计算机网络课件-第2章-物理层要点.ppt

1、2022-12-171计算机网络（第 6 版）物理层2022-12-172主要内容n物理层的基本概念n数据通信基础知识n传输媒体n信道复用技术2022-12-173物理层理解nOSI模型的最低层；n不是具体物理设备、媒体,但物理层协议与具体物理设备、媒体有关；n制定系统与通信媒体的接口规则，实现两个物理设备之间二进制比特流的传输（物理层PDU是位）；n物理层协议主要通过接口特性来描述:机械特性、电气特性、功能特性和规程特性2022-12-174物理层的接口特性n机械特性：主要规定了DTE/DCE接口连接器的尺寸、芯数和芯的安排、连线的根数等。n电气特性：主要规定了每种信号的电平、信号的脉冲宽度

2、、允许的数据传输速率和最大传输距离等。n功能特性：规定了接口电路引脚的功能和作用。n规程特性：规定了事件发生顺序，即接口电路信号发出的时序、应答关系和操作过程。2022-12-175物理层的接口标准举例n美国电子工业协议会制定通用接口标准 EIA RS-232CEIA-232接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232接口调制解调器电话网2022-12-176 EIA-232使用ISO 2110插头插座标准。25针：DB-25 简化接插口9针：DB-9机械特性2022-12-177 规定了什么电路应当连接到接插头中的哪一根引脚，以及该引脚的作用功能特性2022-12-1

3、78p采用负逻辑电平。用-15V-3V表示逻辑“1”电平，用+3V +15V表示逻辑“0”电平。p当连接电缆长度不超过15m时，允许数据传输速率不超过20kbps。电气特性nTTL电平电平n高电平：高电平：2.4V5Vn低电平：低电平：0V0.4V2022-12-179规程特性 如图，当 DTE 请求发送数据时，首先使RTS信号有效，表示向 DCE 发出发送请求，如果 DCE 已准备就绪，则使CTS信号有效，表示允许 DTE 发送数据，至此双方完成握手计算机计算机DTEDTEMODEMMODEMDCEDCE信号地信号地SGSG（5 5）发送数据发送数据 TxDTxD（3 3）接收数据接收数据

4、RxDRxD（2 2）请求发送请求发送 RTSRTS（7 7）允许发送允许发送 CTSCTS（8 8）DTEDTE准备好准备好DTRDTR（4 4）DCEDCE准备好准备好DSRDSR（6 6）载波检测载波检测DCDDCD（1 1）振铃指示振铃指示RIRI（9 9）RS-232 DB9RS-232 DB9接口电路图接口电路图2022-12-1710以太网10Base-T物理层n 机械特性：电口/RJ-45接口，用来连接双绞线。以太网网卡、HUB、交换机、路由器都提供RJ-45接口。n 电气特性：10Mb/s速率，主机到HUB距离不超过100米，基带传输，曼彻斯特编码等2022-12-1711n

5、 功能特性：接头脚号功能功能代码1传送传送+Tx+2传送传送-Tx-3接收接收+Rx+4保留保留5保留保留6接收接收-Rx-7保留保留8保留保留网卡上网卡上RJ-45RJ-45插座引脚功能插座引脚功能接头脚号功能功能代码1接收接收+Rx+2接收接收-Rx-3传送传送+Tx+4保留保留5保留保留6传送传送-Tx-7保留保留8保留保留HUBHUB上上RJ-45RJ-45插座引脚功能插座引脚功能n 规程特性：半双工/全双工通信等2022-12-1712数据通信基础知识数据通信系统的模型 调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的

6、系统传输系统传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器输出信息PC 机2022-12-1713几个术语n数据(data)运送消息的实体。n信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。n“模拟的”(analogous)取值是连续的。n“数字的”(digital)取值是离散的。n码元(code)在使用时域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。2022-12-1714有关信号的几个基本概念n单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。n双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送或同时接收。n双向同时通信（全双

