计算机通信网-第2章物理层

1、第第2章章 物理层物理层2.1 物理层概述物理层概述2.2 数据通信基础数据通信基础2.3 传输介质传输介质2.4 典型的物理接口及协议典型的物理接口及协议2.5 通信系统通信系统2.1 物理层概述物理层概述信道编信道编/解码解码介质驱动介质驱动物理接口物理接口信道编信道编/解码解码介质驱动介质驱动SAPSAP传输载体传输载体001110001110向上提供向上提供无结构的比特流无结构的比特流n 接口形状接口形状/尺寸尺寸/引脚等引脚等n 0 1信号的表示信号的表示n 各引脚的功能各引脚的功能n 各引脚工作规则和顺序各引脚工作规则和顺序传传输输介介质质通通信信系系统统信道还涉及信道还涉及双双工

2、工、半半双双工工传传输输速速率率模模拟、拟、数数字字传传输输同同步步异异步步传传输输2.1 物理层概述物理层概述n服务服务n向上层提供无结构的比特流（向上层提供无结构的比特流（bits）n功能功能n激活介质、并在物理连接上传输激活介质、并在物理连接上传输bitsn协议确定协议确定bits的传输码型、传输速率、传输方式、与物理的传输码型、传输速率、传输方式、与物理介质间的接口介质间的接口n与传输载体紧密相关与传输载体紧密相关n 介质、通信系统介质、通信系统2.2 数据通信基础数据通信基础n基本概念基本概念n码元速率与传输速率码元速率与传输速率n最大传输速率最大传输速率n时延时延n误码率误码率n通

3、信方式通信方式n同步、异步传输同步、异步传输n信号的幅频特性信号的幅频特性n任何持续时间有限或周期性信号任何持续时间有限或周期性信号s(t) 都可分解成都可分解成(无限个无限个)正弦正弦/余余弦函数信号弦函数信号: 信号频谱信号频谱S(f) (教材教材p7374)ns(t) S(f) t: 时间；时间；f:频率频率n信道的幅频特性信道的幅频特性n任何信道，对不同频率的信号有不同的衰减任何信道，对不同频率的信号有不同的衰减n经信道传输后的信号经信道传输后的信号n信号经过信道传输后信号经过信道传输后 So(f) = Si(f) H(f)n信号频谱在信道频谱范围内，才能通过信道，频谱外的信号被衰减信

4、号频谱在信道频谱范围内，才能通过信道，频谱外的信号被衰减Basic Theoryts(t)f离散频谱离散频谱ts(t)S(f)S(f)连续频谱连续频谱ff(Hz)H(f)03400Hzf0f(Hz)低通信道低通信道带通信道带通信道信信道SiSoBasic Theoryn数字信号数字信号nBit序列序列 0,1, 电压波形序列电压波形序列V0,V1n每个每个bit波形均持续时间波形均持续时间Tnbit速率速率 r=1/Tn数字信号传输数字信号传输n基带传输基带传输n直接传输或经编码变换后传输直接传输或经编码变换后传输n频带传输频带传输nBit信号经调制成特定频率信号传输信号经调制成特定频率信号传

5、输n使信号波形进入信道的频带范围使信号波形进入信道的频带范围ts(t)V0V1T00 00 0111编码编码0: V01: V10101V0V1T调制调制0: s0(f)1: s1(f)0101s1s1s0s0T( )cos(2), :s tAftA f都可作为可变参量Basic Theoryn数字信号传输数字数据基带传输数字信号传输数字数据基带传输n应用环境应用环境n距离较短，介质质量较高以太网距离较短，介质质量较高以太网n光纤光纤n关键技术关键技术n编码与解码编码与解码n信号的变化频率和数据的传输速率基本相当信号的变化频率和数据的传输速率基本相当n尽量在有限的信号变化次数里编入（承载）更多

6、的数据尽量在有限的信号变化次数里编入（承载）更多的数据n曼彻斯特编码、曼彻斯特编码、4B/5B、8B/6T典型的线路码型示例典型的线路码型示例n曼彻斯特编码曼彻斯特编码n每位中点时刻每位中点时刻 表示表示0，表示表示1Basic Theoryn模拟信号传输数字数据频带传输（载波方模拟信号传输数字数据频带传输（载波方式）式）n应用环境应用环境n电信号、较长距离、介质质量不好电信号、较长距离、介质质量不好ADSLn与原有模拟传输系统兼容与原有模拟传输系统兼容Cable Modemn无线通信无线通信n关键技术关键技术n调制与解调调制与解调n在频率较高的信号上调制传输速率较低的数据在频率较高的信号上调

7、制传输速率较低的数据n尽量在有限带宽的信号里调制上（承载）更多的数据尽量在有限带宽的信号里调制上（承载）更多的数据n幅移键控、频移键控、相移键控幅移键控、频移键控、相移键控调制技术调制技术(教材图2.21)Basic Theoryn数字信号传输数字信号传输n通用模型：用通用模型：用M级信号来代表级信号来代表bit信号信号n信号信号 s0,s1,sM 1 (M=2,4,)n1/T=信号变化速率，单位时间传送的符号数（码元数），信号变化速率，单位时间传送的符号数（码元数），称为称为波特率波特率(baud)，或，或码元速率码元速率 (教材教材p105)n每个波特可以传输每个波特可以传输1，2，3，个

