計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二單元

第2章物理層ComputerNetworks第2章物理層2.1物理層的主要任務(wù)2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.3信道復(fù)用技術(shù)2.4交換技術(shù)2.5Internet接入技術(shù)ComputerNetworks2.1物理層的主要任務(wù)確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。--編碼方法功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過(guò)程特性指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。同步過(guò)程傳輸方式的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中多采用并行傳輸方式數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸方式一般是串行傳輸ComputerNetworks2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2數(shù)字信號(hào)的Fourier分析2.2.3數(shù)據(jù)通信基本概念2.2.4信道及其極限容量2.2.5數(shù)據(jù)傳輸ComputerNetworks2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào)輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)<ComputerNetworks在數(shù)字信號(hào)通信中，F(xiàn)ourier分析可用于解釋很多通信的原理傅立葉級(jí)數(shù)任何正常周期為T(mén)的周期函數(shù)g(t)，都可用傅立葉級(jí)數(shù)將其展開(kāi)，展開(kāi)項(xiàng)是無(wú)限多個(gè)正弦波和無(wú)限多個(gè)余弦波的組合：其中，f=1/T是基頻，an和bn稱為正弦和余弦函數(shù)的n次諧波的振幅，c是常數(shù)展開(kāi)項(xiàng)中的每個(gè)波形稱為n次諧波，每個(gè)n次諧波的頻率都是在原來(lái)基頻f上乘以一個(gè)系數(shù)n，所以，一個(gè)周期函數(shù)g(t)可以分解為無(wú)限多個(gè)n次諧波的和。2.2.2數(shù)字信號(hào)的Fourier分析<ComputerNetworks由數(shù)學(xué)分析中的原理可知，對(duì)任何已知的g(t)，可求得：ComputerNetworks常識(shí)任何一個(gè)被傳遞的信號(hào)都可看作一個(gè)周期函數(shù)，該信號(hào)的傳輸都可理解為以傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的形式在傳遞（即無(wú)限多個(gè)正弦波和無(wú)限多個(gè)余弦波在這個(gè)物理媒體上傳輸）若每個(gè)傅立葉級(jí)數(shù)的信號(hào)分量被等量衰減，則在接收端合成后，振幅有所衰減，基本形狀不變Q：實(shí)際信號(hào)在物理媒體上傳遞過(guò)程中能量會(huì)如何？結(jié)果會(huì)怎樣？ComputerNetworks例子：傳輸字母b假設(shè)計(jì)算機(jī)內(nèi)采用ASCII編碼，字符b表示為01100010，根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)將其看作函數(shù)g(t)，傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，可求得：ComputerNetworks字母b在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)信號(hào)傳輸---數(shù)字信號(hào)-脈沖信號(hào)傳輸?shù)睦硐肭闆r：把這個(gè)波形用flourier級(jí)數(shù)展開(kāi)，展開(kāi)成無(wú)限多個(gè)正弦波和無(wú)限多個(gè)余弦波的和，那么到了接受方應(yīng)該還原成同樣一種波形，只是振幅會(huì)有所下降現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是：任何物理媒體只能通過(guò)有限頻率范圍內(nèi)的諧波（即帶寬限制），因此接收端只能收到有限的諧波信號(hào)。接收方恢復(fù)出的信號(hào)和發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)會(huì)有一定的差異。ComputerNetworkst/μst/μs01100010計(jì)算機(jī)內(nèi)部b的信號(hào)表示---脈沖信號(hào)通過(guò)1次/2/4/8次諧波時(shí)接收端和發(fā)送端信號(hào)對(duì)比ComputerNetworks當(dāng)能過(guò)無(wú)窮多個(gè)諧波呢？一條媒體的通信質(zhì)量：通過(guò)的諧波數(shù)越高，傳輸質(zhì)量越好了解：信號(hào)看成無(wú)線多個(gè)n次諧波的疊加，傳輸媒體能通過(guò)的諧波數(shù)越多傳輸媒體的質(zhì)量越好，通過(guò)的諧波數(shù)越少，傳輸質(zhì)量越差flourier級(jí)數(shù)展開(kāi)可以解釋很多通信原理，其中一個(gè)非常重要的用途：？解析了為什么在一條物理媒體上數(shù)據(jù)的傳輸速率不可能是無(wú)限高的任何一條物理媒體它的頻帶寬度是有限的ComputerNetworks對(duì)指定的最高頻率，傳輸帶寬是有限的比特率：數(shù)據(jù)傳輸速率，每秒鐘能夠發(fā)送多少bit,bps=bitpersecond波特率：每秒得到多少個(gè)信號(hào)\每秒采樣的次數(shù)\信號(hào)變化次數(shù)（信號(hào)到達(dá)的速率）\碼元的速率例考慮：信號(hào)等級(jí)每個(gè)信號(hào)二進(jìn)制編碼位數(shù)如果信號(hào)分為2級(jí)：每個(gè)信號(hào)二進(jìn)制編碼位數(shù)101，則波特率=比特率如果信號(hào)分為8級(jí)：每個(gè)信號(hào)二進(jìn)制編碼位數(shù)301234567，則比特率=3×波特率即一次信號(hào)變化（一次采樣）可表示3bit如信號(hào)分為V級(jí)，則每個(gè)信號(hào)二進(jìn)制編碼位數(shù)log2V比特率=log2V

