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计算机网络原理ThePrinciplesofComputerNetworking第2章物理层2第二章物理层数据链路层实体数据链路层实体物理层实体物理层实体物理接入点数据链路层物理层传输介质32.1物理层的基本概念物理层考虑的是怎样才能在连接各种计

算机的传输媒体上传输比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：（1）机械特性。（2）电气特性。（3）功能特性。

（4）规程特性。4机械特性、电气特性、功能特性、规程特性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。电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。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。规程特性：指明对于不同功能的各种可能

事件的出现顺序。5串行传输和并行传输在物理连接上的传输方式一般都是串行传输，即一个比特一个比特地按照时间顺序传输。（这是处于经济上的考虑）但是，有时也可以采用多个比特的并行传输方式。（短距离）62.2数据通信

的基础知识2.2.1数据通信系统的模型两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。如图所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即：源系统(或发送端)传输系统(或传输网络)目的系统(或接收端)。7数字通信的模型

公用电话网数字比特流模拟信号数字比特流模拟信号源点发送器传输系统接收器终点源系统传输系统目的系统输入信息输出信息输入数据输出数据发送的信号接收的信号键盘输入汉字PC机PC机屏幕显示汉字调制解调器调制解调器图2-1数据通信系统的模型

8一些术语数据(Data)：运送信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据信号(Signal)：数据的电气或电磁的表现(

物理量编码,通常为电编码)，数据以信号的形式传播模拟信号：连续变化的信号数字信号：离散的信号调制：将数字数据转换为模拟信号的过程。解调：模拟信号转换为数字数据的过程。9四种情况模拟数据、模拟信号最早的电话系统模拟数据、数字信号将模拟数据转化成数字形式后，就可以使用先进的数字传输

和交换设备。数字数据、模拟信号因为有些传输媒体只适合传输模拟信号(光纤、无线电)，使用这样的信道时，必须将数字数据转换成模拟信号后才能传输。数字数据、数字信号把数字数据编码成数字信号的设备比起从数字到模拟的调制设备更简单、更廉价。10模拟数据、模拟信号、数字数据、数字信号放大器调制

器模拟数据模拟信号PCM编码器模拟数据数字信号调制器数字数据模拟信号数字发送器数字数据数字信号图2-2模拟数据、模拟信号、数字数据、数字信号112.2.2有关信道的几个基本概念信道用来表示向某个方向传送信息的媒体。电路包含一条发送信道和一条接收信道。信道的三种基

本方式：单向通信，又称单工通信只能有一个方向的通信，无线电广播，有线电视。双向交替通信，又称半双工通信双方都可以发送信息，但不能同时发送信息。一方发送，另一方接收，过一段时间后再反过来。双向同时通信，又称全双工通信通信双方可以同时发送

和接收信息。122.2.2有关信道的几个基本概念模拟信道：传送模拟信号数字信道：传送数字信号基带(baseband)：将数字信号1或0直接用两种不同电压来表示，然后送到线路上宽带(broadband)信号：将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号

。每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，因此和在一起并不会互相干扰。这样做就可以在一条电缆中同时传输许多路的数字信号，从而提高线路利用率。132.2.3信道上的最高码元传输速率(b)失真严重输入信号波形输出信号波形(失真严重)实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和

失真）(a)失真不严重输入信号波形输出信号波形(失真不严重)实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）图2-3数字信号通过实际的信道14奈氏准则码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元奈奎斯特(Nyquist)推导出在理想低通信道下的最高码元传输速率的公式：理想低通信道的最高码元传

输速率=2WBaud(2-1)W是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)；Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。奈氏准则的另一种表达方法是：每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每

秒2个码元。0W理想低通信道W1W2理想带通信道WW16奈氏准则对于具有理想带通矩形特性的信道(带宽为W)，奈氏准则就变为：理想带通信道的最高码元传输速率=WBaud(2-2)即每赫带宽的带通信道的最高码元传输速率为每秒1个码元。强调以下两点：1）一个实际的信道所能传输的最高码元速率，

