计算机网络基础第3章物理层基础与应用KevinLee整理欧凯奥

1、高等院校计算机专业精选教材高等院校计算机专业精选教材.网络与通信技术网络与通信技术1本章内容与要求本章内容与要求掌握：物理层的基本概念掌握：物理层的基本概念了解：物理层的通信需要解决的问题了解：物理层的通信需要解决的问题掌握：数据通信的基础知识掌握：数据通信的基础知识掌握：信道的多路复用技术掌握：信道的多路复用技术掌握：数字传输技术掌握：数字传输技术掌握：物理层相关的传输介质掌握：物理层相关的传输介质 掌握：物理层相关产品与应用特点掌握：物理层相关产品与应用特点233.1 物理层的基本概念1.1.物理层要解决的问题物理层要解决的问题尽量屏蔽不同物理设备、传输媒体和通信手段的差异，而仅仅关注于完

2、成其本层的协议与服务。使得物理层的服务对象（数据链路层）具有在一条物理传输介质上传送和接收比特流的能力。在两个相邻系统之间建立起一条数据电路。为此，物理层还应解决物理连接的建立、维持和释放问题。42.2.物理层的规程特性物理层的规程特性- -四方面的规程四方面的规程（1 1）机械特性）机械特性 也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，即接插装置。如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。ISO2110:25芯接口连接器和插针分配。它与EIA（美国电子工业协会）的RS-232-C基本兼容。ISO2593:34芯接口连接器和插针分配。ISO4092:37芯接口连接

3、器和插针分配。与EIARS-449兼容。5（2 2）电气特性）电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压高低，指明在接口电缆的各条线上出现的电压高低，以及电流、阻抗、波形，速率等特性以及电流、阻抗、波形，速率等特性如如10BASET10BASET传输曼彻斯特编码信号时代表数字传输曼彻斯特编码信号时代表数字1 1或或0 0的具体电压值，以及最大传输距离的具体电压值，以及最大传输距离100m100m6（3 3）功能特性）功能特性指明物理接口各条信号线的用途（用法），即确定接口各引脚信号的意义，数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。（4 4）过程特性）过程特性指明利用接口传输比特流的全过程

4、及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式73.3.物理层的实际规程（协议）物理层的实际规程（协议）（1 1）美国电子工业协会）美国电子工业协会 RS232RS232、RS422RS422等等（2 2）IEEE802.3IEEE802.3、IEEE802.5IEEE802.5等局域网的物理等局域网的物理层规范层规范（3 3）国际电报电话咨询委员会的）国际电报电话咨询委员会的 X.25X.25、X.21X.2184.4.物理层的主要特点物理层的主要特点- - 物理层主要沿用已存在的物理规程，在物理层主要沿用已存在的物理规程，在协议出现前，就已经存在物理设备协议出现前，就

5、已经存在物理设备 物理连接、传输媒介的多样性，使物理连接、传输媒介的多样性，使 物理物理协议非常复杂协议非常复杂9103.2.1 数据通信中的基本概念1.1.信息和编码信息和编码信息的载体是文字、语音、图形和图像等。用二进制代码来表示信息中的每一个字符就是二进制编码。2.2.二进制编码标准二进制编码标准最常用的二进制编码标准为美国标准信息交换码ASCII。ASCII 码使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符。标准ASCII 码也叫基础ASCII码，使用7 位二进制数来表示所有的大写和小写字母，数字0 到9、标点符号， 以及在美式英语中使用的特殊控制字符。 扩展

6、ASCII 码允许将每个字符的第8 位用于确定附加的128 个特殊符号字符、外来语字母和图形符号。113.3.数据和信号数据和信号网络中传输的二进制代码被统称为“数据”。“信号”是数据在传输过程中的电磁波表示形式。数据的表示方式有“数字信号”和“模拟信号”两种，图图3-13-1和图和图3-23-2。123.2.1 数据通信中的基本概念4.4.信道及信道的分类信道及信道的分类（1 1）信道）信道是数据信号传输的必经之路，由传输线路和传输设备组成。（2 2）物理信道和逻辑信道）物理信道和逻辑信道在计算机网络中，有“物理信道”和“逻辑信道”之分。（3 3）有线信道和无线信道）有线信道和无线信道根据传

7、输介质是否有形，物理信道分为“有线信道”和“无线信道”。（4 4）模拟信道和数字信道）模拟信道和数字信道按照信道中传输数据信号的类型分，分为“模拟信道”和“数字信道”。（5 5）专用信道和公共交换信道）专用信道和公共交换信道如果按照信道的使用方式来分，又可以分为“专用信道（自行架设的专门线路或向电信部门租用的专用线路）”和“公共交换信道（公共电话交换网和公共电视网）”。133.2.2 数据通信系统的基本模型数据通信是指信源（发送信息的一方）和信宿（接收数据的一方）中信号的形式均为数字信号的通信方式。1.1.信源与信宿信源与信宿图3-3所示的基本模型中，信源设备和信宿设备都是计算机。（1 1）信

