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1、第 3章物理层物理层位于o s i 参考模型的最底层，它的主要功能是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。它直接面向实际承担数据的物理介质（ 即通信信道）。物理层的传输单位为比特，即一个二进制位 （ “ 0 ” 或“ 1 ” ） O1第1页 共1 18页I T U 的X . 2 5 建议的DT E与DCE3 . 1 物 理 层 接 口 与 协 议3 . 1 . 1 物理层接口I S O 对O S I 模型的物理层所作的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特流传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输，也可
2、以采用同步传输完成3第3页 共1 18页3 . 1 . 2 物 理 层 的 功 能 和 提 供 的 服 务 1 . 机械特征 为了使不同厂家生产的D T E 、D C E 设备便于连接，物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及其排列方式、锁定装置形式作了详细的规定，其几何尺寸与D C E 连接相配合，插针芯数和排列方式与D C E 连接器成镜像对称。4第4页 共1 18页I S O标准化了 DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。一般来说，DT E的连接器常用插针形式，其几何尺寸与DCE连接器相配合.5第5页 共1 18页2电气特征物理层的电气特征规定了导线的电气连接及有关
3、电路的特性，DTE与DCE接口的各根导线（ 也称电路）的电气连接方式有非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式和平衡方式三种。第6页 共1 18页6 3 . 信号的功能特性 物理层的功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其它信号之间的关系。 4 .规程特性物理层的规程特性规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤，这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。 目前由I T U 建议在物理层使用的规程有V 系列标准，X 系列标准，它们分别适用于各种不同的交换电路中。第7页 共1 18页3. 2传输介质传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线两大类。双
4、绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种有线传输介质；无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体都属于无线传输介质O第8页 共1 18页83. 2. 1双绞线 双绞线是最常用的传输介质。双绞线芯一般是铜质的，能提供良好的传导率。既可以用于传输模拟信号也可以用于传输数字信号。双绞线分为两种：无屏蔽的和屏蔽的。9第9页 共1 18页10第1 0页 共118页3. 2. 2同轴电缆 同轴电缆分为基带同轴电缆（ 阻抗5 0 ）和宽带同轴电缆（ 阻抗7 5 ） 。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高数字信
5、号和模拟信号传输。闭路电视所使用的C A T V 电缆就是宽带同轴电第1 1页 共1 18页11第1 2页 共118页123. 2. 3光纤 光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成。多条光纤组成一束，就构成一条光缆。相对于金属导线来说具有重量轻、线径细的特点。光纤适合于在几个建筑物之间通过点到点的链路连接局域网络。光纤具有不受电磁干扰或噪声影响的特征，适宜在长距离内保持高数据传输率. 而且能够提供很好的安全性。13第1 3页 共118页光纤通信系统的基本组成14第1 4页 共118页光纤的工作原理低折射率高折射率15第1 5页 共118页多模光纤与单模光纤多模光纤
6、输入脉冲-输出脉冲16第1 6页 共118页第1 7页 共118页EM加强粉 缶 管 ! 毗 光 会油育包语肥岳希友介语页183. 2. 4无线传输介质 目前常用的技术按照频率由低向高排列有：无线电波、微波、红外线和可见光。 由若干小区构成的覆盖区叫做区群。由于区群的结构酷似蜂窝，因此人们将小区制移动通信系统叫做蜂窝移动通信系统。在蜂窝移动通信系统中，多址接人方法主要有3 种：频分多址接入F D M A 、时分多址接入T D M A 与码分多址接入C D M A 。蜂窝移动通信网的设计，涉及O S I 参考模型的物理层、数据链路层与网络层。19第1 9页 共118页蜂窝移动通信系统蜂窝拓扑20
7、 微波通信的载波频率为1 0 0 M H z1 0 G H z范围。因为频率高，可同时传送大量信息，用来传输数字数据,速率可达数M b p s第2 1页 共118页21微波天线22第2 2页 共118页卫星通信具有通信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信信道带宽带、可进行多址通信与移动通信的优点，因此获得了迅速的发展,并成为现代主要的通信手段之一。第2 3页 共118页23 地球同步卫星-与地面站相对固定位置-使用三颗卫星即可覆盖全球-传输延迟时间长-广播式传输- 应用领域：,电视传输 长途电话 专用网络 广域网第2 4页 共118页243. 2. 5传输介质的选择
