計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層

第2講物理層主要內(nèi)容將計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)信道復(fù)用物理層設(shè)備將計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物理連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息配置實(shí)現(xiàn)物理連接兩個(gè)接口和一根連接線網(wǎng)絡(luò)的接口/端口另一端連接著網(wǎng)絡(luò)中的集線器、交換機(jī)、或路由器的一個(gè)端口網(wǎng)絡(luò)接口卡上的接口網(wǎng)絡(luò)接口卡：網(wǎng)絡(luò)適配器/網(wǎng)卡接入不同的網(wǎng)絡(luò)，需要不同的網(wǎng)絡(luò)適配器負(fù)責(zé)將信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電/光信號(hào)發(fā)送出去并翻譯接收到的電/光信號(hào)連接線連接兩個(gè)接口網(wǎng)絡(luò)端口網(wǎng)卡網(wǎng)線制作材料一根/捆雙絞線兩個(gè)水晶頭一些必要的工具如壓線鉗、電纜測(cè)試儀線序標(biāo)準(zhǔn)T568A和T568B直通線和交叉線直通線網(wǎng)線兩端的線序都是按照T568A或者T568B的順序連接網(wǎng)卡與集線器或交換機(jī)的普通端口交叉線網(wǎng)線一端線序是568A，另一端是568B適合連接兩個(gè)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡，或兩個(gè)交換機(jī)的普通端口制作網(wǎng)線1剪下所需要長(zhǎng)度的雙絞線（至少0.6米，最多不超過(guò)100米）將雙絞線一端的外皮除去2－3厘米按照568B標(biāo)準(zhǔn)或者568A標(biāo)準(zhǔn)把線排好序制作網(wǎng)線2將裸露出的雙絞線剪下只剩約14mm的長(zhǎng)度將雙絞線的每一根線依序插入水晶頭的線槽內(nèi)，一直插到線槽的頂端用RJ45壓線鉗用力壓水晶頭用線纜測(cè)試儀測(cè)試是否連通網(wǎng)絡(luò)信息配置IP地址網(wǎng)絡(luò)配置IP地址主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)標(biāo)識(shí)號(hào)IP協(xié)議定義在網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)示主機(jī)或設(shè)備的地址IPv4定義的IP地址32位二進(jìn)制數(shù)10100010011010011100101100011000點(diǎn)十進(jìn)制表示法162.105.203.25IP地址的結(jié)構(gòu)普通地址的結(jié)構(gòu)北京市朝陽(yáng)區(qū)平樂(lè)園100號(hào)IP地址分兩部分網(wǎng)絡(luò)號(hào)標(biāo)識(shí)主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分細(xì)分為更小的子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)掩碼指明IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)掩碼表示方式在IP地址后面加“/”，后加網(wǎng)絡(luò)號(hào)的位數(shù)例：162.105.203.25/24點(diǎn)十進(jìn)制表示法用32二進(jìn)制數(shù)表示掩碼掩碼的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分全為1，其余為0例：前面24位的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0IP地址的使用與電話號(hào)碼不同電話機(jī)是啞終端電話號(hào)碼由電信管理局在交換設(shè)備中設(shè)置IP地址需用戶在所用的計(jì)算機(jī)上設(shè)置需要計(jì)算機(jī)來(lái)宣稱(chēng)自己所用的號(hào)碼網(wǎng)絡(luò)配置計(jì)算機(jī)的IP地址配置每個(gè)計(jì)算機(jī)須有一IP地址便于與別的計(jì)算機(jī)區(qū)分一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口至少要有一個(gè)IP地址不能與其他計(jì)算機(jī)重復(fù)兩種配置方式手工配置自動(dòng)獲取IP地址默認(rèn)網(wǎng)關(guān)與計(jì)算機(jī)在同一子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)：Gateway一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)的出入口知道怎樣把數(shù)據(jù)包傳送到其他網(wǎng)絡(luò)本網(wǎng)絡(luò)的出入口計(jì)算機(jī)不知道用什么路由來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，可把數(shù)據(jù)包交給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址與計(jì)算機(jī)的IP地址多數(shù)的位相同（網(wǎng)絡(luò)號(hào)）要從網(wǎng)絡(luò)管理員那里獲得測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連通性PingTraceroute術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)送消息的實(shí)體信號(hào)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)“模擬的”代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的“數(shù)字的”代表消息的參數(shù)的取值是離散的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào)輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)術(shù)語(yǔ)信源信息的發(fā)送者信宿信息的接收者信道表示向某個(gè)方向傳輸信息的媒體術(shù)語(yǔ)單工通信只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互半雙工通信(雙向交替)通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送全雙工通信通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息術(shù)語(yǔ)碼元時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元數(shù)字通信：一個(gè)數(shù)字脈沖模擬通信：載波的某個(gè)參數(shù)或某幾個(gè)參數(shù)的變化碼元速率/波特率信號(hào)每秒鐘變化的次數(shù)數(shù)據(jù)率/比特率單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)術(shù)語(yǔ)碼元攜帶的信息量由碼元的狀態(tài)值M決定比特率=波特率*log2M8種狀態(tài)：1、2、3、…8每個(gè)碼元的狀態(tài)，如2，可以表示010每個(gè)碼元可以攜帶3個(gè)比特奈奎斯特定理對(duì)于一個(gè)帶寬為WHz的理想信道，最大碼元速率為2W比特率=波特率*log2M最大數(shù)據(jù)率=2Wlog2M（bps）M：碼元的狀態(tài)值香農(nóng)定理帶寬受限且有噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率C=Wlog2(1+S/N)bpsW為信道的帶寬（以Hz為單位）S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少編碼與調(diào)制數(shù)字-數(shù)字編碼用數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬-數(shù)字編碼模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字-模擬調(diào)制基于以數(shù)字信號(hào)表示的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)改變模擬信號(hào)特征的過(guò)程模擬-模擬調(diào)制將模擬信號(hào)調(diào)制到高頻載波信號(hào)上，以便遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)字-數(shù)字編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼將每一個(gè)碼元再分成兩個(gè)相等的間隔碼元1是在前一個(gè)間隔為高電平而后一個(gè)間隔為低電平碼元0則正好相反，從低電平變到高電平保證在每一個(gè)碼元的正中間出現(xiàn)一次電平的轉(zhuǎn)換，對(duì)接收端的提取位同步信號(hào)有利所占的頻帶寬度比原始的基帶信號(hào)增加一倍差分曼徹斯特編碼若碼元為1，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平一樣若碼元為0，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反不論碼元是1或0，在每個(gè)碼元的正中間的時(shí)刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換需要較復(fù)雜的技術(shù)獲得較好的抗干擾性能曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼

