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第二章物理层1

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王道计算机网络第二章物理层思维导图脑图

王道计算机网络第二章物理层思维导图脑图

通信双方可以同时发送信和接受信息，也需要两条信道 Eg：打电话
串行传输&并行传输
串行传输 并行传输
将表示一个字符的8位二进制数按由低位到高位的顺序依次发送 速度慢，费用低，适合远距离 将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送 速度快，费用高，适合近距离
同步传输
在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称 区块传输，在传送数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据
多模光纤
光纤
单模光纤
分类
1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2.抗雷电和电磁干扰性能好 3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
特点
4.体积小，重量轻
自由空间，介质可以是空气、真空、海水等
信号向所有方向传播 较强穿透能力，可传远距离，广泛用于通信领域（如手机通信）
无线电波
信号固定方向传播
基带信号与宽带信号
宽带信号
将基带信号进行调制后形成的频分复用信号，再传输到模拟信道上去传输（宽带传输）
把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中 传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）
在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，从而信号内 容不易发生变化）
再生，放大信号
对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输 入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度， 不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备
功能
集线器不能分割冲突域
集线器（多口中继器）
连在集线器上的工作主机平分带宽
物理层设备
传输介质和物理层设备

计算机网络课件第二章物理层华北电力大学科技学院

计算机网络课件第二章物理层华北电力大学科技学院
频分复用原理：在物理信道的可用带宽超过了单个原始信号所需 带宽情况下，可将物理信道的带宽分割成若干个与传输单个信号 带宽相同（或略宽）的子信道，然后在每个子信道上传输一路信
频率 号，以实现在同一信道中传输多路信号。 频率 5 频率 4 频率 3 频率 2 频率 1 时间
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 1、频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)
信道的极限信息传输速率 C 可表达为
C = W log2(1+S/N) b/s ，其中 W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率。
对香农公式的理解： 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极 限传输速率就越高。 香农公式意义：只要信息传输速率低于信道的极 限传输速率，就一定能找到某种办法来实现无差
计算机网络
张长明
hdjsjwl@ ncepubd
第 2 章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 物理层下面的传输媒体
2.4 信道复用技术
2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术
2.1 物理层的基本概念 1、物理层关注的内容是什么？
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输 媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
W (Hz)
另一种表述：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输 速率是每秒 2 个码元。
（2）理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud
W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)
不能通过
0
能通过 W (Hz)
不能通过
频率(Hz)

计算机网络课件赵青松第2章物理层分析

计算机网络课件赵青松第2章物理层分析

两个不同站的码片序列正交，就是向量
S 和T 的规格化内积(inner product)都是
0：
S • T
1 m
m i1
SiTi
0
(2-3)
码片序列的正交关系举例
令向量 S 为(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)， 向量 T 为(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)。
CDMA 的工作原理
数据码元比特
1
1
m 个码片
S 站的码片序列 S 发 送 S 站发送的信号 Sx
端 T 站发送的信号 Tx
总的发送信号 Sx + Tx
接 收
规格化内积 S Sx
端 规格化内积 S Tx
0 t
t t t t t t
2.5 数字传输系统
1. 脉码调制 PCM 体制
脉码调制 PCM 体制最初是为了 在电话局之间的中继线上传送多 路的电话(TDM)。
时分复用的缺点
用户
Aa
a
Bb b
C
cc
D
d
t 时分复用 ①
t②
ab
t③
#1
④
t
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
Aa
a
B bb
C
cc
D
d
统计时分复用 t①
t②
③ t
④ t
a bbc cd a t #1 #2 #3
3 个 STDM 帧
发送
传输 系统

第二章计算机网络物理层(1).

第二章计算机网络物理层(1).