8、传输介质的选择取决于以下诸因素：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。25第2 5页 共1 1 8页 常用传输介质的比较26传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线带带宽基1Gb/s模拟：10km数字：500m较好低模拟/ 数字信号传输50 Q同轴电缆基带10Mb/s3km较好较低基带数字信号75 c同轴电缆宽带“ 50MHz100km较好较低模拟电视、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4 6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1 10GHz18000km很好高远程通信第2 6页 共118页3. 3数据通信技
9、术3. 3. 1通信信道 数据通信的任务是传输数据信息，希望达到传输速度快、出错率低、信息量大、可靠性高，并且既经济又便于使用维护。这些要求可以用下列技术指标加以描述。27第2 7页 共118页基本概念- 数据和信号数 据（Data）：被传输的二进制代码信 号（Signal）：是数据在传输过程中的电磁波表示形式。第2 8页 共118页28鳌据可以用数字信号和模拟信号两种方式来表示。模拟信号是一种波形连续变换的电信号，它的取值可以是无限个，例如电话送出的话音信号，电视摄像产生的图像信号等；而数字信号是一种离散信号，它的取值是有限的，信号沿着通信介质流动从而实现数据的传输。第2 9页 共118页2
10、91 .数据传输速率所谓数据传输速率，是指每秒能传输的二进制信息位数，单位为位/ 秒，记为b p s或b / s ,它可由下式确定：R =( l / T ) - l o g2N ( b p s ) 式中T为一个数字脉冲信号的宽度， 单位为秒。一个数字脉冲也称为一个码元,N为一个码元所取的有效离散值个数， 也称调制电平数,N一般取2的整数次方值。若一个码元仅可取0和1两种离散值, 则该码元只能携带一位二进制信息; 若一个码元可取0 0、0 1、i o和n四种离散值, 则该码元就能携带两位二进制信息。以此类推，若一个码元可取N种离散值, 则该码元便能携带l o g z N位二进制信息30第3 0页
11、 共118页另一个技术指标一一信号传输速率，也称码元速率、调制速率或波特率，单位为波特率。信号传输速率表示单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率。若信号码元的宽度为T 秒，则码元速率定义为：B =( l / T ) ( B a u d )一般在二元调制方式中3 =2 ) , 吆都取同一值(因为l o g 22= D ,习惯上二者是通用的。但在多元调制的情况下,必须将它们区别开来。R = ( l /T ) . l o g2N ( b p s ) = ( 1/T ) ( B a u d ) = B31第 31页 共 118页-5v=0 -5v=l1 0 1 0 1 1 0
12、11个码元取2个离散值，发送8个码元等于发送了 8位32第3 2页 共118页-5v = 00 -2.5v = 01+ 2.5v = 10 + 5v = 1111 00 00 10 01 10 00 011个码元取4个离散值，发送8个码元等于发送了 16位33第3 3页 共118页如采用四相调制方式，即N = 4,且T = 833X 10-6秒则可求出数据传输率为：R = ( l /T ) l o g2N = l / ( 833X10-6) l o g24= 2400( b p s )而调制速率 为： B = l /T = l / ( 833X10 6) = 1200( b a u d )34
13、第3 4页 共118页信道容量有两种衡量的方法：（ 1）奈奎斯特公式（Nyquist）（ 对有限带宽无噪声信道）C=2Hlog2N ,其中，C为最大数据速率（ 信道容量），H为信道的带宽（Hz） , N为一个脉冲所表示的有效状态数，即调制电平数。例：若某信道带宽为4KHz，任何时刻信号可取0、1、2、3这四种电平之一，则信道容量为：C=2Hlog2N= 2x4Kxlog24=16Kbps35（ 2）香农公式（Shannon）（ 对有限带宽随机噪声信 道 ）C=H log2 （ 1+S/N）,其中，H为信道的带宽（Hz） , S为信道内信号的功率，N为信道内服从高斯分布的噪声的功率，S/N是信噪
14、比，通常用10logioS/N表示，单位dB （ 分贝）。例：计算信噪比为30dB,带宽为4KHz的信道最大容量：S30db=10log10S/ N,得出S/N= 1000,则C=4Kxlog2 （ 1+1000） 40Kbpso363 .误码率 误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为N e ,则误码率表示为；Pe= Ne/N计算机网络中，一般要求误码率低于10一 、 即平均每传输109位数据仅允许错一位。若误码率达不到这个指标，可以通过差错控制方法进行检错和纠错。 3第3 7页
15、共1 1 8页4 .通信方式 通信有两种基本方式，即串行方式和并行方式。通常情况下，并行方式用于近距离通信，串行方式用于距离较远的通信。 串行通信的方向结构。串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。38第3 8页 共1 1 8页单工方式：发送器- A 接收器半双工方式:全双工方式:不可同A站B站39第3 9页 共118页并行数据传输40第4 0页 共118页串行数据传输41第4 1页 共118页3. 3. 2模拟数据通信和数字数据通信 (1)数据。数据可定义为有意义的实体，它涉及事物的存在形式。数据可分为模拟数据和数字数据两大类。 (2)信号。信号是数据的电子或电磁编码。对于模
