数据通信基础第二章NEW教材

第2章物理层教学内容

2.1物理层基本概念（了解）

2.2

通信系统的基本模型及构成元素（重点、掌握）

2.3

传输媒体（掌握）

2.4信道复用技术（难点、掌握）

2.5数字传输系统（了解）

2.6宽带接入技术（重点、掌握)12.1物理层基本概念物理层是OSI/RM模型的最底层，主要为计算机网络通信提供源源不断的数据比特流。物理层主要任务表现在：

机械特性；形状、尺寸等。电气特性；电压范围等。功能特性；电压表示的含义。过程特性；事件可能出现的顺序。

P36。

22.2

通信系统基本模型及构成元素2.2.1

简单的通信模型

信源转换器信道反转换信宿源系统目标系统无论哪种类型的通信（固话、计算机网络、移动通信等）都可以归纳成上述的5个基本元件构成的模型。该模型具有将消息从一点传输到另外一点的公共特征（P37）。教材P37图2-1与本图一样，不过名称不同而已。32.2

通信系统基本模型及构成元素2.2.1

简单的通信模型的组成

1.信源；源点

2.转换器；转换适合于传输系统进行传输的设备。发送设备

3.信道；信号传输的通道。传输系统

4.反转换器；与转换器作用相反。接收器

5.信宿；接收信号的元件。终端此外，需要注意几个概念，如：消息；数据；信号（模拟、数字）。P37。

能否结合实例，理解以上的通信模型组成？请讨论！42.2

通信系统基本模型及构成元素2.2.1

消息与信号

1.消息；由信源发送给信宿的通信内容。在数据通信领域，也被称为信息、数据。如：话音、文字、图像等。

数据：是记录在介质或以某实体形式出现的信息（消息）。

2.信号；是数据的电气或电磁的表现。表现为电压、磁场等。信号也被分为：离散信号（数字信号）和连续信号（模拟信号）。连续信号表现为连续变化的电压；而离散信号表现为脉冲。

5模拟信号与数字信号62.2

通信系统基本模型及构成元素2.2.2

信道

1.信道；信号传输的通道。习惯上称为线路。信道可被分为：有线信道和无线信道。举例说明。通信的三种基本方式：单向；双向交替；双向同时。P38

2.一个重要的技术指标：信道容量（无差错条件下信道传输信息的最大信息速率

）（1）无噪声离散信道的信道，尼奎斯特定理

Cmax=2F•log2L;L是离散信号可能的取值（2）连续信道的信道容量，仙农（Shannon）定理

Cmax=W•log2（1+S/N）bps;W是信道带宽，S/N信噪比。

-------奠定了数据通信的理论基础。72.2

通信系统基本模型及构成元素2.2.2

信道3.注意：误码率的概念。误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。

信道在传输信息（符号）时，出错的符号所占整个信息的比例。表达式：误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%

误码率是检验信道质量好坏的重要指标之一。IEEE802.3标准为1000Base-T网络制定的可接受的最高限度误码率为10-10。广域网的误码率一般不低于10-6

误码率通常需要借助专门的工具。应用举例。82.2

通信系统基本模型及构成元素误码率测试仪举例。92.3

常用的传输介质（媒体）

常用的传输介质分为：有线（导向传输媒体）和无线（非导向传输媒体）。P401、有线（导向传输媒体）：双绞线；同轴电缆；光缆；传输的介质在选择时一定要考虑相关的特性：吞吐量（也称为容量、传输速率等）、成本、抗噪音、可扩展性（如：线路的长度等）以及连接的方便程度（便于维护）等。10组建网络所用的双绞线是一种由4对线（即8根线）组成的，其中每根线的材质有铜线和铜包的钢线两类。一般来说，双绞线电缆中的8根线是成对使用的，而且每一对都相互绞合在一起，绞合的目的是为了减少对相邻线的电磁干扰。双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。STP比UTP具有更强的抗干扰性。目前，常用到的双绞线是非屏蔽双绞线（UTP），它又分：3类、4类、5类、超5类、6类等。双绞线的这8根线的引脚定义如下：线路线号12345678线路色标白橙橙白绿蓝白蓝绿白褐褐引脚定义Tx+Tx-Rx+

Rx-

2.3

常用的传输介质—双绞线11双绞线是目前局域网最常用的一种传输介质。其结构如图(a)所示。从图中我们可以看出双绞线中的每一对都是由两根绝缘铜导线相互缠绕而成的，这是为了降低信号的干扰程度而采取的措施。双绞线一般用于星型网络的布线连接，两端安装有RJ-45头(接口)，如图(b)所示。