波特率波特率越高，比特率越高例：（？？？數(shù)據(jù)在物理媒體的傳輸速率是有限的）設(shè)波特率=比特率=bbps則：發(fā)送8bit(1B)需要T=8/b秒，因而基頻f=1/T=b/8Hz如：截止頻率為F則：最大的諧波次數(shù)n滿足nf<=F，即：n<=F/f=8F/bComputerNetworks數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)發(fā)送的諧波數(shù)n30080600401200202400104800596002192001384000Fig.傳輸速率與諧波的關(guān)系（截止頻率為F為3000HZ

）數(shù)據(jù)在物理媒體的傳輸速率是有限的電話截止頻率為F為3000HZn<=F/f=8F/bComputerNetworksQ:電話的傳遞速度56Kb/s,64Kb/s,都大于48Kb/s,why?比特率=log2V

波特率數(shù)據(jù)的傳輸速率不僅僅和信號(hào)的傳輸速率有關(guān)還和信號(hào)的劃分等級(jí)有關(guān)

ComputerNetworks波特率和比特率的差別波特率？比特率？下圖中，波特率相同，而(b)的信號(hào)的比特率是(a)的兩倍011000101110001000011010001101100000001110110010<(b)(a)兩者數(shù)值上的差別在于每次采樣的量化值每個(gè)信號(hào)劃分的等級(jí)不一樣，每個(gè)信號(hào)攜帶的比特?cái)?shù)不一樣ComputerNetworks2.2.3數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)與信號(hào)---信息在不同的地方有不同的表現(xiàn)方法比如計(jì)算機(jī)內(nèi)，比如傳輸媒體數(shù)據(jù)(data)數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式/方法數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種形式模擬數(shù)據(jù)：在某個(gè)時(shí)間段產(chǎn)生的連續(xù)的值（對(duì)時(shí)間是連續(xù)的）例如聲音和視頻、溫度和壓力等都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：離散的值（對(duì)時(shí)間是離散的）例如文本信息和整數(shù)<ComputerNetworks信號(hào)（signal）：數(shù)據(jù)在某種物理媒體上的表現(xiàn)/表示----電信號(hào)、光信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它使數(shù)據(jù)能以適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸信號(hào)有模擬信號(hào)（一般是正弦或余弦波形）和數(shù)字信號(hào)（脈沖信號(hào)）兩種基本形式傳輸信號(hào)的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分ComputerNetworks數(shù)據(jù)傳輸（datatransmission）：指?jìng)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸以信號(hào)為載體分為模擬傳輸和數(shù)字傳輸（指?jìng)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)，從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分）模擬傳輸（analogtransmission）傳輸?shù)氖悄M數(shù)據(jù)是指模擬數(shù)據(jù)的傳輸，不關(guān)心所傳輸信號(hào)的內(nèi)容，而只關(guān)心盡量減少信號(hào)的衰減和噪聲，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，采用信號(hào)放大器放大被衰減的信號(hào)，但同時(shí)也放大了信號(hào)中的噪聲電話局---用戶（本地回路）數(shù)字傳輸（digitaltransmission）傳輸?shù)氖菙?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)---0、1是指數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，關(guān)心信號(hào)的內(nèi)容，可以數(shù)字信號(hào)傳輸，也可以模擬信號(hào)傳輸，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，采用轉(zhuǎn)發(fā)器，可消除噪聲的累積電話局---電話局長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，通常采用的是數(shù)字傳輸指?jìng)鬏數(shù)男盘?hào)的原始數(shù)據(jù)是模擬數(shù)據(jù)表示的還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示的—轉(zhuǎn)成信號(hào)之前的數(shù)據(jù)ComputerNetworks碼元(codeelement)在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。一個(gè)信息的表示<ComputerNetworks2.2.4信道及其極限容量信道及其參數(shù)信道數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ滥M數(shù)據(jù)&

