物理层省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1第3章 物理层College of automation第第3 3章章 物理层物理层第1页2第3章 物理层College of automation本章学习内容物理层与物理层协议基本概念。物理层与物理层协议基本概念。数据通信中基本概念。数据通信中基本概念。数据传输方式。数据传输方式。多路复用分类与特点。多路复用分类与特点。广域网中数据交换技术。广域网中数据交换技术。第2页3第3章 物理层College of automation3.1 物理层与物理层协议基本概念物理层基本概念通信子网分为点通信子网分为点-点通信线路通信子网与广播信道通信点通信线路通信子网与广播信道通信子网子网;广域网主要采取
2、点到点通信线路,局域网与城域网普广域网主要采取点到点通信线路,局域网与城域网普通采取广播信道通采取广播信道;因为技术上存在较大差异,所以在物理层和数据链路因为技术上存在较大差异,所以在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支,一类是基于点层协议上出现了两个分支,一类是基于点-点通信线路,点通信线路,另一类是基于广播信道。另一类是基于广播信道。第3页4第3章 物理层College of automation物理层基本服务功效物理层设计时主要考虑是怎样在连接开放系统传输介物理层设计时主要考虑是怎样在连接开放系统传输介质上传输各种数据比特流;质上传输各种数据比特流;计算机网络能够利用物理传输介质与传输
3、设备存在着计算机网络能够利用物理传输介质与传输设备存在着很大差异,设计物理层主要目标是向数据链路层屏蔽很大差异,设计物理层主要目标是向数据链路层屏蔽通信技术差异性;通信技术差异性;数据链路实体经过与物理层接口,将数据传送给物理数据链路实体经过与物理层接口,将数据传送给物理层,经过物理层按比特流次序,将信号传输到另一个层,经过物理层按比特流次序,将信号传输到另一个数据链路实体。数据链路实体。第4页5第3章 物理层College of automation物理层向数据链路层提供服务 物理连接建立、维护与释放物理连接建立、维护与释放;物理连接分为点物理连接分为点-点连接与多点连接点连接与多点连接;数
4、据传输分为全双工、半双工与单工方式数据传输分为全双工、半双工与单工方式;数据传输分为串行传输方式与并行传输方式数据传输分为串行传输方式与并行传输方式;串行传输方式物理数据服务单元是位;串行传输方式物理数据服务单元是位;并行传输方式物理数据服务单元是并行传输方式物理数据服务单元是N位,位,N为并行连接物理通为并行连接物理通道数。道数。第5页6第3章 物理层College of automation3.2 数据通信基本概念信息基本概念信息基本概念信息载体能够是数字、文字、语音、图形或图像;信息载体能够是数字、文字、语音、图形或图像;为了传送信息,首先要将字母、数字、语音、图形或图像为了传送信息,首
5、先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码数据来表示;用二进制代码数据来表示;为了传输二进制代码数据,必须将它们用模拟信号或数字为了传输二进制代码数据,必须将它们用模拟信号或数字信号编码方式表示;信号编码方式表示;数据通信数据通信是指在不一样计算机之间传送表示字母、数字、是指在不一样计算机之间传送表示字母、数字、符号二进制代码符号二进制代码0、1比特序列模拟或数字信号过程。比特序列模拟或数字信号过程。第6页7第3章 物理层College of automation信息编码标准ASCII(American standard code for information interchange)码
6、被国际标准化组织码被国际标准化组织ISO接收,成为国际标准接收,成为国际标准ISO 646,又称为国际又称为国际5号码;号码;它用于计算机内码,也用做数据通信中编码标准它用于计算机内码,也用做数据通信中编码标准;ASCII码采取码采取7位二进制比特编码,能够表示位二进制比特编码,能够表示128个字符个字符;字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包含数字、字字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包含数字、字母、运算符号、商用符号等。母、运算符号、商用符号等。第7页8第3章 物理层College of automation信号概念 信号信号是数据在传输过程中电信号表示形式;是数据在传输过程中电