双绞线常用于连接网卡与集线器，网线的最大长度为100米。2.3

常用的传输介质—双绞线图(a)双绞线的结构图(b)RJ-45的示意12在局域网，双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联，有时也可直接用于两个网卡之间的连接或不通过集线器级联口之间的级联，但它们的接线方式各有不同。

正常网线的连接法反接网线的连接法2.3

常用的传输介质—双绞线13同轴电缆的结构，它的中央是铜质的芯线（单股的实心线或多股绞合线），铜质的芯线外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层网状编织的金属丝作外导体屏蔽层（可以是单股的），屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外包皮的保护塑料外层。见P48的图。

目前经常用于局域网的同轴电缆有二种：一种是专门用在符合IEEE802.3标准以太网环境中阻抗为50Ω的电缆，只用于数字信号发送，称为基带同轴电缆；另一种是用于频分多路复用FDM的模拟信号发送，阻抗为75Ω的电缆，称为宽带同轴电缆。2.3

常用的传输介质—同轴电缆14光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。光纤上是利用有光脉冲信号表示1，没有光脉冲来表示0。光纤通信系统是由光端机、光纤（光缆）和光纤中继器组成。光端机又分成光发送机和光接收机。而光中继器用来延伸光纤或光缆的长度，防止光信号衰减。光发送机将电信号调制成光信号，利用光发送机内的光源将调制好的光波导入光纤，经光纤传送到光接收机。光接收机将光信号变换为电信号，经放大、均衡判决等处理后送给接收方。光纤和同轴电缆相似，只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯。光纤分为单模光纤和多模光纤两类（所谓“模”是指以一定的角度进入光纤的一束光）。P43如图2-7,2-7、2-8。2.3

常用的传输介质—光纤152.3

常用的传输介质—光纤光纤外观光纤外观162.3

常用的传输介质—光纤光纤收发器光纤接头17光纤不仅具有通信容量非常大的特点，而且还具有其他的一些特点：抗电磁干扰性能好；保密性好，无串音干扰；信号衰减小，传输距离长；抗化学腐蚀能力强。正是由于光纤的数据传输率高（目前已达到1Gb/s），传输距离远（无中继传输距离达几十至上百公里）的特点，所以在计算机网络布线中得到了广泛地应用。目前光缆主要是用于交换机之间、集线器之间的连接，但随着千兆位局域网络应用的不断普及和光纤产品及其设备价格的不断下降，光纤连接到桌面也将成为网络发展的一个趋势。但是光纤也存在一些缺点。这就是光纤的切断和将两根光纤精确地连接所需要的技术要求较高。2.3

常用的传输介质—光纤18

2、无线讨论为什么需要采用无线进行通信？当前应用比较多的无线方式有：无线电：无方向性；目前常用的有（1）窄带；（2）广谱。安全性能好。微波：频率100M以上，视距传播红外线：短距离，传输速率较高，方向性强。如目前应用广泛的蓝牙技术。卫星通信等。P45-46。2.3

常用的传输介质—无线传输19实验一网线制作实验

1.网线制作标准介绍

；

2.百兆双绞线制作（普通线、反接线）

3.千兆双绞线制作

4.实验要求

5.实验思考题

6.实验报告的撰写

20实验一网线制作实验1、直通线的制作。将双绞线按照如下排列顺序展开（T568A）：绿白，绿，橙白，兰，兰白，橙，棕白，棕。依次插入RJ45头的1~8号槽位中，如图1。按照实验指导书中的步骤依次完成。2、反接线的制作。一端按照T568A标准将双绞线按照如下排列顺序展开：绿白，绿，橙白，兰，兰白，橙，棕白，棕；并依次插入RJ45头的1~8号槽位中。另外一端按照如图2的秩序将第1、3线和第2、6线的位置互调，其余线序不变。再按照实验指导书中的步骤依次完成。3、测试。利用测试仪；利用二台电脑联网或其他方式。图1图221实验一网线制作实验