8、源系统）信源系统信源系统由发送实体、信源设备和转换/发送设备组成。（2 2）信宿系统）信宿系统信宿系统由转换/接收设备、信宿设备和接收实体组成。2.2.传输系统传输系统通常为电话网、电视网、电力网、移动通信网。3.3.数据通信过程中涉及的主要技术问题数据通信过程中涉及的主要技术问题- -P44P44143.2.2 数据通信系统的基本模型例如：在图例如：在图3-33-3所示的用户所示的用户A A通过主机通过主机H HA A发送发送信息信息“A A”给使用主机给使用主机H HB B的用户的用户B B；参见；参见P44P44。153.2.3 数据传输类型及相应技术1.1.基带传输与数字信号的编码基带

9、传输与数字信号的编码（1 1）基带、基带信号和基带传输）基带、基带信号和基带传输数字信号被简称为“基带信号”。在线路上直接传输基带信号的方法称为 “基带传输”方法。在基带传输中，必须解决两个基本问题，其一，基带信号的编码问题；其二，收发双方之间的同步问题。（2 2）数字信号的编码）数字信号的编码用不同极性的电压、电平值代表数字信号 “0”和“1”的过程，称为基带信号的“编码”；其反过程称为“解码”。16常用的编码方式有以下三种：常用的编码方式有以下三种：不归零码不归零码NRZNRZ（Non-Return to ZeroNon-Return to Zero）归零码自同步码自同步码17不归零码：不

10、归零码：编码在发送编码在发送0 0或或1 1时，在一码元内时，在一码元内不会返回初始状态（零）不会返回初始状态（零）可分为可分为单极性不归零单极性不归零码和码和双极性双极性不归零码不归零码 单极性是指用正电压代表数字信号，无电压代表0，没有负电压；判决门限0.5，0.5以上为“1”，0.5一下为“0”“双极性”是指用正电压代表数字信号1，负电压代表0.判决门限为0电平，0以下0，0以上1不归零码NRZ（non-return to zero） t100 . 5判 决 门 限0 1 0 1 0 0 1 1 0( a )t00 1 0 1 0 0 1 1 0( b )同步方式同步方式如果重复发送1码

11、, 要连续发送正电流;如果重复发送0码,势必要连续不送电流或连续发送负电流,这样使某一位码元与其下一位码元之间没有间隙,不易区分识别。为了保证同步，在发送不归零码时，要用另一个信道同时发送同步时钟信号 特点特点：优点是简单、容易实现；缺点是同步需要单独传递。计算机串口与调制解调器之间计算机串口与调制解调器之间采用的是不归采用的是不归零码零码3.2.3 数据传输类型及相应技术（4 4）曼彻斯特（）曼彻斯特（ManchesterManchester）编码）编码- -图图3-43-4（b b）编码规则编码规则：a. 每比特的周期T分为前后两个相等的部分。b. 前半周期为该位值“反码”对应的电平值，后

12、半周期为该位值的“原码”所对应的电平值。c. 中间的电平跳变作为双方的同步信号。每一位的中间（1/2周期处）有一跳变，该跳变既作为时钟信号（同步），又作为数据信号从高到低的跳变表示数字“0”，从低到高的跳变表示数字“1”特点：优点是无需专门传递同步信号的线路，成本较低；曼彻斯特编码的缺点是效率较低应用：典型的10BASET等低速以太网使用的就是曼彻斯特编码技术。203.2.3 数据传输类型及相应技术（5 5）差分曼彻斯特编码）差分曼彻斯特编码编码规则编码规则：是遇“0”跳变，遇“1保持”，“中间跳变”。若本位值为“0”，则其前半个波形的电平与上一个波形的后半个的电平值相反。若本位值为“1”，则

13、其前半个波形的电平与上一个波形的后半个电平值相同。数据信号根据每数据信号根据每位位开始时开始时有无跳变进行取值有无跳变进行取值：有跳变表示数字：有跳变表示数字“0 0”，无跳，无跳变表示数字变表示数字“1 1”特点特点：优点是自含同步时钟信号、抗干扰性能较好；缺点是实现的技术复杂。同步信号同步信号：每一位的中间（1/2周期处）有一跳变，但是，该跳变只作为时钟信号（同步）210 1 0 0 1 0 1 1CLKManchester编码DifferentManchester编码基带信号传输的优点：基带信号传输的优点：1.1.抗干扰能力强，成本低抗干扰能力强，成本低缺点：缺点：基带信号占用频带宽，传

