2高等计算机网络与安全第二讲

1、LOGO1高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全1/1031/103第二讲第二讲 物理层物理层简介简介20102010年年1010月月LOGO2高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全2/1032/103上讲内容回顾：上讲内容回顾：u计算机网络的定义计算机网络的定义u计算机网络的分类计算机网络的分类u计算机网络的演变历程计算机网络的演变历程u计算机网络的发展趋势计算机网络的发展趋势uOSIOSI模型模型uTCP/IPTCP/IP模型模型uOSIOSI与与TCP/IPTCP/IP模型的区别模型的区别LOGO3高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全3/1033/103本讲内容提要：本讲内容提要

2、：u物理层的功能物理层的功能u信息、数据与信号信息、数据与信号u传输介质传输介质u数字数据的通信方式数字数据的通信方式u数字数据的编码方法数字数据的编码方法u模拟信道的数字数据传输速率模拟信道的数字数据传输速率u多路复用技术多路复用技术u数据交换技术（广域网）数据交换技术（广域网）LOGO4高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全4/1034/103一一. .物理层的功能简介物理层的功能简介 1.1.物理层的主要功能：物理层的主要功能：u利用传输介质为通信的节点之间建立、管利用传输介质为通信的节点之间建立、管理与释放物理连接；理与释放物理连接；u对对信号信号进行调制或转换，使得用户设备中的信进

3、行调制或转换，使得用户设备中的信号定义能与信道上实际传送的信号相匹配，以便号定义能与信道上实际传送的信号相匹配，以便这些信号可以经由这些信号可以经由物理线缆物理线缆（例如：双绞线、同（例如：双绞线、同轴电缆、光纤等）或是轴电缆、光纤等）或是无线信道无线信道来进行传送；来进行传送；u实现实现比特流比特流的的透明传输透明传输，为数据链路层提，为数据链路层提供服务。供服务。LOGO5高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全5/1035/103一一. .物理层的功能简介物理层的功能简介( (Cont.) ) 2.2.物理层的主要目标：物理层的主要目标： 物理层是物理层是 OSI OSI 参考模型中的参

4、考模型中的第一层第一层，是，是整个开放系统的基础，它是整个开放系统的基础，它是唯一唯一直接提供直接提供原始原始比特流传输比特流传输的层。的层。 物理层设计的目的：是为了保证当发送方物理层设计的目的：是为了保证当发送方发送的信号为二进制发送的信号为二进制“1 1”时，接收方接收到时，接收方接收到的也是二进制的也是二进制“1 1”，而不是二进制，而不是二进制“0 0”。 LOGO6高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全6/1036/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 1.1.信息、数据与信号的基本概念信息、数据与信号的基本概念u信息（信息（Information）是指对客观事物的反

5、是指对客观事物的反映，可以是对物质的形态、大小、结构、性映，可以是对物质的形态、大小、结构、性能等的描述，也可以是物质与外部的联系。能等的描述，也可以是物质与外部的联系。信息的载体信息的载体是数字、文字、语音、图形、以是数字、文字、语音、图形、以及图像等。计算机及其外围设备所产生和交及图像等。计算机及其外围设备所产生和交换的信息都是由换的信息都是由二进制代码二进制代码表示的字母、数表示的字母、数字或控制符号的组合。字或控制符号的组合。LOGO7高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全7/1037/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号u数据（数据（Data）是指对客观事物的是指对客观

6、事物的符号表示符号表示。 在计算机科学中，在计算机科学中，数据是指所有能输入到计数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序所处理的算机并被计算机程序所处理的符号符号的总称的总称， 是用于输入电子计算机进行处理，具有一定是用于输入电子计算机进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号以及模拟量等的通称。意义的数字、字母、符号以及模拟量等的通称。LOGO8高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全8/1038/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号u信号（信号（Signal）是是数据在传输过程中数据在传输过程中的电信号的表示形式的电信号的表示形式，数据必须转换为相应的数据必须转换为相应的信号信号

7、才能在计算才能在计算机网络中进行传输。机网络中进行传输。按照在传输介质上传输的信号类型不同，按照在传输介质上传输的信号类型不同，信号可以分为信号可以分为模拟信号模拟信号和和数字信号数字信号两类两类。 LOGO9高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全9/1039/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 模拟信号（模拟信号（Analog Signal）：是指：是指在在时间或幅度上连续的信号时间或幅度上连续的信号，因此，通常又，因此，通常又称为称为连续信号连续信号。 例如：电话通信中在用户线上传送的例如：电话通信中在用户线上传送的音频信号，是用电流的频率直接反映声音音频信号，是用电流的频