（答案仅供参考如有不对请自己加以思考）第二章计算机网络物理层一、习题1.电路交换的优点有（）。

I 传输时延小 II 分组按序到达III 无需建立连接 IV 线路利用率高A I IIIB II IIIC I IIID II IV2 下列说法正确的是（）。

A 将模拟信号转换成数字数据称为调制。

B 将数字数据转换成模拟信号称为调解。

C 模拟数据不可以转换成数字信号。

D 以上说法均不正确。

3 脉冲编码调制（PCM）的过程是（）。

A 采样，量化，编码B 采样，编码，量化C 量化，采样，编码D 编码，量化，采样4 调制解调技术主要使用在（）通信方式中。

A 模拟信道传输数字数据B 模拟信道传输模拟数据C 数字信道传输数字数据D 数字信道传输模拟数据5 在互联网设备中，工作在物理层的互联设备是（）。

I 集线器 II 交换机 III 路由器 IV 中继器A I IIB II IVC I IVD III IV6一个传输数字信号的模拟信道的信号功率是0.26W，噪声功率是0.02W，频率范围为3.5 ～3.9MHz，该信道的最高数据传输速率是（）。

A 1Mbit/sB 2Mbit/sC 4Mbit/sD 8Mbit/s7 在采用1200bit/s同步传输时，若每帧含56bit同步信息，48bit控制位和4096bit数据位，那么传输1024b需要（）秒。

A 1B 4C 7D 148 为了是模拟信号传输的更远，可以采用的设备室（）。

A中继器 B放大器 C 交换机 D 路由器9 双绞线由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成，线对扭在一起的目的是（）。

A 减少电磁辐射干扰B 提高传输速率C 减少信号衰减 D减低成本10 英特网上的数据交换方式是（）。

A 电路交换B 报文交换C 分组交换 D异步传输11 （）被用于计算机内部的数据传输。

A 串行传输B 并行传输 C同步传输 D 异步传输12 某信道的信号传输速率为2000Baud，若想令其数据传输速率达到8kbit/s,则一个信号码元所取的有效离散值个数应为（）。

计算机网络计算题

计算机网络计算题

目录第二章物理层 (3)1.最大传输速率R-MAX计算： (3)2.比特率与波特率的计算： (3)第三/四章数据链路层和MAC层 (6)1.带位填充首尾标志法即面向二进制帧格式：例：HDLC (6)2.奇偶校验： (7)3.校验和(CheckSum) (7)4.循环冗余校验（CRC） (9)5.流量控制 (10)（1）一位滑动窗口协议（协议4）：WT=1，WR=1 (10)（2）后退n帧协议 (11)6.信道利用率： (13)7.CSMA/CD 最短帧长最短帧长和时隙长度为度 (13)8.求环比特长度，求总时间 (14)9.二进制指数后退算法 (15)10.碰撞问题： (17)第五章网络层 (19)1.IP地址分类 (19)2.路由算法 (19)最短路径算法（Dijkstra）： (19)扩散法(flooding) (19)距离矢量算法 (19)L-S（链路状态）算法 (22)2.主机的IP地址分配 (22)3.子网掩码： (22)第六章传输层 (27)1. 拥塞控制 (27)2.TCP 超时后的适应重发RTT (29)第七章应用层 (31)1. DNS（DNS：Domain Name System域名系统） (31)2.E-mail系统的组成 (33)3. 简单邮件传输协议SMTP (33)4. POP3 (34)第二章物理层1.最大传输速率R-MAX计算：无噪声信道：R-MAX=2Blog2V（B带宽，V信号离散等级）有噪声信道：香农公式：R-max=Blog2(1+s/n)噪声=10log10S/N噪声为30dB,S/N=10002.比特率与波特率的计算：比特率=波特率*log2V注意单位：B(Byest)字节=8bit(比特)1KB=1024B 1Kbit=1000bit1MB=1024KB 1Mbit=1000Kbit 注意时间单位换算：1s=1000ms 1ms=1000us 1us=1000ns例题：1）在一条无噪声的信道上，如果带宽是4MHz，信号分成32个等级，那么，信道的最大比特率(即数据传输率)为_____bps，对应波特率为_____波特，发送一个20KB的文件最短需要的时间是_____。

