第2章物理層技術(shù)ppt課件

1、平頂山教育學(xué)院平頂山教育學(xué)院第二章第二章 物理層技術(shù)物理層技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)把握物理層的涉及范圍和意義把握物理層的涉及范圍和意義1知道何為機(jī)械特性，并能舉例說明知道何為機(jī)械特性，并能舉例說明2知道何為電氣特性和功能特性，并能舉例說明知道何為電氣特性和功能特性，并能舉例說明3知道何為規(guī)程特性，并能說出相關(guān)技術(shù)知道何為規(guī)程特性，并能說出相關(guān)技術(shù)4本章內(nèi)容本章內(nèi)容機(jī)械特性機(jī)械特性1電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性2規(guī)程特性規(guī)程特性3機(jī)械特性機(jī)械特性關(guān)于機(jī)械特性傳輸媒體接口標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械特性機(jī)械特性v 關(guān)于機(jī)械特性：關(guān)于機(jī)械特性：v 物理層的機(jī)械特性基本就是這些傳輸線路的接頭和對應(yīng)設(shè)備端接物理層的機(jī)

2、械特性基本就是這些傳輸線路的接頭和對應(yīng)設(shè)備端接口的標(biāo)準(zhǔn)?？诘臉?biāo)準(zhǔn)。v 這里提到的設(shè)備端可以是主機(jī)、交換機(jī)或路由器，還可以是其他這里提到的設(shè)備端可以是主機(jī)、交換機(jī)或路由器，還可以是其他像像Modem等連接設(shè)備。等連接設(shè)備。v 而接口和接頭的標(biāo)準(zhǔn)主要涉及它們的形狀、引線數(shù)目和排列次序而接口和接頭的標(biāo)準(zhǔn)主要涉及它們的形狀、引線數(shù)目和排列次序等等。等等。v 這些機(jī)械特性，顯然是對相應(yīng)線路和設(shè)備生產(chǎn)廠商的一種規(guī)定這些機(jī)械特性，顯然是對相應(yīng)線路和設(shè)備生產(chǎn)廠商的一種規(guī)定必須如此生產(chǎn)），因此，其實(shí)就是一種協(xié)議，機(jī)械特性就是物必須如此生產(chǎn)），因此，其實(shí)就是一種協(xié)議，機(jī)械特性就是物理層協(xié)議的一個方面。理層協(xié)議的一

3、個方面。v 需要再強(qiáng)調(diào)的是，我們所說的物理層技術(shù)跟物理媒體是兩個不同需要再強(qiáng)調(diào)的是，我們所說的物理層技術(shù)跟物理媒體是兩個不同的概念，物理媒體是具體的線路，而這些線路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和特性的概念，物理媒體是具體的線路，而這些線路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和特性才是物理層技術(shù)。才是物理層技術(shù)。 機(jī)械特性機(jī)械特性v同軸電纜：同軸電纜：v 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的基帶同軸電纜又分為粗同軸電纜計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的基帶同軸電纜又分為粗同軸電纜和細(xì)同軸電纜。和細(xì)同軸電纜。粗同軸電纜RG-11）細(xì)同軸電纜RG-58）BNC接頭同軸電纜結(jié)構(gòu)機(jī)械特性機(jī)械特性v細(xì)同軸電纜：細(xì)同軸電纜：v細(xì)同軸電纜間的連接，有桶型連接器和細(xì)同軸電纜間的連接，有桶型連接器

4、和T型連接器，都型連接器，都是是BNC標(biāo)準(zhǔn)。桶型連接器連接兩根細(xì)纜；標(biāo)準(zhǔn)。桶型連接器連接兩根細(xì)纜；T型連接器因型連接器因?yàn)橛腥齻€接口，在連接兩根細(xì)纜的同時還能連主機(jī)。如為有三個接口，在連接兩根細(xì)纜的同時還能連主機(jī)。如圖圖 。細(xì)同軸電纜連接機(jī)械特性機(jī)械特性v 細(xì)同軸電纜：細(xì)同軸電纜：v 按照標(biāo)準(zhǔn)，在細(xì)纜局域網(wǎng)的兩個末端，還需要各接上一個終端電按照標(biāo)準(zhǔn)，在細(xì)纜局域網(wǎng)的兩個末端，還需要各接上一個終端電阻器或稱為匹配電阻），用于防止電信號在末端反射回去而干阻器或稱為匹配電阻），用于防止電信號在末端反射回去而干擾新的信號。如圖擾新的信號。如圖 。終端電阻器機(jī)械特性機(jī)械特性v 粗同軸電纜：粗同軸電纜：v

