综述报告范本

班班 级级 计算机 姓姓 名名 xx 课题名称课题名称 计算机物理层研究 目目 录录 1 前言前言 2 网络传输介质和网络设备网络传输介质和网络设备 3 数据编码技术数据编码技术 4 数据调制技术数据调制技术 5 5 宽带接入技术宽带接入技术 6 6 总结总结 指导指导 教师教师 审批审批 意见意见 签名 年 月 日 计算机物理层的研究计算机物理层的研究 计算机学院xxxx班 xxxxxxxxxx 1 前言前言 众所周知 随着计算机网络的普及 越来越多的人通过计算机通信 而物理层则是计算 机网络中重要的一个组成部分 在数据传输通信间发挥着重要的作用 物理层是OSI的第一 层 它虽然处于最底层 却是整个开放系统的基础 物理层为设备之间的数据通信提供传输 媒体及互连设备 为数据传输提供可靠的环境 2 2 物理层的接口类型与特征物理层的接口类型与特征 网络节点物理层控制网络节点与物理通信通道之间的物理连接 物理层上的协议有时也 称为接口 物理层协议规定与建立 维持及断开有关特性 这些特性包括机械的 电气的 功能性的和规程性的四个方面 这些特性保证物理层能通过物理信道在相邻网络节点之间正 确地收 发比特流信息 即保证比特流能送上物理信道 并且能在一端取下它 物理层仅单 纯关心比特流信息的传输 而不涉及比特流中各比特之间的关系 对传输差错也不作任何控 制 这就象装御工只管装或御货物 但并不关心货物为何物和作一样 ISO对OSI模型的物理层所作定义为 在物理信道实体之间合理地通过中间系统 为比 特传输所需的物理连接的激活 保持和去除提供机械 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 也可以采用同步传输完成 另外 CCITT在X 21建议第一级 物理级 中也作了类似定义 利用物理的 电气的 功能和规程特性在DTE和DCE之间实现 对物理信道的建立 保持和拆除功能 DTE Data Terminal Equipment 指的是数据终端设备 是对属于用户所有的连网设 备或工作站的通称 它们是数据的源或目的或既是源又是目的 例如数据输入 输出设备 通信处理机或计算机 DTE具有根据协议控制数据通信的功能 DCE Data Circuit Terminating Equipment或Data Communications Equipment 指的是数据电路终接设备或数 据通信设备 前者为CCITT所用 后者为EIA所用 物理层图 2 1 物理层 DCE是对网络设备的通称 该设备为用户设备提供入网的连接点 自动呼叫应答设备 调制解调器 及其它一些中间装置均属DCE 图2 1是DTE DCE的接口框图 由图中可见 物理 层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定 主要解决网络节点物理信 道如何连接的问题 物理层协议规定了标准接口的机械连接特性 电气信号特性 信号的 功能特性以及交换电路的规程特性 这样做的基本目的就是便于不同的设备和制造厂家能够 根据公认的标准各自独立地制造设备 使各个不同厂家的产品都能相互兼容 物理层图2 2 机械特性 DTE 和 DCE 之间的接口首先涉及从机械上分界的问题 即规定机械上分界的方法 DTE DCE 作为两种分立的不同设备通常采用连接器实现机械上的互连 即一种设备的引出 导线连接插头 另一种设备的引出导线连接插座 然后通过插头 插座将两种设备连接起来 为了使不同厂家生产的 DTE DCE 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 锁定装置形式等作了详细的规定 图 2 2 列出了各类 已被 ISO 标准化了的 DCE 连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式 一般来说 DTE 的连 接器常用插针形式 其几何尺寸与 DCE 连接器相配合 插针芯数和排列方式与 DCE 连接器 成镜象对称 25 芯接头 ISO 2110 标准 EIARS 232C 和 EIARS 366A 等标准均与之相 兼容 这种 25 芯的连接器可用于串 并行音频调制解调器 公用数据网络接口 电报 包 括用户电报 接口和自动呼叫设备中 34 芯接头 ISO 2593 标准 这种连接器可用于 CCITT V 25 建议的宽带调制解调器中 虽然还没有一个 EIA 标准与之对应 但这种标准在 美国已获应用 37 芯及 9 芯接头 ISO 4902 标准 用于串行音频和宽带调制解调器中 与 EIARS 449 标准兼容 15 芯接头 ISO 4903 标准 这种连接器可用于 CCITT X 20 X 21 和 X 22 建议中规定的公用数据网 接口中 电气特性 DTE 与 DCE 之间有多根导线相连 这组导线中除了地线是无方向性的以外 其它 信号线均有方向性 物理层的电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性 一 般包括 接收器和发送器电路特性的说明 