第3章：物理层

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1、2022-5-3012022-5-302本章学习要求u掌握：物理层与物理层协议的基本概念。掌握：物理层与物理层协议的基本概念。u掌握：掌握：数据通信的基本概念。数据通信的基本概念。u了解：无线与卫星通信技术的基本概念。了解：无线与卫星通信技术的基本概念。u掌握：数据编码的类型和基本方法。掌握：数据编码的类型和基本方法。u了解：基带传输的基本概念。了解：基带传输的基本概念。u掌握：频带传输的基本概念。掌握：频带传输的基本概念。u掌握：多路复用的分类与特点。掌握：多路复用的分类与特点。u掌握：广域网中的数据交换技术。掌握：广域网中的数据交换技术。u掌握：同步数字体系掌握：同步数字体系SDH的基本概

2、念。的基本概念。2022-5-3033.1 物理层与物理层协议的基本概念u通信子网分为点通信子网分为点- -点通信线路通信子网与广播信点通信线路通信子网与广播信道通信子网道通信子网; ;u广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般采用广播信道网一般采用广播信道; ;u由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点- -点通信线路，另一类是基于广播信道。点通信线路，另一类是基于广播信道。2022-5-3043.1.2 物理层基本

3、服务功能u物理层设计时主要考虑的是如何在传输介质上传输各种数据物理层设计时主要考虑的是如何在传输介质上传输各种数据的的比特流比特流；u计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽屏蔽通信技通信技术的术的差异性差异性；u数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。实体。 数据链路层数

4、据链路层物理层物理层数据链路层数据链路层物理层物理层1000110111100000112022-5-3053.1.3 物理层向数据链路层提供的服务 u建立物理连接：建立、维护与释放建立物理连接：建立、维护与释放 ；u物理连接：点物理连接：点- -点连接与多点连接点连接与多点连接 ；u数据传输：全双工、半双工与单工方式数据传输：全双工、半双工与单工方式 ；u数据传输方式：串行传输方式与并行传输方式数据传输方式：串行传输方式与并行传输方式 ；串行传输方式的物理数据服务单元是位；串行传输方式的物理数据服务单元是位；并行传输方式的物理数据服务单元是并行传输方式的物理数据服务单元是N N位，位，N N

5、为并为并行连接的物理通道数。行连接的物理通道数。 2022-5-3063.2 数据通信的基本概念u通信的目的是交换信息，通信的目的是交换信息， 信息信息的载体可以是数字、文字、语的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像；音、图形或图像； u为了传送信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用为了传送信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的二进制代码的数据数据来表示；来表示； u为了传输数据，必须将它们用模拟或数字为了传输数据，必须将它们用模拟或数字信号信号编码的方式表编码的方式表示；示；u数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号数据通信是指在不同计算机之间传送表示字

6、母、数字、符号的二进制代码的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。比特序列的模拟或数字信号的过程。 3.2.1 信息、数据与信号1.信息的基本概念信息的基本概念2022-5-307信息编码标准uASCII ASCII 码被国际标准化组织码被国际标准化组织ISOISO接受，成为国际接受，成为国际标准标准ISO 646ISO 646，又称为国际又称为国际5 5号码号码; ;u它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准准; ;uASCIIASCII码采用码采用7 7位二进制比特编码，可以表示位二进制比特编码，可以表示128128个字符个字符; ;

7、u字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。括数字、字母、运算符号、商用符号等。 2022-5-308多媒体网络应用u利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一；信技术研究的重要内容之一；u与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；性；u多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出

8、更高的要求。提出更高的要求。 2022-5-3092.信号 信号概念及分类u信号是数据在传输过程中信号是数据在传输过程中电信号电信号的表示形式；的表示形式；u模拟信号模拟信号（analog signal）:用连续变化的电平用连续变化的电平表示信号；表示信号；u数字信号数字信号（digital signal）:用两种不同的电平用两种不同的电平表示信号；表示信号；u根据传输介质上传输的信号类型不同，通信系统根据传输介质上传输的信号类型不同，通信系统可分为模拟通信系统与数字通信系统两种。可分为模拟通信系统与数字通信系统两种。 2022-5-30100V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t模拟

9、信号波形模拟信号波形数字信号波形数字信号波形模拟信号与数字信号波形2022-5-3011信号表示与组成u信号都是以波的形式表现的，它可以表示成振幅信号都是以波的形式表现的，它可以表示成振幅与时间的函数与时间的函数: : F=f(t) F=f(t)u无论模拟信号还是数字信号，信号都是由不同频无论模拟信号还是数字信号，信号都是由不同频率正弦信号组合而成，即任何信号都是由多种频率正弦信号组合而成，即任何信号都是由多种频率的正弦成分组成。率的正弦成分组成。 tttttf11117sin715sin513sin31sin式中式中1=21=2f f1 1，11称为基波频率，简称基称为基波频率，简称基频，频

10、，11的倍数称为谐波的倍数称为谐波 2022-5-3012（a）时域图(b)频域图时域图与频域图2022-5-3013信号带宽 信号带宽信号带宽是指组成信号的正弦成分的最高频率是指组成信号的正弦成分的最高频率减去最低频率的差。减去最低频率的差。2022-5-30143.2.2 数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程2022-5-3015网络通信系统设计中要解决的几个基本问题u数据传输类型数据传输类型模拟通信模拟通信数字通信数字通信u数据通信方式数据通信方式串行通信、并行通信串行通信、并行通信单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信u同步方式

11、同步方式同步通信同步通信异步通信异步通信2022-5-3016串行通信与并行通信 发送端接收端串行通信信道(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)2022-5-3017单工、半双工与全双工通信 发送接收单向通道双向通道双向通道(a)(b)(c)发送接收发送接收接收发送接收发送2022-5-3018同步通信与异步通信 在数据重组时，接收端需从收到的比特流中识别在数据重组时，接收端需从收到的比特流中识别数据边界，分离数据，这一功能称为数据边界，分离数据，这一功能称为同步同步。常用的。常用的同步方法有：同步通