2-1 物理层基本概念和传输媒体

2-1 物理层基本概念和传输媒体

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物理层的传输媒体（1）
v交叉方式：联线一边是568A标准，另一边568B 标准 v适用场合：两主机或交换机直接相连
EIA/TIA568A连接标准
工作站 工作站
针号： 1 一端：白绿 另端：白橙
2 绿 橙
3 白橙 白绿
4 蓝 蓝
5 6 白蓝 橙 白蓝 绿
7 白棕 白棕
8 棕 棕
(b)采用EIA/TIA568A连接标准交叉方式
功能特性
过程特性
物理层的基本概念
【物理层标准举例—EIA-232接口标准】
r1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年提 出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出 RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。RS—推荐标 准，232—标识号码，E—标准已被修改过的次数。
DCE-A
EIA-232/V.24 接口
调制解调器
网络 串行比特传输
调制解调器
EIA-232/V.24 接口
rDCE将DTE传过来的数据按比特顺序逐个发往传输线路， 或从传输线路收下串行的比特流交给DTE。 r为了减轻数据处理设备用户的负担，必须对DCE与DTE 的接口进行标准化。这种接口标准就是物理层协议。
注意：有些网卡或交换机能自适应直通和交叉方式
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物理层的传输媒体（1）
物理层的传输媒体（1）
屏蔽双绞线：内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜
线，外层由铝箔包着。
rSTP在抗干扰方面优于UTP，但相对要贵一些。 r屏蔽双绞线除了用于IBM网络产品安装，并未普遍
流行起来。
物理层的传输媒体（2）
【同轴电缆】 【结构】：
物理层的传输媒体（3）

2计算机物理层

2计算机物理层

示例
2.2.4 信道的极限信息传输速率
n 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的 极限、无差错的信息传输速率。
n 信道的极限信息传输速率 C 可表达为
n
C = W log2(1+S/N) b/s
n W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； n S 为信道内所传信号的平均功率； n N 为信道内部的高斯噪声功率。
n 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则 “比特/秒”和“波特”在数值上相等。
n 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传 输速率为 M n b/s。
示例
n 如果有一个带宽为3KHz的理想低通信道 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud 3KHz理想低通信道的最高码元传输速率 = 2(3K) bps = 6K bps = 6K b/s
输出信号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
传输速率
示例
奈氏(Nyquist)准则
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
能通过
0
W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
n 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 2 个码元。
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
n 数据(data)——运送信息的实体。 n 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 n “模拟的”(analogous)——连续变化的。 n “数字的”(digital)——取值是离散数值。 n 调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。 n 解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。

第2章物理层

第2章物理层

第2章物理层在第l章中已经简单地提到了物理层的主要功能。

本章将主要介绍物理层的基本概念、常用的物理层标淮、有关信道极限容量的重要概念，并给出与数据传输速率有关的两个著名公式，着重讨论各种传输媒体的主要特点，以及模拟传输和数字传输的一些常用技术。

2．1 物理层的基本概念首先应当强调指出是，物理层并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，而主要考虑的是：设备（包括：计算机、集线器、交换机、路由器等）间如何接口；怎样在连接各种设备的传输媒体上透明地传输数据的比特流。