4、实验演示（1）双绞线电缆；水晶头；夹线钳；测试仪等；（2）介绍线缆的色标是什么含义？（３）介绍双绞线制作的步骤。

22实验一网线制作实验５、实验要求（1）记录实验地点，参加人员，实验时间。（2）将每实验步骤中的内容及现象作详细记录。６、实验分析思考题：（1）直通线与反接线在连接设备时有什么区别？为什么？（2）有直通线与反接线各一条，线上没有任何标记，通过什么方法能将它们区分开来？７、实验报告的撰写按照实验报告要求，写出实验报告。

232.4

信道复用技术1．复用技术的概念将一个信道同时传输多个信号被称为复用,也称为多路复用。

多路复用的原理如下图所示。P48。多路复用技术通常包含信号的复合、传输以及信号的分离三个部分（多路复用技术模型）。目前多路复用的常用形式：频分复用、时分复用。

信号源复用器复用器信号被复用到一个信道信宿242.4

信道复用技术的形式（1）.频分复用FDM

多路信号在同一个信道传输时将不同信号的频率在位置上互相分开。如图2-13（a),P48

特点：多路复用信号，充分利用信道频带的宽度。适用于模拟信号的传输,有线通信、微波接力通信和卫星通信中得到广泛应用。

252.4

信道复用技术的形式（2）.时分多路复用TDM

将信道的传输时间划分为若干个很小的时间段，这些很小的时间段轮流分配给不同的通信双方，在某个时刻只能传送某一个通信方的信息。如图2-13（b),P48。特点：可使用不同速率和同步方式的终端，有利于复用技术的推广。适用于数字信号的传输，在宽带局域网络中可以使用这种混合技术

。262.4

信道复用技术的形式（3）.补充:波分多路复用WDM

类似于FDM，在一根光纤上使用不同的波长同时传送多路光波信号的一种技术，成为现代光通讯网络的基本核心技术。P50。如：目前比较热门的IPoverWDM解决方案。国外：爱立信；国内：中兴通信，以满足迅速增长的带宽需求。

272.6

宽带接入技术

近几年，为了适应网络和业务高速化的要求，接入网的带宽要求越来越高，为此，诞生了宽带技术。下面，首先介绍几个与宽带技术相关的概念。宽带：没有统一标准和定义。一般将56K以下的称为窄带通信，而大于56K或更高以上的则称为宽带（有的以128K为限）。与此相对应的联（Internet）网方式称为宽带接入。常用的宽带接入技术。宽带接入技术分为有线接入和无线接入两种。有线接入技术的主流是基于电话线的数字用户线DSL技术、基于光纤的宽带光网络接入技术、基于铜线的混合光纤同轴电缆网HFC和基于五类线的LAN技术等。近年来，市场上宽带接入技术应用的主流是有线接入，其中最普及的是DSL。随着移动通信业务的迅速普及，无线宽带接入技术的发展也驶入快车道，其中基于IEEE802.11a/b/g的Wi-Fi、WiMAX等技术已经风靡全球。

282.6

宽带接入技术-xDSL技术

数字用户线DSL是一种新的传输技术。其工作原理是利用现有的电话线路（是一种典型的信道复用技术），采用较高的频率以及相应的调制技术来获得比较高的数据传输速率。DSL有时候被称为xDSL（x的含义是指任意字符或字符串），有多种的变体，包括：HDSL（对称DSL）、ADSL（不对称DSL）、VDSL（甚高比特率DSL）、SDSL（单线制DSL）等等，它们的最大区别体现在数据传输速率以及传输的距离不一方面。P57，表2-5xDSL的特征：（1）与话音工作在不同频段；（2）在一定距离范围内提供比较高的数据速率；（3）性能可能受环境影响。xDSL的优点：花费少；速率高；可灵活提供多种类网络服务。

292.6

宽带接入技术-ADSL技术

什么是ADSLADSL是英文AsymmetricalDigitalSubscriberLoop（非对称数字用户环路）的英文缩写，ADSL技术是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术，它利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、下行非对称的传输速率（带宽）。P57。ADSL的非对称主要体现在上行速率（32K-最高640Kbps）和下行速率（32K-最高6.4Mdps）的非对称性上（有的资料对速率传输说法不一样）。ADSL的结构：DSL接入复用器、用户线和用户家中的设施。

302.6

宽带接入技术-ADSL技术

客户端ADSL的配置示意图（参考教材P58图2-20）

注意上图中滤波器的作用，主要为了分离语音和数据通信用。

312.6

宽带接入技术-ADSL技术

ADSL实物设备

322.6

宽带接入技术-ADSL技术

ADSL实物设备

332.6

宽带接入技术-ADSL技术