8、个bitnBit速率速率 r = log2M * 波特率波特率 n例例 QPSK （M=4）编码调制编码调制000s0001s1111s70101Tsi sj sk0123cos(2/4)cos(23 /4)cos(25 /4)cos(27/4)sAftsAftsAftsAftM=8每三个每三个bit用一个信号代表用一个信号代表比特速率增到比特速率增到3倍倍数据传输率数据传输率nData Rate (bit rate)nChannel Data Rate (信道数据传输率信道数据传输率)nEffective Data Rate (有效数据传输率）有效数据传输率）n1Kbps 103bps，1M

9、bps=106bps, 1Gbps=109bpsnbps (bits per second)n注意注意：传输速率与计算机内存容量表示的细微差别：传输速率与计算机内存容量表示的细微差别n教材教材p65p66n容量：容量：1KB =210B, 1MB=220B, 1GB=230B (B=Byte)Channel Data Rate R=1/TbtimeN bits total TbtimeTime used (T)Effective Data RateReff=N/T最大数据传输速率最大数据传输速率n最大数据传输速率：信道容量最大数据传输速率：信道容量(教材教材P7576)n无噪声有限带宽信道的最

10、大传输速率无噪声有限带宽信道的最大传输速率n由由H.Nyquiest 定理定理 确定确定n有噪声有限带宽信道的最大传输速率有噪声有限带宽信道的最大传输速率n由由Shannon定理确定定理确定 无噪带限信道的最大传输速率无噪带限信道的最大传输速率n根据根据H.Nyquiest 定理知：定理知：n无噪带限信道的最大传输速率无噪带限信道的最大传输速率U0max U0max=2Hlog2M 式中：式中：H：信道带宽，：信道带宽，M：信号数值级数：信号数值级数例：信道带宽例：信道带宽H为为3KHz，M=2（二进制，（二进制，2级）级） 则则 U0max=23000log22=6000bit/s可见：在无

11、噪带限信道上，提高编码效率（一个码元携带更多可见：在无噪带限信道上，提高编码效率（一个码元携带更多的的bit），可以提高传输速率），可以提高传输速率有噪带限信道的最大传输速率有噪带限信道的最大传输速率n根据根据Shannon定理知：定理知：n有噪带限信道的最大传输速率有噪带限信道的最大传输速率U0max U0max=H log2（1+S/N）式中：式中：H 信道带宽，信道带宽， S 信号平均功率、信号平均功率、 N 噪声平均功率噪声平均功率 S/ N 信噪比信噪比 ：通常用分贝（：通常用分贝（dB）表示）表示 （ 如：如：S/N=100，表示为，表示为10lg100=20dB）例：电话信道的带

12、宽为例：电话信道的带宽为3003400Hz，S/N=30dB（即（即S/N=1000） 则则 U0max=H log2（1+S/N） =(3400-300) log2（1+1000） = 31kbps 可见：在有噪带限信道上，所能达到的最大速率可见：在有噪带限信道上，所能达到的最大速率与一个与一个 码元携带多少数据位数无关，即与编码效率无关码元携带多少数据位数无关，即与编码效率无关只与带宽和信噪比有关只与带宽和信噪比有关最大传输速率最大传输速率讨论讨论 n前例中的电话信道前例中的电话信道n仙农公式给出的最大数据速率为仙农公式给出的最大数据速率为31 kbpsn若采用两电平信号来传输，则最大传输

13、速率为若采用两电平信号来传输，则最大传输速率为n2x(3400-300)xlog22 = 6200 bps = 6.2 kbpsn要达到要达到31 kbps(5倍倍)，则需要的信号数目，则需要的信号数目(电平数电平数)为为nM = 25=325V电平数越多，接收方分辨要求越高，代价越高电平数越多，接收方分辨要求越高，代价越高电话电话Modem的调制技术的调制技术多音调制多音调制多个频率的正弦信号多个频率的正弦信号每个正弦信号用相位调制每个正弦信号用相位调制如：如：8个正弦信号，每个用四相调制，个正弦信号，每个用四相调制，共共32个新号个新号Transmission ParametersnTra

14、nsmission Time （传输时间、发送时间）（传输时间、发送时间）Ttn指发送者在发送数据时，使数据进入到传输介质所需时间指发送者在发送数据时，使数据进入到传输介质所需时间n即从第一个即从第一个bitbit发送始到最后一个发送始到最后一个bitbit发送毕所需时间发送毕所需时间n在速率为在速率为R(=1/Tb)的信道上，发送的信道上，发送N bit所需的时间所需的时间n发送发送1 bit需占用需占用Tb，发送，发送Nbit共需共需 Tt= N*Tb=N/Rn发送时间与发送时间与N成正比，与成正比，与R成反比成反比10M b/s的以太网、的以太网、100k b/s的信道上，将的信道上，将