7、工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。2022-12-1715基带信号n基带信号：来自信源的没有经过调制的原始信号。像计算机输出的代表各种文字、图像等信息的数据信号都属于基带信号n基带传输：直接传输基带信号就叫基带传输n近距离范围内传输基带信号时衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在近距离传输时，可以采用基带传输。例如大多数的局域网都使用基带传输方式。n远距离传输基带信号时，信号衰减较大，因此必须将基带信号进行调制后再传输。2022-12-1716基带信号的调制n调制分两大类：基带调制、带通调制n基带调制：仅对基带信号波形进行变换，目的是使它能够满足一定的功能需求，如提高抗干扰性能、

8、进行同步控制、降低信号传输速率等。但变换后的信号仍然是基带信号n这种基带调制实际就是把数字信号转换成另一种形式的数字信号，因此习惯上称为编码2022-12-1717曼码优点：自同步基带调制（编码）举例2022-12-1718带通调制n带通调制：使用载波进行调制，将原始的基带信号搬移到较高的频段以便在信道中传输。n带通信号：仅在一段频率范围内能够通过信道的信号叫带通信号。n带通调制就是将基带信号调制成带通信号。n带通调制使用的载波信号：f(t)=Am Sin(2 fm t+m)基本调制方法：幅移键控法ASK（Amplitude Shift Keying）频移键控法FSK（Frequency Sh

9、ift Keying）相移键控法PSK（Phase Shift Keying）2022-12-1719三种基本的带通调制方法三种基本的带通调制方法 010011100基带信号调幅调频调相多元调制方法：多元相位，多元相位振幅调制等，可达到更高信息传输速率2022-12-1720正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)r(r,)可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。共有16 种不同的组合，16个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困

10、难。举例09考研试题:无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz，采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是 A12kbps B.24 kbps C.48 kbps D.96 kbps2022-12-1721n 数据率(比特率)：数据传输速率，每秒传送的二进制位数，单位为bps；n 码元率（波特率）：信号传输速率，调制速率,单位时间内载波调制状态改变次数，单位为波特Baud；n 信道上用码元承载比特数据；通过不同的调制方法,可以在一个码元上承载多个比特；n 数据率波特率*调制系数n(单个调制状态对应的比特位数)。数据传输率、码元传输率2022-12-1

11、7220 0 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0调制系数=2比特率=2*波特率调制系数=1比特率=1*波特率2022-12-1723n有失真，但可识别n失真大，无法识别 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形数字信号通过实际的信道会产生失真，码元率越高，失真越严重 2022-12-1724n信道的码元率受信道带宽及其它因素的限制，即码元率有极限值（Nyquist定理）nQ：根据二者关系比特率=n*波特率，可否无限提高每个码元携带的信息量来达到信息传输率的无限提

12、高？信道的码元率否！理想低通、有限带宽、无噪声信道下的最高码元传输率公式(Nyquist)=2W Baud理想带通情况下，最高码元率 WBaud2022-12-1725n1948年，香农定理：在带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道内信道带宽与信道容量的关系为：C=Wlog2(1+S/N)C信道容量，W信道带宽，N噪声功率，S信号功率n 注:信噪比S/N单位是dB，用10log10S/N表示，如信噪比为20dB 时，S/N为100.信道的极限信息传输速率(信道容量)2022-12-1726结论n无论采用何种先进的编码技术，信道的传输率也不能超过信道极限容量n例如，对于3.1kHz的话路，若信噪比为2

13、500，其最大传输率不会突破35kb/s。n要想突破该限制,只能提高带宽或增大信噪比2022-12-1727设信道带宽为3000Hz，根据奈奎斯特(Nyquist)定理，理想信道的波特率为(1)波特，若采用QPSK(4相)调制，其数据速率应为(2)，如果该信道信噪比为30dB，则该信道的容量约为(3)。(1)A3000 B6000 C12000 D24000(2)A6Kbs B12KbsC18Kbs D24Kbs(3)A10Kbs B20Kbs C30KbsD40Kbs C=Wlog2(1+S/N)dB=10log10S/N例题若将“若采用QPSK(4相)调制”改为“采用二进制信号发送数据”，

