第二章 物理层 物理层是开放系统互联参考模型OSI/RM中的最底 层， 其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设 备、传输媒体和通信手段等的差异。 ■物理层下的传输介质 ■模拟传输与数字传输 ■同步与复用 ■交换技术 ■信道的极限容量 ■物理层的功能、模型与特性 ■物理层标准举例
第二章 物理层 ◼ 物理层下的传输介质 ◼ 模拟传输与数字传输 ◼ 同步与复用 ◼ 交换技术 ◼ 信道的极限容量 ◼ 物理层的功能、模型与特性 ◼ 物理层标准举例 物理层是开放系统互联参考模型OSI/RM中的最底 层，其作用是尽可能地屏蔽掉计算机网络中的物理设 备、传输媒体和通信手段等的差异
第一节 物理层下的传输介质 *传输介质是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。 2.1.1有线传输介质 *有线传输介质传输信号的性能较好，成本低， 易安装和维护，主要适用于短 距离通信和架设电缆比较容易的场合。 l.双绞线TP(Twist Pair-wire) *组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相 扭绞在一起。 *传输特性：模拟传输每隔5一6公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量 级；数字传输每隔2-3公里需加中继器（转发器） 对失真了的信号进行整形。 *特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通 信距离通常为几到几十公里，速率达100-155Mbps。 *适用：电话系统、微机局域网
第一节 物理层下的传输介质 传输介质是指通信中实际传送信息的载体，通常可以分为有线和无线两类。 2.1.1 有线传输介质 有线传输介质传输信号的性能较好，成本低，易安装和维护，主要适用于短 距离通信和架设电缆比较容易的场合。 1.双绞线TP(Twist Pair－wire) 组成：为减少信号间的串扰，由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相 扭绞在一起。 传输特性：模拟传输每隔5-6公里需加放大器将衰减了的信号放大到合适的量 级；数字传输每隔2-3公里需加中继器（转发器） 对失真了的信号进行整形。 特点：成本低、易维护和安装，带宽较宽，通 信距离通常为几到几十公里，速率达100-155Mbps。 适用：电话系统、微机局域网
第一节 物理层下的传输介质 1类 含两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传 具有易 输速率仅达到几十Kbps; 弯曲、 2类 含四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中； 易安装、 非屏蔽双 重量轻 3类 含四个电线对，数据传输速率相对2类线要高，可以用于10Mbps的 等优点， 以太网和4Mbps的令牌环网； 且更加 独立和 线 4类 含四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于10Mbps的以太网和 灵活， l6Mbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰； 适用于 含四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传 综合布 5类 输特性，可以支持100Mbps数据传输速率和如ATM等快速连网技术； 线 具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不 双 3类 蔽 易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术， 5类 所以并未真正得到流行
第一节 物理层下的传输介质 非 屏 蔽 双 绞 线 1类 含两个电线对，适用于话音通信，主要应用于电话系统中，数据传 输速率仅达到几十Kbps； 具有易 弯曲、 易安装、 重量轻 等优点， 且更加 独立和 灵活， 适用于 综合布 线， 2类 含四个电线对，数据传输速率不高，很少应用于现代计算机网络中； 3类 含四个电线对，数据传输速率相对2类线要高，可以用于10Mbps的 以太网和4Mbps的令牌环网； 4类 含四个电线对，能够提供更宽的带宽，可以用于10Mbps的以太网和 16Mbps的令牌环网，并能提供更多的保护以防串扰； 5类 含四个电线对，增加了单位长度的缠绕密度，从而提高了线路的传 输特性，可以支持100Mbps数据传输速率和如ATM等快速连网技术； 双 绞 线 屏 蔽 3类 具有较高的数据传输速率和较好的耐腐蚀能力；但由于其费用相对较高，不 易弯曲布线，且需要配有支持屏蔽功能的特殊的连接器和相应的安装技术， 5类 所以并未真正得到流行
