第3章：物理層

1、12l掌握：物理層與物理層協(xié)議的基本概念。掌握：物理層與物理層協(xié)議的基本概念。l掌握：掌握：數(shù)據(jù)通信的基本概念。數(shù)據(jù)通信的基本概念。l了解：無線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念。了解：無線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念。l掌握：數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法。掌握：數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法。l了解：基帶傳輸?shù)幕靖拍?。了解：基帶傳輸?shù)幕靖拍?。l掌握：頻帶傳輸?shù)幕靖拍?。掌握：頻帶傳輸?shù)幕靖拍睢掌握：多路復(fù)用的分類與特點。掌握：多路復(fù)用的分類與特點。l掌握：廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。掌握：廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。l掌握：同步數(shù)字體系掌握：同步數(shù)字體系SDH的基本概念。的基本概念。3l通信子網(wǎng)分為點通信子網(wǎng)分為點

2、- -點通信線路通信子網(wǎng)與廣播信道通信點通信線路通信子網(wǎng)與廣播信道通信子網(wǎng)子網(wǎng); ;l廣域網(wǎng)主要采用點到點通信線路，局域網(wǎng)與城域網(wǎng)一廣域網(wǎng)主要采用點到點通信線路，局域網(wǎng)與城域網(wǎng)一般采用廣播信道般采用廣播信道; ;l由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和數(shù)據(jù)鏈由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個分支，一類是基于點路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個分支，一類是基于點- -點通信線點通信線路，另一類是基于廣播信道。路，另一類是基于廣播信道。4l物理層設(shè)計時主要考慮的是如何在連接開放系統(tǒng)的傳物理層設(shè)計時主要考慮的是如何在連接開放系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流；輸介質(zhì)上傳輸各種數(shù)

3、據(jù)的比特流；l計算機網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)備存在計算機網(wǎng)絡(luò)可以利用的物理傳輸介質(zhì)與傳輸設(shè)備存在著很大的差異，設(shè)計物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路著很大的差異，設(shè)計物理層的主要目的是向數(shù)據(jù)鏈路層屏蔽通信技術(shù)的差異性；層屏蔽通信技術(shù)的差異性；l數(shù)據(jù)鏈路實體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物數(shù)據(jù)鏈路實體通過與物理層的接口，將數(shù)據(jù)傳送給物理層，通過物理層按比特流的順序，將信號傳輸?shù)搅砝韺?，通過物理層按比特流的順序，將信號傳輸?shù)搅硪粋€數(shù)據(jù)鏈路實體。一個數(shù)據(jù)鏈路實體。 5l物理連接的建立、維護與釋放物理連接的建立、維護與釋放 ；l物理連接分為點物理連接分為點-點連接與多點連接點連接與多點連接 ；l

4、數(shù)據(jù)傳輸分為全雙工、半雙工與單工方式數(shù)據(jù)傳輸分為全雙工、半雙工與單工方式 ；l數(shù)據(jù)傳輸分為串行傳輸方式與并行傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸分為串行傳輸方式與并行傳輸方式 ；l串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是位；串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是位； 并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是N位，位，N為并行連為并行連接的物理通道數(shù)。接的物理通道數(shù)。 6l通信的目的是交換信息，通信的目的是交換信息， 信息的載體可以是數(shù)字、文信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計算機產(chǎn)生的信息一般是字字、語音、圖形或圖像，計算機產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合；母、數(shù)字、語音、

5、圖形或圖像的組合； l為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用二進制代碼的數(shù)據(jù)來表示；形或圖像用二進制代碼的數(shù)據(jù)來表示； l為了傳輸二進制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)為了傳輸二進制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字信號編碼的方式表示；字信號編碼的方式表示；l數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進制代碼符號的二進制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號的比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。過程。 7lASCII 碼被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織碼被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO接受，成為國際標(biāo)準(zhǔn)