14、那么第（2）问数据率又是多少？2022-12-1728n据奈氏准则，最大的码元率=2W=6kBaud,由于发送二进制信号，所以能得到的最大的数据速率也是6kb/s。n根据香农公式C=W log2(1+S/N)b/s，10分贝的S/N=10，所以信道容量C=3klog2(11)b/s6kb/sn由于信道同时受限于这两个准则，故当前可得到的最大数据速率为6kb/s。n一般数据率达不到其信道容量值。C=Wlog2(1+S/N)dB=10log10S/N例题：一个带宽3kHZ的信道，信噪比为10分贝，二进制编码信号发送，问当前条件下信道能得到的最大数据速率是多少？2022-12-1729传输媒体n导向

15、媒体n非导向媒体2022-12-1730导向传输媒体n双绞线n屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)n无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)n同轴电缆n50 同轴电缆n75 同轴电缆n光缆 2022-12-1731非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPn既能用于传输模拟信号，既能用于传输模拟信号，又能用于传输数字信号又能用于传输数字信号双绞的作用：克服线扰双绞的作用：克服线扰2022-12-1732n特点：n便宜、易安装n短距离(LAN)在EIA/TIA568标准中，将双绞线按电气特性分为：三类、四类、五类，最常用的是三类线和五类线，类号越高性

16、能越好。3类：传输特性16MHz，数据速率可达16Mbps5类：传输特性100MHz，数据速率可达160Mbps2022-12-1733n 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPSTPn 双绞线外有铝箔包裹，双绞线外有铝箔包裹，于屏蔽干扰信号于屏蔽干扰信号,价格价格相对昂贵。相对昂贵。铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层2022-12-1734外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆 同轴电缆（Coaxial Cable）的主要特性n基带同轴电缆（基带同轴电缆（50）：（）：（Baseband Coaxial Cable）n传输数字信号，基带传输传输数字信号，基带传输n速率速率10Mbps，常用于局域网的安

17、装和家庭，常用于局域网的安装和家庭CATVn宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75）（Broadband Coaxial Cable）n传输多路不同频率的模拟信号，传输多路不同频率的模拟信号，“宽带系统宽带系统”指采用频分复用和指采用频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络模拟传输技术的同轴电缆网络n300M或或450Mbps，100km，老的局域网和，老的局域网和CATV主干网，目主干网，目前在以太网中基本被淘汰前在以太网中基本被淘汰有时称作有时称作“六类线六类线”带宽超过带宽超过100Mbps带宽范围：带宽范围：100K500M2022-12-1735n同轴电缆（Coaxial Cable）n细缆T

18、型头型头2022-12-1736n同轴电缆（Coaxial Cable）n粗缆2022-12-1737光纤（光纤（Fiber Optics）塑料外套保护着这束光纤塑料外套保护着这束光纤金属线加固电缆使光缆不会金属线加固电缆使光缆不会在一个折断光纤的角度弯曲在一个折断光纤的角度弯曲光缆由许多玻璃光纤组成光缆由许多玻璃光纤组成光纤和色层装在塑料外壳内光纤和色层装在塑料外壳内光纤被包层包裹着或覆盖着，这些光纤被包层包裹着或覆盖着，这些包层用来反射在光纤中传输的光包层用来反射在光纤中传输的光每根光纤的核心是直径比人发还细、每根光纤的核心是直径比人发还细、构造完美的玻璃管构造完美的玻璃管光缆是一捆极细的

