数据通信基础与物理层

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1、第二章数据通信基础与物理层主要内容物理层的基本概念数据通信的基础知识物理层下面的传输媒体模拟传输与数字传输信道复用技术物理层标准举例宽带接入技术21、物理层的基本概念1.1物理层的概念物理层：对如何在连接的各种传输媒体上传输比特流进行规范。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。物理层的任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性。1.2计算机网络的性能指标速率带宽时延吞

2、吐量时延带宽积利用率1）带宽数字信道所能传送的“最高数据率”单位：“比特每秒”，或b/s(bit/s)。每秒106个比特时间1010111s带宽为1Mb/s时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mb/sABAB宽带线路窄带线路数据串行发送宽带线路：每秒有更多比特注入到线路。宽带与窄带2）时延(delay或latency)发送时延：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）其他时延

3、处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延四种时延所产生的地方1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点B结点A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点A中产生处理时延和排队时延数据从结点A向结点B发送数据链路3）时延带宽积链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延带宽时延带宽积4）利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）

4、。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。时延与网络利用率的关系其中：D：网络当前的时延U：网络的利用率（0

5、)：代表消息的参数的取值是连续的。数字的(digital)：代表消息的参数的取值是离散的。码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。一些概念模拟信号和数字信号17tta)模拟信号b)数字信号一些概念（续1）单工通信（单向通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信（双向交替通信）：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)。全双工通信（双向同时通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。一些概念（续2）基带信号（即基本频带信号）来自信源的信号。像计算机输出的代表各

6、种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。带通信号把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)载波的初始相位随基带数字信号而变化。线路编码技术基带数字信号曼彻斯特编码码元1111100000出现电平转换802.3

7、标准以太网使用差分曼彻斯特编码。差分：遇1跳变，遇0不变。正交振幅调制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)可供选择的相位有12种，而对于每一种相位有1或2种振幅可供选择。由于4bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4bit的编码。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。二维信号星图12数据传输方式基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输

8、宽带传输：指比音频更宽的频带,包括大部分电磁波频谱23数据和信号的转换模拟数据模