表示信号状态的电压 电流电平的识别 最大数 据传输的说明 以及与互连电缆相关的规则等 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 图 2 3 物理层 非平衡方式 采用分立元件技术设计的非平衡接口 每个电路使用一根导线 收发两 个方向共用一根信号地线 信号速率小于等于20kbps 传输距离小于等于15m 由于共用信 号地线会产生比较大的串扰 CCITT V 28建议采用这种电气连接方式 EIA RS 232C标准 基本与之兼容 采用差动接收器的非平衡方式 采用集成电路技术设计的非平衡接口 与 前一种方式相比 发生器仍使用非平衡式 但接收器使用差动接收器 每个电路使用一根导 线 每个方向使用独立的信号地线 使串扰信号较小 这种方式的信号速率可达300kbps 传输距离10m 300kbps时 至1000m 3kbps时 CCITT V 10 X 26建议采用这种电气连接 方式 EIA RS 432A标准与之兼容 平衡方式 采用集成电路技术设计的平衡接口 使用 平衡式发生器和差动式接收器 每个电路采用两根导线 构成各自完全独立的信号回路 使得串扰信号减至最小 这种方式的信号速率小于10Mbps 传输距离为10m 10Mbps时 至1000m 100kbps时 CCITT V 11 X 27建议采用这种电气连接方式 EIA RS 422A标准与之兼容 图2 3给出这三 种电气连接方式的结构 物理层表2 1 物理层的电气特性还规定了DTE DCE接口 线的信号电平 发生器的输出阻抗 接收器的输入阻抗等电气参数 功能特性 物理层的功能特性是指接口的信号根据其来源 作用以及与其它信号之间 的关系而各自具有的特定功能 CCITT V 24建议采用每根接口信号线定义一个功能的方法 这个建议已使用很多年了 是规定接口信号线功能的主要标准之一 而CCITT X 24则建议 采用每根接口信号线可定义多个功能的方法 这种多重复用一根接口信号线的方法可以减 少接口信号线的数量 EIARS 232和EIARS 499标准采用V 24建议 CCITT X 21接口则采 用X 24建议 接口信号线按功能一般可分为数据信号线 控制信号线 定时信号线和接地 线等四类 信号线的名称可以采用数字 字母组合或英文缩写三种方式来命名 CCITT V 24建议数字命名法 规程特性 物理层的规程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 一个标准的最后形成 是一个需要经过不断的探讨和 逐步完善的过程 目前 有关专家正在考虑是否将物理层规程特性中的部分较高级的功能 划分到OSI模型的第二层即数据链路层中去 3 网络传输介质和网络设备的品牌型号 功能特性 和性能指标网络传输介质和网络设备的品牌型号 功能特性 和性能指标 3 13 1网络传输介质网络传输介质 有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分 它能将信号从一方传 输到另一方 有线传输介质主要有双绞线 同轴电缆和光纤 双绞线和同轴电缆传输电信 号 光纤传输光信号 无线传输介质指我们周围的自由空间 我们利用无线电波在自由空间的传播可以实 现多种无线通信 在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波 微波 红外线 激光等 信息被加载在电磁波上进行传输 不同的传输介质 其特性也各不相同 他 们不同的特性对网络中数据通信质量和通信速度有较大影响络传输介质是指在网络中传输信 息的载体 常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类 3 23 2 网络设备网络设备 中继器是局域网互连的最简单设备 它工作在OSI体系结构的物理层 它接收并识别网 络信号 然后再生信号并将其发送到网络的其他分支上 要保证中继器能够正确工作 首 先要保证每一个分支中的数据包和逻辑链路协议是相同的 例如 在802 3以太局域网和 802 5令牌环局域网之间 中继器是无法使它们通信的 网桥工作于OSI体系的数据链路层 所以OSI模型数据链路层 以上各层的信息对网桥来 说是毫无作用的 所以协议的理解依赖于各自的计算机 网桥包含了中继器的功能和特性 不仅可以连接多种介质 还能连接不同的物理分支 如以太网和令牌网 能将数据包在更 大的范围内传送 网桥的典型应用是将局域网分段成子网 从而降低数据传输的瓶颈 这 样的网桥叫 本地 桥 用于广域网上的网桥叫做 远地 桥 两种类型的桥执行同样的 功能 只是所用的网络接口不同 路由器工作在OSI体系结构中的网络层 这意味着它可以在多个网络上交换和路由数据 数据包 路由器通过在相对独立的网络中交换具体协议的信息来实现这个目标 比起网桥 路由器不但能过滤和分隔网络信息流 连接网络分支 还能访问数据包中更多的信息 并 且用来提高数据包的传输效率 网关把信息重新包装的目的是适应目标环境的要求 网关能互连异类的网络 网关从一个环境中读取数据 