16、拟数据和数字数据，信号也可分为模拟信号和数字信号。42第4 2页 共118页 模拟信号-时间上连续，包含无穷多个信号值数字信号- 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号 信息编码：将信息用二进制数表示的方法- 例如：ASCII编码、BCD编码等 数据编码：将数据用物理量表示的方法- 例如：字符“A”的ASCH编码为01000001,其数据编码可能为0 1 0 0 0 0 0 1第4 4页 共118页1t44 信息通过数据通信系统进行传输的过程-把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（ 二进制位）不能直接在信道上传输“A” 01000001 J U L _
17、TLTL 01000001 “A”信息- 数据一信号T 信道 （ Q信号- 数据一信息1 1 1 1 1 1信息编码数据编码 调制 解调 数据解码信息解码- 编码：数据一适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错- 调制：数字信号一适合传输的形式按频率、幅度、相位- 解调：接收波形一数字信号- 解码：数字信号一原始数据45第4 5页 共118页 不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况：数据：模拟数据数字数据1X1信号：模拟信号数字信号信道：模拟% 道数字宿道46第4 6页 共118页 模拟传输和数字传输所使用的技术模拟数据，模拟信号模拟数据，数字信号语音移频， 调制模拟模拟PCM编码数字数
18、字数据，模拟信号数字数据，数字信号1010数字调制数字1010 数字编码数字47第4 7页 共118页 编码与调制的区别- 编码：用数字信号承载数字或模拟数据- 调制：用模拟信号承载数字或模拟数据编码与解码X的数字信号则A数字或模拟数据 _Encoder数字信道Decoder编码- Y J发送方解码接收方则A数字或模拟数据_)48第4 8页 共118页调制与解调载波 模拟信号I S以3(0a Modulator数字或 模拟信道模拟数据 调制则 Demodulator_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 数字或解调制 模拟数据发送方接收方49第4 9页 共118页3. 3. 3
19、多 路 复 用 技 术 频分多路复用FD M和时分多路复用TD M是两种最常用的多路复用技术。对于光纤信道,还使用频分多路复用的一个变种称为波分多路复用W D M。50第5 0页 共118页 频分复用FDM- 原 理 ：整个传输频带被划分为若干个频率通道,每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。CH1CH1八ICH2|A|原带宽移频后带宽第5 1页 共118页CH1 CH2 CH3AAA11Tl带宽复用信号51时 分 复 用TDM- 原 理 ：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。A1瓜在通信网络中应用极为广泛。D1、A
20、2AD2A3瓜原始信号D3也数字化信号C时间片2_ A _时间片1_A _Y复用器复用后的数据流52第5 2页 共118页 由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为 同步时分复用。 一个时间片内传输的多路数据称为帧。 时分复用的典型例子：PCM信号的传输- 把多个话路的PC M语音数据用TDM的方法装成帧（ 帧中还包括了帧同步信息和信令信息）- 每帧在一个时间片内发送-每个时隙承载一路PC M信号53第5 3页 共118页T1载波 Bell系统的T1载波利用脉码调制PCM 和时分TD M 技术，使24路采样声音信号复用一个通道。每一个帧包含193位，每一帧用 125us
21、时间传送。T1系统的数据传输速率为 1. 544Mbps o帧 一193(125us)ClC27个 第8位是数 据 位 蒯意号页C24第193位是帧编码54E1-帧格式时间片125 p is = 32时隙，2.048 Mb/s用户话路用户话路3 0 路数字语音数据（ P C M 数据）+ 2 路控制 T1 、E 1 线路也可以用于计算机通信55第5 5页 共118页 波分复用一一光的频分复用- 原 理 ：整个波长频带被划分为若干个波长范围,每路信号占用一个波长范围来进行传输。光谱第5 6页 共118页563. 3. 4异步传输和同步传输 通信过程中收、发双方必须在时间上保持同步，一方面码元之间
22、要保持同步，另一方面由码元组成的字符或数据块之间在起止时间上也要保持同步，实现字符或数据块之间在起止时间上同步的常用方法有异步传输和同步传输两种。57第5 7页 共118页 1 .异步传输 异步传输方式中，一次只传输一个字符（ 由58位数据组成）。每个字符用一位起始位引导。一位停止位结束。起始位为“ 0” ，占一位时间；停止位为“ 1” ，占1到2位的持续时间。 2 .同步传输 同步传输时，为使接收方能判定数据块的开始和结束，还须在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧尾的数据称为一帧。帧头和帧尾的特性取决于数据块是面向字符的还是面向位的。58第5 8页 共118页3.