8、率直接反映声音的频率，用电流的强弱直接反映声音的分的频率，用电流的强弱直接反映声音的分贝值，其幅度取值是随着用户声音大小的贝值，其幅度取值是随着用户声音大小的连续变化而连续变化的，其连续变化而连续变化的，其波形为正弦波波形为正弦波 。LOGO10高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全10/10310/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 数字信号（数字信号（Digital Signal）：是指：是指在在时间上与幅度上都是离散的、不连续的信时间上与幅度上都是离散的、不连续的信号号，因此通常又称为，因此通常又称为离散信号离散信号。 例如：由计算机或终端等数字设备直例如：由计算机或终端

9、等数字设备直接发出的二进制信号，其幅度取值只有两接发出的二进制信号，其幅度取值只有两种，即种，即“1”或或“0”，分别用高（或低）电平，分别用高（或低）电平或低（或高）电平表示，其或低（或高）电平表示，其波形为方波波形为方波。LOGO11高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全11/10311/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号模拟信号波形图模拟信号波形图数字信号波形图数字信号波形图LOGO12高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全12/10312/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输基带、频带与宽带传输u信 号 每 秒 钟 变 化 的

10、 次 数 称 为信 号 每 秒 钟 变 化 的 次 数 称 为 频 率频 率（FrequencyFrequency），频率的单位为），频率的单位为赫兹赫兹（HzHz）。）。u信号包含的最高频率与最低频率之间的信号包含的最高频率与最低频率之间的频率范围称为频率范围称为频带频带（BandBand），不同的信号），不同的信号具有不同的频带。具有不同的频带。LOGO13高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全13/10313/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输基带、频带与宽带传输u信源（模拟信源、数字信源）所发出的信源（模拟信源、数字信源）所发出的没有经过调

11、制没有经过调制（频谱搬移与变换）的（频谱搬移与变换）的原始原始电信号电信号（无论是数字信号还是模拟信号）（无论是数字信号还是模拟信号）称为称为基带信号基带信号（Base Band SignalBase Band Signal），数），数字信号也被称为字信号也被称为数字基带信号数字基带信号。 基带信号所固有的频带，称为基本频基带信号所固有的频带，称为基本频带，简称为带，简称为基带基带（Base BandBase Band）。）。LOGO14高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全14/10314/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输（基带、频带与宽带传输

12、（Cont.Cont.）u在信道中直接传送基带信号的方式，称为在信道中直接传送基带信号的方式，称为基基带传输带传输（Base Band TransmissionBase Band Transmission）。）。在基带传输中，整个信道只传输一种信号，因在基带传输中，整个信道只传输一种信号，因此，此，基带传输的信道利用率很低基带传输的信道利用率很低。由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此，而信号内容不会发生变化。因此，在传输距离在传输距离较近时较近时，计算机网络通常都采用基带传输方式。，计算机网络通常都采用基带传输方式。LOG

13、O15高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全15/10315/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输（基带、频带与宽带传输（Cont.Cont.）例如：从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是例如：从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是采用基带传输的。采用基带传输的。另外，大多数的局域网，如：以太网、令牌环网等，另外，大多数的局域网，如：以太网、令牌环网等，也都使用基带传输，常见的网络设计标准也都使用基带传输，常见的网络设计标准10BaseT10BaseT所所使用的就是基带信号。使用的就是基带信号。基带信号的频谱中由于含有丰富的低频分量乃至直流基带信

14、号的频谱中由于含有丰富的低频分量乃至直流（零频）分量，例如：语音信号为（零频）分量，例如：语音信号为3003400Hz3003400Hz， 图图像信号为像信号为06MHz06MHz，因此，出于抗干扰和提高数据传输，因此，出于抗干扰和提高数据传输率的考虑，率的考虑，基带信号不适合用于远距离通信基带信号不适合用于远距离通信。LOGO16高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全16/10316/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输（基带、频带与宽带传输（Cont.Cont.）u在远距离通信时，通常所采用的传输方式为在远距离通信时，通常所采用的传输方式为频频带

15、传输带传输（Frequency Band TransmissionFrequency Band Transmission），即：），即：首先将基带信号变换（调制）成便于在首先将基带信号变换（调制）成便于在模拟信道模拟信道中传输的、中传输的、具有较高频率范围具有较高频率范围的模拟信号（称为的模拟信号（称为频带信号频带信号，Frequency Band SignalFrequency Band Signal），然后再将），然后再将这种频带信号在模拟信道中进行传输。显然，模这种频带信号在模拟信道中进行传输。显然，模拟信道不适用于直接传输频带很宽、但能量集中拟信道不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在

