计算机网络 CH3 物理层.ppt

计算机网络原理 第3章物理层 第3章物理层 3 1物理层基本功能3 2常用传输介质的接口特性3 2 1RJ 45的接口特性3 2 2BNC接口特性3 2 3常用光纤接口的特性3 3宽带接入技术3 3 1xDSL技术3 3 2光纤同轴混合网 HFC网 3 3 3FTTx技术 3 1物理层的基本功能 物理层的主要功能描述为确定与传输媒体的接口的一些特性 即 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 固定和锁定装置等等 电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围 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 过程 规程 特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序 3 2常用传输介质的接口特性3 2 1RJ 45的接口特性 RJ45接口通常用于数据传输 共有八芯做成 最常见的应用为网卡接口 RJ45是各种不同接头的一种类型 例如 RJ11也是接头的一种类型 不过它是电话上用的 RJ45头根据线的排序不同的法有两种 一种是橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 另一种是绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 因此使用RJ45接头的线也有两种即 直通线 交插线 10100basetxRJ45接口是常用的以太网接口 支持10兆和100兆自适应的网络连接速度 网卡上以及Hub上接口的外观为8芯母插座 RJ45接口pc端的 网线为8芯公插头 交叉线的做法 10100basetxRJ45接口引脚定义如下 PinNamedescription1TXTranceiveData 发信号 2TXTranceiveData 发信号 3RX ReceiveData 收信号 4n cNotconnected 空脚 5n cNotconnected 空脚 6RX ReceiveData 收信号 7n cNotconnected 空脚 8n cNotconnected 空脚 3 2 2BNC的接口特性 BNC端口输入 通常用于工作站和同轴电缆连接的连接器 标准专业视频设备输入 输出端口 BNC电缆有5个连接头用于接收红 绿 蓝 水平同步和垂直同步信号 BNC接头有别于普通15针D SUB标准接头的特殊显示器接口 由R G B三原色信号及行同步 场同步五个独立信号接头组成 主要用于连接工作站等对扫描频率要求很高的系统 BNC接头可以隔绝视频输入信号 使信号相互间干扰减少 且信号频宽较普通D SUB大 可达到最佳信号响应效果 BNC接头 是一种用于同轴电缆的连接器 全称是BayonetNutConnector 刺刀螺母连接器 这个名称形象地描述了这种接头外形 又称为BritishNavalConnector 英国海军连接器 可能是英国海军最早使用这种接头 或BayonetNeillConselman NeillConselman刺刀 这种接头是一个名叫NeillConselman的人发明的 BNC接头可没有被淘汰 因为同轴电缆是一种屏蔽电缆 有传送距离长 信号稳定的优点 目前它还被大量用于通信系统中 如网络设备中的E1接口就是用两根BNC接头的同轴电缆来连接的 在高档的监视器 音响设备中也经常用来传送音频 视频信号 被淘汰的只不过是10Base 2以太网 这种网络使用50欧的RG 58A U同轴电缆的 速率为10Mb的 总线型网络 维护不便 所以现在组建这种网络的BNC接口网卡也被淘汰了 3 2 3常用光纤接口的特性 光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口 通常有SC ST FC等几种类型 它们由日本NTT公司开发 FC是FerruleConnector的缩写 其外部加强方式是采用金属套 紧固方式为螺丝扣 ST接口通常用于10Base F SC接口通常用于100Base FX 根据光纤从内部可传导光波的不同 分为单模 传导长波长的激光 和多模 传导短波长的激光 两种 单模光缆的连接距离可达10公里 多模光缆的连接距离要短的多 是300米或500米 主要看激光的不同 产生短波长激光的光源一般有两种 一种是62 5的 一种是50的 另外 光缆的接头部分也有两种 一种SC接口为1GB接口还有一种为LC接口为2GB接口 SC光纤接口在100Base TX以太网时代就已经得到了应用 因此当时称为100Base FX 不过当时由于性能并不比双绞线突出但是成本却较高 因此没有得到普及 现在业界大力推广千兆网络 SC光纤接口则重新受到重视 光纤接口类型很多 SC光纤接口主要用于局域网交换环境 在一些高性能千兆交换机和路由器上提供了这种接口 它与RJ 45接口看上去很相似 不过SC接口显得更扁些 其明显区别还是里面的触片 如果是8条细的铜触片 则是RJ 45接口 如果是一根铜柱则是SC光纤接口 SC卡接式方型 路由器交换机上用的最多 采用工程塑料 具有耐高温 不容易氧化优点 传输设备侧光接口一般用SC接头 电信用的口是FC连接器 用在光端机上的是FC连接器 FC是圆型带螺纹 电信配线架上用的最多 最早 FC类型的连接器 采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式 FC 此类连接器结构简单 操作方便 制作容易 但光纤端面对微尘较为敏感 且容易产生菲涅尔反射 提高回波损耗性能较为困难 后来 对该类型连接器做了改进 采用对接端面呈球面的插针 PC 而外部结构没有改变 使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高 光纤的各种连接器及连接跳线 3 3宽带接入技术3 3 1xDSL技术 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 3400kHz的范围内 但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz xDSL技术就把0 