《osi物理层介绍》课件

物理层介绍OSI参考模型是一种网络通信的标准化框架其物理层定义了电缆、连接器、传OSI,输距离等关键物理特性了解物理层的基础知识对于整体理解网络通信至关重要参考模型概述OSI参考模型层次结构协议标准化OSI参考模型是由国际标准化组织提参考模型采用分层的方式每一层负责参考模型为不同厂商生产的网络设备和OSI ISOOSI,OSI出的一套计算机网络通信的标准体系共有特定的功能层与层之间通过接口相连大大软件提供了统一的协议标准确保了网络设,7,,,层物理层、数据链路层、网络层、传输提高了网络通信的灵活性和可扩展性备和软件之间的互操作性:层、会话层、表示层和应用层物理层的作用OSI连接设备物理层负责将各种不同类型的网络设备连接起来实现数据传输,信号传输物理层定义了数据在物理媒体上的传输方式确保信号能够正确传输,接口标准物理层制定了各网络设备之间接口的物理和电气特性标准确保兼容性,物理层的基本功能数据传输信号调制接口设备信号同步物理层负责在两个设备之间传物理层会对数据信号进行调物理层定义了各种接口设备物理层负责在发送端和接收端,输原始的二进制数据信号保制将数字信号转换为适合在如插头、插座、电缆等确保保持比特级别的同步确保信,,,,证数据能够顺利、可靠地在通物理媒体上传输的模拟信号设备之间能进行物理连接号能正确解码和解析信线路上传输物理层设备的种类网卡中继器12网卡是连接计算机和网络的硬中继器用于放大和重塑信号延,件设备负责数据的收发和编码长传输距离克服噪音干扰,,解码集线器交换机34集线器是用于连接多个设备的交换机是用于在局域网内连接无源网络设备扩展网络规模多个网段的有源网络设备,信号的基本特性振幅频率信号的振幅代表了信号的强度或频率反映了信号在时间轴上的周电压大小它决定了信号传输的期性变化高频信号在一定时间能量水平内有更多的周期变化波形相位信号的波形描述了信号在时间域相位反映了信号在时间域上的位上的形状变化常见的波形包括置相位的差异会影响信号之间正弦波、方波和三角波等的干涉与叠加信号的编码技术二进制编码曼彻斯特编码将信息序列转换为和的二进制通过电平转变表示和可以实现0101,比特序列是最基本的编码方式自同步和时钟恢复适用于高速数,,它简单高效被广泛应用于数字通字信号传输,信系统差分编码和编码RZ NRZ编码信息取决于当前位和前一位编码信号在每个时间间隔内都RZ之间的差异可以抑制噪声和抖动有短暂的电平转换编码在每,,,NRZ增强抗干扰能力个时间间隔内保持电平不变各有,优缺点数据传输模式串行传输1一次传输一个比特适用于小范围内的通信如计算机与外设之,,间并行传输2一次传输多个比特提高了传输速度但需要更多信号线适用于,,,短距离内的通信广播传输3数据同时发送到多个接收设备提高了效率适用于局域网等共,,享媒体的通信比特同步技术时钟恢复位同步码同步从接收到的数字信号中提取出准确的时钟信通过检测信号的上升沿或下降沿确定每个识别接收到的编码模式从而判断出每个编,,号确保接收端与发送端保持同步比特的起始和结束点实现比特级别的同码字的起始和结束位置保证解码的准确,,,步性总线拓扑结构总线拓扑是最简单的网络拓扑结构所有设备都连接到一条共享的总线电缆上数据从一个设备发送到总线上然后所有其他设备,都能接收到总线拓扑结构易于扩展但存在单点故障的问题当总,,线出现故障时整个网络都将失去连接星型拓扑结构星型拓扑结构是一种常见的网络拓扑形式在这种结构中所有设备通过集线器,或交换机连接到一个中心节点形成一个辐射状的网络这种结构便于管理和维,护同时也提高了系统的可靠性,中心节点是整个网络的核心负责控制和协调各个终端设备之间的通信如果中,心节点