19、玻璃管。光缆是一捆极细的玻璃管。每一根比人的头发还细的管每一根比人的头发还细的管子称之为光纤子称之为光纤2022-12-1738光纤电缆的主要特性n依靠光波承载信息：依靠光波承载信息：一个光脉冲一个光脉冲“1”无光脉冲无光脉冲 “0 0”n高传送速率（几个几十个高传送速率（几个几十个Gbit/s），通信容量大），通信容量大n传输损耗小，适合长距离传输，传输传输损耗小，适合长距离传输，传输5000英里而不需放大（不管是双绞线英里而不需放大（不管是双绞线还是同轴电缆在传输小于还是同轴电缆在传输小于1英里时都需英里时都需要电子放大）要电子放大）n抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好抗雷电和电磁干扰性能好

20、，保密性好n轻便轻便n成本高、施工专业成本高、施工专业n被认为是被认为是“七类线七类线”2022-12-1739光纤芯包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤芯(b)(b)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）包层纤芯光线不光线不断全反断全反射进行射进行传输传输2022-12-1740光脉冲的产生光电转换LED发送端输入光电转换PIN接收端输出光纤光信号发光二极发光二极管或半导管或半导体激光器体激光器光电二极管光电二极管2022-12-1741单模光纤（单模光纤（single-mode fiber）与多模光纤（）与多模光纤（multimode fibe

21、r）输入脉冲输出脉冲（a）多模光纤（a）多模光纤（b）单模光纤（b）单模光纤输入脉冲输出脉冲许多不同角度入射的光线许多不同角度入射的光线在一条光纤中传输在一条光纤中传输每一束光线有一个不同的每一束光线有一个不同的mode光脉冲展宽，光脉冲展宽，失真失真适合于近距离适合于近距离传输传输直径只直径只有一个有一个光的波光的波长长衰减较小衰减较小传输距离远传输距离远制造成本高制造成本高发光源昂贵发光源昂贵2022-12-1742非导向传输媒体 n无线传输所使用的频段很广。n短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。n微波在空间主要是直线传播。n地面微波接力通信n卫星通信 2022-12-

22、1743信道复用技术n多路复用的目的：充分利用通信线路带宽，提高信道利用率。n当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需的带宽时，可将该物理信道的总带宽分割成若干个固定带宽的子信道，每个子信道用于传输一路信号。这种多路信号共用一个信道的技术称为信道复用技术。2022-12-1744信道复用示意图终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端终端多多路路复复用用器器多多路路复复用用器器信道信道2022-12-1745常用的多路复用技术n频分复用FDM Frequency Division Multiplexingn时分复用TDM Time Division Multiplexing n码分复用CDM

23、 Code Division Multiplexing 2022-12-1746频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5 频分复用FDM各路信号利用不同的频段同时进行传输2022-12-1747 时分复用TDM各路信号可利用相同的频段分时占用信道频率时间B CB CB CAAAA B CDDDD在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2022-12-1748 时分复用的缺限ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户时分复用可能会造成线路资源的浪费2022-12-1749 统计时分复用STDM(Stat

24、istic TDM)也称异步时分复用用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用不固定分配时隙,按需动态分配时间片,因此可以提高信道利用率。采用STDM的各信号在每个时隙中都必须携带地址信息。分组交换采用统计时分复用技术2022-12-1750 码分复用CDMn又叫码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。n特点：每个用户可以在同样的时间使用同样的频率进行通信。各个用户的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的地址码序列来区分，或者说是靠信号的不同波形来区分。2022-12-1751 码分复用

25、原理n每个比特划分为m个时间片，称为码片n使用CDMA的每个站分配一个唯一的m个码片序列，发送1时，就发送该序列，发送0时则发其反码。例如，当m取8时，S用户的m序列为00011011，当发送1和0时，发送序列分别是：0 0 01 101 11 1 10 010 0发1：发0：码片序列的表示方法：如发1的码片序列表示为：-1-1-1+1+1-1+1+12022-12-1752 码片选择的条件n各用户的码片不但要唯一而且要互相正交(各向量内积为0)。如任意两用户S和T，ST和STST-1-1 都应为都应为0,n例如：S:00011110与T：00000011互相正交n码片向量与该向量内积为1，与