5、粗同軸電纜連接的局域網(wǎng)絡(luò)，一個網(wǎng)絡(luò)使用一條完整的粗纜。粗同軸電纜連接的局域網(wǎng)絡(luò)，一個網(wǎng)絡(luò)使用一條完整的粗纜。v 在需要連接主機(jī)的線纜位置接上一個收發(fā)器有相應(yīng)部件會穿過在需要連接主機(jī)的線纜位置接上一個收發(fā)器有相應(yīng)部件會穿過粗纜外層與內(nèi)部導(dǎo)線相連），收發(fā)器再通過收發(fā)器電纜和主機(jī)相粗纜外層與內(nèi)部導(dǎo)線相連），收發(fā)器再通過收發(fā)器電纜和主機(jī)相連。連。v 收發(fā)器和主機(jī)連收發(fā)器電纜的接口是收發(fā)器和主機(jī)連收發(fā)器電纜的接口是AUI標(biāo)準(zhǔn)，收發(fā)器電纜也稱標(biāo)準(zhǔn)，收發(fā)器電纜也稱為為AUI電纜。電纜。 AUI接口機(jī)械特性機(jī)械特性v 雙絞線：v 雙絞線依然是當(dāng)今局域網(wǎng)絡(luò)的主流線路，由塑料保護(hù)套和里面的八根導(dǎo)線組成，因?yàn)槊績筛?/p>

6、導(dǎo)線相互纏繞在一起，故名雙絞線。v 一般將相互纏繞的兩根導(dǎo)線稱為一對雙絞線，而把包上塑料保護(hù)套的四對雙絞線稱為一條雙絞線纜，圖所示即為一條雙絞線纜，但在不會引起誤解的情況下，往往也將雙絞線纜直接簡稱為雙絞線。v 雙絞線纜中的八根導(dǎo)線按照顏色相互纏對如下：白橙和橙一對；白藍(lán)和藍(lán)一對；白綠和綠一對；白棕和棕一對。雙絞線結(jié)構(gòu)機(jī)械特性機(jī)械特性v 雙絞線：雙絞線：v 雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線UTP，Unshielded Twisted Pair和屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線STP，Shielded Twisted Pair兩大類。兩大類。 v 屏蔽雙絞線根據(jù)屏蔽方式又可以分為兩類：

7、一類是每對導(dǎo)線都有屏蔽雙絞線根據(jù)屏蔽方式又可以分為兩類：一類是每對導(dǎo)線都有各自屏蔽層的屏蔽雙絞線，即各自屏蔽層的屏蔽雙絞線，即STPShielded Twisted Pair）；另一類是四對雙絞線被整體屏蔽的屏蔽雙絞線，即）；另一類是四對雙絞線被整體屏蔽的屏蔽雙絞線，即FTPFoil Twisted Pair）。）。v 根據(jù)傳輸速度，雙絞線又可以分為三類、四類、五類、超五類、根據(jù)傳輸速度，雙絞線又可以分為三類、四類、五類、超五類、六類、七類等雙絞線，傳輸性能依次遞增，如今，超五類和六類六類、七類等雙絞線，傳輸性能依次遞增，如今，超五類和六類是主流。是主流。 非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線 機(jī)械特性機(jī)

8、械特性v RJ-45標(biāo)準(zhǔn)：v 網(wǎng)卡接口就是RJ-45接口，對應(yīng)的線纜的接頭就是RJ-45接頭俗稱水晶頭）。 v 插入RJ-45接頭的4對雙絞線8根線的排列次序是有規(guī)定的。有兩種排列方式，即TIA/EIA568A和TIA/EIA568B可簡稱T568A和T568B）。v TIA/EIA568A：白綠、綠、白橙、藍(lán)、白藍(lán)、橙、白棕、棕。 v TIA/EIA568B：白橙、橙、白綠、藍(lán)、白藍(lán)、綠、白棕、棕。v 一條雙絞線纜的兩端線序排列都按照T568B的順序，這樣的雙絞線纜稱為直通線或正線。v 如果雙絞線纜一端采用T568A順序，而另一端采用T568B，那么這樣的雙絞線纜就稱為交叉線或反線。至于用直