16、低频段的数字基带信号。在低频段的数字基带信号。频带传输在传输系统的发送端和接收端都需要设频带传输在传输系统的发送端和接收端都需要设置置调制解调器调制解调器（ModemModem） 。LOGO17高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全17/10317/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号小知识：为什么在远距离通信时，要采用小知识：为什么在远距离通信时，要采用频带传频带传输输？即：为什么在远距离通信时，要将基带信号？即：为什么在远距离通信时，要将基带信号变换（调制）成变换（调制）成具有较高频率范围具有较高频率范围的的频带信号频带信号，才便于在模拟信道中进行传输？才便于在模拟信道中进行

17、传输？由由 电磁波速率电磁波波长电磁波速率电磁波波长* *电磁波频率电磁波频率 可知，可知，当电磁波频率越高时，电磁波波长越短，此时的当电磁波频率越高时，电磁波波长越短，此时的电磁波由于波长短，能量大，因此能够进行远距电磁波由于波长短，能量大，因此能够进行远距离传输离传输 。LOGO18高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全18/10318/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输（基带、频带与宽带传输（Cont.Cont.）u相对一般说的频带传输而言，比音频相对一般说的频带传输而言，比音频（4KHZ4KHZ）还要宽的频带称为）还要宽的频带称为宽带宽带（

18、Broad Broad BandBand）。）。使用这种宽频带传输的系统，称为使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输宽带传输系统系统（Broad Band Transmission SystemBroad Band Transmission System）。）。显然，宽带传输系统多是模拟信号传输系统，显然，宽带传输系统多是模拟信号传输系统，传输的是模拟信号。传输的是模拟信号。LOGO19高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全19/10319/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 2.2.基带、频带与宽带传输（基带、频带与宽带传输（Cont.Cont.） 与基带传输相比，宽带传输具

19、有以下几与基带传输相比，宽带传输具有以下几个方面的优点：个方面的优点： 能在一个信道中同时传输声音、图像和能在一个信道中同时传输声音、图像和数据信息，从而使得系统可具有多种用途。数据信息，从而使得系统可具有多种用途。 一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现道，实现多路复用多路复用，因此，宽带传输系统中，因此，宽带传输系统中信道的容量信道的容量大大增加了。大大增加了。 宽带（宽频带）传输的距离比基带传输宽带（宽频带）传输的距离比基带传输的距离更远。的距离更远。LOGO20高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全20/10320/103二二. .信息、数据与信

20、号信息、数据与信号 3.3.数据通信系统的一般组成模型数据通信系统的一般组成模型u数据通信数据通信是指在不同的计算机之间传送表示是指在不同的计算机之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码的过程。字符、数字、语音、图像的二进制代码的过程。按照在传输介质上按照在传输介质上传输的信号类型不同传输的信号类型不同，数据，数据通信系统可分为通信系统可分为模拟通信系统模拟通信系统与与数字通信系统数字通信系统两种。其中，两种。其中， 信道中传输信道中传输模拟信号模拟信号的系统称为模拟通信的系统称为模拟通信系统，系统， 信道中传输信道中传输数字信号数字信号的系统则称为数字通的系统则称为数字通信系统。信系统

21、。LOGO21高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全21/10321/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 3.3.数据通信系统的一般组成模型数据通信系统的一般组成模型通信系统的一般组成模型如下图所示：通信系统的一般组成模型如下图所示：LOGO22高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全22/10322/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 4.4.模拟通信系统的组成模型模拟通信系统的组成模型u模拟通信系统的组成可由通信系统一般模拟通信系统的组成可由通信系统一般模型略加改变而成，主要完成了以下两种模型略加改变而成，主要完成了以下两种重要变换：重要变换：连续消息连续消息

22、到到电信号相互变换电信号相互变换；例如：把；例如：把声音转换为电信号的麦克风。声音转换为电信号的麦克风。基带信号（模拟基带信号）基带信号（模拟基带信号）到到调制信号调制信号（频带信号）的变换（频带信号）的变换。LOGO23高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全23/10323/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 4.4.模拟通信系统的组成模型模拟通信系统的组成模型为了完成为了完成基带信号基带信号到到频带信号频带信号的变换，如下的变换，如下图所示，在模拟通信系统中需要将通信系统图所示，在模拟通信系统中需要将通信系统一般组成模型中的一般组成模型中的发送与接收设备发送与接收设备分别用

