第2章物理层(第3版).ppt

第二章 物理层 计算机网络是如何连接在一起的？ 数字信号和电信号的关系是什么？ 2.1　数据通信基础 2.2 数据交换技术 2.3 物理层特性 2.4　物理层协议举例 2.5 ADSL技术 1．数据 数据是指由数字、字符和符号等组成，可以用来描述任何概念和事物，是信息的载体； 是把事件的某些属性规范化后的表现形式。 例：0750-3725235 1.90米 数据可分为模拟数据和数字数据两种形式。 模拟数据 (analog data) 具有可连续变化的值,通常用各种测量单位表示 时间、身高、体重、温度、教师上课的声音等。 数字数据 (digital data) 具有离散值且可以计数的。 听课同学的人数，教室电灯开关的状态等。 信息是数据的具体内容和解释，有具体的含义； 是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。 2．信号 信号是数据的表示形式，是数据的具体的物理表现，如电压、磁场强度等。 模拟信号 (analog signals) 指时间上和空间上连续变化的信号； 例如连续变化的电压值表示。 数字信号(digital signals) 是指一系列在时间上离散的信号。 例如有限个特定的电压值。 信号所走过的路径称之为信道。数据以信号形式在信道上传输。 模拟信号所走过的路径是模拟信道，用带宽来描述； 数字信号所走过的路径是数字信道，用数据传输速率的来描述。 数据传输速率也称为比特率，指每秒传输的最大比特数，用（bit/s） （比特每秒）表示，与信道有关。 调制速率又称为码元传输速率。一个数字脉冲称为一个码元，我们用码元传输速率表示单位时间内信号波形的最大变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号脉冲的宽度为T秒，则码元传输速率B=1/T。单位叫做波特（Baud），所以码元传输速率也叫做波特率。 数据传输速率与调制速率是两个不同的概念，但是在数量上却有一定的关系。码元携带的信息量由码元取的状态个数决定。若码元取2种状态，则一个码元携带1比特（bit）信息。若码元可取4种状态，则一个码元可携带2比特信息。数据传输速率用S表示，调制速率用B表示，码元状态数用N表示，则数据传输速率与调制速率的关系为： S=B·Log2N 1. 数字数据用数字信号表示 数字信号(如电信号，下同) 离散的不连续的电压(或电流)脉冲 一个脉冲代表一个信号元素(码元) ※ 二进制数据可直接编码成信号元素 电子元件只有两种稳定的状态: 用电流表示(通电与断电) 通电：表示 1 断电：表示 0 “数字-数字”编码类型 单极性编码 传送数字信号最简单的方法 只用一个电平即可表示两个二进制数字。通常0是用零电平即空闲的线路状态表示。 注：脉冲的极性指其电平的正负。“单极性”得名于它的电平只有一“极”。 单极性编码存在的问题 两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多: 直流分量（DC Component） 信号的平均振幅不是零。 不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变压器。 主要用于光纤传输。 同步问题（Synchronization） 在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束(原始数据中出现连续的1或0时）。 问题在哪里?＝＞同步 原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致 传输不同步：换一种方式理解 问题在于：连续多个相同数据的采样节奏 双极性归零编码 归零编码使用两组电平值： 　　正-零，负-零 信号变化不是发生在比特之间而是发生在每个比特内。在每个比特间隙的中段，信号将归零。 比特“1”实际上是用正电平跳变到零表示，比特“0”则用负电平跳变到零表示，而不是仅仅通过电平的正负来表示。 在每个比特内产生信号变化可以解决同步问题。 数据由电平变化而非电平高低表示。 检测信号跳变比检测信号电平高低更可靠。 在复杂传输系统中，信号的正负极性可能失去意义。如在一条多支路双绞线线路上，当双绞线与某相连设备引脚的接线接反时，如果采用前面的编码，所有的0和1都将颠倒。采用差分编码则不会出现这种颠倒现象。 解决同步问题的最佳方案 信号在比特间隔中发生改变但并不归零 现代网络中常用的编码方式: 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 按信号的传输方向分，数据通信可以分为单工、半双工和全双工三种工作方式。 单工通信：只能在一个方向上传输。 半双工通信：通信双方交替发送和接收信息，但不能同时进行。 全双工通信：同时进行双向信息传