要明显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。2）波特是码元传输的速率单位，它说明每秒传多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。比特是信息量的单位，与码元的传输速率“波特”是两个完全不同的概念。17―比特/秒”与“波特”信息的传输

速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上有一定的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等的。若1个码元携带nbit的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mxnb/s。怎样才能是一个码元携带3个bit的信息量？101011000

110111010…将这个信号中的每3个比特编为一组，即：101，011，000，110，111，010，…。3个比特共有8种不同的组合，可以用调制的方法来表示这样的信号，如8种不同的振幅、8种不同的频率或8种不同的相位。也就是说，原来

要发送18个码元，每个码元只携带1bit的信息量。现在只需要发送6个码元，每个码元携带3bit的信息量。182.2.4信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率C可表达为C=Wlog2(1+S/N)bit/s(2-3)其

中：W为信道的带宽(以Hz为单位)；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率。式(2-3)就是著名的香农(Shannon)公式。香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。S/N称为信噪比，常

用分贝(dB)表示。即：信噪比（dB）=10log10(S/N)（dB）例如：当S/N=10时，信噪比为10dB，而当S/N=1000时，信噪比为30dB19多元制由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高信息的传输速率，就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量。这就

需要采用多元制(又称为多进制)的调制方法。以标准电话线路为例，带宽为3100Hz，接近理想信道是中间的一段，其带宽约为2400Hz，因此码元速率为2400Baud。如果一个码元可携带4bit信息，则信息的传输速率可达9600b/

s。对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果S/N=2500，那么无论采用何种先进的编码技术，信息的传输速率一定不可能超过香农公式计算出的极限数字，即35kb/s左右。若想超过这个数值，只能设法提高信道的信噪比，或者提高信道的传输带宽。20奈氏准则和香

农公式在数据通信系统中的作用范围源点发送器传输系统接收器终点源系统目的系统输入信息输入数据输出数据输出信息发送的信号接收的信号传输系统码元传输速率受奈氏准则的限制信息传输速率受香农公式的限制图2-4奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用

范围212.3物理层下面的传输媒体传输媒体也称传输介质或传输媒介它是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路.传输媒体分为两类:导向传输媒体电磁波被导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播非导向传输媒体在自由空间中传播，也称无线传输。222.3.1导向传输媒体1、双绞线

两根铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成双绞线。电话系统都采用双绞线，成为用户线或用户环路。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。23内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套--螺旋绞合的双导线，≈1mm

--每根4对、25对、1800对--典型连接距离100m（LAN）--RJ45插座、插头--优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短双绞线24屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)3类、5类、6类双绞线外没有任

何附加屏蔽以铝箔屏蔽以减少干扰和串音25同轴电缆铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套50基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，用于数字传输，10Mbps，1km。75宽带同轴电缆一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，用于模拟传输，300-450MHz，10

0km，需要放大器。有线电视系统。26数字数据的数字信号编码不归零制(NRZ，Non-ReturntoZero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常用－5V表示1，＋5V表示0。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步

机制，必须使用外同步。曼彻斯特编码(Manchestercode)用电压的变化表示0和1。27曼彻斯特编码规定在每个码元的中间发生跳变：高→低的跳变—0，低→高的跳变—1∵每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备

的时钟保持一致。∴曼彻斯特编码也称为自同步码(Self-SynchronizingCode)。它具有自同步机制，无需外同步信号。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。28差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(DifferentialMan

chestercode)与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示0和1：码元开始处有跳变—0码元开始处无跳变—12901001100011时钟NRZManchester差分Manche

ster三种数字编码的波形图30光纤依靠光波承载信息，利用光导纤维(光纤)传递光脉冲进行通信。特点：速率高，通信容量大，仅受光电转换器件的限制（＞100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好，保密性好轻便31光纤传输原理利用了光的反射光从一种介质入射到另一种介