23、 4数据编码 3. 4. 1数据编码技术 1 . 数字数据的数字信号编码 数字信号可以直接采用基带传输，所谓基带就是指表示二进位制比特序列的矩形脉冲信号所占的固有频带，称为基本频 带 （ 简称基带）。59第5 9页 共118页1. 0判决0 5n限取样时新a）单极性脉冲f 0判决“限一-1 .0 110 1 0 0 1b）双极性脉冲60第6 0页 共118页l oi i oi ooi1.0-0*T| pi pi 判决门限-i.o I 一d）双极性归零脉冲E O判决门限-k 0O-OO1On)一e）交替双极性归零脉冲第6 1页 共118页零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点 不归零码在传输中
24、难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。 单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。第6 2页 共118页 在计算机通信与网络中，广泛采用的同步方法有位同步和群同步两种。实现位同步的方法可分为外同步法和自同步法两种。 1）位同步位同步又称同步传输，它是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。实现位同步的方法可分为外同步法
25、和自同步法两种。 在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端送来，而不是自己产生也不是从信号中提取出来。即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。 63第 6 3 页 共 118页 自同步法是指能从数据信号波形中提取同步信号的方法。典型例子就是著名的曼彻斯特编码，常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示 1 ，从低到高跳变表示 0 。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳
26、变表示0 或 1 ，有跳变为 0 ，无跳变为 1 。64第6 4页 共118页八 . 0 . 0 . 1 . 1 0 t 1 .H ： ： - ：- I - - ：IIIIL -1 _I-1 J !： (a )不日, 零码 NR力：A I 1_L r L mr L L r r uk b )曼彻蜥特编| 晴 !tj A _ ， _ . ； WTLinJTlJG )一 分曼劭斯特编码:I I I I I I I第 6 5 页 共 118页2） 群同步在数据通信中，群同步又称异步传输。是指传输的信息被分成若干“ 群”。数据传输过程中,字符可顺序出现在比特流中，字符间的间隔时间是任意的，但字符内各个比
27、特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时与字符内各个比特间的同步定时，是群同步即异步传输的特征。空闲位或前 第n 个字符 空闲位 第仙1个字符一停止位起始位 奇偶校验位 _ _ _ _ _ _111 0 58 位数据位0/1 11 l l o l1-2位停止位第 6 6 页 共 118页662 .模拟数据的数字信号编码对模拟数据进行数字信号编码的最常用的方法是脉码调制PCM,它常用于对声音信号进行编码。脉码调制是以采样定理为基础的。信号数字化的转换过程可包括采样、量化和编码三个步骤。67第6 7页 共118页模拟数据的数字信号编不 采样定理:- 如果模拟信号的最高频率为E 若以N 2 尸的采样
28、频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 要转换的模拟数据主要是电话语音信号，模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。PCM编码:- 采 样 ：按一定间隔对语音信号进行采样- 量 化 ：把每个样本舍入到最接近的量化级别上- 编 码 ：对每个舍入后的样本进行编码- 编码后的信号称为P C M 信 号 （ P u l s e C o d e dM o d u l a t i o n 9 脉码调制）。68第6 8页 共118页 语音信号的数字化- 语音带宽欠4kHz- 采样时钟频率：8kHz （ 2倍语音最大频率）- 样本量化级数：256级（8b/每样本）- 数
29、据率：8000次/s*8b = 64kb/s每路PCM信号的速率=64kb/s模拟语音信号R4kHz采样时钟 PCM信号第6 9页 共118页69PCM编码过程举例语音信号P A M信号PC M信号（ 有量化误差）3 I4 .3 3 4I I I I ; I011 100 011 011 001 100P C M 输出 011 100 011 011 001 100第7 0页 共118页70 脉码调制P CM 脉 码调制是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用大于有效信号最高频率或其带宽2 倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。 采样定理表达公式：F
30、s ( = 1 / T s ) 三2 F m a x 或F s N 2 B s 式 中 T s 为采样周期 F s 为米样频率 F m a x 为原始信号的最高频率 B s ( = F m a x - F m i n ) 为原始信号的带宽71第7 1页 共118页第7 2页 共118页723. 4. 2调制解调器本地回路（ 模拟的,双绞线）计算机端局调制解调器中带宽干线（ 数字的，编 解 呷 纤 ）码器 L/长途局Z V长途局高带宽干线（ 数字的，光纤）ISP2喧长途局总计10000条本地回路调制解调器群口1寸因升| . 州州伊I印印; 门： .一数字线ISP1 :73图3 一24第7卑薯露用