大家知道，现有的计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同的方式。

物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使其上面的数据链路层感觉不到这些差异。

这样就可以使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

考虑到读者所学知识结构的差异，下面首先简单地介绍一下有关现代通信的一些最基本的知识和最重要的结论(但不给出证明)。

1．信道所谓信道就是传输信息的通道。

信道和电路并不等同（包括无线电路）要进行计算机之间的通信当然要有传输电磁波信号的电路。

信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

因此，一条通信电路至少包含一条发送信道和(或)一条接收信道。

一个信道可以看成是一条电路的逻辑部件。

如果我们把电路看成城市的马路，那么我们就可以把信道看成马路中的车道。

信道可分成模拟信道和数字信道两大类。

传输模拟信号的信道叫做模拟信道，传输数字信号的信道叫做数字信道。

模拟信号，即连续的信号，如话音信号和目前的广播电视信号；数字信号，即离散的信号，如计算机通信所用的二进制代码“1”和“0”组成的信号。

数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数变换后也可以在数字信道上传送。

信道上传送的信号还有基带(based band)信号和宽带(broadband)信号之分。

简单说来，所谓基带信号就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。

计算机网络教学课件-ch2 物理层-1

计算机网络教学课件-ch2 物理层-1

事件
事件 S decides to send pkt to D S starts sending pkt S finishes transmitting pkt to D
D begins to recv pkt
D recvs entire pkt and delivers to application
信息(Information)
是数据的内容或解释
信号(Signal)
是数据的电磁或电子编码
传输(Transmission)
指信号的传递
8
信息通过数据通信系统的传输过程
把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
频基带带/宽传带输传输
使数字数据能在数字信道上传输 把数字数据转换成某种数字脉冲信号
常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码
不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）
二进制数字0、1分别用两种电平来表示；
常用－5V表示1，＋5V表示0；
缺点：
存在直流分量，传输中不能有变压器或电容； 不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。
外界：闪电、串扰、电气设备
内部：介质特性（衰减、延迟－与频率有关）
6
2.1 数据通信基础
模拟信号
时间上连续，包含无 穷多个信号值
数字信号
时间上离散，仅包含 有限数目的信号值。 最常见的是二值信号
t a） 模拟信号
t b） 数字信号
7
2.1 数据通信基础
数据(Data)
传递（携带）信息的实体
波分复用WDM （Wave Division Multiplexing）
按波长划分不同的信道，用于光纤传输

第2章物理层(1)

第2章物理层(1)
ISO2110。25针接插件。
15
（2） 电气规范说明：采用非平衡型的电气特性。相对公用 接地而言，-3伏以下的电压解释为二进制“1”，+3伏以上的电 压解释为二进制“0”。即采用负逻辑。其传输速率不能超过 20Kb/s,电缆长度最长不能超过15米。（和CCITTV.28建议相兼 容）
1 8
RJ-45 连接器
线对 T 代表发送 针 R 代表接收
1 线对2 T2 2 线对2 R2 3 线对3 T3 4 线对1 R1 5 线对1 T1 6 线对3 R3 7 线对4 T4 8 线对4 R4
© 1999, Cisco Systems, Inc.

ICND—3-8
(1)UTP实现直连线
指明需要使用交叉线或直连线
100 Mbps 5类交叉线
10 Mbps 3, 4, 5类直连线
© 1999, Cisco Systems, Inc.
100 Mbps 5类直连线
10 Mbps 3, 4, 5类交叉线 10 Mbps
3, 4, 5类直连线

ICND—3-13
3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接 口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用 两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信 号减至最小。这种方式的信号速率<=10Mbps，传输距 离为10m（10Mbps时）-1000m(<=100kbps时）。 CCITT V.11/X.27建议采用这种电气连接方式，EAI RS423标准与之兼容。
4
机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何 尺寸、插针或插空芯数及其排列方式、锁定装置的形 式。
5
电气特性的规定包括接收器和发送器电路特性的 说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数 据率的说明、以及与互联电缆相关的规则。

计算机网络-第2章 物理层(1)

计算机网络-第2章 物理层(1)
是“直接控制信号状态”的传输方式，例如：以太网
• 频带传输： 将基带信号调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调
是“控制载波信号状态”的传输方式，例如：通过电话模拟 信道传输
• 宽带信号：
是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号
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8
通信系统有关的基本概念
4. 信道的传输模式(通信方式) 通信双方的信息交互方式，按数据流动的方向有三种基本方
第二章 物理层
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1
§ 2.1 物理层的基本概念
1. 问题的提出：如何在连接各种计算机的传输媒体上透明 地传输比特流。（向上屏蔽掉媒体的差异）
2. 用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。 3. 物理层的主要任务可描述为确定与传输媒体的接口的一
些特性，即： （1）机械特性：连接器形状，排列，尺寸等。 （2）电气特性：电压的范围。 （3）功能特性：电压的意义。 （4）规程特性：事件顺序。
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2
多车道公路是并行传输
通信线路上通常都是串行传输
……100101110100100111010001011010
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3
§2.2 数据通信的基础知识
一、 数据通信系统的模型
一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统(或发送 端)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端)。
(注意:逻辑概念,与线路的区别)
不同类型的数据和信号在不同类型的信道上传输有4种组合。 数据：模拟数据、数字数据
信号：模拟信号、数字信号
信道：模拟信道、数字信道
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7
通信系统有关的基本概念
3. 数字信号的传输方式

