第2章物理层1

第2章 物理层第2章 物理层2.1 传输介质传输介质2.2 物理层标准物理层标准第2章 物理层2.1 2.1 传输介质传输介质2.1.1 2.1.1 物理层的基本概念物理层的基本概念物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。n机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。n电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。n功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。n规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。第2章 物理层2.1.2 2.1.2 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体传输媒体（介质）指传输信号的物理通信线路。数据能否成功传输依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介质的特性。实际中传输的信号都由多个频率成分组成。信号包含的频率成分的范围称为频谱。信号的带宽即频谱的绝对宽度。有效带宽指包含信号主要能量的那一部分带宽。第2章 物理层对于传输介质：用有效传输距离和带宽来衡量传输介质的质量。基带信号数字基带信号：1 或 0 直接用两种不同的电压来表示直接在线路上去传输。模拟基带信号：一般指原始的模拟话音信号。宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。第2章 物理层 传输介质有线介质无线介质电缆光缆双绞线同轴电缆无线电微波红外线第2章 物理层1 1双绞线双绞线指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。图2.1所示是双绞线的物理结构。图2.1 双绞线的物理结构扭距第2章 物理层特点：最便宜和易于安装，抗干扰能力差，复用度不高。带宽范围：一般在1 MHz范围之内，传输距离约为24 km。适用场合：用作电话用户线和局域网传输介质。双绞线的类型：非屏蔽双绞线(UTP：Unshielded Twisted Pair)屏蔽双绞线(STP：Shielded Twisted Pair)。铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层非屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP第2章 物理层双绞线标准EIA/TIA第一、二类双绞线：主要用于电话用户线EIA/TIA第三类双绞线：为传输语音而设计，也可用于10Mbit/s以太网EIA/TIA第四类双绞线：为传输数据而设计，最高传输速率可达20Mbit/s EIA/TIA第五类双绞线：最高传输速率可达100Mbit/s EIA/TIA超五类线：用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输速度也可达到100Mbps 第2章 物理层双绞线标准（续）EIA/TIA第六类双绞线：主要应用于百兆位快速以太网和千兆以太网中，最大速度可达到1000Mbps EIA/TIA超六类线：是六类线的改进版，主要应用于千兆以太网中 七类线：是最新定义的一种双绞线，主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展，是一种屏蔽双绞线，传输速率可达10Gbps 第一、二、三类双绞线一般称为音频双绞线；四类以上的双绞线一般称为数据双绞线。第2章 物理层2 2同轴电缆同轴电缆由内、外导体和中间的绝缘层组成，构成一种同轴结构，因而称为同轴电缆，其物理结构如图2.2所示。图2.2 同轴电缆物理结构外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体第2章 物理层特点：抗干扰能力强于双绞线，适于高频宽带传输，但是成本高，不易安装埋设。带宽范围：通常能提供500750 MHz的带宽。适用场合：主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网。同轴电缆的类型：50 同轴电缆75 同轴电缆第2章 物理层3 3光纤光纤光纤是直径很细的介质光波导，能将一定波长的光信号限制在其中，并沿其轴线向前传播。目前使用的光纤多为石英光纤。光纤也是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成。其中纤芯的折射率高；包层的折射率低，从而利用光的全反射原理使光信号在纤芯中传输。其物理结构如图2.3所示。第2章 物理层图2.3 光纤的物理结构折射角入射角 包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯第2章 物理层高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射第2章 物理层特点：大容量；体积小、重量轻；低衰减、抗干扰能力强；安全保密性很好。带宽范围：具有25003000GHZ带宽，工作频率分布在10141015Hz范围内。光纤的类型：多模光纤(MMF)：纤芯直径较大，通常为50 m或62.5 m，允许多个光传导模式同时通过光纤。单模光纤(SMF)：纤芯直径非常小，通常为410 m,只允许光信号以一种模式通过纤芯。适用场合：单模光纤用于骨干网传输；多模光纤用于局域网或者用户接入网。第2章 物理层输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第2章 物理层注意：在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围（窗口）。目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。第2章 物理层4 4无线介质无线介质1)无线电又称广播频率(RF:Radio Frequency),工作频率范围：在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。特点：无线电波易于产生，可长距离传输，可穿越建筑物，并且其传播是全向的；其传输特性与频率相关，容易互相干扰，要统一进行频段分配管理。适用场合：适合于广播通信。第2章 物理层2)微波工作频率范围：300 MHz30 GHz的电磁波。特点：在空间沿直线传播，只能在视距范围内实现点对点通信，信号易受环境的影响。适用场合：通常微波中继距离应在80 km范围内，适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有地面微波接力通信（专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂窝移动通信系统），卫星通信第2章 物理层3)3)红外线红外线指工作频率在10121014Hz范围的电磁波信号。特点：不能穿越固体物质，主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。适用场合：主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。第2章 物理层无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域使用的电磁波的频谱第2章 物理层2.2 2.2 物理层标准物理层标准常用的物理层标准EIA RS-232和RS-449，是由美国电子工业协会EIA制定的异步串行通信接口标准，用于DTE与DCE之间的接口标准。1.1.基本概念基本概念DTE(Data Terminal Equipment)是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。DCE(Data Circuit-terminating Equipment)是数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。第2章 物理层DTE 通过 DCE与通信传输线路相连 DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境第2章 物理层数据通信可分为同步通信和异步通信两大类同步通信（Synchronous Communication）要求收发双方的时钟频率相等，发送端发送连续的比特流。异步通信（Asynchronous Communication）不要求两端时钟同步，在发送的用户数据前后加上标记符，用户可根据需要随时发送数据。0 01 10 00 01 11 11 10 00 0第2章 物理层2.EIA RS-2322.EIA RS-232标准标准接口特性：1）机械特性规定了插头座的规格。2）电气特性规定了每条线上使用的电压范围（15V +15V），与CCITT的V.28建议一致。3）功能特性规定了各引脚的作用以及如何连接，与CCITT的V.24建议一致。4）规程特性规定了DTE与DCE之间各事件的出现顺序，与CCITT的V.24建议一致。第2章 物理层EIA-232/V.24 的信号定义(1)保护地(2)发送数据(3)接收数据(4)请求发送(5)允许发送(6)DCE 就绪(7)信号地(8)载波检测(20)DTE 就绪(22)振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器第2章 物理层两个 DTE 通过 DCE进行通信的例子 EIA-232/V.24 接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/V.24 接口调制解调器网 络第2章 物理层利用虚调制解调器与两台计算机相连 插头插头插座插座计算机虚调制解调器计算机（1）保护地（2）发送（3）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE 就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE 就绪（22）振铃指示（1）保护地（2）发送（3）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE 就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE 就绪（22）振铃指示第2章 物理层3.RS-4493.RS-449标准标准由 3 个标准组成。即：nRS-449nRS-423-AnRS-422-A 4.CCITT4.CCITT的的X.21X.21建议建议