质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角≥临界值时产生全反射，不会泄漏。光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测器光源:850nm/1300nm/1500nm发光二极管/激光二极管介质:光纤光检测

器:光电二极管PIN/雪崩二极管APD单向传输，双向需两根光纤32光纤传送模式：MMF、SMF多模MMF输入电信号输出电信号单模SMF波长:1300,1550nm波长:850,1300nmh2h1芯/封套特性h1h2光纤的直径减小到一个光波

波长多束光线以不同的反射角传播单束光线沿直线传播33典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳常见规格：玻璃内芯——50um缓变型MMF62.5um缓变/增强型MMF8.3um突变型SMF玻璃包层——125um34高密度多芯光缆剖面结

构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束35使用有源转发器的光纤环路计算机光传播方向光纤接口的结构光接收器（光电二极管）信号再生器（电信号）光发送器（发光二极管LED）与计算机相连铜线接口图2-14使用有源转发器的光纤环

路362.3.2非导向传输媒体有些场合无法使用导向传输媒体利用无线电波在自由空间传播就可较快地实现多种通信。把自由空间称为非导向传输媒体无线介质使用电磁波或光波携带信息无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰37无线电固定终端点（基站）和终端

之间是无线链路BS基站用户计算机和终端BS基站覆盖的无线电区域F2F3F1F2F3F1F2F3F1F2F2F3F1F1,F2,F3=使用的频率38地面微波接力两个地面站之间传送距离：50-100km地球地面站之间的直视线路微波传送塔39地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星覆盖

全球传输延迟时间长36,000公里地球40常用传输媒体的比较传输媒体速率传输距离性能(抗干扰性)价格应用双绞线10-1000Mb/s几十kM可以低模拟/数字传输50同轴电缆10Mb/s3kM内较好略高于双绞线基带数字信号75同轴电缆300-450MH

z100kM较好较高模拟传输电视、数据及音频光纤几十Gbps30kMup很好较高远距离传输短波<50MHz全球较差较低远程低速通信地面微波接力4-6GHz几百kM好中等远程通信卫星500MHz18000kM很好与距离无关远程通信412.4模拟传输和数字传输2.4.1模拟传输系统传统电话通

信系统都是分级交换。2.4.2调制解调器在电话线路上传输基带信号出现误码。42基带信号经电话线传输后产生误差010011100ttt发送的基带信号接收到的失真的信号还原后的数据采样时刻010010100图2-15基带信号经电话线传输后产生误差43数字信号的失真发送的基带信号包含各种频率

成分，其中在300-3400Hz范围内的可以通过，其余无法通过，因而数字信号产生了失真。在能够通过电话线的这部分频率成分中，各频率成分经受的衰减和时延可能会不同，这也要产生失真。电话线路中存在噪声和各种干扰信号，使信号失真。441.调制

解调器的作用若所传送的码元速率越高，信号的失真就越严重。调制解调器(modem)就是由调制器(MOdulator)和解调器(DEModulator)这两个字各取其字头合并而成的。调制器的主要作用就是个波形变换器，解调器

的作用就是个波形识别器。45模拟传输和数字传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道46模拟模拟传输模拟数字模拟模拟CODEC数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，

模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010Modem模拟传输和数字传输47编码和调制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EncoderDecoderModulatorDemodula

tor数字或模拟数字或模拟数字信号模拟信号g(t)m(t)x(t)s(t)g(t)m(t)数字或模拟数字或模拟编码调制482.几种最基本的调制方法三种常用的调制技术：1）幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)，调幅2）频移键控FSK(Frequency

ShiftKeying)，调频3）相移键控PSK(PhaseShiftKeying)，调相基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波S(t)=Acos(t+)S(t)的参量包括：幅度A、频率、相位调制就

是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相PSK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示