6、接受，成為國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 646，又稱為國際又稱為國際5號碼號碼;l它用于計算機內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn)它用于計算機內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn);lASCII碼采用碼采用7位二進制比特編碼，可以表示位二進制比特編碼，可以表示128個字個字符符;l字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖形字符包括數(shù)字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖形字符包括數(shù)字、字母、運算符號、商用符號等。字、字母、運算符號、商用符號等。 8l利用數(shù)字通信系統(tǒng)來實現(xiàn)多媒體信息的傳輸是通信技利用數(shù)字通信系統(tǒng)來實現(xiàn)多媒體信息的傳輸是通信技術(shù)研究的重要內(nèi)容之一；術(shù)研究的重要內(nèi)容之一；l與文本、圖形信息傳輸相比較，語音、圖像信息

7、傳輸與文本、圖形信息傳輸相比較，語音、圖像信息傳輸要求數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有高速率與低延時的特性；要求數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有高速率與低延時的特性；l多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，將對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提出多媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，將對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提出更高的要求。更高的要求。 9l信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中電信號的表示形式；信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中電信號的表示形式；l模擬信號（模擬信號（analog signal）的信號電平是連續(xù)變化的；的信號電平是連續(xù)變化的；l數(shù)字信號（數(shù)字信號（digital signal）是用兩種不同的電平去表示是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號表示；比特序列的電壓脈沖信號表示；l

8、按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋停ㄐ畔到y(tǒng)分為模擬按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋?，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。 10l模擬信號波型模擬信號波型l數(shù)字信號波型數(shù)字信號波型0V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t11網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程網(wǎng)絡(luò)中兩臺計算機的通信過程 12l數(shù)據(jù)傳輸類型數(shù)據(jù)傳輸類型 模擬通信 數(shù)字通信l數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式 串行通信、并行通信 單工通信、半雙工或全雙工通信l同步方式同步方式 同步通信 異步通信13發(fā)送端接收端串行通信信道(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b

9、2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)14發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送15SYNSYN.一個或多個SYN字符控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符終止位(邏輯“0”)起始位(邏輯“1”)tb0b1b2b3b4b5b6字節(jié)5字節(jié)4字節(jié)3 字節(jié)2字節(jié)116l雙絞線雙絞線l同軸電纜同軸電纜l光纖電纜光纖電纜l無線與衛(wèi)星通信信道無線與衛(wèi)星通信信道17l 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STPl 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP銅線絕緣層外屏蔽層外部保護層（a）屏蔽雙絞線（a）屏蔽雙絞線銅線絕緣層外部保護層（b）非屏蔽雙絞線（b）非屏蔽雙絞線18 內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽層外部保

10、護層19光纖芯包層外部保護層(a)(a)保護層包層光纖芯(b)(b)光電轉(zhuǎn)換LED發(fā)送端輸入光電轉(zhuǎn)換PIN接收端輸出光纖光信號20輸入脈沖輸出脈沖（a a）多多模模光光纖纖（b b）單單模模光光纖纖輸入脈沖輸出脈沖21l電磁波的傳播有兩種方式：電磁波的傳播有兩種方式： 以無線方式一種是在自由空間中傳播；以無線方式一種是在自由空間中傳播； 以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳輸。以有線方式在同軸電纜、雙絞線、光纖中傳輸。l目前目前以無線方式進行以無線方式進行通信的主要有：通信的主要有： 無線（無線（radio）；）； 微波（微波（microwave）；）； 紅外（紅外（infrared）；）；

11、 可見光（可見光（visible light）。）。 22l視距傳播視距傳播l電離層反射電離層反射地球表面地球表面電離層23多址接入方法：多址接入方法：l頻分多址接入（頻分多址接入（FDMA）l時分多址接入（時分多址接入（TDMA）l碼分多址接入（碼分多址接入（CDMA） 24衛(wèi)星地球表面衛(wèi)星發(fā)送多點接收多點接收25數(shù)據(jù)編碼方法模擬數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)編碼振幅鍵控ASK移頻鍵控FSK移相鍵控PSK非歸零碼NRZ曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼26 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12127l傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號設(shè)

