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第2章数据通信基础物理层优秀课件

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计算机网络课件第2章 物理层与数据通信基础

计算机网络课件第2章 物理层与数据通信基础

– “理想低通信道”就是信号的所有低频分 量，只要其频率不超过某个上限值，都能 够不失真地通过此信道，而频率超过该上 限值的所有高频分量都不能通过该信(带道H宽z)。
– 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W
Baud
2020/3/21
–若一个码元只携带1bit的信息量，则“ 比特/秒”和“波特”在数值上是相等的 。但若使1个码元携带nbit的信息量，1则1 M
2020/3/21
39
2.3.6 数据通信方式(4/4)
（2）同步传输
– 同步传输是以数据块为单位的数据传输。
2020/3/21
40
2020/3/21
41
2.4.1 物理层接口特性
1、机械特性
• 规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯 数及排列方式、锁定装置形式等。
2、电气特性
• 规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电路的特性， 一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、DTE-DCE接 口线的信号电平等。
• 地面微波接力通信的特点：
– 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因 此其通信信道的容量很大。
– 因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比 微波频率低得多，对微波通信的危害比对短
波和米波通信小得多，因而微波传输质量较 高。
– 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微
2020/3/21 波接力通信建设投资少，见效快。
• 双绞线的分类：
– 非屏蔽双绞线 – 屏蔽双绞线
2020/3/21
14
2.2.1 双绞线(2/2)
非屏蔽双绞线
2020/3/21
屏蔽双绞线
15
2.2.2 同轴电缆
• 同轴电缆的特点：

计算机网络基础PPT电子课件-第2章数据通信基础

计算机网络基础PPT电子课件-第2章数据通信基础
报文交换的缺点是报文传输时延较大， 且不适用于实时、连续的数据传输。
分组交换
分组交换是一种基于数据包的 通信交换方式。
在分组交换中，发送端将数据 分割成一定现动 态带宽分配，提高通信链路的 利用率。
分组交换的缺点是可能会出现 数据包丢失或乱序到达的情况 ，需要采用一定的差错控制机 制来保证数据传输的可靠性。
基带传输
在信道上直接传送数字信号的电脉冲 ，是一种最简单的传输方式。
频带传输
利用调制解调技术，将数字信号转换 为模拟信号，在模拟信道上进行传输 。
03 数据交换技术
电路交换
01
02
03
04
电路交换是一种传统的通信交 换方式，通过建立通信链路来
实现数据传输。
在电路交换中，通信链路在通 信过程中始终保持连接状态， 适用于实时、连续的数据传输
话机等。
数据通信的技术指标
传输速率
单位时间内传输的数据量，单 位是比特/秒(bps)。
带宽
数据通信系统能够传输的最高 频率与最低频率之差，单位是 赫兹(Hz)。
误码率
传输过程中发生错误的比特数 占总传输比特数的比例。
信噪比
信号功率与噪声功率之比，用 于衡量信号质量。
02 数据传输方式
串行传输和并行传
数据通信网
由传输设备、交换设备和 终端设备组成，实现数据 信息的传输、交换和终端 处理。
数据通信系统的组成
发送设备
将各种数字信号转换成 适合传输的信号，如调
制器。
传输信道
传输数据的通道，如光 纤、同轴电缆、无线信
道等。
接收设备
将接收到的信号转换成 原始的数字信号，如解
调器。
终端设备

第2章数据通信基础PPT课件

第2章数据通信基础PPT课件

2
数据通信的基本过程
▪ 5个阶段 ▪ 包含两项内容：数据传输和通信控制
过程 • 建立物理连接 • 建立逻辑连接 • 数据传输 • 断开逻辑连接 • 断开物理连接
与打电话比较 拨号，拨通对方 互相确认身份 互相通话 互相确认要结束通话 双方挂机
*注意，并不是所有的数据通信都* 需要全部5个阶段。
3
28.09.2020
• 或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于 不同方向的信号传输。
*
16
28.09.2020
单工方式： 发送器
接收器
半双工方式： 发送器/ 接收器
不可同时 可同时
发送器/ 接收器
全双工方式：
发送器/ 接收器
A站
*
28.09.2020
发送器/ 接收器
B站
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2.2.4 传输方式
▪ 基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲 信号直接在信道上传送。
• 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行 传输。
▪ 目的系统
• 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理 的信息。
• 终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。
▪ 传输系统
• 可以是简单的物理通信线路
• 也28.0可9.2以02是0 连接源系统和目的系统之* 间的复杂网络设备
• 调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位
• 解调：接收波形→数字信号
• 解码：数字信号→原始数据
*
928.09.2020 Nhomakorabea▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号