26、该向量反码内积为-1。1 1m m01imiiTSST=ST=1 1m m01imiiTSSTST-1-1=1 1m m11imiiTSSSSS-1-1=1 1m m11imiiTSSS=SS=S Si iS Si iS Si iS Si i限定的目的是便于信号的提取2022-12-1753CDMA原理：S 站的码片序列 S110tttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx+Tx计算计算S(Sx+Tx)=1表示收到1,=-1表示收到0数据码元比特发送端接收端2022-12-1754应用举例：设有4个站进行码分多址CDMA通信，4个站的码片分别为：A：-1

27、-1-111-111B：-1-11-1111-1C：-11-1111-1-1D：-11-1-1-1-11-1现收到码片序列：现收到码片序列：-11-31-1-311，问哪个站发送，问哪个站发送数据了，发数据了，发0还是还是1？对于对于A A：(1-1+3+1-1+3+1+1)/8(1-1+3+1-1+3+1+1)/81 1，因此，因此A A发送了发送了“1 1”。2022-12-1755 波分复用WDMWDM（Wavelength Division Multiplexingn 波分复用实际上是光的频分多路复用，是在一条光纤中用不同颜色的光波来传输信号。2022-12-1756数字传输系统n早期

28、电话网，从用户到市话局间采用独占的模拟传输方式，长途干线采用频分复用的模拟传输方式n随着数字通信技术的发展，长途干线改用时分复用的数字传输方式，而用户到市局间传输方式不变n在数字传输系统中，有两种数字传输标准，一种叫“准同步数字系列”(Plesiochronous Digital Hierarchy)，简称PDH；另一种叫“同步数字系列”(Synchronous Digital Hierarchy)，简称SDH2022-12-1757数字传输系统n采用准同步(PDH)的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是

29、有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。2022-12-1758数字传输系统n在以往的电信网中，多使用PDH设备。但PDH标准已不能适合现代电信业务开发及管理的需求。PDH主要缺点如下：n速率标准不统一：由于历史上的原因，有两个互不兼容的国际标准，即北美的 T1标准和欧洲的 E1标准。我国采用的是 E1 标准。n不是同步传输：在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式，在准同步系统中，由于各支路信号的时钟频率有一定的偏差，给时分复用和分用带来很多麻烦，数据传输率越高，收发双

30、方时钟同步越困难。2022-12-1759数字传输系统n没有国际上统一的光接口规范，制约了光纤通信技术发展。nSDH是为满足新需求而出现的传输体系。n最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络(SONET)。目的是在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络的灵活性。n1988年，CCITT以SONET为基础，制定出“同步数字系列SDH”，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输技术。2022-12-1760SDH主要优点n统一的比特率，统一的接口标准，为不同厂家设备间的互联提供了可能。n网络管理能力大大加强。n提出了自愈网的新概念。用SDH设备组成的带有

31、自愈保护能力的环网形式，可以在传输媒体主信号被切断时，自动通过自愈网恢复正常通信。n采用字节复接技术，使网络中上下支路信号变得十分简单。由于SDH具有显著优点，目前骨干光传输网络都采用SDH标准。但在与骨干网相连接的支路和叉路上，PDH标准仍有用武之地。2022-12-1761脉码调制PCM原理n模拟话音通过数字信道传输需进行编码，编码模拟话音通过数字信道传输需进行编码，编码原理如下：原理如下：2022-12-1762模拟语音到数字数据的编码原理p标准电话信号的最高频率为3.4kHzp采样频率取8kHzp采用8位二进制数编码p一路标准PCM信号速率为64Kb/s（8000*8）2022-12-