15、10000bit的数据送上信道，分别需要的数据送上信道，分别需要10000/10*106 = 10-3 (s) = 1 (ms)10000/100*103 = 0.1(s) = 100 (ms)10M b/s信道信道time100 k b/s信道信道1ms100msTransmission ParametersnPropagation delay (传播延迟传播延迟)n信号在信道上传播的时间信号在信道上传播的时间n设信道长度为设信道长度为D米，信号传播的速度为米，信号传播的速度为V，信号传播时间，信号传播时间nTd = D/Vn信号信号(电磁波电磁波)传播速度：光速传播速度：光速 c=3*10

16、8 米米/秒秒n注：铜线、铜轴电缆中，注：铜线、铜轴电缆中，V略小于光速略小于光速 (0.70.9)例：例：大楼间敷设的电缆为大楼间敷设的电缆为300米，传输延迟为米，传输延迟为T1d=300/3*108=10-6s1us跨洋海底电缆跨洋海底电缆3000公里，传输延迟为公里，传输延迟为T2d=3000*103/3*108=10-2s=10ms讨论：讨论：Tt和和Td的关系的关系n传输时间传输时间Tt指发送方发出指发送方发出Nbit所需时间，仅与信道速所需时间，仅与信道速率相关，与信道长度无关率相关，与信道长度无关n传播时间传播时间Td指信号从发送方传播到接收方所需的时指信号从发送方传播到接收方

17、所需的时间，仅与信道长度相关，与信道速率、间，仅与信道长度相关，与信道速率、bit数无关数无关n图形表示法图形表示法传播时间传播时间Td发送方发送方接收方接收方信道长度信道长度D发送时间发送时间Tt讨论：讨论：Tt和和Td对网络通信的影响对网络通信的影响n发送发送N个个bit时，信道速率越高，时，信道速率越高，Tt越小，但越小，但Td不受影响。可能出现的结果是发送方已完成发不受影响。可能出现的结果是发送方已完成发送，对方却还没有开始接收送，对方却还没有开始接收信道速率信道速率R，Nbit发送方还没有发完，对方已开始接收了发送方还没有发完，对方已开始接收了等待等待2Td后收到应答后收到应答(短报

18、文短报文)信道速率信道速率10R，Nbit发送方完成发送后，对方还没有开发送方完成发送后，对方还没有开始接收。始接收。2Td的等待应答显得太漫长的等待应答显得太漫长(相比于相比于Tt而言而言),影响通信能力。影响通信能力。发送方是否会等不及？发送方是否会等不及？与发送速率与发送速率R不变，信道长度增加不变，信道长度增加10倍等效倍等效Transmission Parametersn处理时延处理时延n指节点为存储转发数据而进行的必要处理所花指节点为存储转发数据而进行的必要处理所花时间时间n通常主要指数据在缓存队列中等待发送的时间通常主要指数据在缓存队列中等待发送的时间n时延的长短取决于当时节点的

19、通信量时延的长短取决于当时节点的通信量n如果数据丢失相当于处理时延为无穷大如果数据丢失相当于处理时延为无穷大Transmission Parameters 三种时延的分析三种时延的分析n为了简化分析，通常只考虑占主导地位的时延为了简化分析，通常只考虑占主导地位的时延n具体场合，占主导的时延并不相同具体场合，占主导的时延并不相同n特别注意：特别注意：端到端的延时包括所有节点之间的总延时端到端的延时包括所有节点之间的总延时 100101队列队列链路链路在此产生传播时延在此产生传播时延在此产生发送时延在此产生发送时延发送器发送器在此产生处理时延在此产生处理时延节点节点A节点节点BTransmissi

20、on ParametersnBit Error Rate （BER）n由于干扰由于干扰(人为电磁、背景噪声、宇宙噪声等人为电磁、背景噪声、宇宙噪声等)，造成，造成01或或10的错误的错误nBER错误的错误的bit数数/总总bit数数(或或bit出错的概率出错的概率)n无线信道：无线信道：10-110-3, 2.4GHz频段：频段：5*10-5n电话信道：电话信道：10-510-6,以太网以太网(UTP5)：10-7n光纤：光纤：10-810-10010001110111010101010110100011011111010101111010101101010101000010101010100

21、0111011101010101011010001101111101010111101010110101010100001010101随机误码：均匀随机分布在整个随机误码：均匀随机分布在整个bit流中流中 (背景干扰、宇宙噪声等背景干扰、宇宙噪声等)突发误码：突然出现的一串高误码，有一定的长度突发误码：突然出现的一串高误码，有一定的长度(突发长度突发长度)突发长度突发长度b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0b0 b1b2 b3 b4 b5 b6 b7并行传输