第2章数据通信基础与物理层基础

第2章数据通信基础与物理层基础

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第2章数据通信基础与物理层基础
•一、基带传输的定义
• 基带信号：在数据通信中，表示计算机二进制比 特序列的矩形脉冲信号；
• 基带传输：在数字通信信道上，直接传送基带信 号的方法；
• 基带传输是当前一种最基本的数据传输方式；
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第2章数据通信基础与物理层基础
二、信号的频谱特性
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第2章数据通信基础与物理层基础
光纤
•1.工作原理：全反射；2.分类：单模光纤、多模光纤 •3.特点：高抗干扰性，高数据传输率，低误码率，安全保密性好。
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•幅移键控法
第2章数据通信基础与物理层基础
无线介质：无线电波、微波、红外线
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第2章数据通信基础与物理层基础
按照信号传送的方向与时间的关系分： 单工、半双工与全双工通信
PPT照数据的同步方式分： 同步通信与异步通信
• 同步技术: 要求通信的收发双方在时间基 准上保持一致.
• 数据通信的同步分为: 位同步----同步通信 字符同步----异步通信
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2．奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最 大数据传输速率与信道带宽的关系。对于二进制电 平信号，若信道带宽B=3000Hz，则最大数据传输 速率为 A）300bps B）3000bps C）6000bps D） 2400bps
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第2章数据通信基础与物理层基础
2.3 传输介质 • 双绞线 • 同轴电缆 • 光纤 • 无线与卫星通信信道
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第2章数据通信基础与物理层基础
1.对于带宽为3KHz的信道,若用8种不同的物理状态 表示数据,信噪比为20分贝,问按奈奎斯特定理或香 农定理最大限制的数据传输速率是多少? 奈奎斯特定理: Rb =2H * log2 V （bps） 香农定理: Rb = H * log2（1+ S/N）（bps）

第2章数据通信基础精品PPT课件

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▪ 被传输的二进制代码称为数据（Data）。 ▪ 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。
数据通信系统基本结构
▪ 数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的一端 叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信 线路(信道)进行通信；
▪ 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信 系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。
▪ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。 信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特 数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率 超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
数据的串行传输和并行传输
8个比特同时发送
0
1
1
0
发端
0 1
0
1
需要8条线 收端
▪ 并行通信
➢ 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
010 1101001 0
信源
010 1101001 0
信源
信道 A.理想状态
信道
噪声（干扰） B.实际环境下
信宿
010 1101001 0
信宿
出错 0 101 001 011 0
模拟通信系统
▪ 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信 宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都 要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器 将信号解调出来。
信道 编码器
信道
调制器
解调器
信道 译码器
信源 译码器
信宿
噪声源
通信信道的分类
▪ 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。 传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可 以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按 不同的方法分类： ➢ 有线信道与无线信道； ➢ 模拟信道与数字信道； ➢ 专用信道和公用信道；

第2章数据通信基础与物理层-资料

第2章数据通信基础与物理层-资料

图2-5(b) 差分曼彻斯特码
曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的应用很普遍，已成为局域网的标准编码。
2019/11/21
汾阳师范信息技术系
27
2.1.6 频带传输与模拟信号编码
频带传输：代表数据的二进制 “1” 和 “0” ，通过调制解调器，变换 成 具有一定频带范围的模拟信号进行传输。 调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图2-1中给出了这几种波形传输 数据的波形的示意图）： （1）调幅（AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无载 波输出，而1对应于有载波输出。 （2）调频（FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应于频率 f1，而1对应于频率f2。 （3）调相（PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0对应于 相位0度，而1对应于180度。
2019/11/21
汾阳师范信息技术系
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2.1.2数据传输方式：并行与串行传输
串行传输
每次由源地传到目的地的数据只有一位，比并行速度 慢，发送和接收时需要串并转换设备，但是可以利用 公用电话系统，具有经济、实用的特点。能够满足长 距离的通信需要。
1位数据传输 串行设备 并行和串行转换
2019/11/21
汾阳师范信息技术系
12
2.1.2数据传输方式：并行与串行传输 并行与串行传输
2019/11/21
汾阳师范信息技术系
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2.1.3 数据传输方式：方向
串行通信的方向性结构有三种 信道的通信方式：
单工（有监视信号的反向流动） 半双工 全双工
2019/11/21
模拟数据
声音音波
二进制脉冲
模拟信号
数字数据
电话