0(同相)和1(反相)503.关于调制解调器的速率最大的噪声来源于模数转换的量化噪声，信道容量极限值约35kbps。上行仍需模数(A/D)转换，速率最高为35kbps；下行则可达56Kbps。D/AA/DA/DD/AD/AA/DV.34(33.6kbps)交换机1交换机2V.34(33.6kb

ps)用户环路模拟信号模拟数字信号2/42/4数字信号AB产生量化噪声D/AA/DD/AV.90(56kbps)用户环路模拟信号2/4至因特网（数字信号）因特网服务提供者数字信号数字信号A产生量化噪声514.调制解调器使用异步通信方式数据通信可分为同

步通信和异步通信两大类。同步通信就是要求接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相等(这常称为收发双方的时钟是同步的)，以便使接收端对收到的比特流的采样判决的时间是准确的。当接收端的判决点移动的时间超过码元宽度的一半时(本来判决点应当处于每一个码元的中间)，就要产生差错(比特重读或漏读)，这就

是所谓的滑动(slip)。52异步通信方式准同步方式是各有关信号使用一些独立的、具有相同的频率标称值的时钟源，但这些频率的实际数值允许有微小的误差(在容许范围之内)。异步通信则采用另一种方法。这就是在发送端将欲发送的数

据以字节(8个比特)为单位进行逐个字节的封装。异步通信是通过增加通信开销(每发送10个比特就有两个比特的额外开销，因而数据的有效传输速率就降低了)使接收端能够使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。53异步通信和同步通信的主要特点结束比特数据8bit起始比特结束比特数据8

bit起始比特结束比特数据8bit起始比特结束比特数据8bit起始比特10bit10bit10bit10bit可插入任意长的间隙发送101000101000101…数据（连续的比特流）…00101101101011100发送图2-19异步通信和同步通信的主要特

点异步通信同步通信542.4.3数字传输系统奈奎斯特定理（采样定理）：如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步

骤：1）采样——按一定间隔对语音信号进行采样2）量化——对每个样本舍入到量化级别上3）编码——对每个舍入后的样本进行编码55PCM转换模拟话音采样时钟PAM信号PCM信号采样电路量化和编码数字化声音--话音信道带宽<

4KHz--采样时钟频率：8KHz(>2倍话音最大频率)--量化级数：256级(8位二进制码表示)--数据率：8000次/s*8bit=64Kb/s∴每路PCM信号的速率=64000bps编码后的信号称为PCM（Puls

eCodedModulation）信号（脉码调制信号）56PCM转换过程举例3.23.92.83.41.24.2343314011100011011001100原始信号PAM脉冲PCM脉冲（有量化误差）011100011011001100PCM输出

电话信号采样周期T还原后的电话信号(a)模拟电话信号(b)采样后的脉冲信号(c)编码后的数字信号(d)解码后的脉冲信号(e)还原后的模拟电话信号图2-20PCM的基本原理58通信系统的例子—电话系统构成：本地回路、交换局

、干线端局端局长途局中心局长途局本地回路准长途干线高带宽长途干线准长途干线本地回路光纤、微波、同轴双绞线双绞线编码解码器Codec编码解码器Codec用户设备用户设备ModemModem端局端局长途局数字

干线模拟线路（本地回路）模拟线路（本地回路）绝大多数为模拟线路计算机间传输：以模拟为主，所以信号要经过多次变换：数字→模拟→数字→模拟→数字本地回路60数字载波标准用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。T-标准北美、日本E-标准欧洲、中国、南美61E1标准每125

us为一个时间片，每时间片分为32个通道（供32个用户轮流使用）。每通道占用125us/32=3.90625us每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用0.48828125us，所以E1速率=1/0.4882

8125=2.048Mb/s也可以这样计算E1速率E1速率=(32x8bit)/125ms=2.048Mb/s62E1-帧格式0121631125ms=32时隙=2.048Mbps帧同步信令信道30路话音数据信道+2路