模擬-數(shù)字編碼脈沖振幅調(diào)制PAM數(shù)字化的第一步脈沖信號(hào)的幅度隨模擬信號(hào)變化脈沖編碼調(diào)制PCM對(duì)模擬信號(hào)采樣將采樣結(jié)果量化，得到二進(jìn)制數(shù)據(jù)采用數(shù)字-數(shù)字編碼技術(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號(hào)PCM轉(zhuǎn)化過(guò)程ABCDBACD模擬話音采樣時(shí)鐘PAM信號(hào)PCM信號(hào)采樣電路量化和比較數(shù)字化聲音數(shù)字-模擬調(diào)制調(diào)幅(AM)載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化調(diào)頻(FM)載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化調(diào)相(PM)載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相數(shù)字-模擬調(diào)制數(shù)字-模擬調(diào)制調(diào)幅載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)而變化調(diào)頻載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化調(diào)相載波的初始相位隨調(diào)制信號(hào)而變化載波調(diào)制正弦波信號(hào)調(diào)幅波調(diào)相波調(diào)頻波傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖電磁波雙絞線（Twistedpair）銅線：兩根線繞在一起，減少電磁干擾無(wú)屏蔽雙絞線（UTP,Unshielded）屏蔽雙絞線（STP）成本低銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無(wú)屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜（coaxialcable）屏蔽性好傳輸距離長(zhǎng)，速率高50Ω，75Ω有線電視外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體同軸電纜光線在光纖中的折射折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷漭斎朊}沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖光纖種類(lèi)多模光纖多個(gè)不同的光束以不同的反射角傳播，每束光都有不同的模式。單模光纖光纖直徑足夠小，光線不反射，按照直線傳播光纖傳輸系統(tǒng)光源發(fā)光二極管（LED）半導(dǎo)體激光傳輸介質(zhì)單模光纖多模光纖檢測(cè)器光敏二極管無(wú)線傳輸無(wú)線電可穿透墻壁，全方向，被雨水吸收，易受干擾微波直線傳播，不能穿透建筑物，能被雨水吸收紅外線短距離通信，不能穿過(guò)固體光波激光，成本低，不能透過(guò)雨和霧電磁波譜及應(yīng)用無(wú)線電微波紅外光X射線伽瑪射線紫外光10010210410610810101012101410161018102010221024

f(Hz)1041051061071081091010101110121013101410151016波段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF同軸電纜雙絞線衛(wèi)星AM無(wú)線FM無(wú)線TV光纖陸地微波可見(jiàn)光電磁頻譜及在通信中的使用共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用不使用復(fù)用技術(shù)使用復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用在一條物理通信線路上建立多條邏輯通信信道，同時(shí)傳輸若干路信號(hào)的技術(shù)信道復(fù)用頻分復(fù)用FDM時(shí)分復(fù)用TDM統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

STDM波分復(fù)用WDM碼分復(fù)用CDM頻分復(fù)用FDMFrequencyDivisionMultiplexing用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過(guò)程中自始至終占用該頻帶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源“帶寬”是頻率帶寬，不是數(shù)據(jù)發(fā)送速率頻率時(shí)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5時(shí)分復(fù)用TDMTimeDivisionMultiplexing將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）用戶在每個(gè)TDM幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙TDM信號(hào)也稱(chēng)為等時(shí)(isochronous)信號(hào)用戶在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)突發(fā)性，分配子信道的利用率不高ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

STDMStatisticTDM異步時(shí)分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用WDM光的頻分復(fù)用

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器碼分復(fù)用CDM碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，彼此不干擾發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類(lèi)似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)碼片(chip)每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m個(gè)短的間隔碼分復(fù)用CDM每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列比特1：發(fā)送自己的mbit碼片序列比特0：發(fā)送碼片序列的二進(jìn)制反碼S站的8bit碼片序列00011011比特1：就發(fā)送序列00011011比特0：發(fā)送序列11100100S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)碼分復(fù)用CDM每站碼片序列必須不同必須互相正交(orthogonal)使用偽隨機(jī)碼序列碼片序列的正交關(guān)系向量S表示站S的碼片向量

T表示其他任何站的碼片向量向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積是0正交

向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)向量T為(–1–1+1–1+1+1

+1–1)碼片序列的正交關(guān)系任一碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1S站的碼片序列S110ttttttm

個(gè)碼片tS站發(fā)送的信號(hào)SxT站發(fā)送的信號(hào)Tx總的發(fā)送信號(hào)Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端CDMA的工作原理物理層接口的特性機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義過(guò)程特性指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口

EIARS-232-C機(jī)械特性25芯連接器，DTE為插頭，DCE為插座。電氣特性采用非平衡型電氣特性，低于-3V為“1”，高于+4V為“0”，最大20Kbps，最長(zhǎng)15m非平衡傳輸（unbalancedtransmission