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通道可以是電纜，光纜等物理媒體可通過(guò)的頻率范圍劃分為多個(gè)頻段，每個(gè)頻段對(duì)應(yīng)一個(gè)信道（可通過(guò)一路信號(hào)）信道參數(shù)—用來(lái)描述信道的質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸速率=帶寬（能夠通過(guò)的頻率寬度）等同的依據(jù)就是flourier級(jí)數(shù)展開(kāi)式n<=F/f=8F/b類似于高速路上單位時(shí)間可以進(jìn)入的車輛數(shù)

路越寬進(jìn)入的車輛數(shù)越多---》？這里的帶寬指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的“帶寬”概念信號(hào)的傳播速率信號(hào)在介質(zhì)上的傳播速率類似于高速路上的車速<ComputerNetworks載波頻率信道對(duì)應(yīng)的頻率叫載波頻率—指定某一信道位置收音機(jī)的頻道相當(dāng)于每個(gè)車道的位置采樣頻率數(shù)字設(shè)備的接收端，需要將信號(hào)變成數(shù)據(jù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)時(shí)采樣的速率量化對(duì)采樣信號(hào)的數(shù)字化量化的等級(jí)與噪聲有關(guān)----？噪聲越大，可量化的等級(jí)就越少噪聲、信噪比ComputerNetworksNyquist定理—計(jì)算機(jī)通信基本定理在無(wú)噪聲信道中，當(dāng)帶寬為HHz，信號(hào)電平為V級(jí)，則：數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V

（b/s）

波特率：比特率？V：信號(hào)電平的級(jí)數(shù)，在二進(jìn)制中，僅為0、1兩級(jí)。采樣定理：以每秒高于2H次的速率對(duì)線路采樣是無(wú)意義的，因?yàn)楦哳l分量已被濾波器慮掉無(wú)法再恢復(fù)他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。----超過(guò)這個(gè)速度就會(huì)產(chǎn)生碼間串?dāng)_在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問(wèn)題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）成為不可能。

碼元和碼元之間很難區(qū)分如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過(guò)的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。ComputerNetworks根據(jù)Nyquist定理，V越高，數(shù)據(jù)傳輸速率越高?，F(xiàn)實(shí)中V不能無(wú)限高即便在無(wú)噪聲的理想信道中，V越高對(duì)發(fā)送方和接收方的設(shè)備要求越高任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾（噪聲）。碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。噪聲越小，V可以越高ComputerNetworks最大數(shù)據(jù)傳輸速率（Shannon定理）Shannon定理在噪聲信道中，當(dāng)帶寬為HHz，信噪比為S/N，則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)

很多情況下信噪比用分貝（dB）表示1dB=10log10S/N

如：噪聲為30dB，則S/N=1000電話線H=3500Hz,噪聲30dB,最大數(shù)據(jù)傳輸速率ComputerNetworks香農(nóng)定理表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒(méi)有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒(méi)有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。ComputerNetworks香農(nóng)定理的應(yīng)用：例：噪聲信道中的傳輸速率在噪聲信道（話音信道）中，當(dāng)帶寬為3500Hz，信噪比為30dB（較為典型的電話信道），則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000(b/s)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為35kbps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實(shí)際上是不可能達(dá)到的再可根據(jù)Nyquist定理計(jì)算出信號(hào)劃分的等級(jí)數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V