7、信号表示形式;模拟信号(模拟信号(analog signal)信号电平是连续改变;信号电平是连续改变;数字信号(数字信号(digital signal)是用两种不一样电平去表示是用两种不一样电平去表示0、1比特序列电压脉冲信号表示;比特序列电压脉冲信号表示;按照在传输介质上传输信号类型,通信系统分为模拟通按照在传输介质上传输信号类型,通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。信系统与数字通信系统两种。第8页9第3章 物理层College of automation模拟信号波型模拟信号波型数字信号波型数字信号波型第9页10第3章 物理层College of automation 数据传输类型网
8、络中两台计算机通信过程网络中两台计算机通信过程第10页11第3章 物理层College of automation数据传输类型能够分为数据传输类型能够分为模拟通信和数字通信,这主要模拟通信和数字通信,这主要取决于选取通信信道所允许传输信号类型。取决于选取通信信道所允许传输信号类型。若采取模拟信道,需要在发送端将数字信号变成模拟若采取模拟信道,需要在发送端将数字信号变成模拟信号,在接收端再将模拟信号还原成数字信号。信号,在接收端再将模拟信号还原成数字信号。若采取数字信道,为处理同时与其它技术问题,也要若采取数字信道,为处理同时与其它技术问题,也要对数字信号进行波形转换。对数字信号进行波形转换。第
9、11页12第3章 物理层College of automation调制解调过程模拟信道中采取调制解调过程模拟信道中采取调制解调过程第12页13第3章 物理层College of automation数据通信方式串行通信与并行通信串行通信与并行通信单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信同时技术同时技术第13页14第3章 物理层College of automation串行通信与并行通信 发送发送8 8位二进制数过程位二进制数过程第14页15第3章 物理层College of automation单工、半双工与全双工通信 第15页16第3章 物理层College of autom
10、ation同时技术同时就是要求通信双方在时间基准上保持一致同时就是要求通信双方在时间基准上保持一致数据通信中同时包含以下两种:数据通信中同时包含以下两种:位同时(位同时(bit synchronousbit synchronous):在接收端依据发送端发送数据时钟在接收端依据发送端发送数据时钟频率和比特流起始时刻,来校正自己时钟频率和接收数据起始时频率和比特流起始时刻,来校正自己时钟频率和接收数据起始时刻。刻。字符同时(字符同时(character synchronouscharacter synchronous):):确保收发双方正确传输确保收发双方正确传输字符过程。实现字符同时方法主要有两
11、种:同时传输字符过程。实现字符同时方法主要有两种:同时传输(synchronous transmissionsynchronous transmission)和异步传输和异步传输(synchronous synchronous transmissiontransmission)。)。第16页17第3章 物理层College of automation同时传输同时传输异步传输异步传输第17页18第3章 物理层College of automation传输介质主要类型双绞线双绞线(twisted pair)同轴电缆同轴电缆(coaxial cable)光纤电缆光纤电缆(fiber)无线与卫星通信信
12、道无线与卫星通信信道第18页19第3章 物理层College of automation屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线示意图屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线示意图第19页20第3章 物理层College of automation双绞线主要特征屏蔽双绞线屏蔽双绞线(shield twisted pair,STP)线对外面有网线对外面有网状金属屏蔽层状金属屏蔽层,更加好抗干扰性能更加好抗干扰性能,控制网络中惯用。控制网络中惯用。非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(shield twisted pair,UTP)在计算机网在计算机网络中广泛应用,分为五类络中广泛应用,分为五类:3、4、5、5e、6。3类:带宽类:带宽16
13、MHz,轻轻绞合轻轻绞合4类:带宽类:带宽20MHz,绞合较密绞合较密5类和超类和超5类:带宽类:带宽100MHz,更密更密6类:带宽类:带宽200-250MHz在经典工业以太网中,惯用第三类和第五类非屏蔽双绞线。在经典工业以太网中,惯用第三类和第五类非屏蔽双绞线。第20页21第3章 物理层College of automation同轴电缆主要特征依据带宽不一样能够分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。依据带宽不一样能够分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆只能用于传输数字信号,宽带同轴电缆既能够传输基带同轴电缆只能用于传输数字信号,宽带同轴电缆既能够传输数字信号也能够传输模拟信号。数字信号也