12、計的，只適傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號設(shè)計的，只適用于傳輸音頻范圍（用于傳輸音頻范圍（300Hz3400Hz）的模擬信號，的模擬信號，無法直接傳輸計算機的數(shù)字信號；無法直接傳輸計算機的數(shù)字信號；l為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機的數(shù)為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機的數(shù)字數(shù)據(jù)信號的傳輸，必須首先將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬字數(shù)據(jù)信號的傳輸，必須首先將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；信號；l將發(fā)送端數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱將發(fā)送端數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調(diào)制為調(diào)制，將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器（將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器（modulator）；）；l將接收端模擬數(shù)據(jù)信號還

13、原成數(shù)字數(shù)據(jù)信號的過程稱將接收端模擬數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)字數(shù)據(jù)信號的過程稱為解調(diào)為解調(diào)，將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器（將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器（demodulator）；）；l同時具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器同時具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（modem）。28l在調(diào)制過程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率在調(diào)制過程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率的正的正（余）弦信號作為載波，該正（余）弦信號可以寫為：（余）弦信號作為載波，該正（余）弦信號可以寫為： u（t）= umsin（t+0）l3個可以改變的電參量：個可以改變的電參量： 振振 幅幅 um 角頻率角頻率 相相 位位 l可以通過變化可以通過變化

14、3個電參量，來實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號編碼的個電參量，來實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號編碼的目的。目的。 29 u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字數(shù)字1 1 u u（t t）= = 0 0 數(shù)字數(shù)字0 0l振幅鍵控振幅鍵控ASKASK信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力較差。能力較差。 30 u um msinsin（1 1t+t+0 0） 數(shù)字數(shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（2 2t+t+0 0） 數(shù)字數(shù)字0 0l移頻鍵控移頻鍵控FSK信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力較強，是目前最常用的調(diào)制方法之

15、一。較強，是目前最常用的調(diào)制方法之一。 31l絕對調(diào)相絕對調(diào)相 u um msinsin（t+0t+0） 數(shù)字數(shù)字1 1 u u（t t）= = u um msinsin（t+t+ ） 數(shù)字數(shù)字0 0l移相鍵控可以分為移相鍵控可以分為： 絕對調(diào)相絕對調(diào)相 相對調(diào)相相對調(diào)相 二相調(diào)相二相調(diào)相 多相調(diào)相多相調(diào)相 32l基帶傳輸在基本不改變數(shù)字數(shù)據(jù)信號頻帶（即波形）基帶傳輸在基本不改變數(shù)字數(shù)據(jù)信號頻帶（即波形） 的情況下直接傳輸數(shù)字信號，可以達到很高的數(shù)據(jù)傳的情況下直接傳輸數(shù)字信號，可以達到很高的數(shù)據(jù)傳 輸速率與系統(tǒng)效率輸速率與系統(tǒng)效率; ;l在基帶傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的編碼方式主要有：在基帶傳輸數(shù)字數(shù)

16、據(jù)信號的編碼方式主要有： 非歸零碼非歸零碼NRZ； 曼徹斯特（曼徹斯特（manchester）編碼；編碼； 差分曼徹斯特差分曼徹斯特（difference manchester）編碼。編碼。33lNRZ碼的缺點是無法判斷一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙碼的缺點是無法判斷一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步；方不能保持同步；l為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時，碼的同時，用另一個信道同時傳送同步信號；用另一個信道同時傳送同步信號；l如果信號中如果信號中“1”與與“0”的個數(shù)不相等時，存在直流的個數(shù)不相等時，存在直流分量分量。 34曼徹斯特編碼的規(guī)則曼徹斯特編

17、碼的規(guī)則：l 每比特的周期每比特的周期T分為前分為前T/2與后與后T/2兩部分；兩部分；l 通過前通過前T/2傳送該比特的反碼，通過后傳送該比特的反碼，通過后T/2傳送該比特傳送該比特 的原碼；的原碼；曼徹斯特編碼的優(yōu)點曼徹斯特編碼的優(yōu)點：l 每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時 間間隔可以是間間隔可以是T/2或或T；l 利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號；利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號； 曼徹斯特編碼信號又稱做曼徹斯特編碼信號又稱做“自含鐘編碼自含鐘編碼”信號，發(fā)送曼信號，發(fā)送曼 徹斯特編碼信號時無需另發(fā)同步信號。徹斯特編碼

