第2章 网络接口层.ppt

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1、人民邮电出版社人民邮电出版社 第第第第2 2章章章章 网络接口层网络接口层网络接口层网络接口层2022/12/222.1物理层物理层2.1.1数据传输介质数据传输介质数数据据传传输输介介质质也也称称为为数数据据传传输输媒媒体体，它它是是数数据据信信号号在在传传输输过过程程中中的的物物理载体，起在物理上将网络中计算机相互连接起来的作用理载体，起在物理上将网络中计算机相互连接起来的作用。传传输输介介质质分分可可为为两两大大类类，一一类类是是有有线线传传输输介介质质，另另一一类类是是无无线线传传输输介介质质。有有线线传传输输介介质质一一般般使使用用铜铜芯芯导导线线或或光光纤纤，它它是是一一种种导导向

2、向型型传传输输介介质质，信信号号以以电电磁磁波波的的形形式式在在介介质质中中传传播播。常常用用的的有有线线传传输输介介质质有有双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆和和光光缆缆。无无线线传传输输介介质质是是空空间间，信信号号以以电电磁磁辐辐射射的的形形式式在空间中传播在空间中传播。第页2.1物理层物理层1.同轴电缆同轴电缆同同轴轴电电缆缆是是一一种种以以硬硬铜铜线线为为芯芯，外外包包保保护护套套、屏屏蔽蔽金金属属网网和和塑塑料料绝绝缘缘层的传输介质。层的传输介质。广广泛泛使使用用的的同同轴轴电电缆缆有有两两种种：一一种种是是特特征征阻阻抗抗为为75，直直径径为为1cm的的同同轴轴电电缆缆，一一般般叫叫

3、粗粗同同轴轴电电缆缆（简简称称粗粗缆缆），主主要要用用于于有有线线电电视视系系统统中中CATV信信号号的的传传输输；另另一一种种是是特特征征阻阻抗抗为为50，直直径径为为0.5cm的的同同轴轴电电缆缆，一一般般叫叫细细同同轴轴电电缆缆（简简称称细细缆缆），主主要要用用于于计计算算机机网网络络中中数数字字信号的传输。信号的传输。同同轴轴电电缆缆的的结结构构使使其其具具有有较较高高的的带带宽宽和和抭抭噪噪性性能能，因因此此其其优优点点是是信信号号的的传传输输距距离离较较远远，覆覆盖盖的的地地域域范范围围较较大大，且且技技术术非非常常成成熟熟。其其缺缺点点是是电电缆缆较较硬硬，折折曲曲困困难难，重重

4、量量重重等等。同同轴轴电电缆缆不不适适合合用用于于楼楼宇宇内内的的结结构构化布线。化布线。第页2.1物理层物理层2.双绞线双绞线双双绞绞线线是是一一种种使使用用最最为为广广泛泛的的信信号号传传输输介介质质，有有无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线（Unshielded Twisted-Pair,UTP）和和屏屏蔽蔽双双绞绞线线（Shielded Twisted-Pair,STP）两两种种。计计算算机机网网络络中中常常用用的的是无屏蔽双绞线，它将两条铜芯直径为是无屏蔽双绞线，它将两条铜芯直径为1mm左右，相互绝缘的导线绞合在一起形成。左右，相互绝缘的导线绞合在一起形成。EIA586（电电子子工工业业协协会会

5、）标标准准将将无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线分分为为几几类类，3类类双双绞绞线线每每一一对对轻轻轻轻绞绞合合在在一一起起，一一般般在在塑塑料料保保护护套套内内有有4对对这这样样的的双双绞绞线线，它它的的带带宽宽为为16MHz，用用于于10Mb/s的的计计算算机机网网络络布布线线中中。4类类双双绞绞线线的的带带宽宽为为20MHz，双双绞绞线线每每一一对对绞绞合合较较紧紧。5类类和和增增强强型型5类类（也也称称为为超超5类类）双双绞绞线线每每一一对对绞绞合合得得更更紧紧，在在较较长长的的距距离离通通信信时时，信信号号质质量量更更好好，是是目目前前使使用用的的主主流流双双绞绞线线，其其带带宽宽为为100M

6、Hz，用用于于通通信信速速率率为为100Mb/s的的计计算算机机网网络络布线中。布线中。6类双绞线的带宽为可达类双绞线的带宽为可达250 MHz。无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线使使用用RJ-45连连接接器器（工工程程中中常常称称为为水水晶晶头头）将将传传输输介介质质与与计计算算机机网网卡卡、HUB等设备连接起来等设备连接起来。无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线的的优优点点是是价价格格低低廉廉、尺尺寸寸小小、重重量量轻轻、易易于于安安装装和和维维护护，因因此此它它是是目目前前局局域域网网中中最最常常用用的的传传输输介介质质，UTP非非常常适适合合于于楼楼宇宇内内部部的的结结构构化化布布线线。无无屏屏蔽蔽双双绞绞

