《计算机网络》2省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

第二章物理层第一节数据通讯基础一.信息量H针对离散信息源定义:对于一个以概率P1,P2,...Pn发出信号A1,A2,...An信息源,其信息量当Pi=1/n时，对于发出m位二进制数信息源H=Hmax=log2n=log22m=mH=—

log2p(x)dx针对信息源输出模拟量（连续量）x连续信息源其信息为：

11/23二．通信模型信道（消息、信号）通常可分为：连续（模拟）带宽（半半功率点间频宽）离散（数字）容量（Capability）（单位时间内信道能传送最大信息量，从物理上看，信道容量能够视为最大传输速率。）。消息信息源接收者发射机接收机消息信道发送信号接收信号噪声源22/23三．奈奎斯特定理奈奎斯特证实（采样定理）：模拟信号经F频率采样成为离散信号，要无失真恢复，要求：F≥2f（２．１）其中，f是模拟信号最高频率。耐奎斯特定理处理了数字通道传送模拟信号最高频率问题。比如话音频谱为100～3000Hz，数字话音采样频率应大于2×3000Hz取为8000Hz，即每秒采样8000点。并采取8位A/D转换。所以一路数字话音，需要8×8000=64000（bps）容量数字通道来传输。。33/23四．香农（Shannon）定理与耐奎斯特定相相反，香农定理处理了用模拟通道来传输数字信号最大传输率问题。香农定理：带宽为H，信噪比为S/N模拟信道，经过MODEM所能传送数字信号最大数据传输率为：R=Hlog2(1+S/N)例题：求信噪比为1000，带宽为3000Hz模拟信道采取56kbpsMODEM，求所能传送数字信号最大数据传输率。解：R=Hlog2(1+S/N)=3000xlog2(1+1000)=30kbps信道噪声比惯用分贝为计量单位，分贝数=10log10s/n比如30db对应于1000：1信噪比.。44/23第二章习题1.经过MODEM在电话线上传送19.2Kbps数字信号，问信号噪声比为多少才可能？2.测量模似信号(电压)，其频谱分布为0~100赫兹，经过采样和8位串行A/D转换后在数字通道上传送，试问采样频率应取多高?3.有个信号源输出七个符号A、B、C、D、E、F和G其概率分别0.20、0.19、0.18、0.17、0.15、0.10和0.01.问其信息量为多少？55/23第二节传输介质曼彻斯特编码：每位中点时刻↑表示0，↓表示1。η=1/2差发分曼彻斯特编码：每位前沿时刻电平跳变表示0，不变表示1。1相邻，则前一个1中点时刻电平跳变。η=11000100111二进制编码曼彻斯特编码信号差分曼彻斯特编码信号编码效率η：同一介质某编码容量和二进制编码容量之比66/23用来传送数字信号电缆称为基带电缆，分为两种：粗缆：标准为10BASE-5，无中继传输距离500米，容量为10Mbps。细缆：标准为10BASE-2，无中继传输距离186米，容量为10Mbps。同轴电缆特征阻抗为50Ω，电缆要接端接器即50Ω电阻以确保匹配。传输数字信号采取曼彻斯特编码。早期以太网普遍采取同轴电缆，这是经典总线结构，不过它们存在着一系列缺点：只支持10Mbps容量，不能传送100Mbps信号;而且不可靠，一旦电缆损坏会造成整段网络不匹配而瘫痪，所以同轴电缆现在已被淘汰。用来传送模拟信号电缆称为宽带电缆：用于令牌总线网传送1M5M10Mbps信号，距离1800m，特征阻抗75欧姆一、同轴电缆

77/23二、双绞线100欧姆双绞线按其性能（单位长度带宽）分为：3类：要求为16MHz4类：要求为20MHz5类/5E类：要求为100MHz6类：要求为250MHz7类：要求为600MHz10Mbps/100Mbps/1000Mbps以太网双绞线标准以下：10BASE-T：采取三类非屏蔽双绞线UTP容量10Mbps衰减限制距离100米，采取曼彻斯特编码。100BASE-T：采取五类非屏蔽双绞线UTP容量100Mbps衰减限制距离100米，采取4B/5B编码。1000BASE-ab：采取五类非屏蔽双绞线四对，容量1000Mbps衰减限制距离25米。采取8B/10B编码。采取六类双绞线以太网标准，即将制订出来。距离将到达100米。88/23三、光纤光纤优点：传输频带非常宽（或传输数据率非常高）；·传输损耗小，中继距离长；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好；·体积小，重量轻。以太网光纤标准以下：10BASE-T，容量10Mbps，CSMA/CD限制（下详）距离5000米，采取曼彻斯特编码。100BASE-FX，容量100Mbps，CSMA/CD限制距离500米，采取4Ｂ/5Ｂ编码。1000BASE-SX（LX），衰减限制距离220~550米（550米），容量1000Mbps，采取全双工，CSMA/CD限制不复存在。采取8B/10B编码。标准功率光端机光纤衰减限制距离：10Mbps~100Mbps多模2公里，单模20公里；1000Mbps单模5公里，大功率光端机可达100公里。99/23四、无线传输介质