14、输时占据整个信基带信号占用频带宽，传输时占据整个信道，信道利用率低；占用频带宽，易衰减。道，信道利用率低；占用频带宽，易衰减。在局域网中经常用基带传输。在局域网中经常用基带传输。233.2.3 数据传输类型及相应技术2.2.频带传输与模拟信号的调制频带传输与模拟信号的调制（1 1）调制、解调与频带传输）调制、解调与频带传输利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为“频带传输”。 在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为“调制调制”； 在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为“解调解调”同时具有调制与解调功能的设备被称为“调制解调器调制解调器”（modem）（2 2）数字数据（信号）的调制）数字

15、数据（信号）的调制在调制过程中，运载数字数据的“载波信号”可以表示为：其中，振幅A、角频率、相位是载波信号的3个可变电参量，它们是正弦波的控制参数，也称为“调制参数”。243.2.3 数据传输类型及相应技术253.2.3 数据传输类型及相应技术（3 3）幅度调制）幅度调制ASK-ASK-图图3-53-5（a a）用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。用具用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。用具有一定幅度的载波信号表示有一定幅度的载波信号表示“1”1”，幅度等于，幅度等于0 0的载波信号的载波信号表示表示“0”0”。 ASK调制规则：数学表达式为：ASK的特点：技术简单，信号容易实

16、现，但抗干扰的能力较差。26（4 4）频率调制）频率调制FSK-FSK-图图3-53-5（b b）用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态。态。 “ “1”1”调制为频率为调制为频率为11的波，的波，“0”0”调制为频率为调制为频率为22的波的波FSK调制规则：数学表达式为：FSK的特点：电路简单，抗干扰能力强，但频带的利用率低，适用于传输速率较低的数字信号。273.2.3 数据传输类型及相应技术（5 5）两相相位调制）两相相位调制PSK-PSK-图图3-53-5（c c）& &（d d）PSK可以进一步分为绝对调相、相对调相和多相调相

17、等。PSK绝对调相：数学表达式为：28绝对相位调制绝对相位调制中，数字中，数字“0”0”和和“1”1”的载波信号起的载波信号起始相位相差始相位相差180180度，即度，即0 0 代表数字代表数字“1”1”，180180 代表数字代表数字“0”0”，反之也成立。，反之也成立。相对相位调制相对相位调制中，传送数字中，传送数字“0”0”时，相邻两波形相时，相邻两波形相位不变；传送数字位不变；传送数字“1”1”时，相邻两载波相位变化为时，相邻两载波相位变化为180180。3.2.4数字传输系统1.1.电压编码调制（电压编码调制（PCMPCM）概述）概述PCM是模拟数据信号数字化采用的主要方法。（1 1

18、）PCMPCM的主要优点的主要优点PCM技术抗干扰能力强、失真小、传输特性稳定；还可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性；另外，PCM还可以在一个物理信道上使用“时分复用”技术传输多路信号。（2 2）PCMPCM典型的应用典型的应用- -语音数字化语音数字化在图3-7所示语音数字化过程中，在发送端通过“PCM编码器”将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方；接收方再通过“PCM解码器”还原成模拟语音信号。313.2.4数字传输系统322.PCM2.PCM的工作原理的工作原理电压编码调制包括三部分：采样、量化和编码，参见图3-8。3.2.4数字

19、传输系统333.2.4数字传输系统（1 1）采样）采样每隔一定的时间间隔，都要采集模拟信号的一个瞬时电平值做为样本。采集时的间隔由采样频率Fs决定s满足从采样样本重构原始信号的采样定理表达公式如下:Fs(=1/Ts)2Fmax或Fs2Bs式中Ts：为采样周期，单位：s（秒）。Fs：为采样频率，单位：样本/秒（次/秒）。Fmax：为原始信号的最高频率，单位：Hz（赫兹）。Bs(=Fmax-Fmin) ：为原始信号的带宽，单位：Hz（赫兹）。例如，语音信道的带宽近似为4KHz，则需要的采样频率为8000样本/秒。（2 2）量化）量化量化是指将取样样本的幅度，就是取整等级。在图图3-83-8中，将采

20、样值121.5、124.4、125.6等分别量化为122、124、126等。量化级可以分为8级、16级、32级128级等量化级，主要取决于系统精确度的要求。343.2.5数据传输方式（3 3）编码）编码 量化后的整数变成一定位数的二量化后的整数变成一定位数的二进制数据。进制数据。 353.2.5数据传输方式1 1 并行传输并行传输“并行传输”是指二进制的数据流以成组的方式，在多个并行信道上同时传输的方式。并行传输可以一次同时传输若干比特的数据，因此，从发送端到接收端的物理信道要安装多条，如采用多根传输线路及设备，如图图3-93-9所示一般适用于短距离、传输速度要求高的场合。如打印机的并行端口。