18、信號時無需另發(fā)同步信號。 35差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進。差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進。差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼不同點主要是：差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼不同點主要是：l 每比特的中間跳變僅做同步之用；每比特的中間跳變僅做同步之用；l每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定;l 一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進制一個比特開始處出現(xiàn)電平跳變表示傳輸二進制0,不發(fā)生不發(fā)生跳變表示傳輸二進制跳變表示傳輸二進制1。 3601001011數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(a)非歸零碼同步時鐘(b)曼徹斯特編碼(c)差分曼徹斯特編碼37l采樣采樣l量

19、化量化l編碼編碼D8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)樣本量化級二進制編碼編碼信號0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)38PCM用于數(shù)字語音系統(tǒng)用于數(shù)字語音系統(tǒng)：l聲音分為聲音分為128個量化級；個量化級；l每個量化級采用每個量化級采用7位二進制編碼表示；位二進制編碼表示；l采樣速率為采樣速率為8000樣本樣本/秒；秒；l數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到7位位8000/

20、秒秒 =56kb/s；l如果每個量化級采用如果每個量化級采用7+1=8位二進制編碼表示位二進制編碼表示;l數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達到8位位8000/秒秒 = 64kb/s。39 l在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(shù)在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(shù)據(jù)信號是典型的矩形脈沖信號據(jù)信號是典型的矩形脈沖信號; ;l矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶, ,簡稱為基帶簡稱為基帶, ,矩矩形脈沖信號就叫做基帶信號形脈沖信號就叫做基帶信號; ;l在數(shù)字通信信道上，直接傳送基帶信號的方法稱為基帶在數(shù)字通信信道上，直接傳送基帶信號的方法稱為基

21、帶傳輸傳輸; ;l在發(fā)送端，基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換變?yōu)橹苯觽髟诎l(fā)送端，基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過編碼器變換變?yōu)橹苯觽鬏數(shù)幕鶐盘?，例如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼輸?shù)幕鶐盘?，例如曼徹斯特編碼或差分曼徹斯特編碼信號信號; ;l在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號在接收端由解碼器恢復(fù)成與發(fā)送端相同的矩形脈沖信號; ;l基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。 40l通信信道帶寬對數(shù)據(jù)信號傳輸中失真的影響很大；通信信道帶寬對數(shù)據(jù)信號傳輸中失真的影響很大；l信道帶寬越寬，信號傳輸?shù)氖д嬖叫?。信道帶寬越寬，信號傳輸?shù)氖д嬖叫　?E(t)E(t)E(t)E(t

22、)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)000000ttttt1 2 3 4 5 6 7 8 9 1001100010(a)(b)(c)(d)(e)0 10 1 20 1 2 3 40 1 2 3 4 5 6 7 8ttttt41l數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一；數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一；l數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進制比特數(shù)，單位為比特的二進制比特數(shù)，單位為比特/秒，記做秒，記做b/s；l常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s

23、與與Tb/s，其中：其中： 1Kb/s = 1103 b/s 1Mb/s = 1106 b/s 1Gb/s = 1109 b/s 1Tb/s = 11012 b/s42l奈奎斯特準(zhǔn)則奈奎斯特準(zhǔn)則：二進制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率：二進制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 Rmax與通信信道帶寬與通信信道帶寬B（B=f，單位單位Hz） 的關(guān)系為的關(guān)系為Rmax=2f（b/s）。）。l香農(nóng)定理香農(nóng)定理：在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時，：在有隨機熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時， 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬與信道帶寬B，信噪比信噪比S/N 的關(guān)系為的關(guān)系為Rmax = Blog2（1+S/