7、线线的的缺缺点是抗干扰能力较弱，传输距离比较短。点是抗干扰能力较弱，传输距离比较短。第页2.1物理层物理层3.光缆光缆光光缆缆使使用用光光导导纤纤维维（即即光光纤纤）作作为为传传输输介介质质，与与前前两两种种通通信信介介质质不不同同的的是是光光纤纤传传输输的的信信号号是是用用光光表表示示的的，而而不不是是用用电电流流来来表表示示的的。在在光光纤纤通通信信中中，将将要要传传输输的的信信号号转转换换为为光光脉脉冲冲进进行行通通信信，一一般般光光脉脉冲冲出出现现表表示示“1”，不不出出现现表表示示“0”。光光纤纤由由内内向向外外分分为为核核心心、覆层和保护层覆层和保护层3个部分。个部分。核核心心部部

8、分分是是用用极极纯纯净净的的玻玻璃璃或或塑塑料料材材料料制制成成的的光光导导纤纤维维芯芯，覆覆层层也也是是由由极极纯纯净净的的玻玻璃璃或或塑塑料料材材料料制制成成的的，但但它它的的折折射射率率要要比比核核心心部部分分低低。通通信信时时光光线线在在核核心心部部分分通通过过多多次次全全反反射达到传导光波的目的地。射达到传导光波的目的地。光光纤纤分分为为多多模模光光纤纤和和单单模模光光纤纤两两种种。若若有有多多条条入入射射角角不不同同的的光光线线在在同同一一条条光光纤纤内内传传输输，这这种种光光纤纤就就是是多多模模光光纤纤。单单模模光光纤纤的的直直径径只只有有一一个个光光波波长长（510m），只只能

9、能传传导导一一路路光光波波，这这就就是是单单模模光光纤纤的的来来由由。利利用用光光纤纤传传输输信信号号时时，在在发发送送方方一一般般使使用用发发光光二二极极管管或或激激光光二二极极管管将将电电信信号号转转换换为为光光信信号号，由由光光纤纤进进行行传传输输，在在接接收收方方由由光光电电二二极极管管将将光光信信号号转换为电信号。转换为电信号。光光纤纤是是目目前前使使用用的的传传输输介介质质中中数数据据传传输输速速度度最最快快的的一一种种，它它的的主主要要优优点点是是信信号号传传输输速速率率高高、传传输输距距离离远远、传传输输损损耗耗低低、抗抗干干扰扰能能力力强强等等。另另外外，光光纤纤在在信信号号

10、传传输输过过程程中中，不不会会发发生生光光波波的的散散射射，因因而而安安全全性性高高。但但其其缺缺点点是是价价格格相相对对较较高高，在在安安装装过过程程中中易易折折断断，维维护比较困难。目前光纤主要用于铺设骨干通信网络。护比较困难。目前光纤主要用于铺设骨干通信网络。第页2.1物理层物理层4.无线传输无线传输无无线线传传输输是是计计算算机机网网络络与与无无线线通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物，与与有有线线传传输输方方式式相相比比，利利用用无无线线方式来构建家庭内部局域网络有着非常明显的优势。方式来构建家庭内部局域网络有着非常明显的优势。第第一一，它它不不破破坏坏家家居居装装饰饰，没没有有

11、复复杂杂连连线线；第第二二，如如果果遇遇到到线线路路故故障障，能能够够迅迅速速确确定定问问题题的的所所在在；第第三三，无无论论你你家家的的结结构构是是怎怎么么样样的的，只只要要在在无无线线覆覆盖盖的的范范围围内内都都可可以以实实现现自自由的漫游。常用的无线介质有微波、超短波、红外线以及激光等。由的漫游。常用的无线介质有微波、超短波、红外线以及激光等。美美国国电电气气及及电电子子工工程程师师学学会会（IEEE）于于1990年年11月月成成立立802.11委委员员会会，着着手手制制定定无无线线局局域域网网标标准准。802.11b是是如如今今普普及及最最广广和和应应用用最最多多的的无无线线局局域域网

12、网中中。802.11b工工作作在在与与无无绳绳电电话话、微微波波炉炉等等一一样样无无需需申申请请的的2.4GHz频频段段，可可以以在在相相距距50至至100米米的的距距离离内内实实现现设设备备间间的的通通信信。此此外外，基基于于802.11b的的WLAN产产品品还还具具有有抗抗障障碍碍物物能能力力强强，可可以以在在公公众众WLAN接接入入服服务务中中使使用用，产产品品价价格格低低等等特特点点，也也正正是是这这些些因因素素推推动动了了无无线线局局域域网网的的发发展展。802.11b最大数据传输速率为最大数据传输速率为11Mb/s。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式1.模拟信

