第2章 物理层

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1、第2章物理层1南阳理工学院计算机系本章学习要求：掌握：物理层与物理层协议的基本概念。掌握：数据通信的基本概念。了解：无线与卫星通信技术的基本概念。掌握：数据编码的类型和基本方法。了解：基带传输的基本概念。掌握：频带传输的基本概念。掌握：多路复用的分类与特点。掌握：广域网中的数据交换技术。2南阳理工学院计算机系2.1.1物理层的基本概念通信子网分为点-点通信线路通信子网与广播信道通信子网;广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般采用广播信道;由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议上出现了两

2、个分支，一类是基于点-点通信线路，另一类是基于广播信道。2.1物理层与物理层协议的基本概念3南阳理工学院计算机系2.1.2物理层基本服务功能物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流；计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。物理层位于传输媒体（传输介质）之上，它的作用是尽量屏蔽具体物理设备或传输媒

3、体的差异，为上层（数据链路层）提供统一的服务。因此，物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性，即，机械特性、电气特性、功能特性、规程特性4南阳理工学院计算机系①机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。各类已被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。5南阳理工学院计算机系②电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明、以及与互连

4、电缆相关的规则等。6南阳理工学院计算机系③功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义④过程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。7南阳理工学院计算机系2.1.3物理层向数据链路层提供的服务物理连接的建立、维护与释放；物理连接分为点-点连接与多点连接；数据传输分为全双工、半双工与单工方式；数据传输分为串行传输方式与并行传输方式；串行传输方式的物理数据服务单元是位；

5、并行传输方式的物理数据服务单元是N位，N为并行连接的物理通道数。8南阳理工学院计算机系1信息、数据与信号信息(Information)——是人们对现实世界的事物的存在方式及其运动状态的认识。数据(data)——运送消息的实体。是把事件的某些属性规范化后的表现形式;最原始，计算机能表示的。各种需要传输和处理的信息（文字，图像、声音、动作等）。信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。2.2数据通信的基本概念9南阳理工学院计算机系雪六角形凉白色信息数据信号信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制

6、数信号：电压，光，磁场强度10南阳理工学院计算机系2.模拟信号和数字信号模拟信号（analogsignal）的信号电平是连续变化的；时间上连续，包含无穷多个值数字信号（digitalsignal）是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示,时间上离散，仅包含有限数目的预定值数字信号模拟信号11南阳理工学院计算机系模拟信号：优点是它能对细节进行表示，但是噪声、或来自其他源的干扰，会严重地影响模拟信号，比数字信号更易于出错，因此模拟信号对于数据发送并不是最佳选择。随着信号的传播，信号能量会逐渐减少

7、，这就是信号的衰减。模拟信号和数字信号存在着衰减。为了补偿衰减，要经常对数字信号和模拟信号进行转发，也即使将信号重新放大，以使它们传播得更远。12南阳理工学院计算机系模拟信号的转发：在模拟信号转发过程中会出现这样的问题－－当它被转发时信号幅度将增强，同时伴随的被累积的噪声幅度也将增强，这种杂乱无章的增强将使得模拟信号变形更加严重。下图显示了因噪声而变形并在随后又被放大的模拟信号的波形。因噪声变形继而被放大的模拟信号13南阳理工学院计算机系数字信号：由脉冲值为1或0的精确电压组成，如同在任何二进制系统中用1和0组

8、合来对信息进行编码一样，在数字信号中每个脉冲被称为一个二进制数或位。一个位只能有两种可能值：1或0。相对于模拟信号，数字信号传输数据时更可靠些。14南阳理工学院计算机系数字信号的转发：相对于模拟信号，数字信号被转发时，实际上是将原始信号以不变形的、并且无噪声的放大形式重新发送，该过程也被称之为波形再生。再生一个数字信号的设备被称之为中继器。网络仅仅收发由精确脉冲所表示的1和0两种模式，