2018/3/17 酒)中用件草术大 第1章课程复习 计算机网络（第7版） ·网络的概念、功能 ·网络体系结构：协议及层次 ·网络模型 第2章物理层 ·OS1七层模型 ·TCPP四层模型 中国科学技术大学曾凡平 ·教学用的五层模型 TCPP的四层体系结构 主机A 主机B 用层 路由器 用层 运鞠层 网际 阿际层■ 网标豆 网路 接口层 口月 网1、龙 网络2 路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层， 五层协议的体系结构 第2章物理层 21物理层的基本概念 应用层 ■应用层(application layer） 2.2数据通信的基础知识 运输层 ■运输层(transport layer) 2.3物理层下面的传输媒体 网鉻层 ■网络层(network layer)) 2.4信道复用技术 数掘链路层 ■数据链路层(data link layer) 2.5数字传输系统 物理层 ■物理层(physical layer)) 2.6宽带接入技术 1
2018/3/17 2.1物理层的基本概念 2.2数据通信的基础知识 ,物理层：由传输媒体和相关的协议（物理层规程）组 成，目的是屏蔽传输煤体和通信手段的具体差异， 在物理煤体上传输原始的：据比特流。 2.2.1数据通信系统的模型 ·主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性： 2.2.2有关信道的几个基本概念 ·超誉景明警是整装经鸭形状和尺中、升 2.2.3信道的极限容量 ·麝餐输性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压 ‘染籍脑售指明某条线上出现的某一电平的电压衣 ·被赛攀性：指明对于不问功能的各种可能事件的出 ·此外还要完成并行传轴与串行传输的转换。 2.2.1数据通信系统的模型 常用术语 ·信息(Information)数据的内容或解释。 数据通信系统 ·数据(data) 一—运送消息的实体。 数字比特流 模信号 数字比特流 ·信号(signal一数据的电气的或电磁的表现。 e 公用电话网 ·“模拟的”(analogous signal)—代表消息的参 PC 调解剂器 数的取值是连续的。 PC 幕系统 传确东统 目的系统 “数字的”(digital signa) 代表消息的参数 的取值是离散的。 码元(code)一在使用时间域（或简称为时域） 输 点发送的 烧点 发送 的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基 的 八信息 出数据 出信 本波形。 数据通信系统的横型 周期信号 信号的时间和幅值特征 信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波） 非周期信号 ·信号的特征 ·时间特征：信号在任何时刻都存在，称为连续（时间） 傳}没有固定的模式和波形循环（如语音的音被信 信号：只在某些时间点上，信号的大小才能明确定义 餐製前男德显季明确定文成对向脑的分校 ·幅值特征：信号的大小在实数域上取值，称为模拟 信号：信号只取实数域上的某些值（比如在整数规取 值)，称为量化倍号， ·我们通常所说的模拟信号是指时间上连续的模拟 信号，而数字信号是搭时间上离散的量化信号。 2
2018/3/17 信息编码：将信息用二进制数表示的方法 ·不同类型的信号在不同类型的信道上传输 -例如：ASCII编码、BCD编码等 有4种情况： ·数据编码：将数据用物理量表示的方法 -例如：字符“A“的ASCI编码为01000001，其数 数据：棋拟数据数字数据 据编码可能为 信号：模拟信号数字信号 信道：模拟信道数字信道 棋拟传输和数字传输所使用的技术 2.2.2有关信道的几个基本概念 模拟数据，模拟信号 模拟敏据，数字信号 ·信道一信道：信号传输的通道，一般用来表 示向某一个方向传送信息的媒体。 ·单向通信（单工通信）一只能有·个方向的通 倍而没有反方向的交互。 戴字兼湖，模拟信号 数字数据，数字值号 ·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 1010戴牛 门横拟 100字守铜数几 就不能同时接收)。 ·双向同时通信（全双工通信）一通信的双方 可以同时发送和接收信息。 2.2.2有关信道的几个基本概念 2.2.2有关信道的几个基本概念 ·基带信号（即基本颍带信号）一来自信源的 调制分为两大类： 岛爱磨船生船餐各种文字纹雷家文州 ·基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直 隔指转努 流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或 ·带通调制：使用载波(carrier)进行调制.把基带信号的频 直流分量。因此必须对基带信号进行调制 率范围搬移到较高的抵段， 并转换为榄拟信号，这样潮 (modulation). ·带通信号：经过载被调制后的信号。把基带信号经过载 搭削给把命授牌换麦整的唇盛使在 波调制后 3