第一节 物理层下的传输介质 2.同轴电缆(Coaxial Cable) 糜组成：按同轴形式的一个线对构成。 蟲分类：按照同轴电缆的直径大小可将其分为 粗缆适用于较大型的局域网，标准距离长， 可靠性高，总体造价高，安装难度大， 但不必切断电缆。 细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。 传输特性：按照特性阻抗数值的不同可以分为 502基带同轴电缆，传输离散的数字信号，可以将10Mbps速率的基带数字 信号传送1Km-1.2Km,广泛应用于局域网中。 75Ω宽带同轴电缆，用于模拟传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行数模-模数的转换)，可用DM技术传输多路信号，覆盖范围广泛， 远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆
第一节 物理层下的传输介质 2.同轴电缆（Coaxial Cable） 组成：按同轴形式的一个线对构成。 分类：按照同轴电缆的直径大小可将其分为 粗缆适用于较大型的局域网，标准距离长， 可靠性高，总体造价高，安装难度大， 但不必切断电缆。 细缆造价低，且安装相对简单，但要切开电缆。 传输特性：按照特性阻抗数值的不同可以分为 50Ω基带同轴电缆，传输离散的数字信号，可以将10Mbps速率的基带数字 信号传送1Km-1.2Km，广泛应用于局域网中。 75Ω宽带同轴电缆，用于模拟传输系统（也可以传输数字信号，传输时需 进行数模-模数的转换），可用FDM技术传输多路信号，覆盖范围广泛， 远距离传输需用放大器，是有线电视系统中的标准传输电缆
第一节 物理层下的传输介质 因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为双缆系统和单缆系统 顶端器 顶端器 进电缆 蠱特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高， 传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。 彝适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离 系统连接的通信线路以及局域网中)
第一节 物理层下的传输介质 顶端器 顶端器 出电缆 进电缆 因放大器只能单向工作，因此模拟传输系统又可分为双缆系统和单缆系统 特点：与双绞线相比，成本较高，安装较复杂；频带较宽，数据速率较高， 传输距离较大，抗干扰能力较强，是用途广泛的传输介质。 适用：高速、高频通信（如长距离的电话、电报、有线电视系统和短距离 系统连接的通信线路以及局域网中）
第一节 物理层下的传输介质 3.光纤(fiber) 申组成：光导纤维(Optical Fiber)简称光纤，由能传导光波的石英玻璃 纤维外加低折射率的保护层组成。 申传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行 的，有光信号为1，无光信号为0，光信号在光 纤中进行全反射。 串光传输系统一般由光源、光纤线路和光探测器组成。 光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲； 光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送； 光探测器：利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号
3.光纤(fiber) 组成：光导纤维（Optical Fiber）简称光纤，由能传导光波的石英玻璃 纤维外加低折射率的保护层组成。 传输特性：利用光导纤维传递光脉冲来进行 的,有光信号为1，无光信号为0，光信号在光 纤中进行全反射。 光传输系统一般由光源、光纤线路和光探测器组成。 光源：采用发光二极管或半导体激光器，在电信号脉冲作用下产生出光脉冲； 光纤线路：光脉冲在光纤线路上传送； 光探测器：利用光电二极管做成光探测器，将检测出的光脉冲还原成电脉冲信号。 第一节 物理层下的传输介质
第一节 物理层下的传输介质 申光纤的两种基本传输模式： 多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同 的光线在同一条光纤中传输；芯的直径约为50-1004m, 光源可以使用普通的发光二极管，数据传输速率受限制。 单模方式：当光纤的直径减少到一个光的波长左右 八 时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射； 芯的直径约为8-104m,用价格较贵的半导体激光器做 光源，衰耗小，效率高，传输距离长。 申特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串 音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且 质量轻、体积小。 申适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。 光缆
第一节 物理层下的传输介质 光纤的两种基本传输模式： 多模方式：可以存在多条满足全反射的入射角不同 的光线在同一条光纤中传输；芯的直径约为50-100μm， 光源可以使用普通的发光二极管，数据传输速率受限制。 单模方式：当光纤的直径减少到一个光的波长左右 时，光纤像波导那样使光线一直向前传播而没有折射； 芯的直径约为8-10μm，用价格较贵的半导体激光器做 光源，衰耗小，效率高，传输距离长。 特点：传输频带宽、损耗小、中继距离长、无串 音干扰、高保密性、抗雷电和抗电磁干扰性能好且 质量轻、体积小。 适用：光纤既可以用于局域网也可以用于广域网。 光缆
