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  • 物理层接口有哪几个方面的特性?各包含些什么内容? (1)机械特性:说明接口所用的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。(2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。(3)...

    物理层的接口有哪几个方面的特性?各包含些什么内容?

    (1)机械特性:说明接口所用的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。

    (2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

    (3)功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。

    (4)规程特性:说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

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  • 物理层

    千次阅读 2015-03-15 12:09:23
    什么是物理层物理层的作用是什么?

      前一篇文章介绍了整个计算机网络体系的结构,这种结构是分层的,所以接下来的文章将会以每一层作为一篇来学习记录。个人理解难免有误,多多包含指正!

       首先是物理层。

       首先要强调指出,物理层考虑的是怎样才能连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。进一步讲就是,物理层的作用是要尽可能的屏蔽掉计算机网络中的硬件设备和传输媒体的差异,毕竟世界上有那么多硬件设备制造商,我们上网使用的手段也很多,硬件当然是种类繁多了。物理层要做的就是尽可能屏蔽掉这种差异,这样就可以使数据链路层只需要考虑如何完成本层次的协议和服务,而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。用于物理层的协议也同常称之为规程。

     

    第一部分  物理层的基本概念

       物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的特性:

            (1)机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚的数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。

            (2) 电器特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。

            (3) 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。

            (4) 过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件出现的顺序。


        学过计算机体系结构或计算机组成原理的都知道,数据在计算机中多采用并行传输方式(因为是在计算机内的传输,不是长途传输所以并行传输是解决传输效率的最直接手段),但是数据在通信线路上传输的方式一般都是串行传输,因为这种传输的距离可能很远这个时候采用并行传输的成本是很高昂的,且要满足并行传输的通信线路将会变得非常复杂。可以看出当我们使用PC上网时,数据的传出方式通常都有两种即并行传输和串行传输,因此物理层还需要解决传输方式的转换。简单解释下并行传输和串行传输:

        (1)并行传输:一个数据包的各位是同时传输的,比如一个六位的二进制比特流101101,在传输时是高位和低位同时传输的,这样的传输效率是相当高的。当然这样做的代价就是需要6条线路,因此,如果是长途通信,比如我在武汉你在深圳我们上网用QQ聊天,如果数据是并行传输,这么远的距离,再加上传输的数据包通常是64、128、256、1024等字节大小(当然还跟操作系统和带宽有关系,后面会说到),一个字节=8位,so如果实现这么远的传输成本就不难想象了。正因如此数据在通信线路上采用串行传输以节省成本。

       (2)串行传输:比特流按照先传输低位再传输高位的原则传输。这样如果是一个字节的数据(8位)就需要分8次传输,因此这样的传输效率并不高,但是目前市场上外部通信都是这种方式。

        在这里拓展下,什么是比特流?数据在我们逻辑意义上都是以1和0的形式存在,在物理意义上就是高电平和低电平的形式存在,数据在传送时,在线路上是以电压的形式传输的,这种说法不太对。初中物理都学过,电路中传输的是子电流啊,电压是表示两端的电势差。没错,我们所说的以电压的形式传输的意思就是(就串行传输来讲):每位的数据在传输时是有一定的时段的,在这个时段如果是“1”表示是高电压,那么该时段就会控制相应的电路产生高电压,如果下个时段是“0”那么就控制输出低电压,至于电压是多大以及表示的什么意思那就是物理层的功能特性所规范的了。大二的时候电子电路、模电没学好。。也就理解这么深了。不过要知道的是,1和0的本质在具体表现皆为高低电压。


     第二部分 数据通信的基础知识

          一个数据通信系统可划分位三大部分,即源系统(或发送端、发送方)、传输系统、目的系统。

         源系统包括以下部分:

        (1)源点:源点设备产生要传输的数据,例如,从PC机的键盘输入汉子,PC机产生输出的数字比特流,源点又称为信源。

        (2)发送器:通常源点生成数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输,典型的发送器就是调制器。很多PC机使用内置的调制解调器(包含调制器和解调器),用户在PC机外面是看不到调制解调器的

        目的系统包括以下部分:

       (1) 接收器:接收传输系统传送过来的信号,,并把它转换位能够被目的设备处理的信息,典型的接收器就是解调器,它把来自传输线路上的模拟信号进行解调,提取出在发送端置入的消息,还原出发送端产生的数字比特流。

        下面介绍常用的名词概念

        消息:通信的目的是传送消息,如话音、文字。图像等。

        数据:是运送消息的实体。

        信号:是数据的电气的或电磁的表现,我们通常说的传输的数据就是以这种信号来传递的。

    信号分下面两类:

       模拟信号:也叫连续信号,代表消息的参数的取值是连续的。

       数字信号:也叫离散信号,代表消息的参数的取值是离散的。(离散数学老师表示我教过你们这么课 - -、)。在使用时间域的波形表示数据信号时,则代表不同离散数值的基本波形就称为码元。在使用二进制编码时,只有两种码元,一种代表0状态而另一种代表1状态。

       信道的概念

       很多情况下我们要使用信道这个名词。信道和电路并不等同,信道一般都是用来表示向某一个方向传送消息的媒体。因此,一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。从双方通信的方式来看,分为单向通信(几只能有一个方向通信没有反方向的通信),双向交替通信、双向同时通信。

       来自信号源的信号通常称为基带信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而很多信道并不能传输这种低频分量或直流分量,为了解决这个问题,就必须对基带信号进行调制。

        调制可分为两大类:

        (1) 基带调制:仅仅时对基带信号的波形进行变化,使他能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然时基带信号。

        (2)带通调制:使用载波进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便较高的频段在信道中传输,这种调制后,仅仅允许一段频率范围内能够通过信道。带同调制包括调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)。

         什么是信道的极限容量?