24、N） S/N為信噪比。為信噪比。4344l利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸；利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸；l調(diào)制解調(diào)器（調(diào)制解調(diào)器（modemmodem）是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備；是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備；l調(diào)制解調(diào)器的作用是：調(diào)制解調(diào)器的作用是： 在數(shù)據(jù)的發(fā)送端將計算機中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在電話在數(shù)據(jù)的發(fā)送端將計算機中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在電話線上傳輸?shù)哪M信號；線上傳輸?shù)哪M信號； 在接收端將從電話線路上接收到的模擬信號還原成數(shù)字在接收端將從電話線路上接收到的模擬信號還原成數(shù)字信號。信號。 4546011070Hz1270Hz012025Hz2225Hz上頻帶

25、下頻帶fol=1170Hzfoh=2125Hz電話交換網(wǎng)通頻帶47 多路復(fù)用的基本概念多路復(fù)用的基本概念48l頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDMl波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDMl時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用TDM49l在一條通信線路設(shè)計多路通信信道在一條通信線路設(shè)計多路通信信道; ;l每路信道的信號以不同的載波頻率進行調(diào)制每路信道的信號以不同的載波頻率進行調(diào)制; ;l各個載波頻率是不重疊的各個載波頻率是不重疊的, ,那么一條通信線路就可以同那么一條通信線路就可以同時獨立地傳輸多路信號。時獨立地傳輸多路信號。 1Channel 330031001Channel 21Channel 16064687260

26、646872Channel 1Channel 3Channel 2頻率(KHz)(c)頻率(KHz)(b)頻率(Hz)(a)50l24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；l每路音頻模擬信號在送到多路復(fù)用器之前，要通過一每路音頻模擬信號在送到多路復(fù)用器之前，要通過一個個PCM編碼器；編碼器；l編碼器每秒取樣編碼器每秒取樣8000次；次；l24路路PCM信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入到幀中；信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入到幀中；l每個字節(jié)的長度為每個字節(jié)的長度為8位，其中位，其中7位是數(shù)據(jù)位，位是數(shù)據(jù)位，1位用于信位用于信道控制；道控制；l每幀由每幀由248=192位組

27、成，附加一位作為幀開始標(biāo)志位，位組成，附加一位作為幀開始標(biāo)志位，所以每幀共有所以每幀共有193位；位；l發(fā)送一幀需要發(fā)送一幀需要125毫秒；毫秒；lT1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mb/s。 51l光纖通道（光纖通道（fiber optic channel）技術(shù)采用了波長分隔多路技術(shù)采用了波長分隔多路復(fù)用方法，簡稱為波分復(fù)用復(fù)用方法，簡稱為波分復(fù)用WDM;l在一根光纖上復(fù)用在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號稱為密集波路或更多路的光載波信號稱為密集波分復(fù)用分復(fù)用DWDM； l目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達到目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達到20Gb

28、/s 。共享光纖光柵光柵功率波長共享光纖的波譜功率波長光纖1的波譜功率波長光纖2的波譜光纖1光纖2光纖3光纖4功率波長光纖3的波譜功率波長光纖4的波譜52l時分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片；時分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片；l每個用戶分得一個時間片；每個用戶分得一個時間片；l在其占有的時間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。在其占有的時間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。 信道24信道1信道2信道3信道401193比特幀(125微秒）幀開始位7位數(shù)據(jù)位校驗位53l同步時分多路復(fù)用同步時分多路復(fù)用 l統(tǒng)計時分多路復(fù)用統(tǒng)計時分多路復(fù)用 124.n13.n.12

29、34.n時間片1時間片2時間片n125.m41257.m.1234.m時間片1時間片2時間片n54l廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù) 線路交換（線路交換（circuit exchanging） 存儲轉(zhuǎn)發(fā)（存儲轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward exchanging）交換交換l存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)交換技術(shù) 報文（報文（message exchanging ） 報文分組交換（報文分組交換（packet exchanging ） 55l線路交換是面向連接的服務(wù)；線路交換是面向連接的服務(wù)；l兩臺計算機通過通信子網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換之前，首先兩臺計算機通過通信子網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換之前，首先要