（b/s）ComputerNetworks注意對(duì)于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達(dá)到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。ComputerNetworks信道工作方式單工通信單向傳輸，如廣播、電視半雙工---獨(dú)木橋雙方都可以發(fā)送或接收，但不能同時(shí)，即當(dāng)一方發(fā)送時(shí)，另一方接收全雙工雙方同時(shí)可以發(fā)送和接收信息全雙工需要兩條信道<ComputerNetworks2.2.5數(shù)據(jù)傳輸基帶傳輸與寬帶傳輸（另一方面來(lái)分類）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸<ComputerNetworks基帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸---局域網(wǎng)信號(hào)源產(chǎn)生的原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)（基本頻帶信號(hào)），即：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)0、1直接用兩種不同的電壓表示，然后送到線路上去傳輸像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。用于數(shù)字傳輸：局域網(wǎng)，通常傳輸距離為185m（細(xì)纜）、500m（粗纜）ComputerNetworks寬帶傳輸將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)載波調(diào)制，然后采用頻分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸帶通信號(hào)——把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道）。--頻帶信號(hào)多個(gè)頻帶的帶通信號(hào)在同一個(gè)物理媒體上傳輸，即寬帶傳輸寬帶傳輸通常帶寬都很大，在上面可以同時(shí)傳幾路信號(hào)，每路信號(hào)都是經(jīng)過(guò)調(diào)制后的模擬信號(hào)有線電視網(wǎng)帶寬可達(dá)750MHz，由于以模擬信號(hào)傳輸，所以傳輸距離可達(dá)100km寬帶系統(tǒng)可分為多個(gè)信道，所以模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可混合使用，但通常需解決數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)膯?wèn)題在混合光纖電纜HFC（HybridFiberCoax）中，頻段54~550MHz是電視信號(hào)，550-750MHz是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)<ComputerNetworks數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)-》模擬信號(hào)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)（連續(xù)波形）進(jìn)行傳輸相當(dāng)于把0用一種波形來(lái)表示/傳輸，把1用一種波形來(lái)傳輸通常有三種基本的調(diào)制方式：1)調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)3)調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)

正交調(diào)相QPSK（QuadraturePhaseShiftKeying）正交調(diào)幅QAM（QuadratureAmplitudeModulation）ComputerNetworks調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)用載波的兩種不同的振幅來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用無(wú)信號(hào)表示0 有信號(hào)表示1每個(gè)約定的時(shí)間段發(fā)送一定振幅的信號(hào)==約定每個(gè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間段01ASKComputerNetworks01FSK調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)用載波附近的兩種不同的頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用信號(hào)頻率為f表示0；信號(hào)頻率為2f表示1ComputerNetworksPSK01調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)用載波的相位移動(dòng)來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用信號(hào)相位角為0表示0 相位角為表示1（即信號(hào)的起始相位為0或）ComputerNetworks基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100假設(shè)要發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是010011100數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制舉例ComputerNetworks可通過(guò)提高信號(hào)的分級(jí)來(lái)提高比特率在模擬信號(hào)情況下如何提高數(shù)據(jù)的比特率---讓每個(gè)信號(hào)攜帶更多比特正交調(diào)相QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)—把上述技術(shù)組合起來(lái)信號(hào)起始相位為/4、3/4、5/4、－/4QPSK2bit/采樣0123ComputerNetworks正交調(diào)幅（QuadratureAmplitudeModulation）正交調(diào)相+調(diào)幅QAM-646bit/采樣QAM-164bit/采樣采用QAM-64信道質(zhì)量比QAM-16質(zhì)量要高，要求噪聲小ComputerNetworks常用的幾種Modem標(biāo)準(zhǔn)Modem標(biāo)準(zhǔn)：把離散信號(hào)調(diào)制為連續(xù)信號(hào)的方法V.32（QAM-32）4(1)x2400=9600bpsV.32bis（QAM-128）6(1)x2400=14400bpsV.34 12x2400=28800bpsV.34bis 14x2400=33600bpsV.90 7x8000=56000bps說(shuō)明：波特率=采樣速率信號(hào)攜帶的比特?cái)?shù)*采樣速率/波特率<QAM-32（調(diào)頻+調(diào)幅），4bit有效數(shù)據(jù)+1bit校驗(yàn)數(shù)據(jù)，波特率2400，有效數(shù)據(jù)傳輸速率9600bpsQAM-128ComputerNetworks數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用離散信號(hào)來(lái)表示－－稱為數(shù)字信號(hào)的編碼最簡(jiǎn)單的方法是用兩個(gè)不同的電壓信號(hào)值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值0和1常用的數(shù)字信號(hào)編碼有：不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼ComputerNetworks不歸零編碼