23、分别用调调制器、解调器制器、解调器来代替。来代替。LOGO24高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全24/10324/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类数字通信系统的组成模型与分类u在数字通信系统中，若信源产生的是数字信号（例在数字通信系统中，若信源产生的是数字信号（例如：计算机或终端等数字设备直接发出的二进制信如：计算机或终端等数字设备直接发出的二进制信号），而传输使用的是模拟信道（例如：公用电话线号），而传输使用的是模拟信道（例如：公用电话线路等），则称为路等），则称为数字信号的频带传输通信系统数字信号的频带传输通信系统。u若信源产生的

24、是数字信号，而传输使用的也是数字若信源产生的是数字信号，而传输使用的也是数字信道，则称为信道，则称为数字信号的数字基带传输通信系统数字信号的数字基带传输通信系统。u若信源产生的是模拟信号，而传输使用的是数字信若信源产生的是模拟信号，而传输使用的是数字信道，则称为道，则称为模拟信号数字化后的数字基带传输通信系模拟信号数字化后的数字基带传输通信系统统。LOGO25高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全25/10325/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）u数字信号频带传输通信系统数字信号频带传

25、输通信系统：数字信号频带：数字信号频带传输通信系统的组成模型如下图所示。传输通信系统的组成模型如下图所示。LOGO26高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全26/10326/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）u数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统：数字基带传输通数字基带传输通信系统的组成模型如下图所示。信系统的组成模型如下图所示。LOGO27高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全27/10327/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类

26、（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）u模拟信号数字化后的数字基带传输通信系模拟信号数字化后的数字基带传输通信系统统：模拟信号数字化后的数字基带传输通信模拟信号数字化后的数字基带传输通信系统的组成模型如下图所示。系统的组成模型如下图所示。LOGO28高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全28/10328/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）u要实现模拟信号在数字基带传输通信系要实现模拟信号在数字基带传输通信系统中的传输，必须在发送端将模拟信号数统中的传输，必须在发送端将模拟

27、信号数字化，即进行模字化，即进行模/ /数转换；在接收端需进数转换；在接收端需进行相反的转换，即数行相反的转换，即数/ /模转换。模转换。模拟信号的数字化需要三个步骤：模拟信号的数字化需要三个步骤：抽样、抽样、量化和编码量化和编码： LOGO29高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全29/10329/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）抽样抽样（SamplingSampling）：是指用每隔一定时）：是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连间的信号样值序列来代替原来在时间上连续

28、的模拟信号，续的模拟信号， 也就是把也就是把在时间连续的在时间连续的模拟信号转换模拟信号转换为为在时间上离散，幅度上连续的在时间上离散，幅度上连续的模拟信号。模拟信号。LOGO30高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全30/10330/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）量化量化（QuantificationQuantification）：是指用）：是指用有限个幅度值有限个幅度值来近似采样得到的连续来近似采样得到的连续变化的幅度值，变化的幅度值，从而把模拟信号的从而把模拟信号的连续幅度连续

29、幅度变为有限变为有限数量的有一定间隔的数量的有一定间隔的离散幅度离散幅度。 LOGO31高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全31/10331/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 5.5.数字通信系统的组成模型与分类（数字通信系统的组成模型与分类（Cont.Cont.）编码编码（CodingCoding）：是指按照一定的规律，把）：是指按照一定的规律，把量化后的幅度值用量化后的幅度值用二进制数字二进制数字表示，然后转换表示，然后转换成二值或多值的成二值或多值的数字信号流数字信号流。 这样得到的数字信号，才可通过电缆、微这样得到的数字信号，才可通过电缆、微波干线、卫星通道等数字线

30、路传输。由此可知，波干线、卫星通道等数字线路传输。由此可知，在基带传输中，需要对数字信号进行编码来表在基带传输中，需要对数字信号进行编码来表示数据。示数据。LOGO32高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全32/10332/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 6.6.数字通信的优缺点数字通信的优缺点 数字通信的主要优点如下：数字通信的主要优点如下： 抗干扰能力强抗干扰能力强：由于在数字通信中，传输：由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。取值只有两个，这样接收端只需判别两种状

31、态。 差错可控差错可控：数字信号在传输过程中出现的：数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。以提高传输的可靠性。LOGO33高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全33/10333/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 6.6.数字通信的优缺点数字通信的优缺点 易加密易加密：数字信号与模拟信号相比，：数字信号与模拟信号相比，它容易进行加密和解密。因此，数字通信它容易进行加密和解密。因此，数字通信的保密性好。的保密性好。 易于与现代技术相结合易于与现代技术相结合：由于计算：由于计算机技术、数字存贮技