21、计算机内部通信。363.2.5数据传输方式2.2.串行传输串行传输是指通信信号的数据流以串行方式，一位一位地在信道上传输，从发送端到接收端只需一条传输线路。在串行传输方式下，虽然，传输速率只有并行传输的几分之一，计算机网络的计算机网络的主要传输方式。主要传输方式。串行传输又有3种不同的方式：即单工通信、半双工通单工通信、半双工通信和全双工通信信和全双工通信。373.2.5数据传输方式（1 1）单工通信（双线制）单工通信（双线制）在单工通信中，信号在信道中只能从发送端A传送到接收端B。理论上应采用“单线制”，而实际采用“双线制”；因为，在实际中，需要用两个通信信道，一个用来传送数据，一个传送控制

22、信号，简称为“二线制”。例如：BP机，无线电广播和电视广播。383.2.5数据传输方式（2 2）半双工通信（双线制）半双工通信（双线制+ +开关）开关）在半双工通信中，允许数据信号有条件双向传输，但不能同时双向传输，参见图图3-123-12。理论上应采用“单线制单线制- -开关开关”，而实际采用“双线制双线制+ +开关开关”，例如：使用无线电对讲机。393.2.5数据传输方式（3 3）全双工通信）全双工通信（四线制）（四线制）全双工通信中，允许双方同时在两个方向进行数据传输。理论上应采用“双线制”，而实际采用“四线制四线制”，参见图图3-133-13。例如：固定电话或移动电话。需要设置传通信方

23、式的设备有网卡、声卡。403.2.6 数据传输中的同步技术l在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。这种协调是靠交换数据的设备之间的定时机制实现的，这就是 “同步同步”技术。l同步技术需要解决的问题：何时开始发送数据？何时开始发送数据？发送过程中双方的数据传输速率是否一致？发送过程中双方的数据传输速率是否一致？持续时间的长短是多少？持续时间的长短是多少？发送时间间隔的大小是多少？发送时间间隔的大小是多少？l为了避免收端与发端的失步，收端与发端的动作必须采取严格的同步措施。3.2.6 数据传输中的同步技术1.1.位同步位同步l“位同步”要求传输的双方能够使用同一个时钟信号进行二

24、进制信号的发送与接收。l实现时钟信号位同步的技术有如下的“外同步”和“内同步”两种：3.2.6 数据传输中的同步技术（1 1）外同步）外同步- -采用单独的数据线传输时钟信号采用单独的数据线传输时钟信号l传输双方间，除了使用一根数据传输线外，还需要使用一根专门的时钟传输线。l这种采用单独同步线的方法就被称为“外同步”。这种方法适用于短距离、高速传输的场合。l原理：将发送端的时钟信号作为基本的时钟信号，通过时钟传输线传到接收端，而接收端一次为依据校正本地时钟，来接收数据，完成按位接收信号的工作。（2 2）内同步）内同步- -采用信号编码的方法传输时钟信号采用信号编码的方法传输时钟信号l当数据传输

25、距离较远时，为了降低投资，除数据传输线外，不再专门铺设专用的时钟传输线路；而采用在传输数据信号时，同时传递位同步信号的方法，这种方法就是“内同步”法。l原理：把时钟信号和数据一起发到接收端，接收端把时钟信号和数据分离，用分离出时钟信号作为工作时钟，达到信号同步。l如，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。443.2.6 数据传输中的同步技术2.2.异步传输与同步传输异步传输与同步传输l采用“字符同步”技术用来保证收发双方能够正确传输每个字符或字符块。l字符同步技术有两种典型技术： “异步传输”和“同步传输”。l在“异步传输” 技术中，采用了“起始位/停止位”l在“同步传输”技术中，采用了起始同步字符

26、/终止同步字符”两种字符同步方式。3.2.6 数据传输中的同步技术（1 1）异步传输方式）异步传输方式l发送端：每传送1个字符（7位或8位）都要在其前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在其后面加1或2个停止位，表示字符结束。l接收端：去除起、止位，中间就是被传输的字符。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。l异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。3.2.6 数据传输中的同步技术图3-14 异步传输方式异步传输方式l如图3-14所示，在被传送的字符前后加起止位，实现的同步传输方式。所以它又称字符同步。3.2.6 数据

27、传输中的同步技术 异步传输的工作特点异步传输的工作特点l异步传输是指发送信息的一端可以在任何时刻向信道发送信息而不管接收方是否准备好。l接收方在收到“起始位”后，即可开始接收信息。 异步传输的应用特点异步传输的应用特点 优点：不需严格位同步；设备简单，技术容易，设备廉价，费用低。 缺点：每传输一个字符，都需要2到3位的附加位（成帧信息），浪费了传输时间，占用了信道的带宽；具有传输速率低、开销大，效率低的特点。异步传输的应用场合异步传输的应用场合l适用于低速通信设备和低速（如101500字符/每秒）通信的场合。如，常用在分时终端（或异步Modem）与计算机的通信。3.2.6 数据传输中的同步技术

28、（2 2）同步传输方式）同步传输方式l同步传输是对一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）进行同步。l对这些数据，不需要附加起始位和停止位，l而是在发送数据前前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。l在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块；l发送数据完毕后完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。3.2.6 数据传输中的同步技术同步传输中大的数据块是一起发送的，在数据块的前后使用一些特殊的字符作为成帧信息；图图3-15 同步传输方式同步传输方式3.2.6 数据传输中的