22、并行传输多条信道，多位同时传输多条信道，多位同时传输串行传输串行传输:单条信道，逐位传输单条信道，逐位传输在通信线路数量上有很大的差异在通信线路数量上有很大的差异适用于短距离传输适用于短距离传输可应用于长距离传输可应用于长距离传输通信方式通信方式通信方式通信方式n单工单工n数据流始终在一个方向传输数据流始终在一个方向传输n通信双方，一方始终是发送端，另一端始终是接收端通信双方，一方始终是发送端，另一端始终是接收端n如：传呼、无线电广播、电视信号如：传呼、无线电广播、电视信号n半双工通信半双工通信n数据流可以在两个方向上传输，但同一时刻只能在一数据流可以在两个方向上传输，但同一时刻只能在一个方向

23、上传输个方向上传输n通信的双方，应具有发送和接收的功能，但任何一方通信的双方，应具有发送和接收的功能，但任何一方不能同时发送和接收，在时间上必须错开不能同时发送和接收，在时间上必须错开n如：对讲机如：对讲机n全双工通信全双工通信n数据流可以同时在两个方向上传输数据流可以同时在两个方向上传输n如：电话通信如：电话通信全双工、半双工、单工全双工、半双工、单工TxDRxDTxDFull duplex(Two way simultaneous)网络通信等网络通信等 TxDRxDTxDHalf duplex(Two way alternate)IEEE802.11、其它某些信道、其它某些信道RxDRxD

24、TxDRxDSimplex (One way always)广播、电视等广播、电视等双向同时双向同时双向交替双向交替单向单向n同步涉及：同步涉及：n位同步：每一位同步，使接位同步：每一位同步，使接收方知道每一位数据的起始收方知道每一位数据的起始和结束和结束n物理层同步物理层同步n群同步：每一段数据同步，群同步：每一段数据同步，使接收方知道每一段数据的使接收方知道每一段数据的起始和结束起始和结束n链路层同步链路层同步Transmission Schemen同步传输同步传输(Synchronous Transmission): nBit数据以均匀时间间隔数据以均匀时间间隔T传输，传输，持续不断持续

25、不断n特点特点n可实现非常高的传输速率可实现非常高的传输速率(几百兆几百兆几十千兆几十千兆)n稳定的传输速率稳定的传输速率n需要保持双方收发同步需要保持双方收发同步n应用场合应用场合n与传输系统的连接与传输系统的连接nPSTN中的数字信道、中的数字信道、SDHTx Data signalTx clock signalRx Data signalRx clock signalSpare bitsBit streamn位同步位同步n时钟信号时钟信号n外同步：发送方传送过来外同步：发送方传送过来n额外的时钟线额外的时钟线n自同步：接收方从数据信号里提取自同步：接收方从数据信号里提取同步传输同步传输同

26、步传输同步传输n自同步：时钟嵌入数据中自同步：时钟嵌入数据中时钟时钟提取提取Data(i)Clock(i)Data(i)+Clock(i)Data(i)Data(i)+Clock(i)Manchester codingTransmission Schemen异步传输异步传输 (Asynchronous Transmission)n字节为单位传输，字节间隔长度可变字节为单位传输，字节间隔长度可变n特点特点n不需要专门的时钟线路不需要专门的时钟线路 (所以称为所以称为“异步异步”)n传输速率不可能很高传输速率不可能很高 (最高约最高约200k b/s)n由起始由起始/停止位识别一个字符停止位识别一

27、个字符n应用场合应用场合n计算机间的直接连接计算机间的直接连接n低速、短距离传输低速、短距离传输(几百米几百米几公里几公里)n键盘、鼠标的传输方式键盘、鼠标的传输方式ByteByteBytestartstop又称为又称为起起- -止式传输止式传输RT异步传输异步传输n接收端和发送端有相同速率的时钟，但没有同步接收端和发送端有相同速率的时钟，但没有同步n接收方在每个接收方在每个Start处调整脉冲位置，保证后续至少处调整脉冲位置，保证后续至少8bit的同步的同步n对时钟精度要求低对时钟精度要求低0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 1 1 1 1Clock1Clock2DataData调

28、整调整调整调整发发收收失步失步调整调整StartStopStartStop异步传输与同步传输异步传输与同步传输n异步传输异步传输n一次只传输一个字符（一次只传输一个字符（8位）位）n速率低，用于信道质量较差的环境速率低，用于信道质量较差的环境噪音噪音n 同步传输同步传输n 一次传输一个数据段或块（连续的一串字符）一次传输一个数据段或块（连续的一串字符）n 用于信道质量好，高速数据传输用于信道质量好，高速数据传输Transmission Schemen块传输块传输 (Block Transmission)n以数据块为单位传输，块的长度可变，块间可以数据块为单位传输，块的长度可变，块间可变长度间隔

29、变长度间隔n特点特点n增强型的增强型的“异步传输方式异步传输方式”n传输速率高传输速率高(可达上千兆可达上千兆)n应用场合应用场合n计算机网络中的直接电缆连接计算机网络中的直接电缆连接n典型如：以太网信道典型如：以太网信道RTBlockBlock2.3 传输介质传输介质n传输介质对网络的影响传输介质对网络的影响n介质类型介质类型（教材（教材2.22.22.42.4，了解），了解）n磁介质磁介质( (及其它存储介质）及其它存储介质）n有线介质有线介质n双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤n无线传输无线传输n无线电、微波、红外线、毫米波、光波无线电、微波、红外线、毫米波、光波n卫星卫星传输