32、术、数字交换技术以机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口等产生的均是数字信号，多设备、终端接口等产生的均是数字信号，因此，极易与数字通信系统相连接。因此，极易与数字通信系统相连接。LOGO34高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全34/10334/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 数字通信的主要缺点如下：数字通信的主要缺点如下： 频带利用率不高频带利用率不高：数字通信中，数：数字通信中，数字信号占用的频带宽，例如：以电话系统字信号占用的频带宽，例如：以电话系统为例，一路模拟电话通常只占据为例

33、，一路模拟电话通常只占据 4kHz 4kHz 带带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据可能要占据2020- -60kHz60kHz的带宽。因此，在系的带宽。因此，在系统传输带宽一定的前提之下，模拟电话的统传输带宽一定的前提之下，模拟电话的频带利用率要高出数字电话频带利用率要高出数字电话5 5- -1515倍。倍。 LOGO35高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全35/10335/103二二. .信息、数据与信号信息、数据与信号 系统设备比较复杂系统设备比较复杂：在数字通信中，：在数字通信中，为了准确地恢复信号，接收端需要严格的为了准确地恢复信号

34、，接收端需要严格的同步系统同步系统，以保持接收端和发送端之间具，以保持接收端和发送端之间具有严格的节拍一致、编组一致。因此，数有严格的节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及其设备一般都比较复杂。不字通信系统及其设备一般都比较复杂。不过，随着过，随着新的宽带传输信道新的宽带传输信道（如光纤）的（如光纤）的采用、以及窄带调制技术与超大规模集成采用、以及窄带调制技术与超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点目前已电路的发展，数字通信的这些缺点目前已经弱化。经弱化。LOGO36高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全36/10336/103三三. .传输介质传输介质 物理层的目的是将原始的位流从一

35、台物理层的目的是将原始的位流从一台机器传输到另一台机器，机器传输到另一台机器，有多种物理介质可用于实际的传输过程。有多种物理介质可用于实际的传输过程。每一种传输介质都有自己不同的特性，包每一种传输介质都有自己不同的特性，包括带宽、延迟、造价等。括带宽、延迟、造价等。按照物理形态的不同，传输介质大致上可按照物理形态的不同，传输介质大致上可以分为以分为有线传输介质有线传输介质和和无线传输介质无线传输介质两种两种。LOGO37高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全37/10337/103三三. .传输介质传输介质 1.1.有线传输介质有线传输介质 有线传输介质是指在两个通信设备之有线传输介质是指在

36、两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线双绞线、同轴电缆同轴电缆和和 光纤光纤：LOGO38高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全38/10338/103三三. .传输介质传输介质 双绞线双绞线（Twisted PairTwisted Pair）：双绞线是一种把两）：双绞线是一种把两条互相绝缘的铜导线纽绞起来而组成的通信线路，双条互相绝缘的铜导线纽绞起来而组成的通信线路，双绞线的这种结构既可减小流过电流所辐射的能量，也绞线的这种结构既可减小流过电流所辐射的能量，也可防止来自

37、其他通信线路上的信号的干涉。通常，双可防止来自其他通信线路上的信号的干涉。通常，双绞线可分为绞线可分为屏蔽屏蔽STPSTP（Shielded Twisted PairShielded Twisted Pair）和）和非非屏蔽屏蔽UTPUTP（Unshielded Twisted PairUnshielded Twisted Pair）的两种，）的两种，其中：非屏蔽双绞线（其中：非屏蔽双绞线（UTPUTP）定义了五种质量类别，）定义了五种质量类别，而在计算机网络中常用的有以下三种：而在计算机网络中常用的有以下三种：第三类第三类（传输（传输特性最高规定特性最高规定16MHz16MHz） 、第四类第

38、四类（20MHz20MHz） 、第五类第五类非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（155MHz155MHz） 。LOGO39高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全39/10339/103三三. .传输介质传输介质 1.1.有线传输介质有线传输介质同轴电缆同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）：同轴电缆是）：同轴电缆是一种由一对同轴导线所组成的通信线路。同轴一种由一对同轴导线所组成的通信线路。同轴电缆的频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的电缆的频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。抗干扰能力和更好的传输性能。按特性阻抗值不同，同轴电缆主要包括按特性阻抗值不同