29、同步技术同步传输的工作特点同步传输的工作特点l由于同步传输大的字符块一起传送，因此接收端和发送端的步调必须保持高度一致。l在同步传输中，不仅字符内部需要“位同步”来保证每位信号的严格同步；还要采用字符同步技术，以便在收发双方之间保持同步传输。同步同步传输传输的的应应用特点用特点l优点：效率比异步传输高，并具有较高的传输速度。l缺点：线路效率较高，也因此加重了DCE（数据通信设备）的负担。实现起来较复杂，同步装置比异步装置要贵很多。如：同步调制解调器就比异步调制解调器贵得多。同步同步传输传输的的应应用用场场合合l主要用在计算机与计算机之间的通信，智能终端与主机之间的通信，以及网络通信等高速数据通

30、信的场合。3.2.6 数据传输中的同步技术（3 3）同步与异步传输的区别）同步与异步传输的区别异步传输是面向字符传输的，而同步传输是面向比特传输的。异步传输的单位是单个字符，而同步传输的单位是大的数据块。异步传输通过传输字符的“起止位”和“停止位”而进行收发双方的字符同步，但不需要每位严格同步；而同步传输不但需要每位精确同步，还需要在数据块的起始与终止位置，进行一个或多个同步字符的双方字符同步的过程。异步传输对时钟精度要求较低，而同步传输则要求高精度的时钟信号。异步传输相对于同步传输有效率较低、速度低、设备便宜、适用低速场合等特点。3.2.7 多路复用技术1.1.多路复用技术概述多路复用技术概

31、述（1 1）多路复用技术的定义）多路复用技术的定义l是指在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术。l因此，多路复用技术就是指在一条物理线路一条物理线路上，同时建立多条逻辑信道多条逻辑信道的技术。（2 2）多路复用技术的实质和研究目的）多路复用技术的实质和研究目的多路复用技术的目的多路复用技术的目的目的：就是充分利用已有传输介质的带宽资源，减少新建项目的投资。实质与实质与工作原理工作原理多路复用技术的实质就是共享物理信道，更加有效地利用通信线路带宽资源。多路复用技术的组成结构参见图3-16。3.2.7 多路复用技术l在发送端，将一个区域的多路用户信息，通过多路复用器（MUX）汇集到一起；然后，

32、将汇集起来的信息群，通过同一条物理线路传送到接收设备的复用器。l在接收端，通过多路复用器（MUX），接收到信息群，并负责分离成单个的信息，并将其一一发送给多个用户。3.2.7 多路复用技术（3 3）多路复用技术的分类）多路复用技术的分类 频分多路复用： FDM。 时分多路复用（静态）： TDM；又称为“同步时分多路复用”。 波分多路复用：WDM。 异步时分多路复用（动态）： ATDM；又称为“统计时分多路多路复用”。 码分多址：CDMA。 空分复用： SDM。每种传输介质的物理性质决定了它的潜在的频带宽度。例如，物理规律限制了电沿着铜线传输的速度，也正如它们限制了能通过一根直径为1英寸的胶皮管

33、传输的水量一样，假如试图引导超过它处理能力的水量这种胶皮管，最后只能是溅你一身水或胶皮管破裂而停止传输水。带宽是对一个介质能传输的最高频率和最低频率之间的差异进行度量；频率通常用H z表示563.2.7 多路复用技术2.2.频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）（1 1）工作原理）工作原理FDM技术将物理信道按频率划分为多个逻辑上的子信道，每个子信道用来传送一路信号，如图图3-3-1717所示。（2 2）FDMFDM逻辑信道与物理信道逻辑信道与物理信道其“物理信道”是指实际复用的真实信道；而“逻辑信道”是指划分出来的每个子信道。在图图3-3-1717所示的网络中，共有3个逻辑信道。（3 3

34、）FDMFDM应用条件应用条件单个信号源所需的带宽大大小于物理信道总带宽。（4 4）FDMFDM的应用特点的应用特点所有用户在同一个时刻，占用了不同的频带带宽资源。FDM适用于传输占用带宽较窄的“模拟信号”，而不适合传输占用带宽很宽的“基带信号”。平时上网最常用的电话线就采取了多路复用技术，在上网的时候，也可以打电话。5859ADSL非对称数字用户线，上行和下行带宽不对称通常ADSL可以提供最高1Mbps的上行速率和最高8Mbps的下行速率（也就是我们通常说的带宽），传统的电话线系统使用的是铜线的低频部分（传统的电话线系统使用的是铜线的低频部分（4kHz4kHz以下频段）。以下频段）。而而AD