控制信道图2-21E1的时分复用帧时分复用帧时分复用帧时分复用帧2.048Mb/s传输线路T=125μs15个话路15个话路目前国际上流行了两种三类不同的PCM载波标准，由于这些标准带有明显的地区性色彩，有时又被称为准同步数字体系（PDH）。基群二次群三次群四次群欧洲、中国（复用话路）2

.048Mbps/E130路8.848Mbps/E24×E1=120路34.304Mbps/E34×E2=480路138.264Mbps/E44×E3=1920路北美（复用话路）1.544Mbps/T124路6.312Mbps/T24×T1=96路44.736Mbp

s/T36×T2=576路274.716Mbps/T47×T3=4032路日本（复用话路）1.544Mbps/T124路6.312Mbps/T24×T1=96路44.736Mbps/T34×T2=384路97.728Mbps/T43×

T3=1152路PDH的目的：将一“群”用户的信息复用到一条线路上传输，习惯上电信部门将这样的信道（或者速率）称为群，并且将最基本的复用速率称为基群（基本的群）速率。与之对应，其它的群是在基群的基础上作了进一步的

复用，称为高次群。65•复用—多个信息源共享一个公共信道为何要复用？线路成本DEMUX复用器解复用器共享信道MUX2.5信道复用技术66复用类型FDM(频分复用)WDM(波分复用)TDM(时分复用)67频分复用、时分复用和

统计时分复用频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。68频分复用FrequencyDivisionMultiplexingCH2

CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用f原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。适用于模拟信号传输69原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙

），每个用户占用一个通道传输数据。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输时间片时分复用TimeDivisionMultiplexing70ABCD待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM带宽浪费A1

B1C2B2周期1周期2统计TDM可用带宽TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。统计(异步)TDM—

—STDM71波分复用WaveDivisionMultiplexingF2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤采用无源设备，更可靠棱柱/衍射光栅原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一

个波长范围来进行传输。72码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)CDMA允许所有的站点同时在整个频段上进行传输，多路的同时传输采用编码原理加以区分.。原理如下：①每个站点指定一个唯一的m为长的代码（

俗称芯片序列码）。任意两个芯片序列码的内标积为等于0。73例如：A=00011011其双极信号表示为（-1–1–1+1+1–1+1+1）B=00101110其双极信号表示为（-1–1+1-1+1+1+1-1）那么，A·B=（1+1-1-1+1-1+1-1）/8=0②当

站点发送“1‖时，则发送其芯片序列码的双极性信号；当站点发送“0‖时，则发送其芯片序列码反码的双极性信号。74③多个站点同时发送数据时，则双极性信号线性相加，记为S。例如，设有3个站点A、B、C，其芯片序列码分别如下：A=000110

11-1-1-1+1+1-1+1+1B=00101110+1+1-1+1-1-1–1+1(反码)C=01011100同时，设站A发送“1‖，站B发送“0‖，站C不发送。那么，S=（0，0，-2，+2，0，-2，0，+2）75④任何站点应知道其它所有站点的芯片序列码，当该站点接收数据后，其处理方法

如下：若S·某站点芯片序列码的双极性信号=+1，则表示数据为“1‖若S·某站点芯片序列码的双极性信号=-1，则表示数据为“0‖若S·某站点芯片序列码的双极性信号=0，则表示无数据76S=（0，0，-2，+2，0，-2，0，+2）上例C站是如何接收数据的：A=0001101

1-1-1-1+1+1-1+1+1B=00101110-1-1+1-1+1+1+1-1C=01011100-1+1-1+1+1+1-1-1S·A=（0+0+2+2+0+2+0+2）/8=1S·B=（0+0-2-2+0-2+0-2）/8=

-1S.C=（0+0+2+2+0-2+0-2）/8=0772.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH现有数字系统的缺点速率标准不统一北美、日本欧洲不是同步传输准同步78同步光纤网（SONET）同步光纤网（SONET）标准，是由美国在1988年推出的一个新标准。新

标准着重于高次群的统一，方便国际间光纤干线的互通。以51.84Mbps为基准进行递增；对于基于铜缆的电信号传输称为第一级同步传送信号（STS-1）；对于基于光纤的光信号传输称为第一级光载波（OC-1）。