32、1763p国际上有两个不兼容的标准，北美的24路PCM(T1)，和欧洲的30/32路PCM(E1)。T1和E1是PDH的两个不同的速率标准。p我国采用的是E1标准,速率是2.048Mb/s.PCM封装成帧标准p为了有效地利用传输线路，通常将多个话路的PCM信号进行时分复用组装成帧，然后再送到线路上一帧一帧的传输2022-12-17642.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T=125 us(1/

33、8000)s(1/8000)s15 个话路15 个话路E1 的时分复用帧2022-12-1765E1标准p CH0用作帧同步用，CH16用来传送信令。供用户使用的是30个话路，E1的一个帧为32*8bit,每秒传送8000帧,因此PCM一次群E1数据率为：8000*32*8=2.048Mb/s p 四个一次群E1合成为一个二次群E2，速率为8.192Mb/s 2022-12-1766T1标准n24路音频信道复用在一条通信线路上；n采样8000次/秒；n8位编码，其中7位是数据位，1位用于信道控制；n24路PCM信号轮流将8位数据插入到帧中；n每帧由248=192位组成，另附加一位作为帧开始标志

34、位，所以每帧共有193位；n发送一帧需要1/8000秒；nT1载波的数据传输速率为8000*193=1.544Mb/s。2022-12-1767同步光纤网 SONETn同步光纤网 SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。n第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。n光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。2022-12-1768同步数字系列 SDHSDH nITU-T 以美国标准 SONET 为基础，

35、制订出国际标准同步数字系列 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。nSDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 1 级同步传递模块(Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。2022-12-1769线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080

36、OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系 2022-12-1770SONET 的体系结构 光子层路径层线路层段层线路(line)光子层路径层线路层

37、段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径(path)(section)(section)(section)2022-12-1771SONET 标准定义了四个光接口层 n光子层(Photonic Layer)n处理跨越光缆的比特传送。n段层(Section Layer)n在光缆上传送 STS-N 帧。n线路层(Line Layer)n负责路径层的同步和复用。n路径层(Path Layer)n处理路径端接设备 PTE(Path Terminating Element)之间的业务的传输。2022-12-1772网络

38、接入n有线接入：住宅接入，将家庭主机接入因特网公司接入，将商业或教育机构的主机接入因特网n无线接入:这些分类不是很严格,如某些公司主机可能使用我们认为属于住宅接入的接入技术,反之亦然。2022-12-1773住宅接入n窄带接入：拨号上网（56Kb/s），窄带综合业务数字网N-ISDN intergrated services digital network（128Kb/s）n宽带接入：数字用户线xDSL digital subscriber line，混合光纤同轴网HFC hybrid fiber coax，光纤到FTTx Fiber To The x2022-12-1774宽带接入技术 xD

39、SL技术nxDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。n虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 300-3400 Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率超过 1 MHz。nxDSL 技术把 0-4 kHz 低频段留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高频段留给用户上网使用。nDSL 是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。2022-12-1775xDSL 的几种类型 nADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数

40、字用户线nHDSL(High speed DSL)：高速数字用户线nSDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线nVDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线nDSL：ISDN 用户线。nRADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。2022-12-1776ADSL 的特点n上行和下行带宽做成不对称的。n上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。nADSL 需在用户线的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。n我国目前采用的方案是离散多音调 DMTDMT(Discrete

41、 Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。通常下行数据率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之间，而上行数据率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之间。2022-12-1777DMT(Discrete Multi-Tone)技术nDMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行信道。n每个子信道占据4 kHz 带宽，并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。将数据自适应动态分配给每个子信道，实现在约1MHZ频带

42、内达到6Mb/s传输速率。2022-12-1778DMT 技术的频谱分布 频谱频率上行信道传统电话04下行信道(kHz)4013811002022-12-1779ADSL 的组成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线 电话分离器 区域宽带网至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话交换机PSPS数字用户线接入复用器 DSLAM(DSL Access Multiplexer)接入端接单元 ATU(Access Termination Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表远端 Remote）电话分离器 PS