35、SLADSL采用采用DMTDMT（离散多音频）技术，将原来电话（离散多音频）技术，将原来电话线路线路4kHz4kHz到到1.1MHz1.1MHz频段划分成频段划分成256256个频宽为个频宽为4.31khz4.31khz的子频带。其中，的子频带。其中，4khz4khz以下频段仍用于传送以下频段仍用于传送POTSPOTS（传统电话业务），传统电话业务），20KhZ20KhZ到到138KhZ138KhZ的频段用来传送的频段用来传送上行信号，上行信号，138KhZ138KhZ到到1.1MHZ1.1MHZ的频段用来传送下行信的频段用来传送下行信号。号。603.2.7 多路复用技术3.2.7 多路复用技

36、术原始波形原始波形频分后波形频分后波形带宽复用后波形带宽复用后波形3.2.7 多路复用技术3. 3. 时分多路复用时分多路复用（1 1）工作原理）工作原理当信道允许的传输速率大大超过每路信号需要的传输速率时，就可以采用时分多路复用TDM技术。将线路传输时间分成一个个互不重叠的时隙（time slot），并按一定规则将这些时隙分配给多路信号，每一路信号在分配给自己的时隙内独占信道进行传输时分多路复用又可分为两类：时分多路复用又可分为两类：同步时分多路复用与异步时分多路复用（又称统计时分多路复用）同步时分多路复用（同步时分多路复用（synchronous TDMsynchronous TDM，ST

37、DMSTDM）：）：将时间片预先分配给各个信道，并且时间片固定不变，因此各个信道的发送与接收必须是同步的优点：时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输优点：时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输缺点：信道与设备利用率低（某路信号没有足够多的数据，它缺点：信道与设备利用率低（某路信号没有足够多的数据，它所对应的信道会出现空闲，而其他有大量数据要发送的繁忙的所对应的信道会出现空闲，而其他有大量数据要发送的繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，由于没有足够多的时间片可利信道无法占用这个空闲的信道，由于没有足够多的时间片可利用而拖很长一段的时间）用而拖很长一段的时间）异步时分多路复用：异步时

38、分多路复用：允许动态地分配时间片优点：提高信道和设备利用率优点：提高信道和设备利用率缺点：技术复杂（需使用保存输入排队信息的缓冲数据存储器和比较复杂的寻缺点：技术复杂（需使用保存输入排队信息的缓冲数据存储器和比较复杂的寻址、控制技术。）址、控制技术。）（2 2）TDMTDM逻辑信道与物理信道逻辑信道与物理信道其“物理信道”是指实际复用的真实信道；而“逻辑信道”是指从宏观上看的每个子信道。图3-18所示系统共有A、B、C 3个逻辑信道，一个物理信道。（3 3）TDMTDM应用条件应用条件TDM的应用条件是单个信号源所需的传输速率大大小于物理信道允许的传输速率。（4 4）TDMTDM应用特点应用特

39、点分时使用物理信道时，每路信号使用每个“时分复用帧”的某一固定序号的时隙组成一个子信道；每个子信道占用的带宽都是一样的。663.2.7 多路复用技术4. 4. 波分多路复用技术（波分多路复用技术（WDMWDM）（1 1）什么是波分复用技术）什么是波分复用技术是指在一根光纤上使用不同波长，同时传送多路光波信号的一种技术。（2 2）WDMWDM的工作原理的工作原理实际上波分复用就是光的频分复用。WDM技术的工作原理如图图3-193-19所示。WDM与FDM使用的技术原理是一样的，只要每个信道使用的频率（即波长）范围各不相同，它们就可以通过一条共享光纤进行远距离的传输。（3 3）WDMWDM的适用场

40、合的适用场合波分多路复用技术适用于使用光纤通道的网络。33、波分复用、波分复用波分复用就是光的频分复用波分复用就是光的频分复用3.2.7 多路复用技术5.5. 其他复用技术其他复用技术码分复用码分复用( (Code Division Multiplexing)Code Division Multiplexing)CDM是适于无线信道使用的复用技术，它是通过不同的编码来区分各路原始信号的一种复用技术。不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配一个独特的“码序列”，该码序列与所有别的码序列都不同此外，还有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和同步码分多址(SC

41、DMA)等多种码分复用技术。 WCDMAWCDMA，全称为全称为Wideband CDMAWideband CDMA，宽频码分多，宽频码分多址复用址复用TD-SCDMATD-SCDMA，全称为，全称为Time Division - Time Division - Synchronous CDMASynchronous CDMA，时分同步，时分同步CDMACDMACDMA2000CDMA2000是由窄带是由窄带CDMA(CDMA IS95)CDMA(CDMA IS95)技术发展技术发展而来的宽带而来的宽带CDMACDMA技术，也称为技术，也称为CDMA Multi-CDMA Multi-Carr