79同步数字体系—SDHCCITT(ITU-T)在SONET标准的基础上略作修改，形成国际标准：同步数字体系（SDH）。基本的SDH速率为155.520Mbps，称为第1级同步传送模块（STM-1），SDH标准的制定，使得欧洲、北美和日本的三种不同的数字传输体系在STM-

1级别上得到了统一。虽然SONET和SDH略有差异，但在较高次群上趋于一致，因此，有时又将SONET和SDH作为同义词看待。表2-4(P62)80SDH网络是一个基于时分多路复用技术的数字传输网络，由多路

复用器和中继器组成，并通过光纤进行连接。多路复用器：将多个较低级别的信道复用为一个较高级别的信道；中继器：实现更长距离传输时的信号再生和转发；段：设备之间的连接；线：复用器之间（可能经过一个或者多个中继器）的连接；路径：源和宿之间的连接；双环结构：既可

以支持双向的数据传输，提高网络的效率，也可以进一步提高网络的可靠性，无论是线路或者设备的故障，双环仍然可以通过旁路故障设备或者线路来保证数据的传输，因此，SDH网络有时又称为SDH双环自愈合网络。82SDH帧结构采用同步多路复用技术，被复用的信号组成一个数据块（帧）进行传输。STM

-1帧（155M）结构：2430个字节（每个字节占8位），排列为9行27列；前9行9列用于存放控制信息：包括段首SH、线首LH和路径首部PH以及段、线和路径设施处理的各种控制信息，如同步信息、时钟信息、校验信息等。后9行261列用于存放被传输的信息。

传输是按行按字节进行的。第1行第1列的字节最先上线路，第2行第1列的字节紧随着第1行第270列的字节之后。832.7物理层标准举例1.EIARS-232-C接口EIA是美国电子工业协会(Elect

ronicIndustriesAssociation)英文名的缩写。EIA制定的很多标准得到了电子产品制造商的承认和采纳。RS-232-C就是EIA制定的DTE/DCE接口标准。RS-232-C中的RS表示是推荐的标准(RecommendedSt

andard)。84RS-232是DTE与DCE之间的接口标准DTE(DataTerminalEquipment)是数据终端设备，也就是具有一定得数据处理能力以及发送和接收数据能力得设备。DCE(DataCircuit－terminatingEquipment)数

据电路端接设备。DCE的作用就是在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、保持和释放链路的连接。85RS-232-C标准1.机械特性RS-232-C没有正式规定连接器的标准,只是在其附录中建议使用25针的D型连

接器即ISO2110标准规定的连接器。在后来的实践中25针D型连接器成了事实上的RS-232-C标准连接器。D型连接器87DB-9和DB-25两种连接器的对应关系88电气特性2.电气特性RS-232-C的电气特性与CCITTV.28兼容,即采用非平衡驱

动,非平衡接收的电路连接方式。信号驱动器的输出阻抗≤300Ω,接收器输入阻抗为3~7kΩ。信号电平-3~-15V代表逻辑“1”,+3~+15V代表逻辑“0”。在传输距离不大于15m时,最大数据速率为19.2kb/s。89功能特性3.功能特性RS-232-C定义了21

根接口连线的功能,按照RS-232-C的术语,接口连线叫做互换电路(interchangecircuit),简称电路。这21个互换电路按功能可分为五类,每个互换电路一个具体功能。互换电路的命名方法是用两个或三个字母表示一个电路的名

字,其中第一个字母表示该电路所在的功能类,第二(和第三)个字母表示电路在其所属类中的序号。90过程特征4.过程特征RS-232-C通过状态转移图描述过程特性。1)异步通信.下图表示异步终端设备和低速异步Modem连接的方法,这里只需要10根连

