计算机网络课程ppt

这是计算机网络课程ppt，包括了物理层的基本概念，数据通信的基础知识，物理层下面的传输媒体，模拟传输与数字传输，信道复用技术，物理层标准举例等内容，欢迎点击下载。

计算机网络课程ppt是由红软PPT免费下载网推荐的一款课件PPT类型的PowerPoint.

第二章 物理层 2.1 物理层的基本概念 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是连接计算机的物理设备或具体的传输媒体。物理层规程(procedure) 机械特性： 电气特性： 功能特性： 规程特性： 2.2 数据通信的基础知识 2.2.1 数据通信系统的模型 数据(data)是运送信息的实体，而信号(signal)则是数据的电气的或电磁的表现。 无论数据或信号，都可以是模拟的或数字的。 “模拟的”：表示是连续变化的 “数字的”：表示取值是离散的 将数字数据转换为模拟信号的过程叫调制。 将模拟信号转换为数字数据的过程叫解调. 一般说来，模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号。因此有以下四种情况： 2.2.2 有关信道的几个基本概念 从通信的双方信息交互的方式来看： (1) 单向通信：单工通信； (2) 双向交替通信：半双工通信； (3) 双向同时通信：全双工通信。 信道的数据速率： （B）码元速率：单位时间内传输的码元个数 单位：波特（Band） 波特率：单位时间信号状态变化的次数 （C）数据传输率：单位时间传输的二进制位数。 单位：比特/秒 (b/s) 2.2.3 信道上的最高码元传输速率 奈氏(Nyquist)准则：(1924年提出，是基于无噪声的信道 即理想低通信道） 最高码元传输率 B=2W W-理想低通信道的带宽，单位为赫。 最大数据传输率C=2Wlog2L 强调两点 (1)实际使用的信道与理想化的信道有很大差别，其能传输的最高码元速率要低得多。 (2) 波特和比特是两个不同的概念： 码元传输率也称为调制速率、波形速率或符号速率，单位Baud-码元/秒 。 比特是信息量单位，b/秒。 2.2.4 信道的极限信息传输率 香农(Shannon)公式(1948年提出，是基于有噪声的信道) 最大数据传输率 C=W log2(1+S/N) b/s W为信道的带宽(以Hz为单位) S/N称为信噪比 注意：实际应用中常告诉信噪比为多少分贝（dB），则此时指的是10log10S/N 信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率越高。 例题1 一个数字信号通过两种物理状态 经信噪比为20db的3KHZ信息传送，其速率不会超过多少？ 解： 由条件:L=2 W=3KHZ 10lgS/N=20  S/N=100 由奈式公式： C=2Wlog2L=2*3Klog22=6Kb/s 由香农公式：C= Wlog2(1+S/N) =3 log2(1+100)=18Kb/s 注意：要取两者中较小的值，所以最大速率为6Kb/s 例题2 若要在一条50KHz信道上传输1.544Mb/s的T1载波，信噪比至少要多大？ 解： 由条件W=50KHz C=1.544Mb/s 香农公式C=Wlog2(1+S/N) 1.544*103K=50Klog2(1+S/N) S/N=230 信噪比10lgS/N=10lg 230 (分贝) 2.3 传输媒体(传输介质) 传输媒体是数据传输系统中在发送器和接受器之间的物理通道，即指传送信息的载体。 1、导向传输媒体(有线传输介质) 双绞线（ Twisted Pair ） 同轴电缆（ Coaxial Cable ） 光缆(Optical Fiber) 2、非导向传输媒体(无线传输介质) 无线、微波、卫星通信、红外线 通过空气来进行信号的传播。 双绞线 同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组成 （1）50 同轴电缆 （2）75 同轴电缆 常用的编码方法 曼彻斯特: 每位周期中间跳变，1：由高到低 0：由低到高 差分曼彻斯特: 每位周期中间跳变，1前不跳变，0前跳变 光纤 由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8 ~ 100 m。正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。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，入射角足够大会反全射. 特点： 通信容量大，带宽在25000GHz~30000GHz 传输损耗小 抗雷电和电磁干扰性能好 无串音干扰，保密性能好 体积小，重量轻 2.4 模拟传输与数字传输 模拟传输技术 数字传输技术 2.4.2 调制解调器 2．几种最基本的调制方法 所谓调制就是进行波形变换。或者更严格些，是进行频谱变换，将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。 最基本的二元调制方法： （1）调幅(AM) （2）调频(FM) （3）调相(PM) 正交幅度调制QAM 上述的对数字信号的调频和调相，分别称为移频键控FSK (Frequency Shift Keying)移相键控PSK (Phase Shift Keying) -绝对移相键控 -相对移相键控(DPSK) 为了达到更高的信息传输速率，采用更为复杂的多元的振幅相位混合调制方法：正交调制QAM 4．调制解调器使用异步通信方式 数据通信可分为同步通信和异步通信两大类。 同步通信:要求接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相等(这常称为收发双方的时钟是同步的)，以便使接收端对收到的比特流的采样判决的时间是准确的。 