30、在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接；要在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接；l線路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過建立連接、數(shù)據(jù)線路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過建立連接、數(shù)據(jù)傳輸與釋放連接的三個階段；傳輸與釋放連接的三個階段；l線路交換方式的優(yōu)點是：通信實時性強，適用于交線路交換方式的優(yōu)點是：通信實時性強，適用于交互式會話類通信；互式會話類通信；l線路交換方式的缺點是：對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系線路交換方式的缺點是：對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑統(tǒng)效率低，系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑交通量。交通量。 56l線路交線路交換過程換過程示意圖示意圖57l發(fā)送的數(shù)據(jù)

31、與目的地址、源地址、控制信息按照一定發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進入通信格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進入通信子網(wǎng)；子網(wǎng)；l通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機，它負責(zé)完成數(shù)通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機，它負責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。 58l由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機可以存儲分組，多由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機可以存儲分組，多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；個分組可以共享通信信道，線路利用率高；l通信子網(wǎng)中通信控制處理機具有路選功能，可以動態(tài)通信

32、子網(wǎng)中通信控制處理機具有路選功能，可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；l可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；l分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機時，均分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機時，均要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，提高系統(tǒng)可靠性；提高系統(tǒng)可靠性；l通過通信控制處理機可以對不同通信速率的線路進行通過通信控制處理機可以對不同通信速率的線路進行轉(zhuǎn)換，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進行變換。轉(zhuǎn)換，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進行變換。 59l數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)

33、傳輸時可以有報文（數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)傳輸時可以有報文（message）與報與報文分組（文分組（packet）兩種方式；兩種方式；l報文傳輸：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一報文傳輸：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一個邏輯單元發(fā)送；個邏輯單元發(fā)送；l報文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳報文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點就將它分成多個輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點就將它分成多個報文分組發(fā)送。報文分組發(fā)送。60l由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少；發(fā)花費

34、的時間較少；l限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳輸效率；存儲空間利用率與傳輸效率；l公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。報報文文分分組組：報報文文：報文號目的地址源地址校驗報文號目的地址源地址報文分組數(shù)據(jù)校驗報文分組號數(shù)據(jù)61l數(shù)據(jù)報是分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；數(shù)據(jù)報是分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；l在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機與目的主機之間建立與目的主機之間建立“線路連接線路連接”；l源主機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳源主

35、機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑；輸路徑；l每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到達目的主機。達目的主機。6263l同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；子網(wǎng)；l同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；重復(fù)與丟失現(xiàn)象；l每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址；址；l數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于

36、突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。不適用于長報文、會話式通信。 64l虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起來，發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，以達到最佳的數(shù)據(jù)交換效來，發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，以達到最佳的數(shù)據(jù)交換效果果; ;l數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路; ;l虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為虛電路

37、方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。階段。 65l虛電路方式虛電路方式 原理示意圖原理示意圖66l在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；l一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報文分組不必帶目的地址、源

38、地址等輔助信息。分組到報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；l分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；測，而不需要做路徑選擇；l通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連接。接。 67l虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為“虛電路虛電路”是因為這種電路不是專用的。每個結(jié)點是因為這種電路不是專用的。每個結(jié)點到其他結(jié)點間可

39、能有無數(shù)條虛電路存在；到其他結(jié)點間可能有無數(shù)條虛電路存在；l一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路；一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路；l每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。 由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點，因此在計算機網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點，因此在計算機網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。 68lATM是一種面向連接的技術(shù)；是一種面向連接的技術(shù)；l采用小的、固定長度采用小的、固定長度53字節(jié)的信元作為數(shù)據(jù)傳輸單元；字節(jié)的信元作為數(shù)據(jù)傳輸單元；l能夠支持數(shù)字、語音、圖像、視頻

