计算机网络物理层总结

1、计算机网络计算机网络2009年年2月月2009年年6月月第第 2 章章 物理层物理层2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.5 信道复用技术信道复用技术2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH2.7 物理层标准举例物理层标准举例2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用n频分复用FDM：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。n时分

2、复用TDM：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5频分复用2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用频率时间B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用

3、、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用频率时间C DC DC DAAAABBBB C D在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用频率时间BDBDBDAAAA BCCCC D在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用时分复用频

4、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 帧举例举例:PCM 30/32路系统路系统2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用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2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用用户ABCDabcdttttt3 个 S

5、TDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用STDM帧的时隙数小于复用的用户数。STDM帧不是固定地分配时隙，而是按需动态地分配。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用异步时分复用异步时分复用同步时分复用同步时分复用统计时分复用统计时分复用普通时分复用普通时分复用用户所占用的时隙并不是周期性地出现。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.2 波分复用波分复用 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4

6、1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km波分复用就是光的频分复用。波分复用就是光的频分复用。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用常用的名词是码分多址常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此各用户使用经过特殊

7、挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为个短的间隔，称为码片码片(chip)。 2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用每个站被指派一个惟一的每个站被指派一个惟一的 m m bit bit 码片序列码片序列。如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，例如，S S

8、站的站的 8 bit 8 bit 码片序列是码片序列是 0001101100011011。发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。S S 站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)+1) 2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0：011miiiTSmT

9、S向量 S 表示站 S 的码片向量， T 表示其他站的码片向量。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用例如：向量例如：向量 S 为为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向，向量量 T 为为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 这两个码片序列是正交的。这两个码片序列是正交的。0) 11111111 (811811imiiiTSmTS2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是积值是 1。 任何一个码片

10、向量和该码片向量自己的规格化任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是内积都是1 。mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SS2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用S 站的码片序列 S110ttttttm 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规格化内积 S Sx规格化内积 S Tx数据码元比特发送端接收端若两个及以上站点同时传输若两个及以上站点同时传输,则双极性信号线性加。则双极性信号线性加。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复

11、用例如：例如：A:00011011 B:00101110 C:01011100 D:01000010A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。 0BA0CA0CB2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。ABCD11

12、11010111111101S1: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)S2: (2 0 0 0 +2 +2 0 2)S3: ( 0 0 2 +2 0 2 0+2)S6: (2 2 0 2 0 2 +4 0) 要从信号中还原出单个站点的比特流要从信号中还原出单个站点的比特流,接收方必接收方必须事先获知该站点的码片序列须事先获知该站点的码片序列,通过计算收到的序通过计算收到的序列与欲还原站点的码片序列内积列与欲还原站点的码片序列内积,就可还原。就可还原。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用CCBACS)(1100CCCBCA结果结果+1“

13、1” -1“0”2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用例如：某例如：某CDMA接收方收到的码元序列为接收方收到的码元序列为(1 +1 3 +1 1 3 +1 +1)，设，设A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。问：那些站点发送了数据，发送了什么数位？问：那些站点发送了数据，发送了什么数位？令：令：S= (1 +1 3 +1 1 3 +1 +1)分别计算分别计算SA，S B，S C，S D结果分别

14、为结果分别为1，-1，0，1于是于是A、D发送了发送了“1”，B发送了发送了“0”，C未发。未发。2.5 信道复用技术信道复用技术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用测试：某测试：某CDMA接收方收到的码元序列为接收方收到的码元序列为(0 0 2 +2 0 2 0 +2)，设，设A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。问：那些站点发送了数据，发送了什么数位？问：那些站点发送了数据，发送了什么数位？2.5 信道复用技术信道复用技

15、术第第 2 章章 物理层物理层2.5.3 码分复用码分复用在实用的系统中是使用伪随机码序列第第 2 章章 物理层物理层2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.5 信道复用技术信道复用技术2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH2.7 物理层标准举例物理层标准举例2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个方面： 速率

16、标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。 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。 2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Car

17、rier。 2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 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。 2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层

18、线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号线路速率常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520*OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080*OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192ST

19、M-6410 Gb/s2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层光子层路径层线路层段层线路光子层路径层线路层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SONET 的体系结构2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH第第 2 章章 物理层物理层SONET 的体系结构光子层路径层线路层段层光子层路径层线路层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光子层(Photonic Layer)处理跨越光缆的比特传送。段层(