数据通信基础与物理层.ppt


信 基
• 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)。
础 与 物
• 全双工通信（双向同时通信）：
理 层
• 通信的双方可以同时发送和接收信息。
18
一些概念（续2）
第 二
讲
• 基带信号（即基本频带信号）
数
• 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件
据
的数据信号都属于基带信号。
• 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字 16
信号时，代表不同离散数值的基本波形。
模拟信号和数字信号
t
第 二 讲
数
据
通
信
基
础
t
与 物
理
层
a) 模拟信号
b) 数字信号
17
17
一些概念（续1）
第 二
讲
• 单工通信（单向通信）：
数
据
• 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
通
• 半双工通信（双向交替通信）：
物 理
层
规程特性 • 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
4
1.2 计算机网络的性能指标
第 二
讲
•速率 •带宽 •时延
•吞吐量
数 据
•时延带宽积
通 信
基
•利用率
础 与
物
理
层
5
第
1） 带宽
二
讲
• 数字信道所能传送的“最高数据率”
数 据
• 单位：“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
通 信
间是被利用的（有数据通过）。完全空闲 通
的信道的利用率是零。
信 基

第2章数据通信基础精选版演示课件.ppt


hkui
7
4 噪声源 一个通信系统不可避免地存在噪声干扰,为了研究
问题方便,把它们等效与一个作用于信道上的噪声源。 5 数字通信与模拟通信系统
根据信号的不同，数据通信系统可以分为数字通 信系统和模拟通信系统。利用数字信号传递信息的通 信系统叫做数字通信系统，利用模拟信号传递信息的 通信系统叫做模拟通信系统。
Rmax=2B。 若B=3kHz，则Rmax=6kbit/s。 （2）香农（Shannon）定理：对于有限带宽， 有随机热噪声的信道，其最大数据速率Rmax 与信道带宽B，信噪比S/N（单位为分贝：db） 之间的关系：max=Blog2(1+S/N)。 若B=3kHz，S/N=1000db，
hkui
2
网络工程师的主要考核内容
• 基本概念的理解: • 例如:信道、信道带宽、信道容量、传输延
迟和误码率 • 几个重要公式的理解与应用 • 例如：香农定理、奈奎斯特定理、数据传
输速率与波特率
3
2.1.2 数据通信系统
信息的传递是通过通信系统来实现的，通信系统的 基本模型共有五个基本组件，即发送设备、接受设备、 发送机、信道和接收机。其中，把除去两端设备的部分 叫做信息传输系统。信息传输通信系统由三个主要部分
组成信源（发送机）、信宿（接收机）和信道。
hkui
4
噪声
信源 变换
信道
变换 信宿
图2-1 数据通信模型
hkui
5
1 信源和信宿 信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的人 或设备；信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息 的人或设备。 2 信道 信道本身也可以是模拟的或数字方式的，用以传 输模拟信号的信道叫做模拟信道，用以传输数字信号 的信道叫做数字信道。
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介质又称网线、传输线、通信信道等，其传输 能力的衡量标准是带宽(Band) 。带宽越大传输 能力越强。
金属介质
• 线缆规定: 10 base T
同轴电缆
线缆速度
介质
STP&ScTP
信号方式：
UTP
Base=Baseband（基带） Broad=broadband（宽带、实际数值）
2.3.1同轴电缆
＊尼奎斯特定理： 早在1924年，贝尔实验室的研究员亨利. 尼奎斯特（Harry Nyquist) 推导出有限带宽无噪声信道的极限波特 率为： B=2W (Baud)
数据数率R：单位时间内在信道上传送的 信息量（比特数）
码元携带的信息量 n（比特）与码元的 种类N的关系：
n log2 N
若码元取两个离散值，则一个码元携带1 比特（bit）信息，若取4个离散值则一个 码元携带2比特信息。
R B log2 N 2W log2 N(b / s)
数据通信的基础知识
数据速率 数据速率和波特率是两个不同的概念， 当码元取两个离散值时两者才相等。
香农定理 有噪声信道的极限数据数率为：
C
W
log2 (1
S N
)
香农定理
有噪声信道的极限数据数率为：
C
W
log2 (1
S N
)
W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率，
1类:只能用于话音的模拟传 输