线。(1)保护地线(GND,管脚1)。(2)信号地(SG,管脚7)。(3)发送数据(TX,管脚2)。(4)接收数据(RD,管脚3)。(5)请求发送(RTS,管脚4)。(6)允许发送(CTS,管脚5)。(7)数据载波检测(DCD,管脚8)。(8)数传机就绪(DSR,管脚6)。(9)数

据终端就绪(DTR,管脚20)。(10)振铃指示(RI,管脚22)。93949596RS-232-C的应用1.电缆和连接器最常用的数据通信电缆是双绞线电缆。每根双绞线电缆中可能包含4,7,9,12,16或25根由PVC塑料绝缘的导线。2.空Modem的应用所

谓空Modem,实际上是指没有Modem。这种技术通常应用于两个计算机之间直接通信,这时可以不用Modem,直接把两个机器的串行口用电缆连接起来。97DB-25对DB-25的空Modem接线图98从图中可以看出,通信开始时的握手过程按下面的方式实现:(1)源端升起数据终

端就绪信号DTR(管脚20),这个信号置“ON”宿端的数传机就绪电路DSR(管脚6),使得宿端认为有Modem连在另一端,并打开了电源。(2)源端升起请求发送信号CTS(管脚4),这个信号置“ON”宿端

的数据载波检测电路DCD(管脚8)和源端的允许发送电路CTS(管脚5),使得宿端认为Modem检测到了载波信号,并准备调制数据信号。(3)控制信号的握手过程完成后,源端开始发送数据(管脚2),宿端则通过管脚3接收数据。99DB-9对DB-9的空M

odem连线100DB-25对DB-9的空Modem连线图101三线连接法102单机的实验连接方法3针2针103EIARS-449随着数据通信业务的发展,对物理接口的传输速率和传输距离提出了更高的要求。RS-23

2C接口只能提供20kb/s的传输速率和30m的传输距离。因此,EIA在1977年又颁布了一个标准：RS-449,它的电气标准可以是RS-422A或RS-423A。104RS-422A标准是平衡方式的,采用的是平衡发送器和差分接收

器,使用双线来传输信号,增强了抗共模干扰能力。在距离为10m时,速率可达10Mb/s;在距离增加到1000m时,速率仍可达100kb/s。ITUV.11建议中所规定的电气特性与RS-422A电气特性相类似。RS-423A标准是非平衡方式的,采用的是单端发送器和差动接

收器。由于采用了差分接收,可以获得比RS-232C更好的传输特性。在距离为10m时,速率可达300kb/s;在距离增加到1000m时,速率为3kb/s。105由于在传输同样数量的信号时,RS-422A和RS-423A需要用到更多的连接线,因此RS-449的机械特性规定使用37针的标准连接器

。它和ISO-4902中所规定的连接器相兼容。RS-449标准的一个重要目标是保持与RS-232C接口的兼容性,使得在采用新的接口标准时不必变更基于RS-232C接口的设备接口。这一方面是通过RS-449标准的电气特性和功能特性实现的

。1062.8宽带接入技术2.8.1xDSL技术DSL（数字用户线路，DigitalSubscriberLine）是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它包括：HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RA

DSL等，一般称之为xDSL。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。107xDSL类型1、对称DSL技术对称DSL技术主要有以下几种:1)HDSL--High-bit-rateDSL(高比特率DS

L)2）SDSL--Single-lineDSL3）MVL--MultipleVirtualLine(多虚拟数字用户线)4）IDSL(ISDN数字用户线)108xDSL类型2、非对称DSL技术1）ADSL--Asymmet

ricDSL(非对称DSL)2）RADSL--RateAdaptiveDSL(速率自适应DSL)3）VDSL--VeryHighDataRateDSL(甚高速数字用户线)见表2-5(P67)109ADSL的原理传统的

电话系统使用的是铜线的低频部分（4kHz以下频段）。而ADSL采用DMT（离散多音频）技术，将原先电话线路0Hz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3kHz的子频带。其中，4kHz以下频段仍用于传送POTS（传统电话业务），20kHz到138k