        实际上,在任何信道中传输数据都是不理想的,在传输过程中会产生各种失真,我们知道,数字通信的有点就是在接收端只要我们能够从失真的波形识别出原来的信号,那么这种失真对通信质量就没有影响。。但是如果失真很严重,在接收端无法识别码元是1还是0,那就无法识别了。码元的传输速率越高,或心好好传输的距离越远,或噪声干扰越大,或传输媒体质量越差,在接收端的波形失真越严重。

       具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。如果信号中额度高频分量在传输时收到衰减,那么在接收端收到的波形前沿和后沿就会变得不那么陡峭了,每一个码元所占的时间接线也不再时和明确的,而是前后都拖了一条“尾巴”。也就是说,扩散了的码元波形所占的时间也变得更宽了。这样,在接收端收到的信号波形就市区了码元之间的清晰界限了,这种现象就是“码间串扰”。严重的码间串扰使得本来分的很清楚的一串码元变得模糊而无法识别。

       为了避免码间串扰,码元的传输速率就有必要受到限制,这就是码元传输速率的上限值。要记住:在任何信道中,码元传输的速率时有上限的,传输速率超过此上线就会出现严重的码间串扰问题,使接收端对码元的判决称为不可能。

      至于信噪比、香农公式就不提了。只需要知道,香农公式表明:信道的带宽或信道中的信噪比越大、信息的极限传输速率就越高。


    第三部分  物理层下面的传输媒体

       传输媒体,也称为传输介质或传输媒体介质,他就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类,即导向传输媒体和非导向传输媒体。在导向传输媒体中,电磁波导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播。而非导向传输媒体就是指自由控件,称之为无线传输。

       导向传输媒体:

        (1) 双绞线:使用铜导线制成,通信距离一般在几到十几公里,对于模拟传输,如果距离太长就要加放大器(模电中的概念...表示已哭瞎)以便耍贱了的信号放大到合适的数值。对于数字传输,如果距离太大就需要加中继器。

        (2)同轴电缆:由内道题铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导屏蔽层组成,具体百度谷歌之。

        (3)光缆:我们很熟悉的概念,就是光纤(来 跟我一起念 :xian.....)通信。光纤是由石英玻璃制成。具体百度谷歌之。


    第四部分  信道复用技术

        复用是通信技术中的基本概念。

        假设有A1、B1、C1分别使用单独的信道和A2、B2、C2进行通信,总共需哟啊三个信道。但是如果在发送端使用一个复用器,就可以让大家合起来使用一个共享信道进行通信。在接收端再使用分用器,把合起来传输的信息分别送到相应的终点。

        频分复用(FDM):简单,用户在分配到频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。可见频分复用是所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(这里的带宽是指频率的带宽而不是数据的发送速率)。

       时分复用(TDM):时分复用将时间划分为一段段登场的时分复用帧(TDM帧),每一个时分复用的用户在每一个TDM帧占用固定序号的时隙。可见时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

       在进行通信时,复用器和分用器都是成对的使用,在复用器和分用器之间时用户共享的告诉信道。另外还有波分复用(WDM)、码分复用(CDM)etc.具体百度谷歌之。


    第五部分  宽带接入技术

        首先要明确,什么是宽带?宽带没有明确的定义,一般是指数据传输速率超过56kb/s(有的认为要达到1m或2m)就是宽带。

        现在,宽带技术基本上我们没家都在使用。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,使他能够承载宽带业务。xDSL有几种类型,其中ADSL是非对称数字用户线,是告诉用户数字线。。。

        不多说,具体百度谷歌之。。。

      这里说下工作在物理层的几个常用组件:调制解调器、集线器。

        (1)调制解调器:连入网络后,当PC机向Internet发送信息时,由于电话线路传输的是模拟信号,所以必须要用调制解调器来把数字信号翻译"成模拟信号,才能传送到Internet上,这个过程叫做"调制"。当PC机从Internet获取信息时,由于通过电话线路从Internet传来的信息都是模拟信号,所以PC机想要看懂它们,还必须借助调制解调器这个“翻译”,这个过程叫作“解调”。总的来说就称为“调制解调”。当然了调制解调器的相应驱动也是关键。

        (2)集线器:集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于物理层。

       下一章说数据链路层。



                         


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  • 物理层协议

    千次阅读 2019-03-23 21:42:53
    百度百科 Table of Contents ...物理层(或称物理层,Physical Layer)是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除,而提供具有机械的,电子的,...