NRZ（nonreturn-tozero

）用兩種不同的電平分別表示0和1（正邏輯：高電平表示1；負(fù)邏輯：低電平表示1），并且在表示完一個(gè)碼元后，電平毋需回到零缺點(diǎn)：存在發(fā)送方和接收方的同步問(wèn)題。用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部是有效的，因?yàn)檎麄€(gè)計(jì)算機(jī)的工作控制在同一個(gè)時(shí)鐘下。不適于網(wǎng)絡(luò)的編碼，因?yàn)閮蓚€(gè)主機(jī)的時(shí)鐘往往不一致。不能攜帶時(shí)鐘信號(hào)，且無(wú)法表示沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸10100110時(shí)鐘脈沖二進(jìn)制bit流不歸零制編碼比特率＝波特率ComputerNetworks曼切斯特編碼（Manchesterencoding）--自同步編碼方式每發(fā)送一個(gè)bit要發(fā)送兩個(gè)電平，兩個(gè)電平之間要有一個(gè)跳變，該跳變發(fā)生在時(shí)間的中間，用該跳變表示0或1解決了時(shí)鐘同步問(wèn)題：每發(fā)送一個(gè)bit的中間有一個(gè)跳變，從而消除了誤差，即：將跳變當(dāng)作時(shí)鐘信號(hào)－－自同步編碼缺點(diǎn)：編碼效率低。一個(gè)時(shí)鐘周期只可表示一個(gè)bit，并且必須通過(guò)兩次采樣才能得到一個(gè)bit優(yōu)點(diǎn)：能攜帶時(shí)鐘信號(hào)，且可表示沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸bit中間有信號(hào)低-高跳變?yōu)?01bit中間有信號(hào)高-低跳變?yōu)?比特率＝0.5波特率ComputerNetworks差分曼徹斯特編碼（differentialManchesterencoding）

--自同步編碼方式根據(jù)發(fā)送一個(gè)比特開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變表示0或1特性與曼切斯特編碼相同，但抗干擾性能強(qiáng)于曼切斯特編碼bit中間有信號(hào)跳變，bit與bit之間也有信號(hào)跳變，表示下一個(gè)bit為0

bit中間有信號(hào)跳變，bit與bit之間無(wú)信號(hào)跳變，表示下一個(gè)bit為1

1100ComputerNetworks編碼方式的比較不歸零制編碼的編碼密度最高，接收端一次采樣可得到一個(gè)bit，即波特率等于比特率，但不能攜帶時(shí)鐘曼切斯特編碼的編碼密度最低，接收端二次采樣才可得到一個(gè)bit，即波特率是比特率的兩倍，但每個(gè)bit中都有信號(hào)跳變，即攜帶了時(shí)鐘差分曼切斯特編碼與曼切斯特編碼基本相同ComputerNetworks編碼舉例bit流二進(jìn)制編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼bit與bit之間有跳變，下一個(gè)bit為0100001011110bit與bit之間無(wú)跳變，下一個(gè)bit為1<ComputerNetworks模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳遞。如：電話局將來(lái)自話機(jī)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞采用脈沖編碼調(diào)制（PCM－PulseCodeModulation）技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：在接收端還原成模擬數(shù)據(jù)。需要保證還原的模擬信號(hào)不失真PCM以Nyquist采樣定理為基礎(chǔ)采樣定理：如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有效信號(hào)f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號(hào)信息ComputerNetworksABCDEFGHt255191127630ABCDEFGH188244240144807212220010111100