9、通線還是交叉線需看具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而定。 機(jī)械特性機(jī)械特性v光纖：v光纖也是常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，信號是光信號，傳輸速度比同軸電纜和雙絞線等電纜要快，多用在局域網(wǎng)主干網(wǎng)上。v光纖通信中，在發(fā)送端需要提供光源作為信號載體，可以采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器提供光源。 v光波以一定的入射角進(jìn)入纖芯，向前傳播時，在纖芯與包層的接觸面上不斷產(chǎn)生全反射，這樣，光波在不補(bǔ)充能量的情況下可以傳輸較遠(yuǎn)距離。 光纖傳輸機(jī)械特性機(jī)械特性v光纖：v光纖其實(shí)還分為多模光纖和單模光纖。v多模光纖，因?yàn)槔w芯直徑要遠(yuǎn)大于光波波長，所以光波在纖芯中是以全反射地形式向前傳播的。v對于單模光纖，因?yàn)槔w芯直徑和光波波長相差不大，所以，光波

10、不會再以全反射形式傳播，而是在纖芯內(nèi)直線傳播。 多模光纖單模光纖 機(jī)械特性機(jī)械特性v光纖：v光纖玻璃絲極細(xì)且較脆，需要包裹加強(qiáng)件才能使用。v一根光纖只能沿一個方向傳輸信號，這樣雙方通信至少需要兩根光纖，一根發(fā)送，一根接收。v在實(shí)際應(yīng)用中，一般將多根光纖用加強(qiáng)件捆在一起做成光纜使用。光纜機(jī)械特性機(jī)械特性v光纖：v在光纜跟主機(jī)或通信設(shè)備的連接端，除了用焊接技術(shù)之外，每根光纖需要一個接頭和設(shè)備連接，這里的接頭又稱為光纖連接器，類似雙絞線的RJ-45接頭的作用。 機(jī)械特性機(jī)械特性v非導(dǎo)向傳輸媒體：v前面介紹的同軸電纜、雙絞線和光纖都是屬于導(dǎo)向傳輸媒體，即通常說的有線線路。v相應(yīng)的，我們將無線線路稱為非

11、導(dǎo)向傳輸媒體。各種無線傳輸技術(shù)使用的電磁波頻譜主要包括無線電、微波、衛(wèi)星微波、紅外線等。v嚴(yán)格地講，非導(dǎo)向傳輸媒體幾乎不涉及前面所謂的機(jī)械特性，因?yàn)闊o線傳輸?shù)慕橘|(zhì)是沒有具體形狀的自由空間，跟前面介紹的同軸電纜、雙絞線和光纖這些有具體形狀的導(dǎo)向媒體不一樣，所以，無線線路沒有類似有線線路那樣的接頭標(biāo)準(zhǔn)，除了主機(jī)或通信設(shè)備的無線信號收發(fā)端不成標(biāo)準(zhǔn)的物理形狀外，幾乎沒有可算標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械特性。 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v關(guān)于電器特性和功能特性：v接口引腳提供的電壓范圍和接口采用的信號類型可歸屬于物理層的電氣特性。v網(wǎng)絡(luò)接口的引腳功能和信號的編碼方式，就屬于物理層的功能特性。電氣特性和功能特性電

12、氣特性和功能特性v模擬信號和數(shù)字信號 ：v信號，就是通信線路上的電磁波當(dāng)然由發(fā)送端產(chǎn)生的），是具體的物理狀態(tài)。v數(shù)據(jù)，就是信號所表示的內(nèi)容，是邏輯意義，相同的信號可能表示不一樣的內(nèi)容，比如：同樣一個電平信號“”，有的表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”，有的可能表示二進(jìn)制“0”。v信息，一般可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)所表達(dá)的涵義，同樣的數(shù)據(jù)串也可能表達(dá)不一樣的內(nèi)涵，比如：二進(jìn)制數(shù)據(jù)串“01000001可能代表一個十進(jìn)制整數(shù)“65”，也可能表示大寫英文字符“A”。電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v模擬信號和數(shù)字信號 ：v信號，就是通信線路上的電磁波當(dāng)然由發(fā)送端產(chǎn)生的），是具體的物理狀態(tài)。v數(shù)據(jù)，就是信號所表示的內(nèi)容，是