    百度百科

    Table of Contents

    介绍

    主要功能

    组成部分

    重要内容

    重要标准

    特性

    接口协议

    通信硬件

    编程方法

    DOS通信

    PC通信

    BIOS

    常见的物理层设备

    参考资料


    介绍

    物理层(或称物理层,Physical Layer)是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除,而提供具有机械的,电子的,功能的和规范的特性。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网广域网皆属第1、2层。

    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。如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层,那就是“信号介质”。

    OSI采纳了各种现成的协议,其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。 [1] 

    主要功能

    物理层要解决的主要问题:

    (1)物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体,通信手段的不同,使数据链路层感觉不到这些差异,只考虑完成本层的协议和服务。

    (2)给其服务用户(数据链路层)在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力,为此,物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。 (3)在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。 [2] 

    物理层主要功能:为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。

    1.为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接。所谓激活,就是不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路。

    2.传输数据,物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过,二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或全双工,同步或异步传输的需要。

    3. 完成物理层的一些管理工作。 [3] 

    组成部分

    物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE即数据终端设备,又称物理设备,如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备,如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE──DCE,再经过DCE──DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置,如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头,接收器,发送器,中继器等都属物理层的媒体和连接器。 [4] 

    重要内容

    物理层的接口的特性

    (1) 机械特性

    指明接口所用的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。

    (2) 电气特性

    指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

    (3) 功能特性

    指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。

    (4)规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

    物理层的主要特点:

    (1)由于在OSI之前,许多物理规程或协议已经制定出来了,而且在数据通信领域中,这些物理规程已被许多商品化的设备所采用,加之,物理层协议涉及的范围广泛,所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议,而是沿用已存在的物理规程,将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械,电气,功能和规程特性。

    (2)由于物理连接的方式很多,传输媒体的种类也很多,因此,具体的物理协议相当复杂。 [2] 

    信号的传输离不开传输介质,而传输介质两端必然有接口用于发送和接收信号。因此,既然物理层主要关心如何传输信号,物理层的主要任务就是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性。

    1.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,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。这很像平时常见的各种规格的电源插头,其尺寸都有严格的规定。

    已被ISO 标准化了的DCE接口的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。

    DTE(Data Terminal Equipment,数据终端设备,用于发送和接收数据的设备,例如用户的计算机)的连接器常用插针形式,其几何尺寸与.DCE(Data Circuit-terminating Equipment,数据电路终接设备,用来连接DTE与数据通信网络的设备,例如Modem调制解调器)连接器相配合,插针芯数和排列方式与DCE连接器成镜像对称。

    2.电气特性

    规定了在物理连接上,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、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。

    3.功能特性

    指明物理接口各条信号线的用途(用法),包括:接口线功能的规定方法,接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。

    4.规程特性

    指明利用接口传输比特流的全过程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,即在物理连接建立、维持和交换信息时,DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。

    以上4个特性实现了物理层在传输数据时,对于信号、接口和传输介质的规定。

    重要标准

    物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在应用了,

    OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果。下面将一些重要的标准列出,以便读者查阅。

    ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE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:称为"数据通信----34芯DTE/DCE----接口连接器和插针分配"。

    ISO4902:称为"数据通信----37芯DTE/DEC----接口连接器和插针分配"。与EIARS-449兼容。

    CCITT V。24:称为"数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备之间的接口电路定义表"。其功

    能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上。

    特性

    反映在物理接口协议中的物理接口的4个特性是机械特性、电气特性、功能特性与规程特性。:

    (1)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。这很像平时常见的各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定

    (2)电气特性, 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

    物理层的电气特性规定了在物理连接上传输二进制位流时线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输速率和距离的限制等.早期的电气特性标准定义物理连接边界点上的电气特性,而较新的电气特性标准定义的都是发送器和接收器的电器特性,同时还给出了互连电缆的有关规定.比较起来,较新的标准更有利于发送和接收线路的集成化工作.物理层接口的电气特性主要分为三类:非平衡型,新的非平衡型和新的平衡型。

    非平衡型的信号发送器和接收器均采用非平衡方式工作,每个信号用一根导线传输,所有信号共用一根地线.信号的电平是用+5V~+15V,表示二进制"0",用-5V~-15V,表示二进制"1".信号传输速率限于20Kbps以内,电线长度限于15M以内.由于信号线是单线,因此线间干扰大,传输过程中的外界干扰也很大。

    在新的非平衡型标准中,发送器采用非平衡方式工作.接收器采用平衡方式工作(即差分接收器).每个信号用一根导线传输.所有信号共用两根地线,即每个方向一根地线.信号的电平使用+4v~+6v表示二进制"0",用-4V~-6V表示二进制"1".当传输距离达到1000M时,信号传输速率在3kbps以下,随着传输速率的提高,传输距离将缩短.在10M以内的近距离情况下,传输速率可达300kbps。由于接收器采用差分方式接收,且每个方向独立使用信号地,因此减少了线间干扰和外界干扰.