剥去数据的老协议 然后用目标网络的协议进行重新包装 网关的一个较为常见的用途是在局域网的微机和小型机或大型机之间作翻译 硬件防火墙是指把防火墙程序做到芯片里面 由硬件执行这些功能 能减少CPU的负担 使路由更稳定 硬件防火墙 是保障内部网络安全的一道重要屏障 它的安全和稳定 直接关系到整个内部网络的安全 因此 日常例行的检查对于保证硬件防火墙 的安全是非 常重要的 4 数据编码技术数据编码技术 数据编码是指把需要加工处理的数据库信息 用特写的数字来表示的一种技术 是根 据一定数据结构和目标的定性特征 将数据转换为代码或编码字符 在数据传输中表示数据 组成 并作为传送 接受和处理的一组规则和约定 由于计算机要处理的数据信息十分庞 杂 有些数据库所代表的含义又使人难以记忆 为了便于使用 容易记忆 常常要对加工 处理的对象进行编码 用一个编码符合代表一条信息或一串数据 对数据进行编码在计算 机的管理中非常重要 可以方便地进行信息分类 校核 合计 检索等操作 因此 数据 编码就成为计算机处理的关键 即不同的信息记录应当采用不同的编码 一个码点可以代 表一条信息记录 人们可以利用编码来识别每一个记录 区别处理方法 进行分类和校核 从而克服项目参差不齐的缺点 节省存储空间 提高处理速 几种常见的数据编码方案有 单极性码 极性码 双极性码 归零码 不归零码 双相码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 多电平编码 单极性码 在这种编码方案中 只 适用正的 或负的 电压表示数据 单极性码用在电传打字机接口以及PC机和TTY兼容的接口 中 这种代码需要单独的时钟信号配合定时 否则当传送一长串0或1时 发送机和接收机 的时钟将无法定时 单极性码的抗噪声特性也不好 曼彻斯特码 高电平到低电平的转 换边表示 0 低电平到高电平的转换边表示 1 位中间的电平转换边既表示数据代码 也作 定时信号使用 曼彻斯特编码 用在以太网中 差分曼彻斯特码 码元中间的电平转换边 只作定时信号 而不表示数据 数据的表示在于每一位开始处是否有电平转换 有电平转换表 示0 无电平转换表示1 差分曼彻斯特编码 用在令牌环网中 5 5 数据调制技术数据调制技术 调制 是用模拟信号承载数字或模拟数据 调制 与 解调 才是完全相反的两 个过程 模拟通信中可采用调幅 调频 调相等多种调制方式来调制信号 在数字通信中 数字数据通常采用 幅移键控 Amplitude Shift Keying ASK 频移键控 Frequency Shift Keying FSK 相移键控 Phase Shift Keying PSK 这三种调制方式 常用的数字调制技术有2ASK 4ASK 8ASK BPSK QPSK 8PSK 2FSK 4FSK等 频带利 用率从1bit s Hz 3bit s Hz 更有将幅度与相位联合调制的QAM技术 数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形 所用载波一般是余弦信号 调制 信号为数字基带信号 利用基带信号去控制载波的某个参数 就完成了调制 调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度 相位或频率来传送信息 其基本原理是把数据信 号寄生在载波的上述三个参数有栽一个上 即用数据信号来进行幅度调制 频率调制 或相 位调制 调制的基本原理是用数字信号对载波的不同参量进行调制 其基本公式 载波 S t Acos t S t 的参量包括 幅度A 频率 初相位 调制就是要使A 或 随数字基带信 号的变化而变化 其中ASK调制方式是用载波的两个不同振幅表示0和1 FSK调制方式是用载 波的两个不同频率表示0和1 而PSK调制方式是用载波的起始相位的变化表示0 和1 6 6 宽带接入技术宽带接入技术 宽带是相对传统拨号上网而言 尽管目前没有统一标准规定宽带的带宽应达到多少 但 依据大众习惯和网络多媒体数据流量考虑 网络的数据传输速率至少应达到256Kbps 才能称 之为宽带 其最大优势是带宽远远超过56Kbps 拨号上网方式 光纤接入网 光纤具有宽带 远距离传输能力强 保密性好 抗干扰能力强等优点 是 未来接入网的主要实现技术 FTTH 方式指光纤直通用户家中 一般仅需要一至二条用户线 短期内经济性欠佳 但却是长远的发展方案 FTTX LAN 这接入方式是一种利用光纤加五类网络线方式实现宽带接入方案 实现千兆 光纤到小区 大楼 中心交换机 中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连 楼 道内采用综合布线 用户上网速率无上限限制 网络可扩展性强 投资规模小 另有光纤到 办公室 光纤到户 光纤到桌面等多种接入方式满足不同用户的需求 FTTX LAN 方式采用 星型网络拓扑 用户共享带宽 在光纤到大楼或小区后采用以太网接入 即 FTTx LAN 是被 广泛看好而又争议不断的宽带接人手段 以太网接入采用5类非屏蔽双绞线 UTP 作为接入