第2章物理层-资料

第2章物理层-资料

模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
放大器 调制器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
2.2.2 有关信道的几个基本概念
单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有 反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送 信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发 送和接收信息。 基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来 表示，然后送到线路上去传输。 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。
机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线 数目和排列、固定和锁定装置等等。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的 范围。 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示 何种意义。 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现 顺序。
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的最高码元传输速率 2.2.4 信道的极限信息传输速率
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
什么是近端串扰
当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干 扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就 是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180度的原因 而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越 能支持较高的数据传输速率。
2.2.4 信道的极限信息传输速率
香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高 斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
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2、同轴电缆（2）
连接方式
一般采用多点连接方式。
传输数字信号时， 顶端要加A/D转 换器。*
A. 发送与接收采用不同频道 B. 发送与接收采用不同电缆
3、光纤（1）
不受电磁干扰。 光纤数字通信要通过光收发器 组网方式 点到点：四根线（两根用于保护倒换） 环：两根线（一根用于保护倒换） 光纤集线器

双绞线对对应RJ45 pin：（1，2）（3， 6）（4，5）（7，8）
两端一致

2、同轴电缆（2）
A 基带传输* B 模拟传输
2、同轴电缆（1）
其结构是一个空心外部导体围裹着一个内部导体。 同轴电缆按阻抗可分为： 75同轴电缆：即CATV电缆。宽带宽 （300~400MHz），适于传输模拟信号，传输距离 可达几十公里。 （通常传递视频信号时6Mhz/频道）* 50同轴电缆：仅用户传输数字信号，传输距离可 达几公里，又可分为：细缆（10Base2）和粗缆 (10Base5）。
香农定理
香农的主要结论是： 带宽为 H 赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最 大数据传输率为 最大数据传输率Rb = Hlog2(1 + S/N) (bps)
2.2 传输介质
一、传输介质的分类
磁介质 A. 50cm X 50 cm X 50cm B.1000盘 C. 7GB/盒 D. 带宽Bandwidth=7GB X 1000/ (24X3600) =7X8Gb X 1000/(24X3600） =674Mb/s F. 大于 ATM（622Mb/s）
微波传输*
红外线和毫米波*
三、 无线介质（续1）
卫星通信——微波通讯的特例 地球同步卫星 低轨 卫星
移动无线通信 CDMA GPRS 小灵通 大龄童
三、 无线介质（续2）
移动通信的基本原理： 频分 通过不同的带宽区分不同的区域 通过相同的带宽在不同的地域复 用 通过不同的带宽区分上行与下行 （发送与接收） 通过不同的带宽区分用户 码分 频率相同 通过码分来区别你我


一个T 为3进制，0，1，2（通过信号幅度）* 发送3个T，其中的16个组合作为4B的数据位

8B6T
双绞线（4）

3类线如何实现100mb/s的传输速率


协议：100base T4 采用3对作为数据传输，一对保留为8B6T 每对上的数据为0，1，2 3对上的组合为27种 取其中的16种作为0——9，A——F 25mb/s的传输速率 等效100mb/s
双绞线（5输速率


协议：100base Tx 采用2对双绞线，1发，1收 4B5B 编码 32个组合里，取其中的16种作为0——9，A—F 125mb/s的传输速率 等效100mb/s
双绞线（6）

双绞线的接法 确定一个RJ45的方向，选出pin1
3、光纤（2）(续2)