    新的平衡型标准规定,发送器和接收器均以差分方式工作,每个信号用两根导线传输,整个接口无需共用信号就可以正常工作,信号的电平由两根导线上信号的差值表示.相对于某一根导线来说,差值在+4V~+6V表示二进制"0",差值在-4V~-6V表示二进制"1".当传输距离达到1000M时,信号传输率在100kbps以下;当在10m以内的近距离传输时,速率可达10Mbps。由于每个信号均使用双线传输,因此线间干扰和外界干扰大大削弱,具有较高的抗共模干扰能力。

    (3)功能特性,规定了接口信号的来源、作用以及其他信号之间的关系。即物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为数据线、控制线、定时线和地线。

    DTE/DCE标准接口的功能特性主要是对各接口信号线作出确切的功能定义,并确定相互间的操作关系。对每根接口信号线的

    定义通常采用两种方法:一种方法是一线一义法,即每根信号线定义为一种功能,CCITT V24、EIA RS-232-C、EIA RS-449等都采用这种方法;另一种方法是一线多义法,指每根信号线被定义为多种功能,此法有利于减少接口信号线的数目,它被CCITT X。21所采用。

    接口信号线按其功能一般可分为接地线数据线控制线、定时线等类型。对各信号线的命名通常采用数字、字母组合或英文缩写三种形式,如EIA RS-232-C采用字母组合,EIA RS-449采用英文缩写,而CCITT V。24则以数字命名。在CCITT V。24建议中,对DTE/DCE接口信号线的命名以1开头,所以通常将其称为100系列接口线,而用于DTE/ACE接口信号线命名以2开头,故将它称做200系列接口信号线。

    (4)规程特性, 定义了再信号线上进行二进制比特流传输的一组操作过程,包括各信号线的工作顺序和时序,使得比特流传输得以完成。

    DTE/DCE标准接口的规程特性规定了DTE/DCE接口各信号线之间的相互关系、动作顺序以及维护测试操作等内容。规程特性反映了在数据通信过程中,通信双方可能发生的各种可能事件。由于这些可能事件出现的先后次序不尽相同,而且又有多种组合,因而规程特性往往比较复杂。描述规程特性一种比较好的方法是利用状态变迁图。因为状态变迁图反映了系统状态的变迁过程,而系统状态迁移正是由当前状态和所发生的事件(指当时所发生的控制信号)所决定的。

    不同的物理接口标准在以上4个重要特性上都不尽相同。实际网络中比较广泛使用的是物理接口标准有EIA-232-E、EIA RS-449和CCITT的X。21建议。EIA RS-232C仍是目前最常用的计算机异步通信接口。

    接口协议

    1. 电话网络modems-V。92

    2. IRDA物理层

    3. USB物理层

    4. EIARS-232,EIA-422,EIA-423,RS-449,RS-485

    5. Ethernet physical layerIncluding10BASE-T,10BASE2,10BASE5,100BASE-TX,100BASE-FX。100BASE-T,1000BASE-T,1000BASE-SX还有其他类型

    6. Varieties of802。11Wi-Fi物理层

    7. DSL(DSL包括ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非对称数字用户线)、RADSLHDSLVDSL等等)

    8. ISDN(综合业务数字-Integrated Services Digital Network)

    9. T1 and otherT-carrierlinks, and E1 and otherE-carrierlinks

    10. SONET/SDH:SONET (Synchronous Optical Network)同步光纤网络

    11. Optical Transport Network(OTN):是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网,是下一代的骨干传送网。

    12. GSMUm air interface物理层

    13. Bluetooth物理层

    14. ITURecommendations: seeITU-T

    15. IEEE 1394 interface

    16. TransferJet物理层:无线传输技术

    17. Etherloop

    18. ARINC 818航空电子数字视频总线:现有民航客机的机载无线电系统均为arinc公司。发动机数据传输的acarcs系统也由它来提供

    19. G。hn/G。9960物理层

    20. CAN bus(controller area network)物理层

    DSL的中文名是数字用户线路,是以电话线为传输介质的传输技术组合。DSL技术在传递公用电话网络的用户环路上支持对称和非对称传输模式,解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶颈问题。由于DSL 接入方案无需对电话线路进行改造,可以充分利用可以已经被大量铺设的电话用户环路,大大降低额外的开销。因此,利用铜缆电话线提供更高速率的因特网接入,更受用户的欢迎,得到了各个方面的重视,在一些国家和地区得到大量应用。

    综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,ISDN)是一个数字电话网络国际标准,是一种典型的电路交换网络系统。在ITU的建议中,ISDN是一种在数字电话网IDN的基础上发展起来的通信网络,ISDN能够支持多种业务,包括电话业务和非电话业务。

    TransferJet,一种近距离无线传输技术标准,由索尼公司研发,于2008年发表。TransferJet技术,类似于近场通讯技术,能让两个贴近的电子装置,以点对点方式,高速交换资料。它的传输率可以达到375Mbps,主要运作于560MHz频带中,采用4.48GHz频道。它与其他近场通讯技术的主要不同,在于它采取电感磁场原理,而不是无线电频率的技术来实做,这让它不会受到其他无线技术的干扰或退化现象。

    Etherloop 是一“下一代”DSL 结合特点的技术 以太网 并且DSL。 它允许声音的组合和数据传输在标准电话线。 在合适条件下它将准许6兆的速度每秒在距离21,000英尺。

    EtherLoop采用了点到点方式,即在中心局和用户之间定义一个“主端”,另一个为“从端”,从端只能在主端允许的时候发送消息,这样就高效低解决了所有的碰撞问题,在本质上是一种星形的网络拓扑结构。

    EtherLoop还利用了半双工以太网灵活的对称性,也就是说每个方向上传输的时间和该方向上提供的信息流量是成正比的。并不将固定的上/下行带宽分配给用户,而是根据用户的实际流量来动态分配带宽。

