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算机网络》课件
2.3.2 非导向传输媒体
• 若通信线路要通过一些高山或岛屿；在城市中挖 开马路铺设电缆，都不是一件很容易的事。
• 无线传输所使用的频段很广。 • 短波通信(高频通信)主要是靠电离层的反射，但
– 3类、4类、5类、超5类、6类、7类双绞线
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算机网络》课件
双绞线和同轴电缆
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
同轴电缆
绝缘保护套层 外导体屏蔽层
绝缘层
同轴电缆具有很好的抗 干扰特性，被广泛应用
包层 （低折射率的媒体）
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算机网络》课件
光纤的工作原理
低折射率 高折射率 (包层) (纤芯)
光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
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算机网》课件
输入脉冲
多模光纤与单模光纤
多模光纤
字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
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算机网络》课件
模拟信号、数字信号和码元
t
t
a) 模拟信号
b) 数字信号
码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
信号
t
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算机网络》课件
2.2.2 有关信道的几个基本概念
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算机网络》课件
(1) 信道能够通过的频率范围
• 码间串扰：如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么接 收端收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭了，每个码元所 占的时间界限不再很明确，前后都拖了“尾巴”。也就是说， 扩散了的码元波形所占的时间变得更宽了。这样，在接收端收 到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。
2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网(HFC 网) 2.6.3 FTTx 技术
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2.1 物理层的基本概念
物理层考虑的是怎样在连接各种计算机的传输媒体上
传输比特流，屏蔽不同硬件设备、传输媒体和通信方
式所带来的各种差异。
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算机网络》课件
2.2.3 信道的极限容量
• 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。
• 数字信号的优点：在接收端只要能从失真的波形识 别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有 影响。
• 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或 噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在信道输出 端的波形的失真就越严重。
基带信号
0
1
0
0
1
1
1
0
0
调幅
调频
调相
正交调幅QAM
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算机网络》课件
第1章 内容回忆(4)
• 1.7 计算机网络的体系结构
实体、协议、服务、服务原语和服务访问点 ； TCP/IP的体系结构；everything over IP、IP over
传输 系统
接收
接收器
终点
输
输
入
入
的信号
的信号
出
出
信
数
数
信
息
据
据
息
数据通信系统的模型
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几个术语
• 数据(data)—信息的数据化形式。 • 信号(signal)—数据电气的或电磁的表现，或数据的物理
量编码。 • 模拟信号—在时间域上幅度取值连续的信号 • 数字信号—在时间域上幅度取值离散的信号 • 码元(code)—在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数
• 双绞线(双扭线)
– 把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的 方法绞合起来，就构成了双绞线。绞合度越大，抗电磁 干扰能力越强。
– 使用双绞线最多的地方是电话系统。其通信距离一般为 几到几十公里，距离太长需使用放大器或中继器。另外， 导线越粗，其通信距离越远。
– 双绞线的分类
– 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)和无屏蔽双绞 线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
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基带信号和带通信号
• 基带信号(基本频带信号)——来自信源的信号。像计 算机输出的代表各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)。
于传输较高速率的数据。
内导体 目前同轴电缆主要用于
有线电视网的居民小区。
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光纤和光缆
• 光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉 冲来进行通信。因此，光纤是光纤通信的传输媒 体。
• 光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，由纤 芯和包层构成，直径仅有8至100um。光波通过纤 芯传导。
输出脉冲
输入脉冲
单模光纤
输出脉冲
多模光纤只适合近距离传输；单模光纤适合远距离传输
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光纤的特点和缺点
• 特点 • 通信容量非常大 • 传输损耗小，对远距离传输特别经济 • 抗雷电和电磁干扰性能好 • 无串音干扰，保密性好，不易被窃听和截取数据 • 体积小，重量轻 • 缺点 • 将两根光纤精确地连接需要专用设备 • 光接口连接器较贵
• 因此，自香农公式发表后，各种新的信号处理和调 制方法不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香 农公式给出的传输速率极限。
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2.3 物理层下面的传输媒体
• 传输媒体也称为传输介质或传输媒介，是数据传 输系统中在发送器和接收器之间的物理线路。
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数字信号通过实际的信道
• 有失真，但可识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
• 失真大，无法识别
接收信号波形
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
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算机网络》课件
(2) 信噪比
• 噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。同时噪 声是随机的；噪声的影响是相对的。
• 信噪比S/N 1dB=10 log10(S/N)
• 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了香农公式。 香农公式指出：
计算机网络（第 5 版）
第 2 章 物理层
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第 2 章 物理层
2.1 物理层的基本概念 2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型 2.2.2 有关信道的几个基本概念 2.2.3 信道的极限容量
2.3 物理层下面的传输媒体
• 信道的极限信息传输速率(极限容量) 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。
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香农公式的含义
• 由于光纤非常细，因此必须将光纤做成很结实的 光缆。一根光缆少则只有一根光纤，多则可包括 数十至数百根光纤，再加上加强芯和填充物提高 其机械强度。
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光线在光纤中的折射
包层
纤芯
折射角
包层 （低折射率的媒体）
入射角
纤芯 （高折射率的媒体）
物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些
特性，即：
• 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目 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。 • 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
• 传输媒体分为两大类：导向传输媒体和非导向传 输媒体。
• 在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固定媒体 (铜线或光纤)传播；非导向传输媒体就是指自由 空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为 无线传输。
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2.3.1 导向传输媒体