异步通信:在发送端将欲发送的数据以字节(8个比特)为单位进行逐个字节的封装，对每一个字节增加一个起始比特和停止比特. 异步通信是通过增加通信开销(每发送10个比特就有两个比特的额外开销，因而数据的有效传输速率就降低了)使接收端能够使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。 2.4.3数字传输系统 解决问题：模拟信号在数字信道上传输入 实现方法：脉码调制PCM(Pluse Code Modulation)技术 三个步骤： 1）采样：采样频率=2倍信号频率 根据取样定理，只要取样频率不低于模拟信号最高频率的2倍，就可以从取样脉冲信号无失真地恢复除原来的信号。 2）量化：振幅0-255，分128个等级 [0，2），[2，4），[4，6）…[254，255) 0 1 2 …127 3）编码：对每个已量化的值进行7位二进制编码 2.5 信道复用技术 用一对传输线同时传送几路信息，称为多路复用 频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing) 多路信号同时使用一个信道的不同频段 适用于模拟信号  应用： 广播电视 电缆电视 数字数据传输：需要将数字信号转换为模拟信号 时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing) 多个信号分时地使用一个信道的一个频段，即时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频道宽度。 -同步时分多路复用 -异步时分多路复用（统计时分多路复用STDM） 在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对地使用。 当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时(例如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让已经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。见下图： 统计时分复用STDM (Statistic TDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器(concentrator)常使用这种统计时分复用。下图是统计时分复用的原理图。 波分多路复用WDM (Wavelength Division Multiplexing) 波分复用技术主要用于全光纤网组成的通信系统，将是计算机网络系统今后的主要通信传输复用技术之一. 将信道分成多个波段，相当与频分复用中的频段 码分多路复用CDM (Code Division Multiplexing) 更常用的是码分多址CDMA (Code Division Multiple Access):每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。 码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。目前是一种用于移动通信系统的新技术，PDA、HPC等移动性计算机的连网用到码分复用技术。 CDMA的复用原理是基于码型分割信道。每个用户分配有一个地址码，而这些码型互不重叠，其特点是频率和时间资源均为共享。 2.7 物理层标准举例 2.7.1 EIA-232-E接口标准 EIA-232-E是美国电子工业协会制订的物理层标准。1962年制订为RS-232，1969年修订为RS-232-C，1981修订为EIA-232-D，1991年修订为EIA-232-E。 DTE(Data Terminal Equipment)-数据终端设备 DCE(Data Circuit-termination Equipment)-数据电路端接设备 CUS/DSU(Channel Service Unit/Data Service Unit)-信道服务单元/数据服务单元 机械性特性 采用25针连接器(DB-25) 其中22针已经指定用途 与ISO 2110标准一致 对DB-25的机械尺寸及每根针的排列位置均作了明确规定，保证通用性 电器性接口：与CCITT V.28建议一致 在数据线上： Mark(传号) -3V或更低 逻辑1 Space(空号) +3V或更高 逻辑0 在控制线上： ON(通) 逻辑0 OFF(断) 逻辑1 功能性接口：与CCITT V.24建议书一致 EIA-232接口标准有两个较大的弱点，即：数据的传输速率最高为20 kbit/s；连接电缆的最大长度不超过15 m。 1997年又制定了RS-449，由3个标准组成。 （1）RS-449 规定接口的机械特性、功能特性和过程特性。RS-449采用37根引脚的插头座。 （2）RS-423-A 规定在采用非平衡传输时(即所有的电路共用一个公共地)的电气特性。 （3）RS-422-A 规定在采用平衡传输时(即所有的电路没有公共地)的电气特性。它可将传输速率提高到2 Mbit/s，而连接电缆长度可超过60 m。 作业一： 1）P66 2-02 2） 一个用于发送二进制信号的3KHz信道，其信噪比为20dB，可以取得的最大数据速率是多少？ 3)画出1010110011的基带数字信号、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 作业2解答： 解：单位为dB时，10lgS/N=20 S/N=100 香农C=Wlog2(1+S/N) =3log2(1+100)=19.98kb/s 奈式公式： C=2Wlog2L=2*3log22=6kb/s 最大数据数率是6kb/s 曼彻斯特: 每位周期中间跳变，1：由高到低 0：由低到高 差分曼彻斯特: 每位周期中间跳变，1前不跳变，0前跳变 作业二 2-03 2-156iO红软基地