Hz的频段用来传送上行信号，138kHz到1.1MHz的频段用来传送下行信号。DMT技术可根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便更充分地利用线路。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多。如果某个子信道的信噪比很差，则弃之不用。目前，ADSL可达到上行640k

bps、下行8Mbps的数据传输率。110基于ADSL的接入网组成区域宽带网至ISPATU-CATU-CATU-CDSLAM至本地电话局ATU-R居民家庭电话分路器PSPS基于ADSL的接入网局端或远程站111ADSL接入方式11

22.8.2光纤同轴电缆混合网HFCHFC(Hybridfibercoax)光纤同轴电缆混合网，是采用光纤和有线电视网络传输数据的宽带接入技术。HFC网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互业务。113传统的电视节目为单向广播方式，原有的HFC网络只具有单向传输能力，数

据应用及增值信息服务的交互式特点要求网络提供双向的传输能力，为了实现网络的双向性，有两种途径：1141、HFC网络双向改造，即通过增加光纤和铜缆的上传方向放大器，用户的上行数据可以在高频端信道送至头端，由于数据调制与模拟信息的特点有很大的不同，其对HFC网络传输性能的要求

高于模拟信道，尤其在上行信道，因为HFC网络的树型结构，上行的噪声干扰将逐渐聚合，导致头端上行口处的信噪比要求难以保证，因而HFC网络的双向改造工程是一个较为复杂，工程质量要求高，并且造价较高的工程。115HFC网结构1162、利用已

有技术，借助电话系统作为上传信道，利用HFC网络的单向下行提供数据服务。此方案在实现中，由于上下行物理网络的不同，使上行速率与下行速率具有非对称性，这正好适合了大多数居民及数据应用中需要下行带宽远大于上行带宽的需求，是一种优秀的解决方案。虽然需为用户额外提供一条电话线，但小区经

营者避免了大量的HFC网络改造工程，能够迅速提供网络服务，并且在有线电缆因故障中断时；电话返回式线缆调制解调器可自动切换成普通电话modem的工作方式，可继续工作。有线电视公司一般从42MHZ～750MHZ之间电视频道中分离出一条6

MHZ的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达27Mbps，如果采用256QAM，最高速率可达36Mbps。上行数据一般通过5～42MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音

环境，但速率较低。上行速率最高可达10Mbps。118CableModemCableModem本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可永

久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。1192.8.3FTTx技术FTTx,即光纤到….FTTBFiberto

TheBuilding光纤到楼FTTCFibertoTheCurb光纤到路边FTTHFibertoTheHome光纤到家FTTOFibertoTheOffice光纤到办公室FSAFibertotheServingArea光纤到服

务区120局端设备为光线路终端(OpticalLineTerminal;OLT)、用户端设备为光网络单元(OpticalNetworkUnit;ONU)或光网络终端(OpticalNetworkTerminal;ONT)。121FTTB+LAN

FTTC为目前最主要的服务形式，主要是为住宅区的用户作服务，将ONU设备放置于路边机箱，利用ONU出来的同轴电缆传送CATV信号或双绞线传送电话及上网服务。FTTB依服务对象区分有两种，一种是公寓大厦的用户服务，另一种是商业大楼的公司行号服务，两种皆将ONU设置在大楼的

地下室配线箱处，只是公寓大厦的ONU是FTTC的延伸，而商业大楼是为了中大型企业单位，必须提高传输的速率，以提供高速的数据、电子商务、视频会议等宽带服务。至于FTTH，ITU认为从光纤端头的光电转换器（或称为媒体转

换器MC）到用户桌面不超过100米的情况才是FTTH。FTTH将光纤的距离延伸到终端用户家里，使得家庭内能提供各种不同的宽带服务，如VOD、在家购物、在家上课等，提供更多的商机。若搭配WLAN技术，将使得宽带与移动结合，则

可以达到未来宽带数字家庭的远景。123作业P712-062-13