出现故障整个网络将受到影响因此要确保中心节点的稳定性和可靠性,,环型拓扑结构环型拓扑结构是一种计算机网络中常见的网络拓扑结构在这种结构中所有设,备通过一条连续的环形电缆或光缆相连每台设备都连接到环路上的前一台和后一台设备数据按固定方向在环路上传输从一台设备流向下一台设备这种拓,扑结构具有良好的可靠性和扩展性总线电缆的构成中心导线绝缘层12总线电缆的中心导线用于传输绝缘层包裹在中心导线外部用,数据信号通常由铜或铝材质于隔离信号并防止信号泄露制成屏蔽层护套34屏蔽层位于绝缘层外部用于抑最外层的护套提供了机械保护,,制电磁干扰确保信号传输的完增强电缆的耐用性和抗压性,整性同轴电缆同轴电缆是一种重要的通信电缆由中心导体、绝缘层、金属屏蔽,层和保护层组成它具有抗干扰、传输距离远、带宽大等优点广,泛应用于电视、宽带网络等领域同轴电缆的屏蔽性能优良可有,效隔离外部电磁干扰保证信号质量,双绞线电缆双绞线电缆是一种常见的网络传输媒体由两根绝缘导线按照一定的螺旋形状紧,密地绞合在一起构成这种结构可以有效地降低电缆内部的电磁干扰提高信号,的传输质量双绞线电缆广泛应用于以太网、电话线路等场合是目前最常用的网络布线材料,之一它不仅安装简单成本也相对较低是中小型网络的理想选择,,光纤电缆光纤电缆是一种利用光波作为信号载体的新型电缆它采用石英玻璃或塑料材料制造具有体积小、重量轻、抗干扰性强等特点,光纤电缆可以实现高带宽、远距离的数据传输广泛应用于电信、,计算机网络、有线电视等领域光纤电缆的核心部件是光纤芯外层则由缓冲层、保护层等组成,光信号在光纤内部采用全反射传输穿过不同距离时损耗很小,电缆的连接器连接器种类连接器特性连接工艺连接器标准电缆连接器有多种类型如良好的电缆连接器应具有可靠连接器的安装一般需要专业工不同类型的连接器都有相应的,、、、的固定性、优异的传输性能和具和一定的操作技巧确保连国际标准用于规范其物理尺RJ-45BNC USB,,等用于将电缆与设备抗干扰能力同时还要考虑连接稳固可靠以保证整个传输寸、电气特性和工艺要求确HDMI,,,,端口相连每种连接器都有其接的便捷性和耐用性链路的质量保兼容性特定的应用场景和接口标准传输媒体的性能指标电缆的衰减和频率特性25dB衰减电缆传输信号时会有左右的衰减25dB100MHz频率范围电缆的使用频率一般在以下100MHz5dB/km衰减率电缆的传输衰减率通常为5dB/km电缆在传输数据信号时会产生衰减和频率特性衰减指信号在传输过程中的能量损失主要受电缆材质、长度,和频率等因素影响通常在左右频率特性指电缆的频带范围一般在以下衰减率约为,25dB,100MHz,合理选择电缆型号和长度是减小信号衰减的关键5dB/km电缆的功率损耗信号传输功率由于电缆线材的电阻和材质特性在,传输过程中会产生一定的功率损耗主要影响因素电缆材料、线径、长度、频率等都会影响功率损耗功率损耗越大传,输效率越低衰减系数用于描述电缆功率损耗的指标单位,为衰减系数越小损耗越dB/km,小为减小功率损耗常采用大功率发送设备、较粗的线径及尽量短的线路合理设,计电缆系统非常重要信号反射和干扰信号反射电磁干扰信号优化信号在传输过程中会被通道中的障碍物反电磁辐射和噪声会干扰信号的传输需要采通过调整传输功率、使用更好的编码技术等,射造成消耗信号强度和出现干扰需要采取电磁屏蔽等措施来抑制干扰手段可以有效降低信号反射和干扰的影,,取措施减少反射响信号波形整形技术波形滤波波形限幅利用滤波器去除信号中的噪声和干扰提高波形质量对过高或过低的信号电平进行限制防止波形失真,,波形整形波形再生通过电路调节波形的上升沿、下降沿和脉宽优化波形特性在信号传输过程中对已失真的波形进行