13、号与数字信号模拟信号与数字信号数数据据可可分分为为模模拟拟数数据据和和数数字字数数据据。模模拟拟数数据据是是指指在在某某个个区区间间内内产产生生的的连连续续值值，例例如如，声声音音、视视频频图图像像、温温度度和和压压力力等等都都是是连连续续变变化化的的值值。数数字字数数据据是是指指一一些些离离散散值值，例例如如，文文本本信信息息和和整整数数等等。在在数数据据被被传传送送之之前前，要要变变成成适适合合于于传传输输的的电电磁磁信信号号，信信号号（Signal）是是数数据据的的电电磁磁波波表表示示形形式式，它它可可是是模模拟拟信信号号，也也可可以以是是数数字字信信号号。模模拟拟信信号号是是随随时时间

14、间连连续续变变化化的的信信号号，这这种种信信号号的的某某种种参参量量，如如幅度、频率或相位等可以表示要传送的信息。幅度、频率或相位等可以表示要传送的信息。传传统统的的电电话话机机送送话话器器输输出出的的语语音音信信号号，电电视视摄摄像像机机产产生生的的图图像像信信号号以以及及广广播播电电视视信信号号等等都都是是模模拟拟信信号号。数数字字信信号号是是离离散散信信号号，如如计计算算机机通通信信所所用用的的由由二二进进制制代码代码“0”和和“1”组成的信号。模拟信号和数字信号的波形图如图组成的信号。模拟信号和数字信号的波形图如图2-6所示。所示。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方

15、式1.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号t幅值t幅值(a)模拟信号(a)数字信号第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模型点到点的通信是通信系统的基础，这种通信系统的模型如图点到点的通信是通信系统的基础，这种通信系统的模型如图2-7所示。所示。信源变换器信道反变换器信宿噪声发送端接收端图2-7 通信系统模型第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模型信信道道即即信信号号的的通通道道，它它是是任任何何通通信信系系统统中中最最基基本本的的组组成成部部分分。信信道道的的定定义义通通常常有两种，即狭义信道和广义信道。有

16、两种，即狭义信道和广义信道。所所谓谓的的狭狭义义信信道道是是指指传传输输信信号号的的物物理理传传输输介介质质。对对信信道道的的这这种种定定义义虽虽然然直直观观，但但从从研研究究消消息息传传输输的的观观点点来来说说，对对信信道道的的这这种种定定义义，其其范范围围显显得得很很狭狭窄窄，因因而而人们引入了范围扩大了的信道定义，即第二种信道定义人们引入了范围扩大了的信道定义，即第二种信道定义广义信道。广义信道。所所谓谓的的广广义义信信道道是是指指通通信信信信号号经经过过的的整整个个途途径径，它它包包括括各各种种类类型型的的传传输输介介质质和和中中间间相相关关的的通通信信设设备备等等。对对通通信信系系统

17、统进进行行分分析析时时常常用用的的一一种种广广义义信信道道是是调调制制信信道道。调调制制信信道道是是从从研研究究调调制制与与解解调调角角度度定定义义的的，其其范范围围从从调调制制器器的的输输出出端端至至解解调调器器的的输输入入端端，由由于于在在该该信信道道中中传传输输的的是是已已被被调调制制的的信信号号，故故称称其其为为调调制制信信道道，如如图图2-8所所示示。另另一一种种常常用用到到的的广广义义信信道道是是编编码码信信道道，如如图图2-8所所示示。编编码码信信道道通通常常指指由由编编码码器器的的输输出出到到解解码码器器的的输输入入之之间间的的部部分分，实实际际的的通通信信系系统统中中并并非非

18、要要包括其所有环节，如下节所要讲的基带传输系统中就不包括调制与解调环节。包括其所有环节，如下节所要讲的基带传输系统中就不包括调制与解调环节。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式2.通信系统模型通信系统模型编码信道调制信道编码器调制器发转换器传输介质收转换器图2-8 广义通信解调器译码器第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（1）模拟传输）模拟传输模模拟拟传传输输指指信信道道中中传传输输的的为为模模拟拟信信号号。当当传传输输的的是是模模拟拟信信号号时时，可可以以直直接接进进行行传传输输。当当传传输输的的是是数数字字信信号号时时，进