4kHz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 DSL就是数字用户线 DigitalSubscriberLine 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的几种类型 ADSL AsymmetricDigitalSubscriberLine 非对称数字用户线HDSL HighspeedDSL 高速数字用户线SDSL Single lineDSL 1对线的数字用户线VDSL VeryhighspeedDSL 甚高速数字用户线DSL ISDN用户线 RADSL Rate AdaptiveDSL 速率自适应DSL 是ADSL的一个子集 可自动调节线路速率 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毫米线径的用户线 传输速率为1 5 2 0Mb s时可传送5 5公里 但当传输速率提高到6 1Mb 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 1Mb s的传输速率下就只能传送2 7公里 ADSL的特点 上行和下行带宽做成不对称的 上行指从用户到ISP 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 DiscreteMulti Tone 调制技术 这里的 多音调 就是 多载波 或 多子信道 的意思 DMT技术 DMT调制技术采用频分复用的方法 把40kHz以上一直到1 1MHz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 每个子信道占据4kHz带宽 严格讲是4 3125kHz 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 DMT技术的频谱分布 频谱 频率 上行信道 传统电话 0 4 下行信道 kHz 40 138 1100 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ADSL 通常下行数据率在32kb s到6 4Mb s之间 而上行数据率在32kb s到640kb s之间 ADSL的组成 ATU C ATU C ATU R ATU 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 至本地电话局 PS PS 数字用户线接入复用器DSLAM DSLAccessMultiplexer 接入端接单元ATU AccessTerminationUnit ATU C C代表端局CentralOffice ATU R R代表远端Remote 电话分离器PS POTSSplitter 第二代ADSLADSL2 G 992 3和G 992 4 ADSL2 G 992 5 通过提高调制效率得到了更高的数据率 例如 ADSL2要求至少应支持下行8Mb s 上行800kb s的速率 而ADSL2 则将频谱范围从1 1MHz扩展至2 2MHz 下行速率可达16Mb s 最大传输速率可达25Mb s 而上行速率可达800kb s 采用了无缝速率自适应技术SRA SeamlessRateAdaptation 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 改善了线路质量评测和故障定位功能 这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义 3 3 2光纤同轴混合网HFC HybridFiberCoax HFC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 HFC网除可传送CATV外 还提供电话 数据和其他宽带交互型业务 现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络 它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输 而HFC网则需要对CATV网进行改造 主要特点如下 HFC的主要特点 1 HFC网的主干线路采用光纤HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤 并使用模拟光纤技术 在模拟光纤中采用光的振幅调制AM 这比使用数字光纤更为经济 模拟光纤从头端连接到光纤结点 fibernode 即光分配结点ODN OpticalDistributionNode 在光纤结点光信号被转换为电信号 在光纤结点以下就是同轴电缆 2 HFC网采用结点体系结构 同轴电缆 头端 模拟光纤 放大器 引入线 分路器 光纤结点 服务区 服务区 服务区 3 HFC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 540505507501000 原有模拟电视 数字信号 频率 MHz 保留 4 每个家庭要安装一个用户接口盒 用户接口盒UIB UserInterfaceBox 要提供三种连接 即 使用同轴电缆连接到机顶盒 set topbox 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机 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机 电缆调制解调器 cablemodem 电缆调制解调器是为HFC网而使用的调制解调器 电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高 其下行速率一般在3 10Mb s之间 最高可达30Mb s 而上行速率一般为0 2 2Mb s 最高可达10Mb s 电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多 并且不是成对使用 而是只安装在用户端 HFC网的最大优点 具有很宽的频带 并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网 要将现有的450MHz单向传输的有线电视网络改造为750MHz双向传输的HFC网 还要将所有的用户服务区互连起来而