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计算机网络 第 2 章 物理层 物理层模型 物理层的基本概念 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，目的是建立、维持和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接（这种连接可用通过中继系统，在中继系统中的传输也属于物理层），即： 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、固定和锁定装置等等。 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 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。 数据通信系统的模型 几个术语 数据(data)——运送信息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。 “数字的”(digital)——取值是离散数值。 调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。 模拟的和数字的数据、信号 有关信号的几个基本概念 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。 基带信号和宽带信号 基带信号（baseband）就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号（broadband）则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 信道的最高码元传输速率 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 奈氏(Nyquist)准则 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。 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。 另一种形式的奈氏准则 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。 要强调以下两点 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上限数值。 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。 波特是码元传输的速率单位（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。 要注意 信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上却有一定的关系。 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等。 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 ? n b/s。 信道的极限信息传输速率 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N ) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。 香农公式表明 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。 奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围 物理层下面的传输媒体 导向传输媒体 双绞线 既可用于模拟传输，也可用于数字传输 带宽依赖于线的粗细以及传输距离 屏蔽双绞线（ Shielded Twisted Pair ）与非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair） 双绞线外无任何屏蔽 分为1~5号线 3号: 传输特性16MHz，最大传输速率16Mbps 5号：传输特性100MHz，最大传输速率100Mbps 应用领域：电话系统 导向传输媒体 同轴电缆 基带 (baseband) 一条电缆只用于一个信道，用于数字传输，50?，10Mbps 宽带 (broadband) 一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75 ?，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器 应用领域：有线电视系统 宽带同轴电缆 各种电缆 各种电缆 光纤 主要特点 依靠光波承载信息 高传送速率，通信容量大 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能好，必威体育官网网址性好 轻便 典型的光纤 光线在光纤中的