再生和重构,,调制解调的基本原理信号调制调制器原理解调原理调制是将信号的特性（幅度、频率或相位）调制器通过接收信号和载波并对其进行特解调是将接收端获得的调制信号还原为原始,与载波信号进行改变的过程以便在信道中定的处理生成调制后的信号以进行传输信号的过程通过检测信号的特性变化来还,,,进行有效传输原出信息内容基带调制和频带调制基带调制频带调制基带调制是在不使用载波的情况下对数字信号进行直接调制它频带调制是将数字信号调制到一个高频载波信号上进行传输它通过对信号幅度或相位的变化来表示数字信息，适用于短距离和利用载波的幅度、频率或相位的变化来表示数字信息常见的频低速的数据传输常见的基带调制方式有、和带调制方式有振幅调制（）、频率调制（）和相位调制NRZ RZAM FM编码（）频带调制适用于远距离和高速的数据传输Manchester PM时分多路复用技术分时复用原理数据帧结构12时分多路复用将信号时间轴划数据帧包含信号同步部分、时分为多个时间槽每个时间槽传间槽、信息部分等通过时序控,,输一个数据信号制实现多路信号传输优缺点分析典型应用34时分复用提高了频谱利用率但时分复用广泛应用于、,ISDN需要复杂的时序控制和同步机、等通信系统中GSM TDMA,制对硬件要求较高实现数字信号的高效传输,频分多路复用技术频率分割带宽分配频分多路复用将整个频谱带划分为多每个频道被分配一定的带宽根据传输,个子频道每个信号都被分配到一个独速率和信号特性来确定合适的带宽,立的频带信号分离载波调制采用带通滤波器可将不同频率的信号在每个子频道上采用不同的载波频率有效地分离避免相互干扰进行信号调制传输,码分多路复用技术信号编码码分多路复用通过使用正交码对信号进行编码从而实现多个信号在同一时段和频率上的同时,传输应用领域码分多路复用技术广泛应用于卫星通信、移动通信等无线通信系统中提高了频谱利用率,带宽优化与频分多路复用相比码分多路复用能够更有效地利用有限的带宽资源提高了频谱效率,,光通信技术光纤通信光发射原理光检测技术波分复用光纤通信利用光波在光纤中进光通信系统中常使用的光源包光接收端通常采用光电探测器波分复用技术可以在同一根光行信号传输相比传统电缆通括和激光二极管它们通如光电二极管等来将接收到的纤上实现多路信号的并行传,LED信具有更高的带宽和更低的信过注入电流产生光子并将电光信号转换回电信号这种光输大幅提高了光纤的利用率,,号衰减光纤材料包括玻璃和信号转换为光信号进行传输电转换是光通信的核心技术之和传输容量塑料可广泛应用于各种通信一,场景新型传输媒体通信技术物联网技术自动驾驶技术5G网络提供更高的带宽和更低的延迟为物联网通过连接各种设备和传感器实现自自动驾驶汽车利用先进的传感器和通信技5G,,未来物联网和智能城市提供强大的基础设动化控制和数据收集为生活、工作和生产术实现车辆完全自主行驶提高交通效率和,,,施带来智能化变革安全性物理层的标准化国际标准化技术规范持续完善物理层的标准化工作主要由国际标准化这些标准涉及物理层的各个方面如连随着新技术的不断发展这些标准也在,,组织和国际电信联盟来负责接器、电缆类型、传输速率、传输距离不断地修订和完善以适应新的需求和ISO ITU,制定它们制定了一系列广泛应用的国等确保设备之间的互操作性环境,际标准本章小结物理层的作用物理层的功能物理层负责定义电气、机械、功包括编码、时钟同步、多址接能和过程特性确保物理连接和入、信号调制解调等为上层协,,数据比特流的传输议提供基础支持物理层的设备本章内容总结主要包括网线、光纤、集线器、通过对物理层的作用、功能和设中继器等构建物理连接并传输备的全面介绍为后续网络层及,,数据信号上层应用奠定基础。