14、能够传输模拟信号。同轴电缆抗干扰能力较强,尤其是在高频下较双绞线强。同轴电缆抗干扰能力较强,尤其是在高频下较双绞线强。第21页22第3章 物理层College of automation光纤结构示意图光纤结构示意图经过全反射来传输光信号,这就要求光纤折射系数高于经过全反射来传输光信号,这就要求光纤折射系数高于外包层折射系数。外包层折射系数。第22页23第3章 物理层College of automation经典光纤传输系统结构图经典光纤传输系统结构图第23页24第3章 物理层College of automation 单模光纤与多模光纤比较 第24页25第3章 物理层College of au
15、tomation光纤电缆特点 光纤含有低损耗、宽频带、高数据传输速率、光纤含有低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率与光安全保密性好有点,是一个最有低误码率与光安全保密性好有点,是一个最有前途传输介质。前途传输介质。第25页26第3章 物理层College of automation无线与卫星通信技术电磁波传输有两种方式:电磁波传输有两种方式:以无线方式在自由空间中传输;以无线方式在自由空间中传输;以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。电磁波谱由高到低排列次序电磁波谱由高到低排列次序:第26页27第3章 物理层College of automat
16、ion无线与卫星通信技术当前当前以无线方式进行以无线方式进行通信主要有:通信主要有:无线(无线(radio)微波(微波(microwave)红外(红外(infrared)可见光(可见光(visible light)第27页28第3章 物理层College of automation微波通信特点 使用频率范围:使用频率范围:100MHz10GHz,直线传输,不能绕直线传输,不能绕射,方向性强,发射天线和接收天线必须准确地对准;射,方向性强,发射天线和接收天线必须准确地对准;适合于卫星通信与城市建筑物之间通信。适合于卫星通信与城市建筑物之间通信。第28页29第3章 物理层College of au
17、tomation卫星通信 点对点式通信线路点对点式通信线路广播式通信线路广播式通信线路第29页30第3章 物理层College of automation卫星通信特点 卫星通信距离远,覆盖面积大。在赤道上空同时轨道卫星通信距离远,覆盖面积大。在赤道上空同时轨道上,等距离上,等距离3颗相隔颗相隔120o通信卫星,就能实现全球范围通信卫星,就能实现全球范围通信;通信;卫星通信有较大传输延时。从一个地球站经过卫星到卫星通信有较大传输延时。从一个地球站经过卫星到另一个地球站传输延时为另一个地球站传输延时为250ms左右,这是因为电磁波左右,这是因为电磁波在传输中经过了很长距离在传输中经过了很长距离(7
18、万多万多km)。第30页31第3章 物理层College of automation3.3 数据传输方式基带传输在数据通信中,表示计算机二进制比特序列数字数据信在数据通信中,表示计算机二进制比特序列数字数据信号是经典矩形脉冲信号号是经典矩形脉冲信号;矩形脉冲信号固有频带称做基本频带矩形脉冲信号固有频带称做基本频带,简称为基带简称为基带,矩形矩形脉冲信号就叫做基带信号脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上,直接传送在数字通信信道上,直接传送基带信号方法称为基带传输基带信号方法称为基带传输;在发送端,基带传输数据经过编码器变换变为直接传输在发送端,基带传输数据经过编码器变换变为直接传输基带信号,
19、比如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号基带信号,比如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;在接收端由解码器恢复成与发送端相同矩形脉冲信号在接收端由解码器恢复成与发送端相同矩形脉冲信号;基基带传输是一个最基本数据传输方式。带传输是一个最基本数据传输方式。信道带宽越宽,信号传输失真越小。信道带宽越宽,信号传输失真越小。第31页32第3章 物理层College of automation数据传输速率定义 数据传输速率是描述数据传输系统主要技术指标之一;数据传输速率是描述数据传输系统主要技术指标之一;数据传输速率在数值上等于每秒钟传输组成数据代码二数据传输速率在数值上等于每秒钟传输组成数据代码二进制比特
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