31、. 理示意1 .模拟用户线路的调制解调器载波 模拟信号I S以则-H MODEM -数字或 模拟信道模拟数据 调制则 M O D E M -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 数字或解调制 模拟数据发送方接收方74第7 4页 共118页 模拟信号- 时间上连续，包含无穷多个信号值数字信号- 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号数字数据的调制 三种常用的调制技术:幅移键控A S K ( A m p l i t u d e S h i f t K e y i n g )频移键控F S K ( F r e q u e n c y S h i f t K e y
32、i n g )- 相移键控P S K ( P h a s e S h i f t K e y i n g ) 原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波信号S（ 6 = Zcos（ 。方+0）S1）的参量包括： 幅度的 频率。 、初相位9- 调制就是要使4色或碱I数字基带信号的变化而变化76第7 6页 共118页- A S K ：用载波的两个不同振幅表示0 和1- F S K ：用载波的两个不同频率表示0 和1- P S K ：用载波的起始相位的变化表示0 和1第7 7页 共1 18页带宽, 波特率， 码元， 位传输率 一种介质的带宽是指在最小衰减的情况下能够通过这种介质的频率范围。波特率
33、是指每秒钟的采样次数。每个采样发送一份信息，这份信息称为码元。因此，波特率和码元率是相同的。调制技术（ 比如QPSK）决定了每个采样的位数。位传输率是指一条信道上发送的信息的数量，它等于每秒采样数乘以每个采样的位数。78第7 8页 共118页正交振幅调制Q A M Q A M是一种采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为9 0度 （ 几/ 2 ）的正弦波，因此被称作正交载波。这种调制方式因此而得名。79第7 9页 共118页 星座图中的16个点的坐标(r, ) 都不相同。其中r代表振幅，金代表相位。这幅个点可表示0
34、000到H11共16种不同组合的数据，即：当传送数据为0000时，Modem输出信号的振幅和相位为(r0, e 0),当传送数据为0001时，Modem输出信号的振幅和相位为(rl, 1 ),，当传送数据为1111时,Modem输出信号的振幅和相位为(rl5, 15)。正交振幅调制QAM, 口(r, p)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。( PA由于4 bit编码共有16种不同的组合，因此这16个点中的每个点可对应于一种4 bit的编码。口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难。第8 1页 共1 18页812 .数字用
35、户线路 DSL就是数字用户线(Digital Subscriber Lines)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。 xDSL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。 虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300-3400 kHz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超 过1 MHZo xDSL技术就把。4 kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。82第 8 2 页 共 118页xDSL的几种类型 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用
36、户线 HDSL (Highspeed DSL)：高速数字用户线 SDSL (Single-line DSL)： 1对线的数字用户线 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线 DSL ： ISDN 用户线。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自适应D S L,是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率 ) 。83第8 3页 共118页ADSL的极限传输距离 ADSL的极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系（ 用户线越细，信号传输时的衰减就越大），而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。 例 如，0.5毫米线径的用
37、户线，传输速率为1.5 2.0 Mb/s时可传送5.5公里，但当传输速率提高到6.1 Mb/s时，传输距离就缩短为3.7公里。 如 果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送27公里84第8 4页 共118页A D S L的特点 上行和下行带宽做成不对称的。 上 行指从用户到IS P ,而下行指从ISP到用户。 ADSL在用户线( 铜线) 的两端各安装一个ADSL调制解调器。 我国目前采用的方案是离散多音调DMT(Discrete 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。85第8 5页 共118页DMT
38、技术 DMT调制技术采用频分复用的方法，把 40k H z 以上一直到1 . 1 MHz的高端频谱划分为许多的子信道，其中2 5 个子信道用于上行信道，而 2 49 个子信道用于下行信道。 每个子信道占据4 k H z 带 宽 （ 严格讲是4. 3 1 2 5k H z ）,并使用不同的载波（ 即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。86第8 6页 共118页DMT技术的频谱分布87第8 7页 共118页ADSL的数据率 由于用户线的具体条件往往相差很大（ 距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同），因此ADSL采用自适应调制技术使用户