30、介质对网络的影响传输介质对网络的影响n不同介质的带宽、延迟、费用和安装维护不同介质的带宽、延迟、费用和安装维护上都不同上都不同n介质的特性决定着数据传输的性能和质量介质的特性决定着数据传输的性能和质量n介质的带宽决定着数据的传输速率介质的带宽决定着数据的传输速率n介质对信号的衰减决定着数据的传输距离介质对信号的衰减决定着数据的传输距离n介质的抗干扰性能影响数据传输的误码率介质的抗干扰性能影响数据传输的误码率Transmission Median存储介质存储介质 n磁带、磁带、Flash、DVD、Blue-ray等等n双绞线双绞线 (Twisted Pair)n抗电磁干扰能力好抗电磁干扰能力好n

31、常见于电话线常见于电话线n100 kb/s 几公里几公里n以太网应用：基带传输、质量要求高、非屏蔽双绞以太网应用：基带传输、质量要求高、非屏蔽双绞线线n3类双绞线：类双绞线：UTP3，10M以太网以太网n5类双绞线：类双绞线：UTP5，100M以太网以太网n以太网标准规定使用距离不大于以太网标准规定使用距离不大于100米，以保证传输质量米，以保证传输质量V+V-s(t)s(t)双绞线及其插座双绞线及其插座 双绞线实物图双绞线实物图n双绞线双绞线 双绞线在以太网应用双绞线在以太网应用n一对线用于发送，另一对用于接收一对线用于发送，另一对用于接收 1、2发送，发送，3、6接收接收n传输方式传输方式

32、nBlock TransmissionnCoding：Manchester，4B/5BRJ451818RJ45100Base-T双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆n与双绞线同属于铜缆介质与双绞线同属于铜缆介质n同轴电缆：非平衡型屏蔽电缆同轴电缆：非平衡型屏蔽电缆n高带宽和良好的噪声抑制特性高带宽和良好的噪声抑制特性n基带同轴电缆基带同轴电缆n粗缆和细缆，特征阻抗粗缆和细缆，特征阻抗50欧姆欧姆n用于数字传输用于数字传输n线缆太硬，布线、搭接困难线缆太硬，布线、搭接困难n早期局域网曾经使用，现在已基本不用早期局域网曾经使用，现在已基本不用n宽带同轴电缆宽带同轴电缆n特征阻抗特征阻抗75欧姆欧姆n用于模

33、拟传输和有线电视信号传输用于模拟传输和有线电视信号传输10Base510Base2BNC Connector光纤光纤n光纤优越性光纤优越性n低衰减：适合长距离传输信号低衰减：适合长距离传输信号n高带宽：超大容量信息传输高带宽：超大容量信息传输n光波传输：单向、不受电磁波干扰光波传输：单向、不受电磁波干扰n不易窃听：保密性好不易窃听：保密性好n体积小，轻：适合长距离应用体积小，轻：适合长距离应用n抗压碎、抗拉抗压碎、抗拉n弯曲半径较大弯曲半径较大n光纤的类型光纤的类型n按材料不同分为按材料不同分为n石英光纤石英光纤n塑料光纤塑料光纤n按光波传输路径分为按光波传输路径分为n多模光纤多模光纤MMF（

34、距离近（距离近,速率较低）速率较低）nUp to 100 Mbps，2 kmn单模光纤单模光纤SMF（距离远（距离远,速率高）速率高）nUp to 50Gbps，100 kmn波长窗口波长窗口n850nm/1310nm/1550nmn几公里几公里(850)，上百公里，上百公里(1310,1550)光纤光纤multiple light pathsSourceDetectorMMFsingle light pathSMF光纤光纤n光纤光纤n光纤彻底改写了长距离高速率传输的历史光纤彻底改写了长距离高速率传输的历史n过去：长距离传输是低速、高误码率的代名词过去：长距离传输是低速、高误码率的代名词n现在

35、：长距离传输的速率、质量均超过短距离铜线现在：长距离传输的速率、质量均超过短距离铜线n长距离长距离大传播延迟特性不会改变大传播延迟特性不会改变Fiber OpticalnConnectionnData TransmissionnSynchronous (同步传输同步传输)nFull duplex (2 fiber)V.35光纤传输系统光纤传输系统SDH/SONETV.35n无线传输优势无线传输优势n无需连线：移动性、灵活性无需连线：移动性、灵活性n需要考虑需要考虑n频段频段n方向性方向性n衰落衰落n干扰干扰n覆盖覆盖n安全安全n不同的频段适应不同的应用不同的频段适应不同的应用n频段与应用见频段

36、与应用见p85 图图2.11 （第（第4版）版）无线传输（自由空间传播）无线传输（自由空间传播）无线传输无线传输n无线传输无线传输 (wireless)n电磁波谱电磁波谱LF(长波长波)，MF(中波中波)，HF(短波短波)，VHF/UHF(超超短波短波)，SHF/EHF(微波微波)，THF，红外、激光，红外、激光n频带宽度：一般可用中心频率正负频带宽度：一般可用中心频率正负10%简单计算简单计算nLF：105*20% = 2*104 =20 kHzn传播：传播：nLF：绕射能力极强，传播距离远，带宽太窄：绕射能力极强，传播距离远，带宽太窄nHF：可通过电离层反射达到远距离传输的目的：可通过电离