1.无线频率采取扩频方式通信有902MHz、928MHz和2.4GHz三个频段。容量2～6Mbps，通信距离可达几十到几百公里。2.地面微波含有两个频段：4～6GHz和21～23GHz，容量为1Mbps～10Mbps，距离为几十上百公里3.卫星同时卫星距地面距离为3600公里，依据开普勒定律，周期正比于半径3/2次方。此时其周期恰好等于二十四小时。同时卫星就像固定在空中一样。有三颗卫星就能在全世界范围内通信。通信容量为19.2Kbps到几Mbps。1994年以来出现了低价微型地面站，称为甚小孔径终端VSAT（VerySmallApertureTerminal）通信容量上行19.2Kbps，下行为512Kbps。1010/23

同时卫星只有三个波段（实为频段）：1.C波段，即4/6波段，上行频率为5.925～6.425GHz，下行频率为3.7～4.2GHz。2.Ku波段即11/14波段，上行频率为14.0～14.5GHz，下行频率为11.7～11.2GHz。3.Ka波段即20/30波段，上行频率为27.5～30.5GHz，1990年摩托罗拉首先提出铱计划，准备发射77颗低轨道卫星（这好像77号元素铱原子模型）。以后修改为镝计划，发射66颗低轨道卫星（镐为66号元素），这66颗卫星轨道能确保当一颗卫星超出视野时，总有另一颗进入视野。它采取L波段（1.6GHz左右）作为上行频率和下行频率，这么可用于电池供电便携式设备（手机）。手机上网容量当前为19.2Kbps。1111/23五、利用现有模拟传输系统调制解调器MODEM。数字调制技术：调频、调幅、调相或其混合比如：调幅（幅度两级）和调相（相位4种）混合，共有8种组合，每次调制3位。波特率B：每秒调制次数（次/秒）比特率C：每秒传送位数（bit/s，bps）在上例中，假设每秒调制1200次，那么波特率为1200次/秒，则其比特率为3600bps。二者关系：C=Blog2L其中L为组合数1212/23MPCMISPPSTNPCCMISP双向CATY前端CableMODEM经典应用MODEM经典应用1313/23六、利用现有数字传输系统脉码调制PCM1．PCM0次群每秒8000次采样64kbps2．PCM1次群—E1CCITT标准欧洲、我国64kbps*32=2.048Mbps32个3．PCM1次群—T1贝尔标准标准北美每125微秒传193bit（24*8+1=193）1.544Mbps24路话音4．PCM高次群标准E1 E2 E3 T1 T2 T3话路数30 120 480 24 96 672 数据率2.048 8.44833.368

1.5446.31243.736

1414/231515/231616/23

LAN1

E1

LAN2用E1连接以太网1和以太网2R1R21717/23第五节物理层接口标准举例广域网，比如X.25、帧中继等物理接口在本节讨论局域网接口应该说就是各种网卡在下节讨论，一．EIA-232-E接口标准电气指标：“0”：电平>=+3v~+15v“1”：电平<=-3v~-15v距离：15m最大速率：异步19.2kbps同时64kbps网络用得比较多：分为数据终端设备DTE端和数据终端设备DCE端25针插头座异步（略）同时DTE定时（24引脚）、DCE定时（15引脚）和接收器定时（17引脚）。RS-232缺点：数据传输速率低和距离短

1818/23二．RS-449RS-449由3个标准组成。RS-449——要求接口机械特征、功效特征和过程特征。RS-449采取37根引脚插头座。RS-423-A——要求在采取非平衡传输时（即全部电路共用一个公共地）电气特征。当连接电缆长度为10m时，数据传输速率可达300kb/s。RS-422-A——要求在采取平衡传输时（即全部电路没有公共地）电气特征。它可将传输速率提升到2Mb/s。而连接电缆长度可超出60m。当连接电缆长度更短时（如10m），则传输速率还能够更高些（如到达10Mb/s）。现在广泛采取平衡传输。1919/23三．V．35V.35分为DTE端和DCE端，常采取34引脚插座，.其控制信号沿用V.28标准，类似于RS-232。其数据和时钟信号采取平衡传送信号，类似于RS-422。所以其经典数据传送速率为48Kbps～168Kbps，最近可到达2Mbps。RS-499和V.35在网络设备中均工作在同时方式，在传送数据同时，还需用另一条线传送时钟，这与下述G.703是不一样。容量：n×64kbps——2Mbps2020/23四．G．703G.703是高速链路接口，每个方向一根同轴电缆或一对双绞线，每个方向应传送三个信号：n×64Kbps数据信号、n×64kHz位定时时钟信号和n×8kHz字节定时时钟信号。它们应编码在一起。

容量：n×64kbps~2Mbps2.048MbpsG.703接口标准，每个方向采取一条同轴线或平衡对称双绞线来传送。采取HDB3编码（高密度双极性编码），它使用3种电平B＋、B－和0传送信息。

2121/23第五节网卡网卡，又称网络接口卡NIC。网卡是计算机或网络设备和介质硬件接口。从OSI观点看，网卡包含了物理层和介质访问控制（MAC）子层。从TCP/IP协议权观点看它对应于底层（主机网络层）从协议来分，网卡可分为以太网卡、令牌网卡、令牌总线网卡以及千兆bps超