13、邏輯意義，相同的信號可能表示不一樣的內(nèi)容，比如：同樣一個電平信號“”，有的表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”，有的可能表示二進(jìn)制“0”。v信息，一般可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)所表達(dá)的涵義，同樣的數(shù)據(jù)串也可能表達(dá)不一樣的內(nèi)涵，比如：二進(jìn)制數(shù)據(jù)串“01000001可能代表一個十進(jìn)制整數(shù)“65”，也可能表示大寫英文字符“A”。v模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換或A/D轉(zhuǎn)換。電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制：v數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換或D/A轉(zhuǎn)換，一般也稱為調(diào)制。v將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號有三種基本方法。v幅移鍵控ASKAmplitude Shift Keying）。v頻移鍵

14、控FSKFrequency Shift Keying）。v相移鍵控PSKPhase Shift Keying）。v其中相移鍵控又可分為絕對相移鍵控和相對相移鍵控。電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制：電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制：v在前面的調(diào)制中，不管哪種調(diào)制，都只有兩種狀態(tài)，如：幅移鍵控，只需“無振幅和“有振幅兩種狀態(tài)；頻移鍵控，只需“初始頻率和“兩倍初始頻率兩種狀態(tài)；相移鍵控同樣只有兩個相位狀態(tài)。v只有兩個狀態(tài)，所以載波的每一個狀態(tài)就只能表示一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。v想讓載波的每個狀態(tài)攜帶多位二進(jìn)制位數(shù)據(jù)，那么可以采用多幅幅移鍵控、多頻頻移鍵控或多

15、相相移鍵控，可以統(tǒng)稱為多級調(diào)制。 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制：v以多相相移鍵控為例，如果能提供4個相位，而不是像上面的只有兩個相位，那么載波的每個相位狀態(tài)可以表示兩位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可按如下圖的方式調(diào)制。多相相移鍵控示例 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制：v為了有更高的數(shù)據(jù)傳輸率，還有更為復(fù)雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法，如正交調(diào)制QAMQuadrature Amplitude Modulation）。下圖是兩種正交調(diào)制的例子，分別是8-QAM和16-QAM。正交調(diào)制示例 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v調(diào)制解調(diào)器：v前面已指出，計算機(jī)

16、之間利用電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時，要涉及到信號類型的轉(zhuǎn)換。v當(dāng)主機(jī)將由數(shù)字信號表示的數(shù)據(jù)發(fā)送到電話網(wǎng)絡(luò)上之前，需要先把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在電話網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)哪M信號，即為調(diào)制。v從電話網(wǎng)絡(luò)上傳給主機(jī)的數(shù)據(jù)是用模擬信號表示的，在交給主機(jī)之前也得將模擬信號轉(zhuǎn)換成主機(jī)能識別的數(shù)字信號，這個過程也稱為解調(diào)。v在通信主機(jī)和電話網(wǎng)絡(luò)之間需要一個既能調(diào)制又能解調(diào)的設(shè)備，這個設(shè)備就是調(diào)制解調(diào)器Modem俗稱“貓”）。 調(diào)制解調(diào)器電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v 數(shù)字信號編碼：v 假設(shè)，現(xiàn)在需要發(fā)送一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)“01101100”，采用數(shù)字信號表達(dá)和傳輸，看下面的圖示。v 碼元：一個具有獨(dú)立意義的數(shù)字信號單位。如

17、上面兩種編碼傳輸方式中的任何一個電平就是一個碼元。v 上面第一種編碼方式只提供兩種電平，所以只有兩種碼元，這樣，一個碼元只能表示一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，我們可將這種編碼方式稱為二元制編碼。v 上面第二種顯然是四元制編碼。電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字信號編碼：v這里對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼有點(diǎn)類似上一節(jié)介紹的對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制。這里的“獨(dú)立意義的數(shù)字信號單位相當(dāng)于前面“模擬載波的狀態(tài)”，其實(shí)前面的模擬載波的一個狀態(tài)也可以稱為一個碼元，兩者的不同在于一個是數(shù)字信號而另一個則是模擬信號。 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字信號編碼：v信道：是按照某種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號的通道。v數(shù)據(jù)傳輸

