第2章-物理层

《第2章-物理层》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章-物理层（121页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、计算机网络计算机网络第二章 物理层n 数字通信理论基础n 传输介质n 数字调制与多路复用n 典型通信系统 公共电话网络 移动电话系统 有线电视 卫星通信 数字通信理论基础n数字信号与模拟信号n数字通信系统的模型n傅立叶变换n信道的最大数据速率数字信号与模拟信号 n模拟通信-传输模拟信号n数字通信-数字信号 模拟信号 模拟信号是指电信号的参量是连续取值的。模拟信号的特点是幅度连续。常见的模拟信号有电话、传真和电视信号等。 数字信号数字信号的特点是幅度被限制在有限个数值之内，是离散的。从模拟到数字(1)采样定理： 若以Ts1/2fs的时间间隔对频带限于（0，fm）内的时间连续信号f(t)进行等间隔

2、采样，则f(t)将由所得到的采样值f(kTs)完全确定。 当采样频率大于或等于信号最高频率的两倍时，f(t)的全部信息都包含在所有采样值中而不会丢失，并保证不产生信号的混叠。 量化 将采样后一个范围内变化的无限个样值（离散信号），用不连续变化的有限个值来替代的过程。其作用是将时间域上幅值连续的样值序列变换为时间域上幅度离散的样值序列信号。 编码 将量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列，列出各自对应的码字，用二进制（或多进制）代码表示，这就是编码。 举例：PCM编码从模拟到数字(2)数字通信系统的模型傅立叶分析 任何正常的周期为T的函数g(t)，都可以由（无限个）正弦和余弦函数合成：

3、11)2()2(21)(nnnnnftcosbnftsinactgTndtnftsintgTa0)2()(2TndtnftcostgTb0)2()(2TndttgTc0)(2f=1/T 基频，an和bn都是正弦和余弦函数的n次谐波的振幅。带宽（bandwidth）n信道的带宽 电气工程师 传输过程中振幅不会明显减弱的这一段频率范围（HZ）. 计算机科学家 一个信道的最大数据速率，每秒多少比特（bps） 电话线路1MHZ 电话公司加滤波器 限制用户可以使用的带宽3100Hz电话线路上数据传输率和可通过谐波的关系电话公司加滤波器 限制带宽3100Hz 信道的最大数据速率（信道容量）n信道容量是指信

4、道传输信息的最大极限速率，表征了一个信道传输数字信号的能力。它只由信道本身的特征（带宽和信噪比）决定，与具体的通信手段无关。n信息传输速率R是单位时间所传输的信息量，若已知每个符号的平均信息H和每秒传输符号的个数r，则R=rH比特/秒。n信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。两个公式奈奎斯特定理（1924年） 最大数据速率C=2Blog2V(比特/秒) 信号包含V个等级 无噪声3KHZ信道不可能以超过6000bps的速率传输二进制(两级）信号香农信道容量公式（1948年）若信道带宽为B，信道输出的信号功率为S，输出

5、加性高斯噪声功率为N，则该信道的信道容量是： (1)2SCBLogN=+香农信道容量公式的相关结论n 提高信噪比S/N，能增加信道容量；n 当噪声功率N趋于0时，信道容量趋于无穷大；n 增加信道频带B，并不能无限制地使信道容量增大。传输介质 传输介质是指通信中实际传送信息的载体。 计算机网络中采用的传输介质通常可以分为：n有线介质 n无线介质 每一种介质在带宽、吞吐量、传输延迟、尺寸、可扩展性以及成本和安装维护费用等方面都不相同，在实际使用中决定使用哪种传输介质时，必须综合考虑传输介质的多种特性，将联网需求与介质特性进行匹配。 有线介质 有线介质又称为约束类传输介质，是现代通信技术中最常用的且