39、线能够传送尽可能高的数据率。 当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。 ADSL不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通ADSLo 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至U 640 kb/s之间。88第8 8页 共118页区域宽带网ADSL的组成基于ADSL的接入网2.LU Q -U -、 一， 山 JL I-而局或匹乂而站ATU-CATU-CTU-CDSLAM用户线电话分离器 居民家庭至本地电话局数字用户线接入复用器DSLAM (DSL Acce
40、ss 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 (POTS Splitter)第 8 9 页 共 118页3. 5数据交换技术 数据经编码后在通信线路上进行传输，按数据传送技术划分，交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。交换网络的拓扑结构903 . 5 . 1 电路交换( C i r c u i t S w i t c h i n g )电话交换网是使用电路交换技术的典型例子。用电路交换技术完成数据传输要经历以
41、下电路建立、数据传输、电路拆除三个过程。 电路交换方式的优点是数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点是在某些情况下，电路空闲时的信道容量被浪费；当数据传输阶段的持续时间不长时，电路建立和拆除所用的时间就得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。第9 1页 共118页 电路交换- 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。- 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称为“ 面向连接的”（ 典型例子：电话）- 过程：建立连接一通信一释放连接- 优缺点： 建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无
42、纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。- 不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。92第9 2页 共118页电话网络中的电路交换000、Q、o。000000O O-O OO。OO OO-O-OO-OO-o)o)交操第9 3页 共118页呼阿建的物裕鹿接O . F Oo oO。933 . 5. 2报文交换(M e s s a g e S w i t c hi n g ) 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文交换不需要在两个站之间建立专用通路，传送方式采用“ 存储一转发”方式。端与端之间无须先通过呼叫建立
43、连接。报文交换的主要缺点是；它不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。因此，这种方式不能用于语音连接，也不适合于交互式终端到计算机的连接。94第9 4页 共118页 报 文 交 换以报文为单位进行“ 存储. 转发” 交换的技术。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储下来，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储转发。-传输之前不需要建立端到端的连接,仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。称为“ 无连接的”（典型例子：电报）- 整 个 报 文（Message）作为一个整体一起发送。- 优 缺 点 ： 没 有建立和拆除连接所需的等待
44、时间； 线路利用率高； 传输可靠性较高； 报文大小不一，造成存储管理复杂； 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高; 出错后整个报文全部重发。95第9 5页 共118页3 . 5. 3分 组 交 换(P a c k e t S w i t c hi n g )将一个报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，典型的最大长度是数千位。分组交换的具体过程又可分为虚电路分组交换和数据报分组交换两种。96第9 6页 共118页分组交换的主要特点 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。V -报 文 - A1101000110101010110101011100010011
45、010010假定这个报文较长不便于传输97第9 7页 共118页添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。-报 文 -能且1据 I 数据 I 数据分组2_ - X . _ _( 分组3_入 _E请注意：现在左边是“ 前面98第9 8页 共118页分组交换的传输单元分组交换网以“ 分组” 作为数据传输单元。依 次把各分组发送到接收端（ 假定接收端在左边）。分组1_ 入 _ _H i i-分组2_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 人_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
46、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _I is-分组3入厂_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _、99第9 9页 共118页分组首部的重要性 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 用 这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。100第100页 共118页收到分组后