    EtherLoop使用了独一无二的“频率管理(SpectrumManager)”软件
      1、在发送端静默的时期内进行信号质量的监控,测量出串话和干扰的大小,设备能够通过不断地改变内部频率来降低串话和干扰。
      2、采用比特率调整技术来实现这一功能;
      3、调制解调器可以通过比特率调整来及时适应它收到的或是产生的噪声,从而提高了调制解调器的发送质量,降低了同一个电缆束中的相互干扰。

     

    通信硬件

    物理层常见设备有:网卡光纤、CAT-5线(RJ-45接头)、集线器有整波作用、Repeater加强信号、串口、并口等。

    通信硬件包括通信适配器(也称通信接口)和调制解调器(MODEM)以及通信线路。从原理上讲,物理层只解决DTE和DCE之间的比特流传输,尽管作为网络节点设备主要组成部分的通信控制装置,其本身内涵在物理层、数据链路层、甚至更高层,在内容上分界并不很分明,但它所包含的MODEM接口比特的采样发送、比特的缓冲等功能是确切属于物理层范畴的。为了实现PC机与调制解调器或其它串行设备通信,首先必须使用电子线路将PC机内的并行数据转成与这些设备相兼容的比特流。除了比特流的传输之外,还必须解决一个字符由多少个比特组成及如何从比特流中提取字符等技术问题,这就需要使用通信适配。通信适配器可以认为是用于完成二进制数据的串、并转换及一其它相关功能的电路通信适配器按通信规程来划分可分为TTY(Tele Type Writer,电传打字机)、BSC(Birary Synchronous Commuication,二进制同步通信)和HDLC(High-level Data link Control,高级数据链路控制)三种。

    IBM PC 异步通信适配器:使用TTY规程的异步通信适配采用RS-232C接口标准。这种通信适配器除可用于PC机联机通信外,还可以连接各种采用RS-232C接口外部设备。例如,可连接采用RS-232C接口的鼠标器、数字化仪等输入设备;可连接采用RS-232C接口的打印机、绘图仪及CRT显示器等各种输出设备。可见,异步通信适配器的用途是很广泛的。异步通信规程将每个字符看成一个独立的信息,字符可顺序出现在比特流中,字符与字符间的间隔时间是任意的(即字符间采用异步定时),但字符中的各个比特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时和字符中比特之间的同步定时,是异步传输规程的特征。

    1. 异步传输规程中的每个字符均由四个部分组成:

    2. 1位起始位:以逻辑“0”表示,通信中称“空号”(SPACE)。

    3. 5~8位数据位:即要传输的内容。

    4. 1位奇/偶检验位:用于检错。

    5. 1~2位停止位:以逻辑“1”表示,用以作字符间的间隔。这种传输方式中,每个字符以起始位和停止位加以分隔,故也称“起--止”式传输。串行口将要发送的数据中的每个并行字符,先转换成串行比特串,并在串前加上起始位,串后加上检验位和停止位,然后发送出去。接收端通过检测起始位,检验位和停止位来保证接收字符中比特串的完整性,最后再转换成并行的字符。串行异步通信适配器本身就象一个微型计算机,上述功能均由它透明地完成,不须用户介入。早期的异步通信适配器被做成单独的插件板形成,可直接插在PC机的系统扩充槽内供使用,后来大多将异步通信适配器与其他适配器(如打印机、磁盘驱动器等的适配器)做在一块称作多功能板的插件板上。也有一些高档微机,已将异步通信适配器做在系统主板上,作为微机系统的一个常规部件。

    编程方法

    PC机的异步串行通信编程方法内容包括DOS、WINDOWS和BIOS级PC通信、基于异步通信与器的系统的PC通信以及通信编程方法。

    DOS通信

    PC机一般常有两个异步串行端口,分别称作COM1和COM2,它们都符合RS-232C标准。在DOS操作系统中,COM1、COM2被作为I/O设备进行管理,COM1、COM2便是它们的逻辑设备名。据此,DOS便可通过对COM1、COM2操作实现异步串行通信。DOS的MODE命令可用以设置异步串行端口参数,DOS的COPY命令允许将异步串行端口作为一个特殊的"文件",进行数据传输。下面举一个利用DOS的MODE、COPY命令,进行双机键盘输入字符传输的例子。 MODE命令的格式如下:

    MODE 端口名:速率,校验方式,数据位数,停止位位数

    其中端口名为COM1或COM2;传输速率可选110、150、300、600、1200、2400、4800或9600bps;校验方式为E(偶校验)、(奇校验)或N(无校验);数据位数为7或8位;停止位位数为1或2位。通信双方设置的参数应一致,如双方都打入如下命令:MODE COM1:1200,E,7,1则表示双方以COM1为异步通信端口以1200bps、偶校、7位数据位、1位停止位的设置参数进行通信。DOS中有一标准控制台COM,实际上作输入时COM即键盘,作输出时COM即显示器。 [1] 