37、层反射达到远距离传输的目的nVHF以上：视距以上：视距(直线直线)传播传播nSHF以上：可用天线很好聚焦以上：可用天线很好聚焦,减轻衰减减轻衰减(信噪比高信噪比高)n红外：短距离通信红外：短距离通信n激光：有无线光纤称呼，但易受太阳光影响激光：有无线光纤称呼，但易受太阳光影响Transmission Median卫星卫星n类型类型nLEO：低轨卫星：低轨卫星 几百公里几百公里nMEO：中轨卫星：中轨卫星 15000公里公里nGEO：地球同步卫星：地球同步卫星 35000公里公里n提供的信道带宽提供的信道带宽n几十到几千兆几十到几千兆Hzn往返传播延迟往返传播延迟n自行估计：自行估计：LEO、M

38、EO、GEO各在什么范围各在什么范围2.4 典型物理接口及协议典型物理接口及协议n物理接口四大特性物理接口四大特性n机械特性机械特性n接口部件的尺寸、规格、插针数和插针分布等接口部件的尺寸、规格、插针数和插针分布等n电气特性电气特性n接口部件的信号电平、阻抗、传输速率、编码方式接口部件的信号电平、阻抗、传输速率、编码方式等等n功能特性功能特性n接口部件的信号线的划分、意义及用途（数据线、接口部件的信号线的划分、意义及用途（数据线、控制线、定时线）控制线、定时线）n规程特性规程特性n接口部件的各信号线的工作规则和先后顺序。接口部件的各信号线的工作规则和先后顺序。2.4 典型物理接口及协议典型物理

39、接口及协议n典型的物理接口示例典型的物理接口示例RS232nEIA RS-232C 标准由美国电子工业协会（标准由美国电子工业协会（EIA）提出提出n RS（Recommengded Standard）表示推荐标准）表示推荐标准n 232是标准的编号，是标准的编号，C是该标准经历的审定次数。是该标准经历的审定次数。 CCITT与之对应的建议与之对应的建议V24与与RS232C类似类似n 通常用于连接通常用于连接DTE和和DCE。n数据终端设备（数据终端设备（DTE）：如计算机、终端等（资）：如计算机、终端等（资源子网设备）源子网设备）n数据电路端接设备（数据电路端接设备（DCE）：如）：如mo

40、dem, 端节端节点设备等（通信子网设备）点设备等（通信子网设备）RS-232Cn低速短距离连接低速短距离连接n低速：低速：1200bps,2400bps, 115.2Kbps (max)n短距离：短距离：15米米 (max)nConnection TypenDTEDTE : 两台计算机间两台计算机间nDTEDCE：连接到：连接到Modem，实现远程连接，实现远程连接RS-232CModemRS-232C电话信道电话信道程控电话交换网程控电话交换网DTEDCEDTEDTERS232C的机械特性的机械特性n外型为外型为DB-25和和DB-9两种两种n一般连接器座为针状（一般连接器座为针状（mal

41、e），头为孔状），头为孔状（female）n通常使用：通常使用：nPC机的机的COM1、COM2n.RS232CRS232C的电气特性的电气特性 （扩）（扩）n电平电平: NRZ Codingn-3v to -25v 为为 logic 1n+3v to +25v 为为 logic 0n-3v and +3v 为过渡区为过渡区n传输方式：非平衡（共地）传输方式：非平衡（共地）time+3V-3V-3V1100+25V25V-25V-25V0VmarkspaceVoltageUnbalanced drivenRS232C的功能特性的功能特性 （扩）（扩）n下表列出了常用的针脚功，只定义下表列出了常

42、用的针脚功，只定义DTE端的接口线，端的接口线，DCE端端配合配合DTE的定义的定义n其他针脚用于测试其他针脚用于测试 modem 、选择速率，数据定时等，、选择速率，数据定时等， 很少使用。很少使用。信号信号类别类别 功能说明功能说明符号符号 BB-BB-2525DB-9DB-9方向方向地线地线 保护地保护地 GND GND 1 1信号地信号地SGSG7 75 5数据数据线线 发送数据（发往信道）发送数据（发往信道） TXD TXD 2 23 3到到DCEDCE接收数据（来自信道）接收数据（来自信道）RXDRXD3 32 2到到DTEDTE控控制制线线请求发送（请求发往信道）请求发送（请求发

43、往信道） RTSRTS4 47 7到到DCEDCE清除发送（清除发送（DCEDCE已准备好向信道发送数据）已准备好向信道发送数据） CTSCTS5 58 8到到DTEDTE数据端接装置就绪（数据端接装置就绪（DCEDCE已处于数据方式）已处于数据方式） DSRDSR6 66 6到到DTEDTE数据终端就绪（数据终端就绪（DTEDTE已准备好与已准备好与DCEDCE通信）通信） DTRDTR20204 4到到DCEDCE响铃指示（正从信道接收响铃信号）响铃指示（正从信道接收响铃信号）RIRIRIRI22229 9到到DTEDTE载波检测（从信道上接收载波信号）载波检测（从信道上接收载波信号） D