47、剥去首部 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。分组1_ 入 _-分组2_/_-分组3_X_收到的数据101第1 01页 共1 18页最后还原成原来的报文 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。-报 文 - -1101000110101010110101011100010011010010| 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。102第102页 共118页1 . 虚电路方式 在虚电路分组交换中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间要先建一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。在预先建好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去
48、，不再需要路由选择判定。最后，由某一个站用清除请求分组来结束这次连接 。它之所以是“ 虚” 的，是因为这条电路不是专用的。第103页 共118页103 虚电路分组交换的主要特点是：在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。104第104页 共118页 虚 电 路 方 式(Virtual Circuit)-通信前预先建立一条逻辑连接虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的逻辑连接- 也需要三个过程：建立一数据传输一拆除建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源- 虚电路的路由在建立时
49、确定，传输数据时则不再需要 数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络“ 数字管道”- 提供的是“ 面向连接” 的服务 但 却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断续地依次占用传输链路段 可 以看成是采用了电路交换思想的分组交换 能够保证分组按序到达- 永久虚电路PVC和交换虚电路SVC105第105页 共118页分组通过预先建立好的虚电路穿越网络106第106页 共118页2. 数据报方式 在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的。每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所储存的路
50、由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一节点。由于各数据报所走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会中途丢失。整个过程中，没有虚电路建立，但要为每个数据报做路由选择。第1 0 7页 共1 1 8页108第108页 共118页数据报分组交换网的示意图第109页 共118页109注意分组的存储转发过程H” |在路由器A暂存 H5向士发送分组查找转发表找到转发的端口路O15H网联互页8共页O第IT3H3. 5. 4高速交换 目前光交换技术发展主要有以下几种： 1 . 微电子机械系统(M E M S )的光交换机 2 . 无交换式光路由器 3.阵列波导光
51、栅路由器111第111页 共118页3. 5. 5交 换 技 术 的 比 较 (1)电路交换。在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 (2)报文交换。报文从源点传送到目的地采用“ 存储一转发 的方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。112第1 1 2页 共1 18页 (3)分组交换。交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中，目的地需要重新组装报文，在虚电路分组交换中，数据传送之前必
52、须通过虚呼叫设置一条虚电路。分组交换技术是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。113第113页 共118页传输延迟处理延迟拆除 一 一* 认节点A B C D A B C D3） 电路交换 2） 报文交换114第114页 共118页第115页 共118页计算题 奈奎斯特公式：C = 2 X HX l o g2N 香农公式： C = l o g2( l + S / N ) 信噪比：1 0 1 g ( S / N )116第116页 共118页计算题 1. 对于带宽为6 M Hz信道，若用4种不同的状态来表示数据，在不考虑噪声的情况下，该信道的最大传输率是多少？ 2. 信道带宽为3 K Hz ,
53、信噪比为3 0 d b ,则每秒能发送的比特数不会超过多少？ 3. 米用每种相位各有两种幅度的P A M调制方法，在带宽为8 K Hz的无噪声信道上传输数字信号，若要达到6 4 K b p s的数据传输率，问要多少种不同的相位？ 4. 数据传输率为1 2 0 0 b p s ,采用无校验，1位停止位的异步传输，问1分钟最多能传输多少个汉字？117第117页 共118页1 . 奈奎斯特公式：C=2XHXlog2NN=4, H=6MC=2XHXlog2N=2X6MXlog24=24MHz2 . 香农公式：C=log2(l+S/N)101g(S/N)=30, lg(S/N)=3, S/N=1000C=log2(l+S/N)=3KXlog2(1+1000) =3KX10=30K3 . 奈奎斯特公式：C=2XHXlog2NH=8, C=64K, N=2c/(2XH) =264/16 =16至少要有16/2 = 8种不同的相位。4每字节含1位起始位、1位停止位，6位数据位，因此每分钟传输的实际数据位为：1200X60X(6/8) =54000位，即54000/16=3375个汉字。118第118页 共118页