19、进入入信信道道前前要要经经过过调调制制解解调调器器调调制制，变变换换为为模模拟拟信信号号。如如图图2-9所所示示，其其中中（a）图图为为当当信信源源为为模模拟拟数数据据时时的的模模拟拟传传输输，（b）图图为为当当信信源源为为数数字字数数据据时时的的模模拟拟传传输输。模模拟拟传传输输的的主主要要优优点点是是信信道道的的利利用用率率较较高高，但但是是传传输输过过程程中中信信号号会会衰衰减减，会会受受到到噪噪声声干干扰扰，且且信信号号放放大大时时噪噪声声也会同时被放大。也会同时被放大。信源信道图2-9 模拟传输信宿调制器信道解调器调制器解调器(b)信源为数字数据(a)信源为模拟数据第页2.1物理层物

20、理层2.1.2数据传输方式数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（2）数字传输）数字传输数数字字传传输输指指信信道道中中传传输输的的为为数数字字信信号号。当当传传输输的的信信号号是是数数字字信信号号时时，可可以以直直接接进进行行传传输输。当当传传输输的的是是模模拟拟信信号号时时，进进入入信信道道前前要要经经过过编编码码解解码码器器编编码码，变变换换为为数数字字信信号号。如如图图2-10所所示示，其其中中（a）图图为为当当信信源源为为数数字字数数据据时时的的数数字字传传输输，（b）图图为为当当信信源源为为模模拟拟数数据据时时的的数数字字传传输输。数数字字传传输输的的主主要要优优点点是是数数字字

21、信信号号只只取取离离散散值值，在在传传输输过过程程中中即即使使受受到到噪噪声声的的干干扰扰，只只要要没没有有畸畸变变到到不不可可辨辨识识的的程程度度，均均可可用用信信号号再再生生的的方方法法进进行行恢恢复复，即即信信号号传传输输不不失失真真，误误码码率率低低等等。但但是是传传输输数数字字信信号号比比传传输输模模拟拟信信号号所所要要求求的的频频带带要要宽宽的的多多，因因此此数数字字传传输输的的信信道道利用率较低。利用率较低。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式3.数据传输方式数据传输方式（2）数字传输）数字传输信源信道图2-10 数字传输信宿调制器信道解调器调制器解调器(a)

22、信源为数字数据(b)信源为模拟数据第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式4.串行通信与并行通信串行通信与并行通信串串行行通通信信指指数数据据流流一一位位一一位位地地传传送送，从从发发送送端端到到接接收收端端只只要要一一根根传传输输线线即即可可，其其优优点点是是易易于于实实现现。并并行行通通信信是是一一次次同同时时传传送送一一个个字字节节（字字符符），即即8个个码码元元。并并行行传传送送传传输输速速率率高高，但但传传输输设设备备要要增增加加7倍倍，一一般般用用于于近近距距离离范范围围内内，要要求求快快速速传传送送的的地地方方，如如计计算算机机与与输输出出设设备备打打印印机机的的

23、通通信信一一般般采采用用并并行行传传送送。串串行行传传送送虽虽然然速速率率低低，但但节节省省设设备备，是是目目前前主主要要采采用用的的一一种种传传输输方方式式，特特别别是是在在远远程通信中一般采用串行通信方式。程通信中一般采用串行通信方式。在在串串行行通通信信中中，收收、发发双双方方存存在在着着如如何何保保持持比比特特与与字字符符同同步步的的问问题题，而而在在并并行行传传输输中中，一一次次传传送送一一个个字字符符，因因此此收收、发发双双方方不不存存在在字字符符同同步步问问题题。串串行行通通信信的的发发送送端端要要将将计计算算机机中中的的字字符符进进行行并并/串串变变换换，在在接接收收端端再再通

24、通过过串串/并并变变换换，还还原成计算机的字符结构。原成计算机的字符结构。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5.数据通信方式数据通信方式根根据据通通信信双双方方是是否否可可以以同同时时传传输输数数据据，可可以以分分为为单单工工、半半双双工工与与全全双双工工通通信信三三种通信方式种通信方式：（1）单单工工通通信信方方式式。在在单单工工信信道道上上信信息息只只能能在在一一个个方方向向传传送送。发发送送方方不不能能接接收收，接接受受方方不不能能发发送送。信信道道的的全全部部带带宽宽都都用用于于由由发发送送方方到到接接收收方方的的数数据据传传送送。无线电广播和电视广播都是单工传送