44、CDDCD8 81 1到到DTEDTERS232C的规程特性的规程特性 （扩）（扩）nTxD、RxD：DTE收发数据线收发数据线n双方通信前，需要确认对方是否准备好双方通信前，需要确认对方是否准备好nDTR、DSR：=1 分别表明分别表明DTE、DCE准备好准备好nDCE随时可向随时可向DTE发送数据发送数据nDTE要发送数据时，需要经过以下步骤要发送数据时，需要经过以下步骤nRTS=1：DTE向向DCE请求发送数据请求发送数据nCTS=1：DCE告诉告诉DTE，可以发送数据，可以发送数据nDTE发送数据发送数据DSRDTRDCDRIDTE 接收数据接收数据RxDDSRDTEDCEDTRRTS

45、CTSDTE 发送数据发送数据TxDRS-232C （扩）（扩）nData TransmissionnAsynchronous 异步传输异步传输TxDRxDRTSCTSDTRDSR数据有效期数据有效期设备活动期设备活动期b0b7b0b7b0b0b7StartStopStartStop010101010101DTEb7RS232C的几种典型连接与应用（扩）的几种典型连接与应用（扩）DSRDTEModem(DCE)TxDRTSCTSRxDDTRRIDCDTelephoneLinenDTE与与DCE（PCModem）RS232C的几种典型连接与应用的几种典型连接与应用 （扩）（扩）nDTE与与DTE

46、（PCPC），），Null ModemDSRDTEDTETxDRTSCTSRxDDTRRIDCDDSRTxDRTSCTSRxDDTRRIDCDDSRDTETxDRTSCTSRxDDTRRIDCDDSRTxDRTSCTSRxDDTRRIDCDDTEDSRDTEDTETxDRTSCTSRxDDTRRIDCDDSRTxDRTSCTSRxDDTRRIDCD 完整连接完整连接 简单连接简单连接 最简连接最简连接地地地地地地V.35/G.703 InterfacenMechanical1131425V.35G.703V.35/G.703 InterfacenConnectionTxDTxCRxDRxCDT

47、RDSRRTSCTSDTEDCEV.35G.703V.35 nData TransmissionnSynchronous transmission (同步传输同步传输)nCoding: NRZnFull duplexDataTxDTxCRxDRxCRTSCTSDTRDSR数据有效数据有效设备活动设备活动V.35/G.703 ParametersnV.35nData rates: 2.048Mbps (E1)nDistance: 15米米nG.703nData rates：2.048Mbps (E1)nSynchronous transmissionnFull duplex nDistance:

48、 1.52 kmV.35传输系统传输系统V.35E1信道信道V.35-G.703接口转换器接口转换器G.703G.703G.703G.703接口转换器（适配器）接口转换器（适配器）n将物理接口通过一定的技术转换为另一种接将物理接口通过一定的技术转换为另一种接口形式，从而能更灵活地选用传输介质口形式，从而能更灵活地选用传输介质10Base2 Ethernet NICbuilt-in transceiverComputerEthernet NICbuilt-in transceiverComputerEthernet NICbuilt-in transceiverComputerEthernet

49、NICbuilt-in transceiverComputerEthernet NICbuilt-in transceiverComputerEthernet NICAUI transceiverComputer10Base2Repeater50-ohm terminatorBNC TeeConnectorBNC BarrelTransceiver Cable15-pin AUI ConnectorThin Ethernet Transceiver100BaseTEthernet NIC100BaseT transceiverComputerEthernet NIC100BaseT trans

50、ceiverComputerEthernet NIC100BaseT transceiverComputerEthernet NICAUI transceiverComputer8-pin RJ-45 ConnectorsHub15-pin AUI ConnectorExternal 100BaseT Ethernet TransceiverMAUMAUMAUMAU TransceiverCableTwisted Pair Cable15-pin AUI Connector（for attaching other Ethernet media types）10BaseFLEthernet NI

51、CAUI transceiverComputerHub TransceiverCable15-pin AUI Connector（for attaching other Ethernet media types）Ethernet NICAUI transceiverComputerMAURXTXMAURXTXMAURXTXRX TXRX TX15-pin AUIConnectorExternal10BaseFL TransceiverFiber Optic CableST Connectors串行电缆连接器串行电缆连接器 （扩）（扩）V.35maleV.35femaleEIA/TIA-449m

52、aleEIA/TIA-449femaleEIA-613HSSI maleEIA/TIA-232maleEIA/TIA-232femaleX.21maleX.21femaleEIA-530maleADSLnxDSL（教材（教材p109112，了解），了解）nADSL、 HDSL、 VDSL、 ADSL ModemEthernet用户电话线用户电话线分离器分离器分离器分离器ADSLAMEthernetPSTN1 Mbps(max)8 Mbps (max)0 4 25 128140 104KHzPOTSADSL上行上行ADSL下行通道下行通道fADSL工作频带工作频带Wirelessn无线传输特性无