11110100

11110000

10010000

01010000

01001000

01111100

11001000

模擬數(shù)據(jù)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換：采樣：采樣時(shí)間間隔t=1/2f量化：將采樣值量化為若干等級(jí)（如0～255）如電話&CD編碼：量化值用二進(jìn)制表示這串?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以數(shù)字傳輸也可以模擬傳輸ComputerNetworks話音信道話音信道允許的最高頻率通常為3500Hz如果以8000Hz(2倍)的采樣頻率對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行采樣的話，則在采樣值中包含了話音信號(hào)的完整特征，由此而還原出的話音是完全可理解的和可識(shí)別的ComputerNetworks話音信道的數(shù)據(jù)傳輸速率（首先模擬數(shù)據(jù)通過(guò)采樣量化變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)然后編碼，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變成數(shù)字信號(hào)傳輸）對(duì)于每一個(gè)采樣值還需要用一個(gè)（一位或多位的）二進(jìn)制代碼來(lái)表示，二進(jìn)制代碼的位數(shù)代表了采樣值的量化精度，在主干上，對(duì)每一路話音信號(hào)通常采用8位二進(jìn)制代碼來(lái)表示一個(gè)采樣值，那么，對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行PCM編碼后所得到的數(shù)據(jù)傳輸速率為：8bit×8000次采樣/秒＝64kb/s<ComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworksComputerNetworks2.3信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用無(wú)論是廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)，都存在這樣一個(gè)事實(shí)，即傳輸介質(zhì)的帶寬大于傳輸單一信號(hào)所需的帶寬為了有效地利用傳輸系統(tǒng)，通常采用多路復(fù)用（Multiplexing）技術(shù)以同時(shí)攜帶多路信號(hào)來(lái)高效率地使用傳輸介質(zhì)共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用(a)不使用復(fù)用技術(shù)(b)使用復(fù)用技術(shù)ComputerNetworks2.3信道復(fù)用技術(shù)2.3.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用2.3.2波分復(fù)用2.3.3碼分復(fù)用ComputerNetworks2.3.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)FDM是基于這樣的前提：傳輸介質(zhì)的可用帶寬必須超過(guò)各路給定信號(hào)所需帶寬的總和，如果將這幾路信號(hào)中的每路信號(hào)都以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各路載波頻率之間留有一定的間隔以使各路信號(hào)帶寬不相互重疊，那么這些信號(hào)就可同時(shí)在介質(zhì)上傳輸例如有線電視ComputerNetworks用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過(guò)程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。頻率時(shí)間頻段1頻段2頻段3頻段4頻段5FDM宏觀圖示ComputerNetworks音頻信號(hào)調(diào)制基頻調(diào)制后信號(hào)信號(hào)的頻分多路復(fù)用FDM微觀圖示（信號(hào)疊加）每個(gè)頻道的頻率ComputerNetworks時(shí)分復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)每個(gè)信號(hào)按時(shí)間先后輪流交替地使用單一信道，那么，多個(gè)數(shù)字信號(hào)在宏觀上可認(rèn)為是同時(shí)進(jìn)行傳輸，對(duì)單一信道的交替使用可以按位、字節(jié)或塊等為單位來(lái)進(jìn)行（類似于CPU的分時(shí)）將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè)TDM幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長(zhǎng)度）。TDM信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。ComputerNetworks多路復(fù)用部件通道D多路復(fù)用部件物理主干通道C通道B通道AD9D8D7D6C9C8C7C6B9B8B7B6A9A8A7A6D5C5B5A5D4C4B4A4ti+7ti+6ti+5ti+4ti+3ti+2ti+1tiD3D2D1D0C3C2C1C0B3B2B1B0A3A2A1A0幀幀ComputerNetworks頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用ComputerNetworks頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用ComputerNetworks頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用ComputerNetworks頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀ComputerNetworksTDM的同步和異步同步TDM時(shí)間片與輸入裝置一一對(duì)應(yīng)，即同步如某個(gè)時(shí)間片對(duì)應(yīng)的輸入裝置無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，則該時(shí)間片空閑（浪費(fèi)）傳輸介質(zhì)的傳輸速率不能低于各個(gè)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)速率之和同步TDM可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分配到的子信道的利用率一般是不高的。ComputerNetworksABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶ComputerNetworks異步TDM時(shí)間片是按需動(dòng)態(tài)分配的時(shí)間片與輸入裝置之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，任何一個(gè)時(shí)間片都可以被用于傳輸任何一路輸入信號(hào)在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含地址信息，以便尋址目的節(jié)點(diǎn)傳輸介質(zhì)的傳輸速率只要不低于各個(gè)輸入信號(hào)的平均數(shù)據(jù)速率即可異步TDM又稱為統(tǒng)計(jì)TDM（STDM）ComputerNetworks用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

STDM(StatisticTDM)ComputerNetworks傳輸介質(zhì)與信道傳輸介質(zhì)與信道是不同范疇的概念傳輸介質(zhì)是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理載體信道則提供了傳輸某種信號(hào)所需的帶寬，著重體現(xiàn)介質(zhì)的邏輯特性一根傳輸介質(zhì)可能同時(shí)提供多個(gè)信道一個(gè)信道也可能由多根傳輸介質(zhì)級(jí)聯(lián)而成<ComputerNetworks1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm2.3.2波分復(fù)用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器<EDFA（ErbiumDopedFiberAmplifier）摻鉺光纖放大器ComputerNetworks2.3.3碼分復(fù)用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

碼分多址

(CodeDivisionMultipleAccess)。每個(gè)用戶可以CDMA在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少干擾對(duì)通信的影像，增大通信系統(tǒng)的容量，降低手機(jī)的平均發(fā)射功率等等。

ComputerNetworks碼片序列(chipsequence)每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。通常m取值為64或128（在后面的原理性說(shuō)明中，取為8）每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列(chipsequence)。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送序列11100100。為了方便，將碼片0寫(xiě)為–1，將1寫(xiě)為+1S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。ComputerNetworks碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：(2-3)例，令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。ComputerNetworks任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。

ComputerNetworksCDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm

個(gè)碼片tS站發(fā)送的信號(hào)SxT站發(fā)送的信號(hào)Tx總的發(fā)送信號(hào)Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端<ComputerNetworks2.4交換技術(shù)交換技術(shù)；物理媒體中間設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)的技術(shù)電路交換（電話）報(bào)文交換（電報(bào)）分組交換虛電路交換ComputerNetworks電路交換（電話）在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立一條端到端的通路，稱為連接，該連接可能穿越多個(gè)交換局，而每個(gè)交換局都必須為之提供連接一旦建立連接，整個(gè)通路將被獨(dú)占，除信號(hào)傳播的延時(shí)之外，數(shù)據(jù)傳輸無(wú)額外延時(shí)，數(shù)據(jù)中毋需包含目的地址服務(wù)質(zhì)量好線路的利用率較低建立連接時(shí)間長(zhǎng)，因連接建立時(shí)沖突概率高<ComputerNetworks報(bào)文交換（電報(bào)）無(wú)論數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程要跨越多少個(gè)交換結(jié)點(diǎn)（通常是路由器），只要下一站不忙，該數(shù)據(jù)即送至下一站數(shù)據(jù)的傳輸毋需建立連接，數(shù)據(jù)的傳輸是一站一站往下送，所以數(shù)據(jù)中必須包含目的地址，并采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)（store-forward）機(jī)制線路的利用率較高由于采用store-forward機(jī)制，所以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，除了信號(hào)傳播的延時(shí)之外，還有存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)，而且可能延時(shí)較大，且不可估計(jì)－－擁塞每個(gè)中間站點(diǎn)都必須有足夠大的緩存，但由于報(bào)文大小不定，內(nèi)存無(wú)法預(yù)留，所以緩存通常設(shè)置在硬盤(pán)中（進(jìn)一步延時(shí)）<ComputerNetworks分組交換與報(bào)文交換相似，只是將報(bào)文分為若干個(gè)定長(zhǎng)的分組（≤最大分組長(zhǎng)度），每個(gè)分組為一個(gè)子報(bào)文可以為分組在內(nèi)存預(yù)留空間每個(gè)分組中必須包含目的地址，并采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制線路的利用率較高由于采用store-forward機(jī)制，所以在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，除了信號(hào)傳播的延時(shí)之外，還有存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)，而且可能延時(shí)較大，且不可估計(jì)每個(gè)中間站點(diǎn)必須有緩存，但由于報(bào)文大小固定，所以緩存通常在內(nèi)存中設(shè)置存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的速度較報(bào)文交換高接收分組和發(fā)送分組的順序可能不一致，因此在接收端需要緩存并且可能還需要重組，進(jìn)而還原出原始報(bào)文ComputerNetworks報(bào)文t電路交換報(bào)文交換分組交換ABCDABCDABCD建立連接階段報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組傳輸報(bào)文階段ComputerNetworks電路交換與分組交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)討論的是電路交換和分組交換電路交換在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立端到端的連接一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，必須重新建立連接連接建立后，數(shù)據(jù)的傳輸沒(méi)有額外的延時(shí)數(shù)據(jù)中不必包含地址域數(shù)據(jù)按序傳輸，但信道的使用率較低適合長(zhǎng)時(shí)間傳輸大批量的數(shù)據(jù)，如流數(shù)據(jù)ComputerNetworks分組交換在數(shù)據(jù)傳輸前，不必建立端到端的連接只要下一個(gè)節(jié)點(diǎn)空閑，即可傳輸信道的使用率較高數(shù)據(jù)的傳輸采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，延時(shí)不可估計(jì)數(shù)據(jù)中必須包含地址域接收到的分組不一定按序，可能還需重組適合傳輸文本型數(shù)據(jù)不適于流媒體數(shù)據(jù)傳輸<ComputerNetworks虛電路交換將電路交換的概念引入到分組交換信息傳遞依然采用分組（定義最大分組長(zhǎng)度）引入電路交換的連接建立過(guò)程找到路徑（但非獨(dú)占路徑上的鏈路），因而經(jīng)過(guò)中間結(jié)點(diǎn)時(shí)的路由延時(shí)小，且保留了分組交換中線路利用率高的優(yōu)點(diǎn)發(fā)送端到接收端有一條確定的路徑，因而接收順序與發(fā)送順序一致ComputerNetworks虛電路連接的建立傳輸方發(fā)起連接請(qǐng)求，中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)路徑信息建立交換表(指路牌)，在交換表內(nèi)，節(jié)點(diǎn)為連接分配一個(gè)虛電路號(hào)，并與輸出端口號(hào)相關(guān)聯(lián)，表示用戶信息從該端口輸入，立即從相關(guān)聯(lián)的輸出端口輸出到下一節(jié)點(diǎn)虛電路連接的傳輸分組中沒(méi)有目的地址，只有虛電路號(hào)，接收分組時(shí)只檢查其頭部，一旦得到其虛電路號(hào)，則立即查交換表，轉(zhuǎn)發(fā)至適當(dāng)?shù)亩丝冢ǚ莝tore-forward

