第 3 章 物理层
1
第3章 物理层
本章基本要求:掌握物理层的基本功能,掌握各类传输介质的特点,掌握常见物理层 设备与组件的作用;理解数据通信系统的模型及相关概念,理解基带传输技术和频带 传输技术,理解多路复用技术;了解物理层标准的内涵. 本章难点:数字数据编码,多路复用技术 教学时数与实验:6-8 学时,建议另外开设 1-2 学时的"UTP 线缆的制作"实验. 物理层是 OSI 参考模型中的第一层,它虽然处于最底层,却是整个开放系统的基础, 它是唯一直接提供原始比特流传输的层.物理层必须解决好与比特流的物理传输有关的一 系列问题,包括传输介质,信道类型,数据与信号之间的转换,信号传输中的衰减和噪声 以及设备之间的物理接口等. 本章首先简单介绍数据通信的基本知识,然后介绍传输介质,多路复用技术以及常用 的物理层协议,最后探讨物理信号传输中存在的问题数据通信基础
3.1 数据通信基础
从某种意义上讲,计算机网络是建立在数据通信系统之上的资源共享系统.因为计算 机网络的主要功能是为了实现信息资源的共享与交换,而信息是以数据形式来表达的,所 以计算机网络网络必须要解决数据通信的问题.如果没有数据通信功能为基础,计算机网 络就会成为"空中楼阁" .
3.1.1 数据通信的基本概念
1.信息,数据和信号 信息是指有用的知识或消息, 计算机网络通信的目的就是为了交换信息.而数据则是 信息的表达方式,其可以是数字,文字,声音,图形和图象等多种不同形式.就好比你如 果要向朋友传递"某一天是你的生日"的信息时,总是要以某种方式表达出来,如直接用 话语告诉他,或用书面文字告诉他,也可以用图片示意他.在计算机系统中,我们统一以 二进制代码表示数据的不同形式.而当这些二进制代码表示的数据要通过物理介质和器件 进行传输时,还需要将其转变成物理信号,信号(Signal)是数据在传输过程中的电磁波 表示形式.
2
计算机网络技术
2.模拟信号与数字信号 作为数据的电磁波表达形式,信号一般以时间为自变量,以表示数据的某个参量如振 幅,频率或相位为因变量.并且按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字 信号. 模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号,如图 3.1a 所示.电视图像信号, 语音信号,温度压力传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号. 数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号,通常表现为离散的脉冲形式, 可表示为 x(n T) ,如图 3.1 b 所示.显然,在数字信号中,因变量取值状态是有限的.计 算机数据,数字电话和数字电视等都可看成是数字信号.
a) 模拟信号
b)数字信号
图 3.1 模拟信号和数字信号
虽然模拟信号与数字信号有着明显的差别,但二者之间并不存在不可逾越的鸿沟,在 一定条件下它们是可以相互转化的.模拟信号可以通过采样,编码等步骤变成数字信号, 而数字信号也可以通过解码,平滑等步骤转变为模拟信号. 3. 数据通信
发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传送到数据接收方的过程就称为是数 据通信.由于信号可以是离散变化的数字信号,也可以是连续变化的模拟信号,所以与之 相对应,数据通信被分为模拟数据通信和数字数据通信.所谓模拟数据通信是指在模拟信 道上以模拟信号形式来传输数据;而数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号方式来 传递数据. 4. 信源,信宿和信道
在数据通信中,我们通常将数据的发送方称为信源,而将数据的接收方称为信宿.信 源和信宿一般是计算机或其它一些数据终端设备. 为了在信源和信宿之间实现有效的数据传输,必须在信源和信宿之间建立一条传送信 号的物理通道,这条通道被称为物理信道,简称信道.信道建立在传输介质之上,但包括
第 3 章 物理层
3
了传输介质和附属的通信设备.通常,同一传输介质上可提供多条信道,一条信道允许一 路信号通过.按传输介质的类型来划分,信道被分为有线信道和无线信道;按信道中所传 输的信号类型来划分,信道可被分为模拟信道和数字信道. 5.信道带宽与数据传输速率 信道带宽是指信道的频率宽度,即信道所能传输信号的频率范围.数据传输速率是指 单位时间内信道上所能传输的数据量,通常以每秒比特(bit per second,简写为 bps)作为 数据传输速率的基本单位.由于信道带宽越大,则数据传输速率就可以越高,所以常常将 这两个概念等同起来.今后,在本教材中我们就不再对两者加以区分.
3.1.2
数据通信系统的模型

下一页