6、以有形线路作为传输媒体的传输介质，由于它传输信号的性能较好，而且既便宜又容易安装维护，所以主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。n双绞线n同轴电缆n光纤光缆 双绞线(twisted pair)内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套双绞线由两条互相绝缘的铜线组成，其典型的粗细为直径1mm。这两条线像螺纹一样拧在一起，这样可以减少邻近线对电气的干扰。（电话系统）双绞线（计算机网络）n双绞线是由不同颜色的4对8芯线组成，每两条按一定规则绞织在一起，成为一个芯线对。n它一般有屏蔽（Shielded Twisted-Pair: STP）与非屏蔽（Unshielded Twi

7、sted-Pair: UTP）双绞线之分，屏蔽的当然在电磁屏蔽性能方面比非屏蔽的要好些，但价格也要贵些（除了IBM设备上用，没有流行起来）。n双绞线按电气性能划分：3类(16MHz)、4类、5类(100MHz)、超5类、6类（250MHz）、7类(600MHz)双绞线等类型。屏蔽双绞线 (STP)以箔屏蔽以减少 干扰和串音非屏蔽双绞线 (UTP)3类：=16MHz 速率F这条输出线路的队列中，等到这条线路空闲时就将它送往结点F，依此类推直至接收端。321213213321FEAIJBDHCG21321报文交换优点n电路利用率高。由于报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于相同的通信量来说，

8、报文交换技术对电路的传输能力要求更低。n电路交换网中，当通信量增加很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网中，通信量大时仍然可以接收报文，但传输延迟会增加。n报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网很难做到。n报文交换网络可以进行速度和代码的转换。分组交换分组交换 分组交换技术（Packet Switching）是报文交换的一种改进。它将报文分成若干个分组，每个分组长度设置上限值，有限长度的分组使每个节点所需的存储空间减少，同时分组可以存储到内存中，提高交换速度。n结点A有三段数据报发送到结点J，它们以1-2-3的顺序发送到C。在分组1和2到来时，C判断该数据包到E比到H和F

9、的排队时间都更短，所以它将分组1和2排队在E上；分组3到来时，C判断到H的排队时间最短，于是将分组3排在H的队列上。相同目的地址的分组选择不同路径，则到达目的节点的顺序可能不同，如到达结点H的顺序是3-1-2，因此分组到达J后要重新按分组序号排序，以保证报文的有序接收。 321213213321FEAIJBDHCG21321分组交换技术的优缺点分组交换技术的优缺点n分组的传输足够快，时延足够小，允许进行准实时通信。n采用适应式路由选择法可把网络流量均匀地分配给整个网络，从而避免过长时延的出现，并可保证所有信道有较高的利用率。n传输可靠性高n在各节点中可以进行码速和码型变换n可通过复用技术对各路

10、通信提供可靠服务，在容限范围内，随着传输路数的增加，分组交换系统提供的服务质量是逐渐降低的。n分组交换网的节点机是在计算机基础上实现的，充分体现了数据通信与计算机技术相结合，这也是目前先进通信技术的一种发展趋势三种交换技术的比较电路交换报文交换分组交换能否进行实时通信线路接通后可进行实时会话通信，但不能实时多功能通信非实时、存储转发，不能进行会话式通信可接近实时存储转发，可进行会话式通信网络传输时延小、当建立呼叫时有一定的时延大、报文长短影响时延大小小线路利用率当进行断续通信或短报文通信时线路利用率低高高通信速率和码变换不能进行通信速率和码变换能能差错控制功能不具有可具有具有传输路由每次通信过

11、程中路由不变每一报文传递过程中路由不变可以有不同路由网络过载的影响随着网络负荷加大，受损率增加随着网络负荷加大，传递时延加大，引起阻塞可进行流量控制，可在一定传递时延条件下防止阻塞计费方式按距离和时间计费按字节或按字节与连接时间计费按字节或分组数及连接时间计费练习n1.比较在一个电路交换网和在一个（负荷轻的）分组交换网上将x比特报文沿k段传输路径传输的延时。假定线路建立时间是s秒，每段上的传输延迟为d秒，分组大小为p位，数据传输速率是b bps。在什么情况下，分组交换网的延迟更短。n2.假定将x比特用户数据装配成一系列的分组，沿一条k段的路径在分组交换网中传输，每个分组含p个数据位和h个报文位