    准备发送的PC机执行如下命令:COPY CON:COOM1:表示将从键盘收到的信息通过COM1串行口发送。

    准备接收的PC机执行如下命令:COPY COM1:CON:则表示将接收来自COM1串行口信息,并在显示器上显示。

    两台PC机分别执行完上述命令后,在发送方键盘上输入的字符便会在接收方显示器上显示出来。上面介绍的是用DOS的MODE、COPPPY命令实现的最简单的PC通信。在MS-DOS的高版本中(例如MS-DOS V6。0)还提供了一条命令,叫作INTERLNK,实际上它是一个通信程序。使用INTERLNK命令和一根连接两台PC机串行端口的电缆,可以使一台PC机从另一台PC机的磁盘驱动器中存取数据并运行程序,无需再使用软盘拷贝文件。用以键入命令的PC机叫客户机(Client),与客户机相连的PC机叫服务器(Server)。客户机使用服务器的驱动器和打印机,服务器显示两台PC 机的连机状态。

    当两台PC机被INTERLNK连接以后,服务器上的驱动器便以扩驱动器的形式映象到客户机上,若两台PC机原来均有A、B、C三个驱动器,则连接后客户机除了自身的三个驱动器外,又多了E、F、G(服务器驱动器映象)三个扩展驱动器,客户机可以象使用自己的驱动器一样使用这些扩展驱动器。使用INTERLNK时,每台PC机上至少要有一个空闲的串行口,还要一根3号线或7号线的零调制解调器(Null MODEM)串行电缆线,客户机上至少有16K空闲内存,服务器上至少有130K空闲内存

    在客户机的CONFIG系统配置文件。SYS中添加如下命令:devive=c:\dos\interlnk。exe/drives:5

    再重新启动客户机,便可装入INTERLNK。这里假设interlnk。exe存于客户机C驱动器的DOS子目录中,/drives:5参数用于映象5个服务器驱动器,缺省情况下为3个驱动器。服务器上启动INTERLNK不需要其CONFIG。SYS作任何改动,只需在DOS命令提示符下键入intersvr即可。此时,屏幕底部出现一行状态信息,显示INTERLNK的连接状态。

    PC通信

    Microsoft Windows的应用程序Terminal允许用户PC机与其它计算机连接并交换数据,也可仿真为将与之交换数据的远程计算机所要求的终端类型。下面给出一台PC机应用WINDOWS的Terminal从具有连机服务的远程系统读取文件的通信过程

    打开终端——使用设置(Settings)菜单设置参数——查阅文件——使用传输(Transfers)菜单接收一个文件——与远程计算机脱机——使用phone菜单挂起调制解调器——使用文件(File)菜单存储文件——退出终端

    BIOS

    在PC机的基本输入输出系统(BIOS)中的中断14H提供了异步串行端口的服务功能,通过INT 14H提供的四种功能,可访问串行通信端口,实现连机通信。INT 14H的串行口功能为。 [4] 

    常见的物理层设备

    参考资料

    • 1.  肖宛阳. 通信与信息系统:解放军信息工程大学,2013
    • 2.  第二章 物理层  .百度文库.2012-04-25[引用日期2015-03-03]
    • 3.  James F.Kurose著 陈鸣译.《计算机网络》:机械工业出版社,2009
    • 4.  雷震甲 吴晓葵 严体华.网络工程师教程:清华大学出版社,2011年:25

     

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  • 【计算机网络】谢希仁笔记 物理层

    千次阅读 2019-03-02 14:52:42
    大纲: ...用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。 (二)物理层的主要任务 确定与传输媒体的接口的一些特性。 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、...

    大纲:

    一、物理层的基本概念

    (一)基本概念

    物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。
    物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
    用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。
     

    (二)物理层的主要任务

    确定与传输媒体的接口的一些特性。

    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。
    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。
    过程特性 :指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 

     

    二、数据通信的基础知识

    (一)数据通信系统的模型

    一个数据通信系统包括三大部分:源系统(或发送端、发送方)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端、接收方)。
     

    常用术语: 

    数据 (data) —— 运送消息的实体。
    信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。 
    模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的取值是连续的。 
    数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值是离散的。 
    码元 (code) —— 在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。
     

    (二)有关信道的几个基本概念

    信道 —— 一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
    单向通信(单工通信)——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
    双向交替通信(半双工通信)——通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
    双向同时通信(全双工通信)——通信的双方可以同时发送和接收信息。 
    基带信号(即基本频带信号)—— 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
    基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。   
    调制分为两大类:
    (1)基带调制:仅对基带信号的波形进行变换,使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。
    (2)带通调制:使用载波 (carrier)进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,这样就能够更好地在模拟信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道) 。
    带通信号 :经过载波调制后的信号。

    1.常用的编码方式:

    (1)不归零制:正电平代表 1,负电平代表 0。
    (2)归零制:正脉冲代表 1,负脉冲代表 0。
    (3)曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表 0,位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
    (4)差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0,而位开始边界没有跳变代表 1。

     

    从信号波形中可以看出,曼彻斯特 (Manchester) 编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。
    从自同步能力来看,不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率(这叫作没有自同步能力),而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。
     

    2.基本的带通调制方法

    基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题,就必须对基带信号进行调制 (modulation)。 
    最基本的二元制调制方法有以下几种:
    (1)调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。 
    (2)调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。
    (3)调相(PM) :载波的初始相位随基带数字信号而变化。  
     

     