42、ierCarrier采用采用CDMACDMA：可提高通信的语音质量和数据传输的可靠性减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量降低手机的平均发射功率 70713.3.1 传输介质的分类与选择因素1.1.选择传选择传输介质的输介质的分类分类网络中常用的传输介质通常分为有线传输介质和无线传输介质两类，其分类频谱参见表表3-43-4。723.3.1 传输介质的分类与选择因素有线传输介质有：双绞线、同轴电缆和光导纤维3类；无线介质主要有类型有：无线电波中有：短波、中波、超短波、微波；光波中有：远红外线、激光、卫星等类型。由图图3-203-20可知：电磁波谱频率从低到高为：无线电波（含微波）、红外线、可见

43、光、紫外线、X射线和伽马射线。733.3.1 传输介质的分类与选择因素2.2.传输介质的选择因素传输介质的选择因素成本。 安装的难易程度。 容量。衰减及最大距离。 抗干扰能力。网络拓扑结构。 网络连接方式。环境因素。743.3.2双绞线（twisted pairwire）1.双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰,也可以降低多对绞线之间的相互干扰。双绞线分为2种，应用参见图3-21图3-23。75分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）两大类屏蔽双

44、绞线屏蔽双绞线（STP）在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。屏蔽层可减少辐射，防止信息被窃听，也可阻止外部电磁干扰的进入，使屏蔽双绞线比同类的非屏蔽双绞线具有更高的传输速率。非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）由四对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网路和电话线中。非屏蔽双绞线电缆最早在1881年被用于贝尔发明的电话系统中。1900年美国的电话线网络亦主要由UTP所组成，由电话公司所拥有。双绞线常见的有双绞线常见的有：3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线等 3类线：用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE-T以太网 5类线用于语音传输和最高传输速率为

45、1000Mbps的数据传输主要用于100BASE-T和1000BASE-T以太网超5类线：主要用于千兆位以太网（1000Mbps）六类线：该类电缆的传输频率为六类线：该类电缆的传输频率为1MHz1MHz250MHz250MHz，传输性能远远高于超五类标准，最，传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于适用于传输速率高于1Gbps1Gbps的应用。六类与超的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗双工的高速网络应用而言，优良的回

46、波损耗性能是极重要的。性能是极重要的。 通常，计算机网络所使用的是通常，计算机网络所使用的是3 3类线和类线和5 5类类线，其中线，其中10 BASE-T10 BASE-T使用的是使用的是3 3类线，类线，100BASE-T100BASE-T使用的使用的5 5类线。类线。T568A标准和T568B标准 （1 1）直通线（）直通线（Straight CableStraight Cable，又称标准线），又称标准线）两头均按表3-6中568B标准所规定的线序排列方式制作。用于两个不同设备之间的连接。交换机-路由器、计算机-HUB、计算机-交换机间的连接。（2 2）交叉线（）交叉线（Crossove

47、r CableCrossover Cable，又称跳阶线），又称跳阶线）一头按照TIA/EIA 568B标准线序制作；另一头按TIA/EIA 568A标准的线序制作。主要用于两个相同设备之间的连接。如，计算机-计算机、交换机-交换机等。79T568AT568A标准从第标准从第1 1根第根第8 8根线的颜色依次为：根线的颜色依次为：绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白和棕。T568BT568B标准从第标准从第1 1根第根第8 8根线的颜色依次为：根线的颜色依次为：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白和棕。在网络施工接线时，可以随便选择一种标在网络施工接线时，可以随便选择一种标准准一般同网络中所有网线

48、制作采用同一标准，这样比较规范在实际施工布线工程中使用T568B标准的比较多100BASE-T4RJ-45100BASE-T4RJ-45对双绞线的规定如下：对双绞线的规定如下： 1 1、2 2用于发送，用于发送，3 3、6 6用于接收，用于接收，4 4、5 5用于用于语音，语音，7 7、8 8是双向线。是双向线。 1 1、2 2线必须是双绞，线必须是双绞，3 3、6 6双绞，双绞，4 4、5 5双绞，双绞，7 7、8 8双绞。双绞。同轴电缆由里到外分为四层：铜芯，绝缘同轴电缆由里到外分为四层：铜芯，绝缘材料，网状屏蔽层和绝缘外套。中心铜芯和材料，网状屏蔽层和绝缘外套。中心铜芯和网状屏蔽层形成电

49、流回路，因为中心铜芯和网状屏蔽层形成电流回路，因为中心铜芯和网状屏蔽层为同轴关系而得名。网状屏蔽层为同轴关系而得名。3.3.3 同轴电缆 常用的同轴电缆有两大类：常用的同轴电缆有两大类：基带同轴电缆（用于局域网传输数字信号的50的粗缆和50的细缆）宽带同轴电缆（用于宽带传输模拟信号的75电缆）。普通双绞线可以传输普通双绞线可以传输低频与中频低频与中频信号，同信号，同轴电缆可以传输轴电缆可以传输低频到特高频低频到特高频信号，光纤可信号，光纤可以传输以传输可见光信号可见光信号 优点优点： 可以在相对长的无中继器的线路上支可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，距离可以达到几公里，宽带持高带宽