18、率，即信道上單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)量，單位是bps或b/s，讀作“位每秒或“比特每秒”。數(shù)據(jù)傳輸率一般簡稱為數(shù)據(jù)率，或稱為比特率。v1Tbps=1000Gbps=106Mbps=109kbps=1012bpsv波特率：信道上單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元個數(shù)。單位是波特Baud），即1波特就是每秒傳輸1個碼元。v碼元信息量：即一個碼元所代表的比特數(shù)二進(jìn)制位數(shù)）。v比特率=波特率碼元信息量v計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中，人們很多時候更喜歡將比特率稱為帶寬，所以，帶寬經(jīng)常成為比特率的同義詞。 電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v數(shù)字信號編碼：電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v信道數(shù)據(jù)率計算：v模擬傳輸：設(shè)模擬

19、載波的頻率是f ，而每個碼元占k個載波周期的時間長度載波周期是載波頻率的倒數(shù)），那么波特率就是f/k 。若碼元信息量是n ，那么數(shù)據(jù)率v可計算如下：vV =(fk)n，（k 1）電氣特性和功能特性電氣特性和功能特性v信道數(shù)據(jù)率計算：v數(shù)字傳輸：設(shè)發(fā)送方波時鐘頻率是f ，而每個碼元占k個時鐘周期的時間長度時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)），那么波特率就是f /k 。若碼元信息量是n ，那么數(shù)據(jù)率v可計算如下：vV =(fk)n，（k 1）規(guī)程特性規(guī)程特性v關(guān)于規(guī)程特性：v規(guī)程特性：主要規(guī)定單段鏈路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?、過程或步驟，常常涉及不同功能的各種動作或事件出現(xiàn)的先后順序。v規(guī)程特性可以包括下面三方面的

20、技術(shù)這是個人建議性的技術(shù)歸類）：v數(shù)據(jù)傳輸方式v同步技術(shù)v復(fù)用技術(shù)規(guī)程特性規(guī)程特性v數(shù)據(jù)傳輸方式：v并行傳輸和串行傳輸。規(guī)程特性規(guī)程特性v數(shù)據(jù)傳輸方式：v通信交互方式：單工、半雙工和全雙工。規(guī)程特性規(guī)程特性v同步技術(shù)：v同步：是指通信的發(fā)送方的發(fā)送速率或發(fā)送進(jìn)度跟通信的接收方的接收速率或接收進(jìn)度相一致或相匹配的狀態(tài)。即通信雙方收發(fā)步調(diào)相一致。 通信雙方收發(fā)不同步的例子規(guī)程特性規(guī)程特性v同步技術(shù)：v同步傳輸。規(guī)程特性規(guī)程特性v同步技術(shù)：v異步傳輸。規(guī)程特性規(guī)程特性v同步技術(shù)：v異步傳輸。規(guī)程特性規(guī)程特性v復(fù)用技術(shù)：v基帶信號：發(fā)送端發(fā)送的未經(jīng)調(diào)制的原始方波信號。基帶就是原始信號的固有頻帶。 v基帶傳輸：在信道上以基帶信號通信的方式。v信道復(fù)用：為了更好地利用信道資源，特別是那些網(wǎng)絡(luò)主干道上的信道，必須能讓來自多個發(fā)送方的信號都能在該信道上傳輸。 v常用復(fù)用技術(shù)有：頻分復(fù)用、時分復(fù)用和波分復(fù)用。其中時分復(fù)用又可分為同步時分復(fù)用和異步時分復(fù)用。規(guī)程特性規(guī)程特性v復(fù)用技術(shù)：頻分復(fù)用FDMv頻帶傳輸 ：將數(shù)字基帶信號調(diào)制到高頻率的模擬載波中，變成高頻模擬信號，再發(fā)送到模擬信道上傳輸。 v頻分復(fù)用 ：不同頻率的模擬載波被調(diào)制后，得到多路不同的高頻模擬信號，因?yàn)轭l率不同，它們相互之間不會沖突，可以在同一線路上無干擾地沿一