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计算机网络技术实用教程(第3版) 第3章 物理层 本章基本要求： 了解数据通信的基本知识， 熟悉常用传输介质、多路复用技术以及常用的物理层协议以及物理层的网络设备（中继器和集线器）等内容。 第3章 物理层 3.1 数据通信基础 3.2 传输介质 3.3 常见的物理层标准 3.4 常见物理层设备与组件 3.5 技能训练：网络线缆制作 习题 3.1 数据通信基础 3.1.1 数据通信的基本概念 1．信息、数据和信号 信息是指有用的知识或消息，计算机网络通信的目的就是为了交换信息。而数据则是是运送信息的实体，是信息的表达方式，其可以是数字、文字、声音、图形和图象等多种不同形式。信号（Signal）是数据在传输过程中的电磁波表示形式。 2．模拟信号与数字信号 作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，以表示数据的某个参量如振幅、频率或相位为因变量。并且按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信号。 3.1 数据通信基础 模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如图3.1 所示。电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号，通常表现为离散的脉冲形式，可表示为x（n T），如图3.2 所示。显然，在数字信号中，因变量取值状态是有限的。计算机数据、数字电话和数字电视等都可看成是数字信号。 3.1 数据通信基础 3. 数据通信 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程就称为是数据通信。数据通信被分为模拟数据通信和数字数据通信。所谓模拟数据通信是指在模拟信道上以模拟信号形式来传输数据；而数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号方式来传递数据。 4. 源点、终点和信道 在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点，而将数据的接收方称为终点。源点和终点一般是计算机或其它一些数据终端设备。 3.1 数据通信基础 3.1.2 数据通信系统的模型 数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统。图3.3给出了数据通信系统的模型。 一个数据通信系统由源系统（或发送端）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端）三部分组成。 源系统一般包括以下两部分： 源点：源点设备发送要传输的数据，又称源站，发送输出的数字比特流。 发送器：通常源点发送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。把源点所要发送的数据转换成适合于在信道上传输的信号。 3.1 数据通信基础 目的系统一般包括以下两部分： 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。把从信道上接收的信号转换成终点所能识别的数据。 终点：终点设备从接收器获取传送来的数据，又称目的站。 源点和终点分别是数据的出发点和目的地，又被称为数据终端设备(Data Terminal Equipment， 简称DTE)。DTE通常属于资源子网的设备，如资源子网中的计算机、数据输入/输出设备和通信处理机等。 发送器和接收器又称为数据线路端接设备(Data Circuit-terminating Equipment，简称DCE)。DCE为DTE提供了入网的连接点，通常被认为是通信子网中的设备。 3.1 数据通信基础 3.1 数据通信基础 3.1.3 数据调制与编码 1. 调制与编码原理 调制是载波信号的某些特性根据输入信号而变化的过程。一般说来，有四种传输数据的方法： （1）模拟数据，模拟信号：采取电信号形式的模拟数据可以原封不动地传输出去，也可以在较高频率下进行调制。 （2）数字数据，模拟信号：利用调制器把数字数据变换成能在现有模拟线路上传输的模拟信号。 （3）数字数据，数字信号：数字信号可以按照其原来形式通过数字通信线路进行传输，也可以编码成不同类型的数字信号，即代表两个不同二进制值的数字信号。 （4）模拟数据，数字信号：为了使模拟信号能在数字通信线路上传输，将模拟数据变换成数字信号的方法，称为编码。 3.1 数据通信基础 2. 模拟数据的模拟信号调制 模拟数据经由模拟信号传输时不需进行变换，但是由于考虑到前面谈到的天线尺寸问题，模拟形式的输入数据要在甚高频下进行调制。输出信号是一种带有输入数据的频率极高的模拟信号。最常用的两种调制技术是幅度调制（AM）和频率调制（FM）。 (1) 幅度调制 幅度调制如图3.4所示，它是一种载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度变化而变化的技术。载波的幅度会在整个调制过程中变动，而载波的频率是不变的。将接收到的幅度调制信号进行解调，就可以恢复成原始的模拟数据。 3.1 数据通信基础 3.1 数据通信基础 (2) 频率调制 频率调制如图3.5所示，它