无线电、微波、红外线等。 物理层标准n数据编码成信号，要将信号从一端发送到另一端。这时就要使用一组导线来完成信号的传输，这组导线称为接口。 n物理层标准就规定了通信接口的机械特性 、电气特性 、功

12、能特性和规程特性。 物理层标准举例EIA232n机械特性：EIA-232标准定义具有25根引脚的DB-25插头座，引脚分为上下两排，上面13根，从左到右的编号为1至13，下面12根，从左至右编号为14至25。 物理层标准举例EIA232n电气特性：电平采用负逻辑，-3-15V的电压代表数据1，315V的电压代表数据0。用“0”表示控制线的接通状态，用“1”表示控制线的断开状态。连接线缆的长度小于等于15m，数据传输率小于等于20Kbps 。物理层标准举例EIA232n功能特性 物理层标准举例EIA232n规程特性：定义了信号发送的先后顺序。 物理层标准举例EIA232n主机利用Modem通信过

13、程：n（1）主机A将引脚20“数据终端就绪”置为ON，通知Modem A自己已经就绪，并通过引脚2“发送数据”向Modem A传送Modem B所对应的电话号码，Modem A 呼叫Modem B。 n（2）Modem B收到呼叫后，将引脚22“振铃指示”置为ON，通知主机B有呼入信号。主机B将引脚20“数据终端就绪”置为ON，表示就绪。Modem B将引脚6“数据装置就绪”置为ON，表示就绪，同时向A发出载波信号。 物理层标准举例EIA232n(3)Modem A收到载波信号后，将引脚8“载波检测”和引脚6“数据装置就绪”置为ON，通知主机A通信电路已经建立，并向Modem B发出载波信号，Modem B收到后将引脚8“载波检测”置为ON。至此，通信电路建立完毕，可以发送数据了。物理层标准举例EIA232n(4)主机A将引脚4“请求发送”置为ON，请求发送数据。Modem A将引脚5“清除发送”置为ON，允许发送。 n(5)主机A通过2号引脚发送数据，Modem A将其转换为模拟信号后通过电话网络到达Mode