25、的例子。无线电广播和电视广播都是单工传送的例子。（2）半半双双工工通通信信方方式式。在在半半双双工工信信道道上上，通通信信双双方方可可以以交交替替发发送送和和接接收收信信息息，但但不不能能同同时时发发送送和和接接收收。在在一一段段时时间间内内，信信道道的的全全部部带带宽宽用用于于一一个个方方向向上上的的信信息息传传递递。航航空空和和航航海海无无线线电电台台以以及及对对讲讲机机等等都都用用这这种种方方式式通通信信。这这种种方方式式要要求求通通信信双双方方都都有有发发送送和和接接收收能能力力，又又有有双双向向传传送送信信息息的的能能力力，因因而而比比单单工工通通信信设设备昂贵，但比全双工便宜。在要

26、求不很高的场合，多采用这种通信方式。备昂贵，但比全双工便宜。在要求不很高的场合，多采用这种通信方式。（3）全全双双工工通通信信方方式式。这这是是一一种种可可同同时时进进行行信信息息的的传传递递的的通通信信方方式式。现现代代的的电电话话通通信信都都是是采采用用这这种种方方式式。其其要要求求通通信信双双方方都都有有发发送送和和接接收收设设备备，而而且且要要求求信道能提供双向传输的双倍带宽，所以全双工通信设备较昂贵。信道能提供双向传输的双倍带宽，所以全双工通信设备较昂贵。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5.数据通信方式数据通信方式在在通通信信过过程程中中，发发送送方方和和接接

27、收收方方必必须须在在时时间间上上保保持持步步调调一一致致，亦亦即即同同步步，才才能能准准确确的的传传送送信信息息。解解决决的的方方法法时时，要要求求接接收收端端根根据据发发送送数数据据的的起起止止时时间间和和时时钟钟频频率率，来来校校正正自自己己的的时时间间基基准准与与时时钟钟频频率率。这这个个过过程程叫叫位位同同步步或或码码元元同同步步。在在传传送送由由多多个个码码元元组组成成的的字字符符以以及及由由许许多多字字符符组组成成的的数数据据块块时时，通通信信双双方方也也要要就就信信息息的的起起止止时时间间取取得得一一致致，这这种种同同步步作作用用有有两两种种不不同同的的方方式式，因因而而也也就就

28、对对应应了了两种不同的传输方式两种不同的传输方式。第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5.数据通信方式数据通信方式（1）异步传输）异步传输异异步步传传输输即即把把各各个个字字符符分分开开传传输输，字字符符与与字字符符之之间间插插入入同同步步信信息息。这这种种方方式式也也叫叫起起止止式式，即即在在组组成成一一个个字字符符的的所所有有位位前前后后分分别别插插入入起起始始位位和和终终止止位位，如如图图2-11所示。所示。图2-11 异步传输起始位字符校验位终止位1位7位1位1位第页2.1物理层物理层2.1.2数据传输方式数据传输方式5.数据通信方式数据通信方式（2）同步传输）同步

29、传输异异步步传传输输不不适适合合于于传传送送大大的的数数据据块块，例例如如磁磁盘盘文文件件。同同步步传传输输在在传传送送连连续续的的数数据据块块时时比比异异步步传传输输更更有有效效。按按这这种种方方式式，发发送送方方在在发发送送数数据据之之前前先先发发送送一一串串同同步步字字符符SYN（编编码码为为0010110），接接收收方方只只要要检检测测到到两两个个以以上上的的SYN字字符符，就就可可以以确确认认已已进进入入同同步步状状态态，准准备备接接收收数数据据，随随后后双双方方以以同同一一频频率率工工作作，直直到到传传送送完完指指示示数数据据结结束束的的控控制制字字符符。这这种种方方式式仅仅在在数

30、数据据块块前前加加入入控控制制字字符符SYN，所所以以效效率率更更高高，但但实实现现起起来来较较复复杂杂。在在短短距距离离高高速速数数据据传传输输中中，多多采采用用同同步步传传输输方式。方式。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术数数据据编编码码是是将将数数据据表表示示成成适适当当的的信信号号形形式式，以以便便数数据据的的传传输输和和处处理理。在在数数据据传传输输系系统统中中，主主要要采采用用三三种种数数据据编编码码技技术术：数数字字数数据据的的模模拟拟信信号号编编码码、数数字字数数据据的数字信号编码和模拟数据的数字信号编码的数字信号编码和模拟数据的数字信号编码。1.数字数据

31、的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码这这种种编编码码方方式式是是将将数数字字数数据据调调制制成成模模拟拟信信号号进进行行传传输输。通通常常采采用用三三种种模模拟拟信信号号的的载载波波特特性性(即即振振幅幅、频频率率和和相相位位)之之一一来来表表示示被被调调制制的的数数字字数数据据，并并由由此此产产生生三种基本调制方式，如图三种基本调制方式，如图2-12所示。所示。图2-12 数字数据的调制方式数字数据ASKFSKPSK(a)(b)(c)第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术（1）幅移键控法）幅移键控法(ASK)幅幅移移键键控控法法(Amplitude Shift Keying