39、，同轴电缆主要包括7575欧姆欧姆宽带同轴电缆宽带同轴电缆和和5050欧姆基带同轴电缆欧姆基带同轴电缆两种。在两种。在局域网中常用基带电缆，其数据传输率为局域网中常用基带电缆，其数据传输率为10Mb/s10Mb/s，主要用于总线拓扑结构。，主要用于总线拓扑结构。LOGO40高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全40/10340/103三三. .传输介质传输介质光纤光纤（Optical FiberOptical Fiber）：在通信系统中，目）：在通信系统中，目前最为普遍使用的是前最为普遍使用的是石英系光纤石英系光纤，一般由纤芯，一般由纤芯（光的通路）、包层（多层反射玻璃，将光线（光的通路）、

40、包层（多层反射玻璃，将光线反射到纤芯）、以及保护层组成。反射到纤芯）、以及保护层组成。光纤常用于光纤常用于点到点的远距离传输点到点的远距离传输。由于光纤在任何时候都由于光纤在任何时候都只能单向传输只能单向传输，因此，因此，实现双向通信时光纤必须实现双向通信时光纤必须成对出现成对出现。LOGO41高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全41/10341/103三三. .传输介质传输介质 用光纤来传输电信号时，在发送端先用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端则要由要将其转换成光信号，而在接收端则要由光检波器还原成电信号。光检波器还原成电信号。按光在光纤中的传输模式，光纤可分

41、为按光在光纤中的传输模式，光纤可分为单单模光纤模光纤（Single Mode FiberSingle Mode Fiber）和）和多模光多模光纤纤（Multi Mode FiberMulti Mode Fiber）两种。其中，）两种。其中，“模模”是指以一定角速度进入到光纤之中是指以一定角速度进入到光纤之中的一束光。的一束光。LOGO42高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全42/10342/103三三. .传输介质传输介质 2.2.无线传输介质无线传输介质 无线传输介质是指在两个通信设备之无线传输介质是指在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传间不使用任何物理连接，而是通过空间

42、传输的一种技术。输的一种技术。 无线传输介质主要包括无线传输介质主要包括微波、红外线微波、红外线和激光和激光等。等。LOGO43高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全43/10343/103三三. .传输介质传输介质 地面微波地面微波：微波的频率范围为：微波的频率范围为300MHz300MHz- -300GHz300GHz，在这个范围内，它在空中主要沿直线传，在这个范围内，它在空中主要沿直线传播，可经电离反射到很远的地方。播，可经电离反射到很远的地方。由于微波在空中是直线传播，而地球表面是个曲由于微波在空中是直线传播，而地球表面是个曲面，因此传输距离受到限制。面，因此传输距离受到限制。如果两

43、个站点间相距太远，由于地球本身会阻碍如果两个站点间相距太远，由于地球本身会阻碍电磁波的传输，因此，需要通过电磁波的传输，因此，需要通过微波中继站的串微波中继站的串联使用联使用来完成远程通信服务。来完成远程通信服务。LOGO44高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全44/10344/103三三. .传输介质传输介质 卫星微波卫星微波：卫星通信是微波通信与空间电子技术：卫星通信是微波通信与空间电子技术发展的产物，卫星通信系统由地球和卫星站两部分组成。发展的产物，卫星通信系统由地球和卫星站两部分组成。卫星在空中起着微波中继站的作用，用于把地球站发上卫星在空中起着微波中继站的作用，用于把地球站发上来

44、的电磁波放大后再返送回另一地球站。来的电磁波放大后再返送回另一地球站。卫星首先从一个频率（上行链卫星首先从一个频率（上行链5.93-6.42GHz5.93-6.42GHz）接收地面）接收地面传输来的信号，将其放大或再生之后，再从另一个频率传输来的信号，将其放大或再生之后，再从另一个频率（下行（下行3.7-2.2GHz3.7-2.2GHz）将信号发送到地面站。）将信号发送到地面站。卫星微波具有广播性质，但因为传输距离较远，因此，卫星微波具有广播性质，但因为传输距离较远，因此，有有1/41/4秒的传输延迟。秒的传输延迟。LOGO45高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全45/10345/103三

45、三. .传输介质传输介质 红外传输红外传输：主要利用：主要利用950nm950nm近红外波近红外波段的红外线作为传输媒介。段的红外线作为传输媒介。由于红外线的波长较短（由于红外线的波长较短（750nm750nm至至1mm1mm之之间），因此，对障碍物的衍射能力差，只间），因此，对障碍物的衍射能力差，只适合应用在需要短距离（最多适合应用在需要短距离（最多1-21-2米范围内）米范围内）无线通讯的场合，进行点对点的直线数据无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输，传输，红外传输的传输速率最快可达红外传输的传输速率最快可达16Mbps16Mbps。LOGO46高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全