43、(POTS Splitter)利用了频分复用 2022-12-1780第二代 ADSL ADSL2和 ADSL2+n通过提高调制效率得到更高的数据率。例如，ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至2.2 MHz，下行速率可达 16 Mb/s（最大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率可达 800 kb/s。n采用了无缝速率自适应技术 SRA(Seamless Rate Adaptation)，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。2022-12-1781混合光纤同轴网HFC(Hy

44、brid Fiber Coax)(Hybrid Fiber Coax)nHFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。nHFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。n下行速率一般在3-10Mb/s，最高可达30Mb/s，上行速率一般为0.2-2Mb/s。2022-12-1782HFC 网同轴电缆头端光纤代替CATV网中的同缆放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区每个家庭要安装一个用户接口盒用户接口盒要提供三种连接，即：使用同轴电缆连接到机顶盒(set-top box)，然后再连接到用户的电视机。使用双绞线连接到用户的电话

45、机。使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。2022-12-1783HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能 下行信道上行信道5 40 50 550 750 1000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留2022-12-1784FTTx 技术，传输速率可达155Mb/s nFTTx（光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。n光纤到家 FTTH(Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。n光纤到大楼 FTTB(Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或

46、双绞线分配到各用户。n光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。2022-12-1785公司接入 n公司和学校，常用局域网将用户接入因特网边缘路由器。n局域网技术有多种，最常用的是以太网，速率为10Mb/s,100Mb/s,1000Mb/s，1Gb/s甚至更高。2022-12-1786无线接入 主要针对移动用户设计，接入方法有两种：n通过无线局域网接入（用户半径在几十米内）n通过移动无线接入网接入（无线广域接入，用户半径可达数万米）2022-12-1787通过无线局域网接入 n在无线局域网中，无线终端固定或在小范围内做有限移动，

47、与位于几十米内的无线接入点（基站）通信，无线接入点通常与有线的Internet设施相连接，为无线用户提供到有线网络的服务。n连接无线局域网的计算机，必须安装无线网卡 basestationmobilehostsrouter无线局域网接入无线局域网接入2022-12-1788通过移动无线（无线广域）接入网接入n在移动无线接入网中，用户终端是移动的，它们与移动无线接入网中的无线接入点进行连接。无线接入点由电信提供商（中国移动、中国联通、中国电信等）管理，他们为数万米半经内的用户提供服务。2022-12-1789通过移动无线接入网接入1、通过手机上网n 若手机支持GPRS或CDMA并具备蓝牙，且电脑

48、也具备蓝牙功能，可以采用手机加蓝牙方式上网。电脑可以通过蓝牙与手机通讯，将手机作为上网网关，然后手机通过GPRS或CDMA拨入Internet即可。n 也可利用数据线将手机与电脑连起来，实现无线上网。2022-12-17902、使用GPRS或CDMA无线网卡上网n GPRS或CDMA无线网卡实际上就是上网使用的调制解调器，与手机内部的GPRS或CDMA模块基本相同。将其插到电脑上，可以实现与移动无线接入网的连接。n 目前主要有PCMCIA和USB两种接口的GPRS或CDMA无线上网卡。GPRS传输速率可以达到115.2Kbps，但实际可以达到53Kbps。CDMA传输速率可以达到256Kbps，但实际可以达到100Kbps左右。2022-12-179110个9.6kbps的信道按TDM在一条线路上传输，在统计TDM情况下，假定每个子信道只有30%的时间忙，复用线路控制开销为10%，那么复用线路的带宽应该是（）bps。A 32k B 64k C 72k D 96k统计TDM是按需分配，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配时间片。本题：数据传输需要带宽为10*9.6*30%=28.8kbps。10%的控制开销意味着只有90%带宽用于数据传输，因此所需线路带宽为28.8/90%=32k