第一节 物理层下的传输介质 申光纤的连接方法有三种： 賞将断点接入连接头，然后插入连接插座（损耗10%-20%的光，但重新配置系统较容易）； X用机械方法将切割好的光纤钳起来（光的损失大约为10%）； 賞使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起（光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤 差不多)。 ◆三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！ 绕过这种问题的方法是采用环网。 Q计算机 铜线与计算机相连 光纤 接口的结构 光传播的方向 光纤 光接收器信号再生器 光发送器 (光电二极管)（电信号） （发光二极管)
第一节 物理层下的传输介质 光纤的连接方法有三种： 将断点接入连接头,然后插入连接插座(损耗10%-20%的光，但重新配置系统较容易)； 用机械方法将切割好的光纤钳起来(光的损失大约为10%)； 使用融合的方法将光纤的断点处融合在一起(光的损耗最小，连接好的光纤和单根光纤 差不多)。 三种方法的结合处都有反射，且反射的能量会和信号交互作用！ 绕过这种问题的方法是采用环网。 接口的结构 计算机 光纤 与计算机相连 光纤 光发送器 （发光二极管） 信号再生器 （电信号） 光接收器 （光电二极管） 铜线 光传播的方向
第一节 物理层下的传输介质 2.1.2无线传输介质 *无线传输介质（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。 *特点：信号沿直线传播。 *适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂 窝式无线电话网。 *分类：红外通信、激光通信和微波通信（微波通信又主要有两种方式：地面 微波接力通信和卫星通信)。 1.地面微波接力通信 *原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站， 将前一信号放大向后传。 适用：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。 优点：频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。 缺点：相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保密性差、中继站的使 用与维护问题等
第一节 物理层下的传输介质 2.1.2 无线传输介质 无线传输介质（又称为视线媒体）用自由空间作为传输介质来进行数据通信。 特点：信号沿直线传播。 适用：架设或铺埋电缆或光缆较困难的地方，广泛应用于电话领域构成的蜂 窝式无线电话网。 分类：红外通信、激光通信和微波通信（微波通信又主要有两种方式：地面 微波接力通信和卫星通信）。 1.地面微波接力通信 原理：长距离传输时每隔一段距离就需架中继站， 将前一信号放大向后传。 适用：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。 优点：频带宽、通信容量大、传输质量高、可靠性较好、投资少、见效快、灵活等。 缺点：相邻站间必须直视，不能有障碍物；受气候干扰较大、保密性差、中继站的使 用与维护问题等
第一节 物理层下的传输介质 2.卫星通信 *原理：用位于36000Km高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信 *特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具 卫星 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。 *优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小， 41756Km 35860Km 通信比较稳定。 *缺点：保密性较差，造价较高。 地球 适用：广播电视通信。 3.红外线与毫米波 12752Km *特点：具有一定的方向性。 *优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。 *缺点：不能穿透坚硬的物体。 *适用：被广泛应用于短距离通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象
第一节 物理层下的传输介质 2.卫星通信 原理：用位于36000Km高空的人造同步通信卫星作中继器的一种微波接力通信。 特点：通信距离远、费用与距离远近无关；具 有较大的传输延迟，且传输延迟相对确定。 优点：频带很宽，通信容量大，信号受干扰小， 通信比较稳定。 缺点：保密性较差，造价较高。 适用：广播电视通信。 3.红外线与毫米波 特点：具有一定的方向性。 优点：价格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被窃听或截取。 缺点：不能穿透坚硬的物体。 适用：被广泛应用于短距离通信，红外线成为室内无线网的主要选择对象。。 地球 卫星 41756Km 35860Km 12752Km