2类:可用于数据传输,速率达 1Mbps
用于计算机局域网的数据传 输
3类：速率达10Mbps
4类：速率达20Mbps
5类：速率达100Mbps
UTP接头线序
1-3 2-6以太网数据使用 4-5电话线路使用 7-8其他用途
UTP接头线序
直连线（标准568B）：两端线序一样， 线序是： 白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕， 棕。
2.2 数据通信的基础知识
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
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
数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值
2.3.2双绞线的主要特性
屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线UTP
铜线
绝缘层 外屏蔽层
外部保护层
铜线
（a）屏蔽双绞线 绝缘层
外部保护层
（b）非屏蔽双绞线
双绞线
由按照规则螺旋结构排 列的两根绝缘线组成
双绞线即可以传输模拟 信号也可以传输数字信 号
带宽依赖于线的粗细和 传输距离
用于话音传输
S/N称为信噪比，实际中S与N的比值太大，常取为分贝，
dB
10 log10
S N
因此，数字信道的带宽为信道能够达到最大数据数率，例
如：以太网的带宽为10Mb/s或100Mb/s。
误码率：传输二进制位出现差错的概率
Pc Ne / N
Ne为出错的位数，N为传送的总位数
2.3 传输介质及其主要特性
信号
1 2
f1
f2
Hz
数字信道的带宽:
数字信道的带宽决定了信道中能不失真地传 输地脉冲序列地最高速率。
码元、码元速率（波特率）、尼奎斯特定理、 数据速率、香农定理
＊码元：一个数字脉冲；
＊码元速率：单位时间内通过信道传输的码 元个数；
B=1/T，T为信号码元宽度，单位：波特 （Baud）
数据通信的基础知识
第2章数据通信基 础物理层
本章主要内容： 2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识 2.3 传输介质及其主要特性 2.4 数据编码技术 2.5 脉冲编码调制技术(PCM) 2.6 调制解调器的基本工作原理 2.7 数据通信方式 2.8 多路复用技术 2.9 差错控制方法 2.10 数字传输系统 2.11 宽带接入技术
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。
信道带宽
模拟信道的带宽： W f2 f1
过f1的是最信高道频能率通，过均的是最由低信频道率的，物f理2是特信性道决能定通的。
例如：CATV 电缆的带宽为600MHz或 1000MHz 。
交叉线（568A）：一端为正线的线序， 另一端为： 白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，白棕， 棕。
UTP的连接
直连线： 568A-568A √568B-568B
2.1 物理层的基本概念
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接 口的一些特性，即：
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。
过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件 的出现顺序。
传输介质的主要类型
双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
介质（Media or Medium）
网络的介质是一种数据从中传输的材料，是通 信网络中发送方和接收方之间的物理通路。
常用的介质有线介质和无线介质两种：
有线介质：电话线、双绞线、同轴电缆、光导纤维等。 无线介质：卫星、微波、IR、RF、激光等。 另外，还有大气，携带waves、micorwaves微波和光。
速度10-100Mbps 费用一般 长度500M
同轴电缆
在最初的局域网中，同轴电缆被认为是唯一的 传输介质，而忽略了双绞线的日益增长。
目前有两种应用广泛的同轴电缆。
75欧姆，用于模拟传输，称为宽带电缆 (CATV系统) 50欧姆，用于传输数字信号，称为基带电缆
粗缆：10Mbps，500m，100个站点 细缆：10Mbps，185m，30个站点
是连续的。 “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离
散的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的
波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波 形。
模拟信号与数字信号波形
v(t)
t (a) v(t)
t (b)
基带(baseband)信号和 宽带(broadband)信号