2018/3/17 编码与调制的区别 (1)常用编码方式 一编码：用数字信号承载数字或模拟数据 一调制：用模拟信号承载数字或模拟数据 ·不归零制：正电平代表1，负电平代表0 ·归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。 编码与解码 ·曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0， x 数字信号 位周期中心的向下跳变代表1。但也可反过来定 几口 义。 git git Encoder Decoder ·差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有 数字信道 跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界 偏码 解码 没有跳变代表1。 接收方 (1)常用编码方式 (1)常用编码方式 比特流 00100111 ·从信号波形中可以看出，曼彻斯特(Manchester) 不归零制 装裂鞋分受物所持横玛产生的信号频比不润 归零制 ·从白同步能力来看，不归零制不能从信号波形本 身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步能 曼彻斯特 而2彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有 白同步能力。 差分 散字信号常用的填码方式 调制与解调 (2)基本的带通调制方法 载波 模拟信号 ·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。为了解决这一问题，就必须对基带信 90 VV 90 号进行调制(modulation)。 Modulator Demodulator 数字或 模拟信道 数字或 ·最基本的二元制调制方法有以下几种： 摸拟数据 调创 解调谢 模拟数据 ·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。 发送方 妻收方 ·调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。 又
2018/3/17 对基带数字信号的几种调制方法 正交振幅调制QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 为了达到更高的信息传袖速率，必须采 基带信号010011100 举例 用技术上更为复杂的多元制的振幅相位 混合调制方法， ANMANAANANAN 调幅 VWWVWWWW “子路 AAAMAAAAAAANAANAAAANAAAAA 16 调频 、点中的 V VWW VVVVWWWVWWWWWWV VVVV 码。服传输章可镜高4倍。 AAAMAAA AAAAAMAAA 不码元多越好。若每一个码元可表示的比特数越多，则在收 调相 VWVVVVWVVVVV VVVV 进行解调时复正确识别每一种状态就难，出错率增加。 2.2.3信道的极限容量 数字信号通过实际的信道 ·任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会 ■有失真，但可识别 产生各种失真以及带来多种干扰。 实际的信道 ·码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远， (带宽受限，有除声、干扰和失真) 在信道的输出端的波形的失真就越严重。 九n ·由傅里叶理论可知，任何信号均可以表示成各种 发送佰号波形 接收信号波形 不同频率信号的叠加，即傅里叶级数。而信号的 ■失真大，无法识别 频率不同，通过非理想信道后其振幅的衰减是不 同的，这样就导致了失真。 干扰和失真) 发送信号波形 接收信号波形 2.2.3信道的极限容量 (1)信道能够通过的颜率范围 从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因 ·1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈 素有以下两个： 氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避 ·信道能够通过的频率范围 免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 ·信噪比 ·在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元 的判决（即识别成为不可能。 ·具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信 ·如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高 号中的许多高频分量往往不能通过信道。 频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元 而不出现码间串扰。 5