50、通信，距离可以达到几公里，宽带同轴电缆可以支持几十公里。抗干扰能力强，同轴电缆可以支持几十公里。抗干扰能力强，基带同轴电缆误码率低于基带同轴电缆误码率低于1010-7-7，宽带同轴电缆宽带同轴电缆误码率低于误码率低于1010-9-9缺点缺点： 一是体积大，细缆的直径就有一是体积大，细缆的直径就有3/83/8英寸英寸粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能粗，要占用电缆管道的大量空间；二是不能承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损承受缠结、压力和严重的弯曲，这些都会损坏电缆结构，阻止信号的传输；成本高。局坏电缆结构，阻止信号的传输；成本高。局域网发展初期曾采用过同轴电缆，随着技术域网发展初期曾采用

51、过同轴电缆，随着技术进步，逐步被双绞线替代。进步，逐步被双绞线替代。3.3.4光纤（optical fiber）光导纤维电缆通常由一捆纤维组成，因此得名“光缆”。 1.1.光导纤维电缆的物理结构光导纤维电缆的物理结构光缆由纤芯、包层和护套层组成。单芯光纤的结构见图3-26，多芯光纤的结构参见图3-27。2.2.光导纤维电缆的分类与性能参数光导纤维电缆的分类与性能参数 单模式光纤：仅允许一束光通过，只能传输一路信号。 多模式光纤：允许多路光束通过，可传输多路信号。843.3.4 光纤 光纤是由成同心圆的双层透明介质构成的光纤是由成同心圆的双层透明介质构成的一种纤维光纤光缆。使用最广泛的介质材料一

52、种纤维光纤光缆。使用最广泛的介质材料是石英玻璃是石英玻璃(SiO2)(SiO2)。内层介质称为纤芯，其。内层介质称为纤芯，其折射率高于外层介质（称为包层）。一根光折射率高于外层介质（称为包层）。一根光纤中一般有很多芯扎成束。纤中一般有很多芯扎成束。光纤通信的过程：光纤通信的过程： 在发送端首先要把传送的信息（如话在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后

53、把它变换成电接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息信号，经解调后恢复原信息1光纤的通信原理 光纤通信原理：光纤通信原理： 利用光的全反射原理传输信号。由于纤利用光的全反射原理传输信号。由于纤芯的折射率大于发射包层的折射率，根据全芯的折射率大于发射包层的折射率，根据全反射原理，进入纤芯的光到达纤芯与包层交反射原理，进入纤芯的光到达纤芯与包层交界面（简称芯界面（简称芯- -包界面）时的入射角大于全反包界面）时的入射角大于全反射临界角时射临界角时, ,就能发生全反射而无光能量透出就能发生全反射而无光能量透出纤芯，入射光就能在界面经无数次全反射向纤芯，入射光就能在界面经无数次全

54、反射向前传输。前传输。按传播模式分为：按传播模式分为： 单模光纤单模光纤（Single Mode FiberSingle Mode Fiber）和和多模多模光纤光纤 （Multi Mode FiberMulti Mode Fiber） 单模式光纤：仅允许一束光通过，只能传输一路信号。 多模式光纤：允许多路光束通过，可传输多路信号。2光纤的分类 优点：优点：（1 1）通信速度快通信速度快，可以达到可以达到1000mbit/s,1000mbit/s,即即1G/s1G/s，有的，有的10G/s10G/s（2 2）传输距离长传输距离长 ，由于损耗小，可达几十，由于损耗小，可达几十甚至上百千米。甚至上百

55、千米。（3 3）信号干扰小信号干扰小 ，不受电磁干扰，不受电磁干扰（4 4）安全性较好安全性较好 ，无辐射，难以窃听。，无辐射，难以窃听。缺点：缺点：1.1.比其他传输介质贵比其他传输介质贵2.2.安装维护困难安装维护困难3.3.质地脆，机械程度低质地脆，机械程度低3光纤的特点3.3.5 无线网络与无线介质1.1.无线网络和无线传输介质无线网络和无线传输介质无线网络（Wireless LAN）。无线传输介质：无线电波（30MHz 1GHz）、微波（300MHz 300GHz）、红外线和激光。对于无线媒体，发送和接收都是通过天线实现的，发送时，天线将能量发射到空气中，接收时天线从周围空气中获取电磁波2.2.无线传输介质的类型无线传输介质的类型9091（1）无线电波通信：主要用在广播通信中。（2）无线电微波通信：即地面微波接力通信和卫星通信。地面微波系统地面微波系统常用的频率范围是常用的频率范围是2 240GHz40GHz 这种通信方式受地形和天线高度的限制，两站之这种通信方式受地形和天线高度的限制，两站之间的通信距离仅为间的通信距离仅为5050公里左右。因此利用这种通信公里左右。因此利用这