32、，ASK)是是使使用用载载波波频频率率的的两两个个不不同同振振幅幅来来表表示示二二进进制制值值，如如图图2-12（a）所所示示。在在一一般般情情况况下下，用用振振幅幅恒恒定定载载波波的的存存在在与与否否来来表表示示两两个个二二进进制制位位。ASK方方式式编编码码的的特特点点是是效效率率较较低低，容容易易受受增增益益变变化化的的影影响响，抗抗干干扰扰性性较较差差。在在音音频频电电话话线线路路上上，一一般般只只能能达达到到1200 b/s的的传传输输速率。速率。（2）频移键控法）频移键控法(FSK)频频移移键键控控法法(Frequency Shift Keying，FSK)是是使使用用载载波波频频

33、率率附附近近的的两两个个不不同同频频率率来来表表示示两两个个二二进进制制值值，如如图图2-12（b）所所示示。FSK比比ASK的的编编码码效效率率高高，不不易易受受干干扰扰的的影影响响，抗抗干干扰扰性性较较强强。在在音音频频电电话话线线路路上上的的传传输输速速率率可可以以大大于于1200 b/s。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术（3）相移键控法）相移键控法(PSK)相相移移键键控控法法(Phase Shift Keying，PSK)是是使使用用载载波波信信号号的的相相位位移移动动来来表表示示二二进进制制数数据据，如如图图2-12(c)所所示示。在在PSK方方式式中中，信

34、信号号相相位位与与前前面面信信号号序序列列同同相相位位的的信信号号表表示示0，信信号号相相位位与与前前面面信信号号序序列列反反相相位位的的信信号号表表示示1。PSK方方式式也也可可以以用用于于多多相相的的调调制制，例例如如在在四四相相调调制制中中可可把把每每个个信信号号序序列列编编码码为为两两位位。PSK方方式式具具有有很很强强的的抗抗干干扰扰能能力力，其其编编码码效效率率比比FSK还还要要高高。在在音音频频线线路路上上，传传输输速速率可达率可达9600 b/s。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码对对于于传传输输数数字字信信

35、号号来来说说，最最简简单单的的信信号号编编码码方方法法是是用用信信号号的的两两个个不不同同电电压压值值来来表表示示两两个个二二进进制制数数据据。例例如如，用用无无电电压压来来表表示示0，用用恒恒定定的的正正电电压压表表示示1；也也可可用用正正电电压压表表示示1，而而用用负负电电压压表表示示0。然然而而，为为了了提提高高信信号号抗抗干干扰扰能能力力，并并且且便便于于信信号号接接收收同同步步，通通常常采采用用更更为为有有效效的的信信号号编编码码方方法法。常常用用的的数数字字信信号号编编码码有有不不归归零零NRZ(Non Return to Zero)码码、差差分分不不归归零零DNRZ码码、曼曼彻彻

36、斯斯特特(Manchester)码及差分曼彻斯特码及差分曼彻斯特(Differential Manchester)码等。码等。（1）NRZ码码NRZ码码是是用用信信号号的的幅幅度度来来表表示示二二进进制制数数据据的的，通通常常用用正正电电压压表表示示数数据据“1”，用用负负电电压压表表示示数数据据“0”，并并且且在在表表示示一一个个码码元元时时，电电压压均均无无需需回回到到零零，故故称称不不归归零零码码，如如图图2-13(a)所所示示。NRZ码码的的特特点点是是一一种种全全宽宽码码，即即一一位位码码元元占占一一个个单单位位脉脉冲冲的的宽宽度度。全全宽宽码码的的优优点点：一一是是每每个个脉脉冲冲

37、宽宽度度越越大大，发发送送信信号号的的能能量量就就越越大大这这对对于于提提高高接接收收端端的的信信噪噪比比有有利利；二二是是脉脉冲冲时时间间宽宽度度与与传传输输带带宽宽成成反反比比关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速度。关系，即全宽码在信道上占用较窄的频带，并且在频谱中包含了码位的速度。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码（2）DNRZ码码DNRZ码码是是一一种种NRZ码码的的改改进进形形式式，它它是是用用信信号号的的相相位位变变化化来来表表示示二二进进制制数数据据的的，一一个个信信号号位位的的起起