2018/3/17 (2)信噪比 (2)信噪比 ·噪声存在于所有的电子设备和通信信道中 ·1984年，香农(Shannon)用信息论的理论推导出 ·噪声是随机产生的，它的熙时值有时会很大。因此 了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、 噪声会使接收端对码元的判决产生错误。 无差错的信息传输速率（香农公式）。 ·但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么 ·信道的极限信息传输速率C可表达为： 噪声的影响就相对较小。 C=W log (1+S/N)(bit/s) ·信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。 常记为SN,并用分贝(dB)作为度量单位。即： 其中： 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： 信噪比(dB)=10log1o(SM(dB) N为信道内部的高斯噪声功率。 ·例如，当SN=10时，信噪比为10dB,而当SW 1000时，信噪比为30dB。 香农公式表明 提高信道传输速率的方法 ·信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限 ·对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再 传输速率就越高。 提高了， 并且码元传输速率也达到了上限值，那 ·贤要德卧敬整素无染警整率 么还有办法提高信息的传输速率。 这就是用编码 的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。 ·若信道带宽W或信噪比SW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。 ·比如对于同一一个频率的找烦信号，如果用8个相 ·实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极 位分别表示不同的3比特二进制数，则传输速率 提高到3倍。 限传输速率低不少。 2.3物理层下面的传输媒体 2.3物理层下面的传输媒体 ·2.3.1导引型传输媒体 ·传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数 ·2.3.2非导引型传输媒体 据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路 ·传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体和非 导引型传输媒体。 ·在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒 体（铜线或光纤）传播。 ·非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型 传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。 6
2018/3/17 2.3物理层下面的传输媒体 2.3.1导引型传输媒体 电信领域使用的电磁波的频谱： ·双绞线 fH国101010301010101001910910e010 纯球红外懒推T懒 ·最常用的传输媒体。 可线果州维 ·模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其 通信距离一般为几到十几公里。 ·屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair) ·带金属屏蔽层 ·无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair) MF HF VHF UHF SHF EHF 2.3.1导引型传输媒体 双绞线标准 ·1991年，美国电子工业协会EIA和电信行业协 果血乙蜂敲层施缘层铜做 毒海 金發霜茶密纹拥肤灌内传摄的无所双 )无屏董双坡缘 ()票蔽双统维 ·1995年将布线标准更新为E1A/TLA-568-A。 3典地 oedeoex ·此标准规定了5个种类的UTP标准（从1类线 到5类线) 5类量 次心x ·对传送数据来说，现在最常用的UTP是5类线 不同的坡合度的深被辑 (Category5或CAT5)。 双絞线的示意图 双绞线标准 双绞线的应用 常用的较合线的类别、带宽和典型应用 赖境特点 食应用 ①赣儿委经和电话强局。 传输模拟信号，可以 3 16 MHz 2对4芯双破城 然特能用于城大0 ⊙用委售毒酮罐调蒸往望镂界背中话餐 和 桑的接入(56K6 20 MHz 言双境地 信用于◆神两域网 用数享用尸线的宽带在接入不Mbps》。 5 100 MHz 相比增加了前 输速率不过1O0Mb/的应用 ③用于组建计算机局域网 5E(幅5) 125M 与类相比有液夏小 囊输速率不姐过1Gbt/s的应用 ·3类双绞线：承载16MHz带宽 承载100MHz带宽，是目前高速局域网 250 MHz 与5卖相比改善了申 收称地率高于1Gb/小的应用 连网的主要方 性富挂旋 ·6类双蛟线：承载250MHz带宽 600 MHz 传输速率商于10Gb6i/s的应用 ·7类夏蛟线：承载600MHz带宽 7