光纤波段——波段的范围特性


c= 入 x f f=c/入 df/d入=-c/入2 df=-(c x d入)/入2 ‫ ׀‬df ‫( = ׀‬c x d入)/入2 （光波没有正负） Δf = (c x Δ入)/入2 （把微分的微分小变为实用的范 围——波段——光的带宽） 例如，当入= 1.30um， Δ入=0.17um 时，光在此波段 的带宽Δf 就为30Thz.*
2.2 传输介质
有线介质 如：同轴电缆、双绞线、光纤等。 特点：需布线，抗干扰性好

通过空间进行各种形式的传播，如：微波、 红外线、卫星等。 特点：无需布线，抗干扰性差
1、 双绞线 （2）
双绞线（3）


分3类，5类，6类 编码方法

4B5B（含光纤）：发送5个比特，4个作为数据 8B10B：发送10比特，8个作为数据位 4B3T：
第二章 物理层

主要内容



数据通信的理论基础 传输介质 数据通信技术 交换技术
几个概念的补充



带宽：衡量线路通信能力的量度 宽带，窄带：宽带与窄带是通信领域里不同 的两种业务 线路：传输信号的介质，分为有线和无线 信道：



传送特定信息的渠道 一条线路可以有多个信道 多条线路可以对应一条信道
N=i2 + ij + j2
其中：N为小区的数目 i为沿六边形垂直方向延伸的小区数目 j为向右旋转60度的小区数目 注：ij 互换，则旋转方向互换
2.1 数据通信的理论基础
一、傅立叶分析 1. 法国数学家傅立叶证明，任何周期为T的 单值函数g(t)，都可以由无限个正弦和余 弦函数之和： g(t) =
an sin( 2nft ) bn cos(2nft ) C/2+ +
n 1 n 1
an, bn 为n次谐波项的正弦和余弦振幅值
bn =
2 T g (t ) cos(2nft )dt T 0
傅立叶分析 (3)
二、有限带宽信号 (Bandwidth Limited Signals) A .衡量线路能力的量度为带宽
B. 由于有线路的阻滞和干扰，任何一条通信线路都是 一个低通滤波器。只能允许有限个正弦和有限个余弦 通过，从而造成发送端与接收端信号的不一致。
三、信道的最大数据传输速率
A.尼奎斯特（H. Nyquist）定理： 无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式： 最大数据传输率Rb = 2Hlog2V (bps) Ｈ为信道的有效带宽，V为信号电平的分级。 B.香农（C. Shannon）定理 有噪音的数据传输率公式： 信噪比通常用分贝来表示。 分贝（db）：10log10S/N Ｓ：信号功率， Ｎ：噪声功率
傅立叶分析 (2)
已知 g(t)，求c, an, bn 1) 将等式两边从０到Ｔ积分可得c c= 2) 用sin(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分*，可得an an = 3) 用cos(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，可得bn
2 T g (t ) sin( 2nft )dt T 0 2 T g (t )dt T 0
光纤传送模式：MMF、SMF
芯/封套特性 输入电信号 h2 h1 输出电信号
波长 : 850,1300 多束光线以不同的反射角传播 nm
h2 h1 光纤的直径减小 到一个光波波长
多模 MMF
单模 SMF
单束光线沿直线传播
波长: 1300,1550 nm
三、 无线介质
电磁频谱(自学)
无线电传输 长波 短波

3、光纤（2）(续1)

光波传递的衰减性* * 常用的三个波长窗口（光纤波段）



0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离 受限制，但价格便宜； 1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功 率放大情况下，最大传40km（最坏情况）； 1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下， 最大传80km（最坏情况）

3、光纤（2）
目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光 纤传输已经实用； 光纤分类：单模光纤和多模光纤 模式（mode）：是一个与很多参数有关的量， 可以简单地理解为偏振方向，单模光纤可以传 输多种波长，但每个波长只能有一种模式。
三、 无线介质（续3） 蜂窝组网结构
G F G F B A E B A E C D G F C D G F B A E G B A E C D G F C
F
B
D
G F B A E
B A E C D
C D
A
E C D
三、 无线介质（续3）



不同的区群可以有 相同的带宽 相邻小区不能使用相同 的带宽 蜂窝通信不是一窝蜂通信 有章可循的规则：