38、始始处处有有跳跳变变表表示示数数据据“1”，而而无无跳跳变变表表示示数数据据“0”，如如图图2-13(b)所所示示。DNRZ码码不不仅仅保保持持了了全全宽宽码码的的优优点点，同同时时提提高高了了信信号号的的抗抗干干扰扰性和易同步性。性和易同步性。近近年年来来，越越来来越越多多的的高高速速网网络络系系统统采采用用了了DNRZ码码，成成为为主主流流的的信信号号编编码码技技术术，在在FDDI、100BASE-T及及100VG-AnyLAN等等高高速速网网络络中中都都采采用用了了DNRZ编编码码。其其原原因因是是在在高高速速网网络络中中要要求求尽尽量量降降低低信信号号的的传传输输带带宽宽，以以利利于于

39、提提高高传传输输的的可可靠靠性性和和降降低低对对传传输输介介质质带带宽宽的的要要求求。而而DNRZ编编码码中中的的码码元元速速率率与与编编码码时时钟钟速速率率相相一一致致，具具有有很很高高的的编编码码效效率率，符符合合高高速速网网络络对对信信号号编编码码的的要要求求。同同时时，为为了了解解决决数数据据流流中中连连续续出出现现0或或1时时所所带带来来的的信信号号编编码码问问题题，通通常常采采用用两两级级编编码码方方案案，第第一一级级是是预预编编码码器器，对对数数据据流流进进行行预预编编码码，使使编编码码后后的的数数据据流流不不会会出出现现连连续续0或或连连续续1，常常用用的的预预编编码码方方法法

40、有有4B5B、5B6B等等；第第二二级级是是DNRZ编编码码，实实现现物物理理信信号号的的传传输输。这这种种两两级级编编码码方方案案的的编编码码效效率率可可达达到到80%以以上上。例例如如，在在4B5B编编码码中中，每每4位位数数据据用用5位位编编码码来来表表示示，即即4位位数数据据就就会会增增加加1位位的的编编码码开开销，编码效率仍为销，编码效率仍为80%。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码（3）曼彻斯特码）曼彻斯特码在在曼曼彻彻斯斯特特码码中中，用用一一个个信信号号码码元元中中间间电电压压跳跳变变的的相相位位不不同同来来

41、区区分分数数据据“1”和和“0”，它它用用正正的的电电压压跳跳变变表表示示“0”；用用负负的的电电压压跳跳变变表表示示“1”，如如图图2-13(c)所所示示。因因此此，这这种种编编码码也也是是一一种种相相位位码码。由由于于电电压压跳跳变变都都发发生生在在每每一一个个码码元元的的中中间间，接接收收端端可可以以方方便便地地利利用用它它作作为为位位同同步步时时钟钟，因因此此这这种种编编码码也也称称为为自同步码。自同步码。10Mb/s 以太网以太网(Ethernet)采用这种曼彻斯特码。采用这种曼彻斯特码。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术2.数字数据的数字信号编码数字数据的数字

42、信号编码（4）差分曼彻斯特码）差分曼彻斯特码差差分分曼曼彻彻斯斯特特码码是是一一种种曼曼彻彻斯斯特特码码的的改改进进形形式式，其其差差别别在在于于：每每个个码码元元的的中中间间跳跳变变只只作作为为同同步步时时钟钟信信号号；而而数数据据“0”和和“1”的的取取值值是是用用信信号号位位的的起起始始处处有有无无跳跳变变来来表表示示，若若有有跳跳变变则则为为“0”；若若无无跳跳变变则则为为“1”，如如图图2-13(d)所所示示。这这种种编编码码也也是是一一种种自自同同步步编编码码。令令牌牌环环(Token-Ring)网网采采用用这这种种差差分分曼曼彻彻斯斯特特编码。编码。这这两两种种曼曼彻彻斯斯特特编

43、编码码主主要要用用于于中中速速网网络络(Ethernet为为10Mb/s；Token-Ring最最高高为为16Mb/s)中中，而而高高速速网网络络并并不不采采用用曼曼彻彻斯斯特特编编码码技技术术。其其原原因因是是它它的的信信号号速速率率为为数数据据速速率率的的两两倍倍，即即对对于于10Mb/s的的数数据据速速率率，则则编编码码后后的的信信号号速速率率为为20Mb/s，编编码码的的有有效效率率为为50%。对对于于100Mb/s的的高高速速网网络络来来说说，200Mb/s的的信信号号速速率率无无论论对对传传输输介介质质的的带带宽宽要要求求，还还是是对对传传输输可可靠靠性性的的控控制制都都未未免免太

44、太高高了了，将将会会增增加加信信号号传传输输技技术术的的复复杂杂性性和和实实现现成成本本，难难以以推推广广应应用用。因因此此，高高速速网网络络主主要要采采用用两两级级的的DNRZ编编码码方方案案，而而中中速速网网络络采采用用曼曼彻彻斯斯特特编编码码方方案案，尽尽管管它它增加了传输所需的带宽，但在实现起来简单易行。增加了传输所需的带宽，但在实现起来简单易行。第页2.1物理层物理层2.1.3数据编码技术数据编码技术3.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 在在数数字字化化的的电电话话交交换换和和传传输输系系统统中中，需需要要将将模模拟拟的的话话音音数数据据编编码码成成数数字字信信号号后后再