    (三)信道的极限容量

    任何实际的信道都不是理想的,在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。 
    码元传输的速率越高,或信号传输的距离越远,或传输媒体质量越差,在信道的输出端的波形的失真就越严重。 
     

    从概念上讲,限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个:
    信道能够通过的频率范围
    信噪比
    1.信道能够通过的频率范围

    具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。
    1924年,奈奎斯特 (Nyquist) 就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。

    在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。
    如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高频分量越多,那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。  
     

    2.信噪比

    噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。
    噪声是随机产生的,它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。
    但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强,那么噪声的影响就相对较小。
    信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N,并用分贝 (dB) 作为度量单位。即:
            信噪比(dB) = 10 log10(S/N)    (dB) 
    例如,当 S/N = 10 时,信噪比为 10 dB,而当 S/N = 1000时,信噪比为 30 dB。  
     

    1984年,香农 (Shannon) 用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率(香农公式)。
    信道的极限信息传输速率 C 可表达为:
            C = W log2(1+S/N)    (bit/s) 
    其中:

    W 为信道的带宽(以 Hz 为单位);
    S 为信道内所传信号的平均功率;
    N 为信道内部的高斯噪声功率。  

    香农公式表明:

    信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高。 
    只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 
    若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限(当然实际信道不可能是这样的),则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。

    实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。  

    请注意:

    对于频带宽度已确定的信道,如果信噪比不能再提高了,并且码元传输速率也达到了上限值,那么还有办法提高信息的传输速率。
    这就是:用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。 
     

    三、物理层下面的运输载体

    传输媒体也称为传输介质或传输媒介,它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
    传输媒体可分为两大类,即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
    在导引型传输媒体中,电磁波被导引沿着固体媒体(铜线或光纤)传播。
    非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中,电磁波的传输常称为无线传输。
     

    (一)导引型传输媒体(重点在光纤)

    1.双绞线

    • 最常用的传输媒体。
    • 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,其通信距离一般为几到十几公里。
    • 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)  :带金属屏蔽层
    • 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 
       

    双绞线标准:

    2.同轴电缆

    • 同轴电缆具有很好的抗干扰特性,被广泛用于传输较高速率的数据。
    • 同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。
    • 50 欧同轴电缆 —— LAN / 数字传输常用
    • 75 欧 同轴电缆 —— 有线电视 / 模拟传输常用
       

    3.光缆

    • 光纤是光纤通信的传输媒体。
    • 由于可见光的频率非常高,约为 108 MHz 的量级,因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

    光线在光纤中的折射:

    光纤的工作原理:

    多模光纤与单模光纤:

    (1)多模光纤 
    可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤。

    (2)单模光纤
    若光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那样,它可使光线一直向前传播,而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤。

    光纤通信中使用的光波的波段:

    常用的三个波段的中心分别位于 850 nm, 1300 nm 和 1550 nm。
    所有这三个波段都具有 25000~30000 GHz 的带宽,可见光纤的通信容量非常大
     

    光纤优点

    (1) 通信容量非常大。
    (2) 传输损耗小,中继距离长。
    (2) 抗雷电和电磁干扰性能好。
    (3) 无串音干扰,保密性好。
    (4) 体积小,重量轻。
     

    (二)非引导性传输媒体

    将自由空间称为“非导引型传输媒体”。
    无线传输所使用的频段很广。
    短波通信(即高频通信)主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差,传输速率低。
    微波在空间主要是直线传播。
    传统微波通信有两种方式: (1)地面微波接力通信 (2)卫星通信  

    无线局域网使用的 ISM 频段 

     

    四、信道复用技术

    (一)频分复用、时分复用和统计时分复用

    复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。
    它允许用户使用一个共享信道进行通信,降低成本,提高利用率。


    1.频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing) 

    将整个带宽分为多份,用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。
    频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意,这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。 
     

     

    2.时分复用TDM (Time Division Multiplexing) 

    时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
    每一个用户所占用的时隙是周期性地出现(其周期就是 TDM  帧的长度)。
    TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
    时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
     

    时分复用可能会造成线路资源的浪费 

    使用时分复用系统传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性质,用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。
     

     

    3.统计时分复用 STDM (Statistic TDM)  

    (二)波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)  

     

    (三)码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)  

    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,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。 
     

    关于码片序列(chip sequence) 

    每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片 (chip)。
    每个站被指派一个唯一的 m bit 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,S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

    • 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 站的码片序列:(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)     


    码片序列实现了扩频

    假定S站要发送信息的数据率为 b bit/s。由于每一个比特要转换成 m 个比特的码片,因此 S 站实际上发送的数据率提高到 mb bit/s,同时 S 站所占用的频带宽度也提高到原来数值的 m 倍。
    这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一种。
    扩频通信通常有两大类:

    • 一种是直接序列扩频DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum),如上面讲的使用码片序列就是这一类。
    • 另一种是跳频扩频FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。
       

    CDMA 的重要特点:

    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)。
    在实用的系统中是使用伪随机码序列。 
     

    码片序列的正交关系 :

    正交关系的另一个重要特性

    CDMA的工作原理:

     