20、Section Layer)在光缆上传送 STS-N 帧。线路层(Line Layer)负责路径层的同步和复用。路径层(Path Layer) 处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Element)之间的业务的传输。 第第 2 章章 物理层物理层2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.4 模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.5 信道复用技术信道复用技术2.6 同步光纤网同步光纤网SONET和同步数字系列和同步数字系列SDH2.7 物理层标准举例物理层标准举例2.7 物理层

21、标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境DTE 数据终端设备DCE 数据电路端接设备2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设备，是是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。2.7 物理层标准举例

22、物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据电是数据电路端接设备，在路端接设备，在 DTE 和传输线路间提供信号变换和编和传输线路间提供信号变换和编码功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。码功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线

23、用户设施用户环境EIA-232-E接口标准接口标准2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层第第 2 章章 物理层物理层2.7 物理层标准举例物理层标准举例USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口是由Compaq、IBM、Microsoft等联合提出，用于取代逐渐不适应外设需求的传统串、并口。1996年:USB1.0标准;目前USB2.0标准。USB接口的连接线有两种形式： “A”连接头（其与电脑接口连接的一端） “B”连接头（连接外设的接头）第第 2 章章 物理层物理层2.7 物

24、理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层2.7 物理层标准举例物理层标准举例 串口是计算机主要的外部接口之一，通过九针串口连接的设备有很多，像串口鼠标、MODEM、手写板等等。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准美国电子工业协会美国电子工业协会EIA制定的著名物理层异步通信接制定的著名物理层异步通信接口标准。口标准。1962RS-232 (RS”推荐标准推荐标准”)1969RS-232-C1987EIA-232-D1991EIA-232-E2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-

25、E接口标准接口标准机械特性机械特性使用使用ISO 2110关于插头座的标准，关于插头座的标准，25根引脚。根引脚。引脚上、下两排，分别由引脚上、下两排，分别由13根和根和12根。根。引脚编号引脚编号113，1425。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准电气特性电气特性负逻辑。负逻辑。对信号地线电压对信号地线电压+3V或更高，用或更高，用“0”表示；表示；相反相反-3V或更低，用或更低，用“1”表示表示。引脚上的信号为引脚上的信号为“MARK”/ “ON”用用“0”表表示；示；“SPACE” / “OFF”用用“1”表示。表示。2.7

26、 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器(1) 保护地保护地PG，保护地线，可选用，保护地线，可选用。如果用，则接至设备外壳。如果用，则接至设备外壳。(7) 信号地信号地SG，一个公共地回路，是除保护地外的所有其他电，一个公共地回路，是除保护地外的所有其他电路测量参照点路测量参照点。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2

27、章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器(2)发送数据发送数据TD，信号由，信号由DTEDCE，不发送时，维持电路在，不发送时，维持电路在“MARK”状态。状态。DTE只有在以下只有在以下4个电路都处于逻辑个电路都处于逻辑0，即，即“ON”时，才能发送。时，才能发送。请求发送请求发送RTS(4)；允许发送；允许发送(5)；DTE就绪就绪(20)；DCE就绪就绪(6).

28、2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器(3)接收数据接收数据RD，信号由，信号由DCEDTE，不发送时，维持电路在，不发送时，维持电路在“MARK”状态。状态。(4)请求发送请求发送RTS，用于发信号给，用于发信号给DCE，从而请求在，从而请求在(2)上发送数上发送数据，与据，与(5)一起控制一起控制DTE、DCE间的数

29、据流动。间的数据流动。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器(5)允许发送数据允许发送数据CTS，作为控制信号由，作为控制信号由DCEDTE，为，为“ON”时，表明时，表明DCE已经做好接收数据的准备。已经做好接收数据的准备。(6)DCE就绪就绪DSR，信号由，信号由DCEDTE，为，为“ON”时，表明时，表明DCE已经

30、连接到通信通道。已经连接到通信通道。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器(20)DTE就绪就绪DTR，控制信号由，控制信号由DTEDCE，为，为“ON”时，表时，表明明DTE已经准备好与已经准备好与DCE通信。通信。(22)振铃指示振铃指示RI，控制信号由，控制信号由DCEDTE，为，为“ON”时，表明时，表明DCE正在接收一个响铃信号。正在接收一个响铃信号。2.7 物理层标准举例物理层标准举例第第 2 章章 物理层物理层EIA-232-E接口标准接口标准功能特性功能特性(1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制