2018/3/17 双绞线的连接标准 色彩标记和连接方法： 2.3.1导引型传输媒体 线对色彩码 ·同轴电缆 1白蓝，蓝 2 ·同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较 3 3 高速率的数据。 2 白橙，橙 4 5 ·同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。 3白绿，绿 6 ·502同轴电缆， 一LAN/数字传输常用 4白棕，棕 ·75同轴电缆 8 交又 18 8 直迹线 8 地缘保护害是 有视叔传编用 外导体脚藏属 F1A-568B FIA-568A G一内每 交叉线：交换机一交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口) ·直连线：PC路由器一交换机HUB、HUB-HUB(级连端口) 同袖电缆的结构 2.3.1导引型传输媒体 光线在光纤中的折射 包是 折封角 ·光缆 ·光纤是光纤通信的传输媒体。 ·由于可见光的频率非常高，约为108MHz的 硫射年的 量级，因此 个光纤通信系统的传输带宽远 入时 远大于目前其他各种传输媒体的带宽。 光线在光纤中的折射 当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其 折射角将大于入射角：因此：，如果入射角足够大，就 会出现全反射，光也就沿着光纤传轴下去。 光纤的工作原理 多模光纤与单模光纤 ·多模光纤 光幾在軒芯中传输的方式量不毒地全反射 可以存在多条不同角度入射的光线在一条光 纤中传输。这种光纤就称为多模光纤。 ·单模光纤 光波在纤芯中的传播 若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则 只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某个 光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向 临界角度，就可产生全反射。 前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤 称为单模光纤。 8
2018/3/17 多模光纤与单模光纤 光纤通信中使用的光波的波段 多模光纤 轴入脉冲 ·常用的三个波段的中心分别位于850nm,1300 出球神 nm和1550nm. ·所有这三个波段都具有25000-30000GHz的带 宽，可见光纤的通信容量非常大。 盖入脉冲 单模光纤 多模光纤)和单慎光纤b)的比较 光纤优点 光纤和铜线的比较 ·(1)通信容量非常大。 ·首先，光纤比铜线能够处理更高的带宽，这使得 ·(2)传输损耗小，中继距离长 它非常适用于高端网络。由于光纤具有相对较低 的衰减，所以在较长的线路上，大约每50km才 ·(2)抗雷电和电磁干扰性能好 需要中继器，而对于铜线而言，大约每5km就需 ·(3)无串音干扰，保密性好 要中继器。实际上，这也节约了光纤网络的成本。 ·(4)体积小，重量轻。 ·光纤细小而且重量较轻，对于新的路由线路，光 纤比销线更有优势，因为它的安装费用低得多。 ·最后，光纤不会漏光，而且难以接入进来，这些 特性使得光纤很雅被搭线窃听，因而具有很高 的安全性。 2.3.2非导引型传输媒体 ·另一方面，光纤也有不足之处。 ·将自由空间称为“非导引型传输媒体”。 ·光纤是一项相对陌生的技术，要求较高的操作技 ·无线传输所使用的频段很广。 能，这并不是每一个工程师都具各的： ·当光纤被过分弯曲时，容易损坏。 ·短波迪信（即高频通信）主要是靠电离层的反射， 但短波信道的通信质量较差，传输速率低。 ·由于光传输技术本质上是单向的，所以在双向通 氨势离米贵發位用同度光纤，度者在二限无宝 ·微波在空间主要是直线传播 ·传统微波通信有两种方式： ·最后，光纤接口的成本比电子接口的成本高得多。 ·地面微波接力通信 ·然而，在将来，凡是超过几米距离的所有固定数 ·卫星通信 据通倍显然都应该使用光纤。 9
2018/3/17 无线电传输 电离层 ·无线电波的特性与频率有关。在低频部分，无线 电波能够很好地穿透障碍物，但是随着离开源越 来越远，能量急制减少，在空气中大致上是12 在高频部分，无线电波倾向于按直线传播，并且 地表 会受到障碍物的阻挡。而且，无线电波也会被雨 (a) 水吸收。在所有的频率上，无线电波都会受到发 动机和其他电子设备的干扰。 (a)在VLF,LF和MF波段，无线电波沿地面传播： ·在VLF、LF和MF波段，无线电波沿若地面传输 在HF和VHF波段，地面波会被地球吸收，通过 (b)在HF波段，无线电波被电离层折射回来。 电离层的反射传播。 ·使用哪个類率进行通信，必须受到本国政府的同意。中国 微波传输 由无线管理委员会”分配频。 ,有些须段可以自由使用，称为1SM(Industrial,,Scientific,, Medical,工业的、科学的、医药的)，用于非授权用途 ·在100MHz以上的频段内，电波几乎按直线传播， 因此它们可以被聚集成窄窄的一束。通过抛物线 ISM段 SM期凤 形状的天线（就像常见的碟形卫星电视天线），可 3.5 100 100 以把所有的能量集中于一小束，从而获得极高的 信噪比，但是发射端和接收端的天线必须精确地 相互对齐。长距离通信必须中继。 ·迟到的微波与直接到达的微波可能会不同相，因 面抵消了信号。 这种效果称为多径衰落 (multipath fading) 品 孺品品 U-NI段 无线局域网使用的ISM频段 红外线和毫米波 要使用莱一段无线电烦请进行通债，通常必须得到本国政府有关 些无她电频股是可 电视机 26 83.5 125 频带 MHz MHz MHz “制造 但是它们也有 通过固体物 ·红外线不能很好地透过实体墙壁， 个建筑物的某 统不会干扰相邻房同或者相 邻垂筑物内的身 不类位的系统。 红外系统 防窃听安全比无线电系统好 原因就在 .850 经红外系统并不需要政府的许同 GHz GHz 在桌而环境中也 的 无线局域网使用的I5M频殿 起来 魔在适稽暖 10