46、46/10346/103三三. .传输介质传输介质 激光传输激光传输：激光除了在光纤通信中可以作为光：激光除了在光纤通信中可以作为光源外，还能用于源外，还能用于在直线间进行数据传输在直线间进行数据传输，由于激光的，由于激光的聚焦性好，利用激光可以在聚焦性好，利用激光可以在很长的距离间进行直线的很长的距离间进行直线的数据传输数据传输，这对于连接两栋无遮挡建筑物内的计算机，这对于连接两栋无遮挡建筑物内的计算机网络或控制网络是非常方便的，尤其对于只需暂时设网络或控制网络是非常方便的，尤其对于只需暂时设置的连接更有优势。置的连接更有优势。但是，由于激光但是，由于激光不具有穿透性不具有穿透性，对环境变化

47、比较敏感，对环境变化比较敏感，雾、雪和雨等大气变化都会影响传输效果，因此，实雾、雪和雨等大气变化都会影响传输效果，因此，实际应用中可能需要随时对激光发射器和接收器进行调际应用中可能需要随时对激光发射器和接收器进行调整与维护。整与维护。LOGO47高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全47/10347/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式在数字数据通信中，在数字数据通信中，按每次传送的数字数据位数，通信方式可按每次传送的数字数据位数，通信方式可分为分为并行通信和串行通信并行通信和串行通信。按照数据在线路上的传输方向，则其通信按照数据在线路上的传输方向，则其通信方式又可分为方式又

48、可分为单工通信、半双工通信与全单工通信、半双工通信与全双工通信双工通信。LOGO48高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全48/10348/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式1.1.串行与并行通信串行与并行通信 并行通信并行通信（Parallel CommucaParallel Commuca）：如下图所示，）：如下图所示，在并行通信方式中一次同时传送在并行通信方式中一次同时传送8 8位二进制数据，因位二进制数据，因此，从发送端到接收端需要此，从发送端到接收端需要8 8根数据线。并行方式主根数据线。并行方式主要用于近距离通信，例如：在计算机内部的数据通信要用于近距离通信，例

49、如：在计算机内部的数据通信通常是以并行方式进行的。并行方式的优点是传输速通常是以并行方式进行的。并行方式的优点是传输速度快，处理简单。度快，处理简单。LOGO49高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全49/10349/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式1.1.串行与并行通信串行与并行通信串行通信串行通信（Serial CommunicationSerial Communication）：在串行通信）：在串行通信方式中一次只传送一位二进制的数据，因此，从发送方式中一次只传送一位二进制的数据，因此，从发送端到接收端只需要一根传输线。串行方式虽然传输率端到接收端只需要一根传输线。

50、串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，因此在网络中普遍采用串低，但适合于远距离传输，因此在网络中普遍采用串行通信方式。行通信方式。LOGO50高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全50/10350/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式2.2.单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信 单工通信单工通信（Simplex CommunicationSimplex Communication）：单工）：单工通信方式只支持数据在一个方向上传输，又称为单向通信方式只支持数据在一个方向上传输，又称为单向通信。例如：无线电广播和电视广播都是单工通信。通信。例如：无线电广播

51、和电视广播都是单工通信。 半双工通信半双工通信（Half Duplex CommunicationHalf Duplex Communication）：）：半双工通信方式允许数据在两个方向上传输，但在同半双工通信方式允许数据在两个方向上传输，但在同一时刻，只允许数据在一个方向上传输，因此，半双一时刻，只允许数据在一个方向上传输，因此，半双工通信实际上是一种可切换方向的单工通信，这种方工通信实际上是一种可切换方向的单工通信，这种方式一般用于计算机网络的非主干线路中。式一般用于计算机网络的非主干线路中。LOGO51高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全51/10351/103四四. .数字数据的

52、通信方式数字数据的通信方式 全 双 工 通 信全 双 工 通 信 （ D u p l e x D u p l e x CommunicationCommunication）：全双工通信方式允许）：全双工通信方式允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。接收数据。例如：例如：现代电话通信系统现代电话通信系统PSTNPSTN中采用的就中采用的就是全双工通信方式。这种通信方式主要用是全双工通信方式。这种通信方式主要用于计算机与计算机之间的通信。于计算机与计算机之间的通信。LOGO52高