45、再进进行行传传输输。这这里里常常用用的的编编码码技技术术是是脉脉冲冲编编码码调调制制PCM(Pulse Code Modulation)技技术术。PCM编编码码是是以以采采样样定定理理为为基基础础的的，根根据据采采样样定定理理，如如果果在在规规定定的的时时间间间间隔隔内内使使用用信信号号最最高高频频率率的的两两倍倍或或两两倍倍以以上上的的速速率率对对该该信信号号进进行行采采样样的的话话，这这些些数数字字化化的的采采样样值值中中则则包包含含了了不不混混叠叠而而又又便便于于分分离离的的全全部部原原始始信信号号特征，利用低通滤波器可以不失真地从这些采样值中重新恢复出信号。特征，利用低通滤波器可以不失

46、真地从这些采样值中重新恢复出信号。在在信信号号源源端端，模模拟拟信信号号经经过过滤滤波波器器和和采采样样器器处处理理后后变变换换成成脉脉冲冲调调幅幅信信号号，然然后后送送入入量量化化器器进进行行均均匀匀分分层层量量化化，再再经经过过编编码码器器将将量量化化后后的的脉脉冲冲信信号号表表示示成成一一组组二二进进制制码码，并并输输出出。在在接接收收端端，PCM解解码码器器将将接接收收信信号号进进行行解解码码，经经过过逆逆量量化器和平滑滤波器就可建立重建信号。化器和平滑滤波器就可建立重建信号。第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术在在一一个个网网络络系系统统中中，线线路路容容量量或或

47、者者介介质质带带宽宽是是非非常常宝宝贵贵的的资资源源，必必须须尽尽量量地地提提高高介介质质利利用用率率。在在一一般般情情况况下下，网网络络系系统统的的介介质质带带宽宽要要大大于于传传输输单单一一信信号号所所需需的带宽。的带宽。为为了了有有效效地地利利用用传传输输系系统统，可可以以采采用用多多路路复复用用(Multiplexing)技技术术从从空空间间和和时时间间两两个个方方面面来来解解决决多多路路信信号号同同时时复复用用单单一一介介质质的的问问题题。多多路路复复用用技技术术主主要要有有三三种种：频频分分多多路路复复用用FDM(Frequency Division Multiplexing)、时

48、时分分多多路路复复用用TDM(Time Division Multiplexing)和和光光波波分分多多路路复复用用WDM（Wavelength Division Multiplexing）。）。第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复用技术频分多路复用技术在在一一般般情情况况下下，在在物物理理信信道道能能提提供供比比单单个个原原始始信信号号宽宽得得多多的的带带宽宽，我我们们就就可可将将该该物物理理信信道道的的总总带带宽宽分分割割成成若若干干个个和和传传输输的的单单个个信信号号带带宽宽相相同同（或或略略为为宽宽一一点点，以以保保证证各各路路信信号号带带宽宽不不相相

49、互互重重叠叠）的的子子信信道道，每每一一个个子子信信道道传传输输一一路路信信号号，就就可可以以达达到到同同时时在在单单一一介介质质上上传传输输多多路路给给定定信信号号的的目目的的，这这就就是是频频分分多多路路复复用用技技术。术。多多路路的的原原始始信信号号在在频频分分复复用用前前，首首先先要要通通过过频频谱谱迁迁移移技技术术，将将各各路路信信号号的的频频谱谱迁迁移移到到物物理理信信道道频频谱谱的的不不同同段段上上，这这可可以以通通过过频频率率调调制制时时采采用用不不同同的的载载波波来来实实现现。图图2.14给给出出了了3路路话话频频原原始始信信号号频频分分多多路路复复用用一一带带宽宽为为12K

50、Hz（从从60KHz72KHz）的物理信道的示意图。）的物理信道的示意图。第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复用技术频分多路复用技术多路复用器图2-14 频分多路复用示意图多路复用器信源1信源2信源3子信道1(6064KHz)子信道2(6468KHz)子信道3(6872KHz)信宿1 信宿2 信宿3第页2.1物理层物理层2.1.4信道复用技术信道复用技术1.频分多路复用技术频分多路复用技术在在图图2-14中中，3路路信信号号源源输输入入到到一一个个多多路路复复用用器器中中，这这个个多多路路复复用用器器使使用用不不同同的的频频率率来来调调制制每每一一路路信信号号