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计算机网络原理The Principles of Computer Networking 第2章 物理层 第二章 物理层 2.1 物理层的基本概念 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。 用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。 可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即： （1）机械特性。 （2）电气特性。 （3）功能特性。 （4）规程特性。 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 机械特性： 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。 电气特性： 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。 功能特性： 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 规程特性： 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 串行传输和并行传输 在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个比特一个比特地按照时间顺序传输。（这是处于经济上的考虑） 但是，有时也可以采用多个比特的并行传输方式。（短距离） 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。 如图所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即： 源系统(或发送端) 传输系统(或传输网络) 目的系统(或接收端)。 数字通信的模型 一些术语 数据(Data)： 运送信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。 模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据 信号(Signal)： 数据的电气或电磁的表现(物理量编码,通常为电编码)，数据以信号的形式传播 模拟信号：连续变化的信号 数字信号：离散的信号 调制：将数字数据转换为模拟信号的过程。 解调：模拟信号转换为数字数据的过程。 四种情况 模拟数据、模拟信号 最早的电话系统 模拟数据、数字信号 将模拟数据转化成数字形式后，就可以使用先进的数字传输和交换设备。 数字数据、模拟信号 因为有些传输媒体只适合传输模拟信号(光纤、无线电)，使用这样的信道时，必须将数字数据转换成模拟信号后才能传输。 数字数据、数字信号 把数字数据编码成数字信号的设备比起从数字到模拟的调制设备更简单、更廉价。 模拟数据、模拟信号、数字数据、数字信号 2.2.2 有关信道的几个基本概念 信道用来表示向某个方向传送信息的媒体。电路包含一条发送信道和一条接收信道。 信道的三种基本方式： 单向通信，又称单工通信 只能有一个方向的通信，无线电广播，有线电视。 双向交替通信，又称半双工通信 双方都可以发送信息，但不能同时发送信息。一方发送，另一方接收，过一段时间后再反过来。 双向同时通信，又称全双工通信 通信双方可以同时发送和接收信息。 2.2.2 有关信道的几个基本概念 模拟信道： 传送模拟信号 数字信道： 传送数字信号 基带( baseband ) ： 将数字信号1或0直接用两种不同电压来表示，然后送到线路上 宽带( broadband )信号： 将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号。每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，因此和在一起并不会互相干扰。这样做就可以在一条电缆中同时传输许多路的数字信号，从而提高线路利用率。 2.2.3 信道上的最高码元传输速率 奈氏准则 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元 奈奎斯特(Nyquist)推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式： 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud (2-1) W是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)； Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。 奈氏准则的另一种表达方法是：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。 奈氏准则 对于具有理想带通矩形特性的信道(带宽为W)，奈氏准则就变为： 理想带通信道的最高码元传输速率 = W Baud (2-2) 即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。 强调以下两点： 1）一个实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。 2）波特是码元传输的速率单位，它说明每秒传多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。 比特是信息量的单位，与码元的传输速率“波特”是两个完全不同的概念。 “比特/秒”与“波特” 信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上有一定的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等的。若1个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M x n b/s。 怎样才能是一个码元携带3个bit