53、等计算机网络与安全高等计算机网络与安全52/10352/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式3.3.同步与异步通信同步与异步通信 串行通信的数据是串行通信的数据是逐位传送逐位传送的，发送的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位。间间隔来接收每一位。按照串行数字的不同时钟控制方式，串行按照串行数字的不同时钟控制方式，串行通信又可分为通信又可分为同步通信和异步通信同步通信和异步通信两种方两种方式。式。LOGO53高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全5

54、3/10353/103四四. .数字数据的通信方式数字数据的通信方式 同 步 通 信同 步 通 信 （ S y n c h r o n o u s S y n c h r o n o u s CommunicationCommunication）：同步通信方式要求接）：同步通信方式要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送送端发送连续的比特流连续的比特流。 异 步 通 信异 步 通 信 （ A s y n c h r o n o u s A s y n c h r o n o u s CommunicationCommunication）：异步通信时

55、不要求接）：异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节（长度为完一个字节（长度为5 5至至8 8位）后，可经过位）后，可经过任意长的任意长的时间间隔时间间隔再发送下一个字节。再发送下一个字节。LOGO54高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全54/10354/103五五. .数字数据的编码方法数字数据的编码方法 在基带传输中，需要对数字信号进行编在基带传输中，需要对数字信号进行编码来表示数据码来表示数据，其中，数字数据信号的编，其中，数字数据信号的编码方式主要有码方式主要有非归零码非归零码NRZNRZ、曼彻斯特（曼彻斯特（Manche

56、sterManchester）编码、）编码、和和差分曼彻斯特（差分曼彻斯特（Difference ManchesterDifference Manchester）编码编码：LOGO55高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全55/10355/103五五. .数字数据的编码方法数字数据的编码方法非归零码非归零码NRZNRZ（Non Return ZeroNon Return Zero）：）：NRZNRZ码的编码码的编码原理如下图所示，其中：以原理如下图所示，其中：以低电平表示低电平表示0 0，高电平表高电平表示示1 1。NRZNRZ码的码的缺点缺点：无法判断一位的开始与结束无法判断一位的开始与结

57、束，如：，如：无法从持续的高电平中解析出无法从持续的高电平中解析出1 1的个数，因此，为保的个数，因此，为保证收发双方的同步，还证收发双方的同步，还必须在发送必须在发送NRZNRZ码的时候，用码的时候，用另一个信道同时传送同步信号另一个信道同时传送同步信号。LOGO56高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全56/10356/103五五. .数字数据的编码方法数字数据的编码方法 曼彻斯特（曼彻斯特（ManchesterManchester）编码）编码：曼彻斯特编码又称：曼彻斯特编码又称裂相裂相码、双向码码、双向码，是一种用电平跳变来表示，是一种用电平跳变来表示1 1或或0 0的编码方法，的编码

58、方法， 其其编码原理如下编码原理如下图所示，每比特的周期图所示，每比特的周期T T分为前分为前T/2T/2与后与后T/2T/2两部分，前两部分，前T/2T/2传送该比特的反码，后传送该比特的反码，后T/2T/2传送该比特的原传送该比特的原码，其中：低电平表示码，其中：低电平表示0 0，高电平表示，高电平表示1 1 。 由于曼彻斯特码在每个时钟位都必须有一次变化，因此，由于曼彻斯特码在每个时钟位都必须有一次变化，因此，其其编码的效率仅可达到编码的效率仅可达到50%50%左右左右。LOGO57高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全57/10357/103五五. .数字数据的编码方法数字数据的编码

59、方法 曼彻斯特编码方法主要具有以下的曼彻斯特编码方法主要具有以下的优点优点：（1 1）每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平）每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时间间隔可以是跳变的时间间隔可以是T/2T/2或或T T；（2 2）利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号；）利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号；（3 3）曼彻斯特编码是一种）曼彻斯特编码是一种自同步自同步的编码方式，即的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在曼彻斯特时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，该跳变既可作编码中，每一位的中间有一跳变，该跳变既可作为时钟信号，又可作为数据

60、信号。因此，为时钟信号，又可作为数据信号。因此，发送曼发送曼彻斯特编码信号时无需另发同步信号彻斯特编码信号时无需另发同步信号。LOGO58高等计算机网络与安全高等计算机网络与安全58/10358/103五五. .数字数据的编码方法数字数据的编码方法 差分曼彻斯特（差分曼彻斯特（Difference ManchesterDifference Manchester）编码）编码：差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的一种改进，虽然差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的一种改进，虽然保留了曼彻斯特编码作为保留了曼彻斯特编码作为“自含时钟编码自含时钟编码”的优点，的优点， 其编码原理如下图所示，其中：每比特的中