    五、数字传输系统

    在早期电话网中,从市话局到用户电话机的用户线是采用最廉价的双绞线电缆,而长途干线采用的是频分复用 FDM 的模拟传输方式。
    与模拟通信相比,数字通信无论是在传输质量上还是经济上都有明显的优势。
    目前,长途干线大都采用时分复用 PCM 的数字传输方式。
    脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。
     

    由于历史上的原因,PCM 有两个互不兼容的国际标准:

    • 北美的 24 路 PCM(简称为 T1)
    • 欧洲的 30 路 PCM(简称为 E1)

    我国采用的是欧洲的 E1 标准。
    E1 的速率是 2.048 Mbit/s,而 T1 的速率是 1.544 Mbit/s。
    当需要有更高的数据率时,可采用复用的方法。   
     

    旧的数字传输系统存在许多缺点

    最主要的是以下两个方面: 
    1.速率标准不统一
    如果不对高次群的数字传输速率进行标准化,国际范围的基于光纤高速数据传输就很难实现。 
    2.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。  
    当数据传输的速率很高时,收发双方的时钟同步就成为很大的问题。 
     

    同步光纤网 SONET

    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。 
    SONET 为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构

    • 对电信号称为第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal),其传输速率是 51.84 Mbit/s。
    • 对光信号则称为第 1 级光载波 OC-1 (OC 表示Optical Carrier)。

    现已定义了从 51.84 Mbit/s (即OC-1) 一直到 9953.280 Mbit/s (即 OC-192/STS-192) 的标准。  
     

    同步数字系列 SDH 

    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。
    其主要不同点是:SDH 的基本速率为 155.52 Mbit/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。   
     

    SONET / SDH 标准的意义

    使不同的数字传输体制在 STM-1 等级上获得了统一。
    第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。
    已成为公认的新一代理想的传输网体制。
    SDH 标准也适合于微波和卫星传输的技术体制。
     

    六、宽带接入技术

    宽带接入技术

    用户要连接到互联网,必须先连接到某个 ISP。
    在互联网的发展初期,用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到 ISP 的,电话用户线接入到互联网的速率最高只能达到 56 kbit/s。
    美国联邦通信委员会 FCC 认为只要双向速率之和超过 200 kbit/s 就是宽带。
    从宽带接入的媒体来看,可以划分为两大类:

    • 有线宽带接入
    • 无线宽带接入

    下面讨论有线的宽带接入。

    (一)ADSL 技术

    非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 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。
    标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400 Hz 的范围内,但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。
    ADSL 技术就把 0~4 kHz 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 (Digital Subscriber Line) 的缩写。
     

    DSL 的几种类型 :

    ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line):非对称数字用户线
    HDSL (High speed DSL):高速数字用户线
    SDSL (Single-line DSL):1 对线的数字用户线
    VDSL (Very high speed DSL):甚高速数字用户线
    DSL (Digital Subscriber Line) :数字用户线。
    RADSL (Rate-Adaptive DSL):速率自适应 DSL,是 ADSL 的一个子集,可自动调节线路速率)。 
     

    ADSL 的传输距离

    ADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细,信号传输时的衰减就越大)。
    ADSL 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 ~ 2.0 Mbit/s 时可传送 5.5 公里,但当传输速率提高到 6.1 Mbit/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 6.1 Mbit/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 (Discrete Multi-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 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 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 4 kHz 带宽(严格讲是 4.3125 kHz),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 :

    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 32 kbit/s 到 6.4 Mbit/s 之间,而上行数据率在 32 kbit/s 到 640 kbit/s 之间。
     

    ADSL组成:

    第二代 ADSL 

    包括 ADSL2(G.992.3 和 G.992.4)和 ADSL2+(G.992.5)
    通过提高调制效率得到了更高的数据率。

    • ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mbit/s、上行 800 kbit/s的速率。
    • ADSL2+ 则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至 2.2 MHz,下行速率可达 16 Mbit/s(最大传输速率可达 25 Mbit/s),而上行速率可达 800 kbit/s。

    采用了无缝速率自适应技术 SRA (Seamless Rate Adaptation),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。
     

    (二)光纤同轴混合网(HFC网)

    HFC (Hybrid Fiber Coax) 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。
    HFC 网对 CATV 网进行了改造。 

     

    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 (fiber node),即光分配结点 ODN (Optical Distribution Node)。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。   
     

    HFC 网采用结点体系结构 :

     

    HFC 网具有双向传输功能,扩展了传输频带:

    每个家庭要安装一个用户接口盒 

    用户接口盒 UIB (User Interface Box) 要提供三种连接,即:

    • 使用同轴电缆连接到机顶盒 (set-top box),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 (Cable Modem) 

    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。

    • 下行速率一般在 3  10 Mbit/s之间,最高可达 30 Mbit/s。
    • 上行速率一般为 0.2  2 Mbit/s,最高可达 10 Mbit/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。 


    (三) FTTx 技术

    FTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案,代表多种宽带光纤接入方式。
    FTTx 表示 Fiber To The…(光纤到…),例如:

    • 光纤到户 FTTH (Fiber To The Home):光纤一直铺设到用户家庭,可能是居民接入网最后的解决方法。
    • 光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building):光纤进入大楼后就转换为电信号,然后用电缆或双绞线分配到各用户。
    • 光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb):光纤铺到路边,从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。
       

     

     

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以下属于物理层的接口特性是