40、等多媒體通信；能夠支持數(shù)字、語音、圖像、視頻等多媒體通信；lATM以統(tǒng)計時分多路復(fù)用方式動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)以統(tǒng)計時分多路復(fù)用方式動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時小，適應(yīng)實時通信的要求；絡(luò)傳輸延時小，適應(yīng)實時通信的要求；lATM沒有鏈路級糾錯與流量控制，協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)交沒有鏈路級糾錯與流量控制，協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)交換效率高；換效率高；lATM采用兩級虛電路機制，增加了虛電路分配的靈活采用兩級虛電路機制，增加了虛電路分配的靈活性；性；lATM的數(shù)據(jù)傳輸速率可以在的數(shù)據(jù)傳輸速率可以在155Mb/s2.4Gb/s。 69lATM是一種高速分組交換技術(shù)，交換的基本數(shù)據(jù)傳輸是一種高速分組交換技術(shù)，交換的基本數(shù)

41、據(jù)傳輸單元是信元；單元是信元；l在在ATM交換方式中，文本、語音、視頻等數(shù)據(jù)將被分交換方式中，文本、語音、視頻等數(shù)據(jù)將被分解為長度固定的信元（解為長度固定的信元（Cell）；）；l信元有一個信元有一個5字節(jié)的信元頭（字節(jié)的信元頭（header）與一個與一個48字節(jié)的字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)（用戶數(shù)據(jù)（user data），），信元長度為信元長度為53字節(jié)。字節(jié)。 53字節(jié)信元頭用戶數(shù)據(jù)48字節(jié)5字節(jié)70l物理鏈路（物理鏈路（Physical Link）l虛通路（虛通路（VP，Virtual Path）l虛通道（虛通道（VC，Virtual Channel） 物理鏈路虛通路虛通道71ATM端用戶ATM端用

42、戶ATM交換機ATM交換機VPCVPLVPLVPL（a）虛通路連接（a）虛通路連接ATM端用戶ATM端用戶ATM交換機ATM交換機VCCVCLVCLVCL（b）虛通道連接（b）虛通道連接72ATM端用戶ATM交換機ATM交換機ATM交換機ATM交換機ATM網(wǎng)絡(luò)ATM網(wǎng)絡(luò)ATM接口卡聲音文本視頻ATM端用戶ATM端用戶73信元4信元1信元2信元3信元5虛通道 VCI=1 (文本)虛通道 VCI=2 (聲音)虛通道 VCI=3 (視頻)虛通路文本視頻聲音ATM接口卡信元4信元1信元2信元3信元5信元4信元1信元2信元3信元574 早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)與設(shè)備在運行過程中暴露出固早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)與設(shè)備

43、在運行過程中暴露出固有的弱點有的弱點: l數(shù)據(jù)傳輸速率不標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率不標(biāo)準(zhǔn) ,存在著存在著T1 與與E1兩個互不兼容的兩個互不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，在高次群的速率方面，日本又使用了第三種不標(biāo)準(zhǔn)，在高次群的速率方面，日本又使用了第三種不兼容的標(biāo)準(zhǔn)；兼容的標(biāo)準(zhǔn)；l光設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，光設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范，沒有國際的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個沒有國際的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各個廠家使用自己標(biāo)準(zhǔn)廠家使用自己標(biāo)準(zhǔn) ；l數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，解決復(fù)用系統(tǒng)中的同步問題數(shù)據(jù)傳輸速率不斷提高，解決復(fù)用系統(tǒng)中的同步問題困難較大。困難較大。75l同步光纖網(wǎng)的概念是由美國貝爾通信研究所首先提出來同步光纖網(wǎng)的概念是由美國貝爾通信研究所首先提出來的；的；l設(shè)計同步光纖網(wǎng)的目的是解決光接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題，定設(shè)計同步光纖網(wǎng)的目的是解決光接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題，定義同步傳輸?shù)木€路速率的等級體系，以使不同的廠家的義同步傳輸?shù)木€路速率的等級體系，以使不同的廠家的產(chǎn)品可以互連，從而能夠建立大型的光纖網(wǎng)絡(luò)；產(chǎn)品可以互連，從而能夠建立大型的光纖網(wǎng)絡(luò)；l1988年年ITU-T接受了接受了SONET的概念，并重新命名為同