53、线传输特性n收发功率相差收发功率相差70dB(10-7)以上以上 - dB=10lg(P收收/P发发)n半双工方式半双工方式(收、发交替收、发交替)n天然的广播信道天然的广播信道n某个站点发送，接收范围内所有站点都可以收到某个站点发送，接收范围内所有站点都可以收到n如果两个站点发送时间上有重叠如果两个站点发送时间上有重叠(碰撞碰撞/冲突冲突)，接收方将收到乱码，接收方将收到乱码n竞争信道竞争信道n实施信道访问控制实施信道访问控制(在链路层在链路层)，使得每次仅有一个站点发送，使得每次仅有一个站点发送接收接收发送发送乱码乱码WirelessnConfigurationnBSS (Basic Se

54、rvice set)n站点间的通信、与有线网络的通信都经由站点间的通信、与有线网络的通信都经由AP中继实现中继实现 (链路层的控制链路层的控制)nESS (Extended Service set)n多个多个BSS通过以太网通过以太网(或其它形式的网络或其它形式的网络)相连相连nIBSS (Independent BSS) Ad Hoc n任意站点间均可进行数据传输任意站点间均可进行数据传输n通信控制通信控制n由链路层控制信道的访问由链路层控制信道的访问(竞争信道竞争信道)APAd HocEthernetAPBSSBSSESSIBSS单跳组网单跳组网：所有站点都在彼此：所有站点都在彼此的无线覆

55、盖范围的无线覆盖范围多跳组网多跳组网：站点间不能完全彼：站点间不能完全彼此覆盖此覆盖2.5 Communication System (通信系统通信系统)nComputer Networks have greatly benefited by the existing communication systems.nWide area connectionnModels of connection between computer network and communication systemnDigital communication systemnsuch as SDH, PCMnAnal

56、og communication systemnsuch as telephone systemPublic Switched Telephone Network (PSTN) 教材教材2.5Local loopTrunkHigh bandwidthInter-toll trunksphoneEnd officeToll officeSwitchingofficeEnd officeToll officephoneTrunkLocal loopPSTN长途局长途局长途局长途局汇接局汇接局端局端局PSTNLocal Loop(用户线用户线)电话系统电话系统n结构结构n本地回路：模拟传输（电话双绞

57、铜线）本地回路：模拟传输（电话双绞铜线）n干线：数字传输（光纤，微波等），采用复用技术干线：数字传输（光纤，微波等），采用复用技术n交换局，采用电路交换技术交换局，采用电路交换技术本地回路本地回路本地回路本地回路准长途准长途干线干线准长途准长途干线干线高带宽中心高带宽中心长途干线长途干线电话电话电话电话端局端局端局端局长途局长途局长途局长途局中心交换局中心交换局n特点特点n为电话业务优化设计为电话业务优化设计n电路交换、信道独占电路交换、信道独占电话系统电话系统nPSTN 与计算机通信网与计算机通信网n电话信道电话信道n电话信道特性：带宽电话信道特性：带宽300Hz3400Hz(整个语音整个语

58、音通道通道)n数据传输方式：调制解调，占用电话通信信道数据传输方式：调制解调，占用电话通信信道n数据速率：数据速率：56k /33.6k bpsLocal LoopLocal LoopPSTN3003400f调制解调器调制解调器电话系统电话系统nPSTN 与计算机通信网与计算机通信网nLocal LoopnLocal Loop信道特性信道特性n数据传输方式数据传输方式nDMT，不占用话音频段，不占用话音频段n数据速率数据速率 可达可达8M/1M b/sLocal LoopPSTNADSL距离距离(公里公里)数据速率数据速率M b/s50 -40 -30 -20 -10 -12345最佳情况最佳

59、情况分离器分离器 TDM之之同步时分复用同步时分复用n TDM按帧结构（时长和时隙数固定）传送按帧结构（时长和时隙数固定）传送n每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）n每个用户只能在自己的时隙内发送数据每个用户只能在自己的时隙内发送数据n当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用于空闲状态，不能作为他用n可能造成线路资源的浪费可能造成线路资源的浪费aabcdbcabbccad用户用户ABCDtttt#4#3#2#1四个时分复用帧四个时分复用帧同步时分复用同步时分复用 TD

60、M之之统计时分复用统计时分复用nSTDM：Statistic TDM，统计时分复用或异步时分复用，统计时分复用或异步时分复用n每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙nSTDM按帧结构进行传送按帧结构进行传送n按收到数据的先后顺序进行组帧按收到数据的先后顺序进行组帧n一个用户可以连续占用多个时隙一个用户可以连续占用多个时隙n能显著提高信道的利用率能显著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用户用户ABCDtttt#3#2#13个个STDM帧帧统计时分复用统计时分复用PSTN节点交换机节点交换机PSTN TDM 技术技术64Kb/s2.048Mb/s