）虛電路連接的拆除ComputerNetworks信元交換一種虛電路交換將分組分成固定長(zhǎng)的單元——信元，并用虛電路方式交換ATM網(wǎng)用這種交換方式信元長(zhǎng)度為53bytes優(yōu)點(diǎn)：由于信元長(zhǎng)度固定，就可以把中間結(jié)點(diǎn)上原本必須由軟件方式實(shí)現(xiàn)的功能（如保存分組、查交換表等等）改為由硬件實(shí)現(xiàn)，從而提高交換速度<第2章物理層傳輸介質(zhì)電話系統(tǒng)（PSTN）Internet的本地接入傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無(wú)線傳輸雙絞線（twistedpair）線間干擾較小、價(jià)格便宜、易于安裝可傳輸模擬信號(hào)，也可傳輸數(shù)字信號(hào)

在電話系統(tǒng)的最后一公里，用于傳輸模擬信號(hào)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用于傳輸數(shù)字信號(hào)，常用8芯無(wú)屏蔽雙絞線（UTP）通常的傳輸距離為100m如Cat3（10Mbps）和Cat5（100Mbps）雙絞線的帶寬取決于粗細(xì)和絞合的程度

傳輸距離100米，終端連接傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無(wú)線傳輸同軸電纜50Ω同軸電纜---細(xì)纜---終端185m50Ω同軸電纜用于數(shù)字信號(hào)傳輸，目前基本已被雙絞線所替代75Ω同軸電纜----粗纜---干線500m房間之間75Ω同軸電纜用于模擬信號(hào)傳輸，目前主要用于電視信號(hào)的傳輸由于75Ω同軸電纜的帶寬極寬，所以，也被用于城域網(wǎng)，如有線通常用的同軸電纜有兩種：基帶同軸電纜---數(shù)字傳輸系統(tǒng)寬帶同軸電纜：用于模擬傳輸系統(tǒng),CATV同軸電纜分為細(xì)纜RG-58和粗纜RG-11兩種。細(xì)纜的直徑為0.26厘米，最大傳輸距離185米，使用時(shí)與50Ω終端電阻如圖5、T型連接器(如圖6)、BNC接頭與網(wǎng)卡相連，線材價(jià)格和連接頭成本都比較便宜，而且不需要購(gòu)置集線器等設(shè)備，十分適合架設(shè)終端設(shè)備較為集中的小型以太網(wǎng)絡(luò)。纜線總長(zhǎng)不要超過(guò)185米，否則信號(hào)將嚴(yán)重衰減。細(xì)纜的阻抗是50Ω。粗纜(RG-11)的直徑為1.27厘米，最大傳輸距離達(dá)到500米。由于直徑相當(dāng)粗，因此它的彈性較差，不適合在室內(nèi)狹窄的環(huán)境內(nèi)架設(shè)，而且RG-11連接頭的制作方式也相對(duì)要復(fù)雜許多，并不能直接與電腦連接，它需要通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)成AUI接頭，然后再接到電腦上。由于粗纜的強(qiáng)度較強(qiáng)，最大傳輸距離也比細(xì)纜長(zhǎng)，因此粗纜的主要用途是扮演網(wǎng)絡(luò)主干的角色，用來(lái)連接數(shù)個(gè)由細(xì)纜所結(jié)成的網(wǎng)絡(luò)。粗纜的阻抗是75Ω。傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜無(wú)線傳輸光纜多模光纜：信號(hào)有多個(gè)入射角，通過(guò)光的反射在光纖中傳輸，距離2km單模光纜：直線傳輸，距離10km干線傳輸貴光傳輸系統(tǒng)包括：光源、傳輸介質(zhì)（光纖）、光檢測(cè)器優(yōu)點(diǎn)：帶寬大，距離遠(yuǎn)，損耗低，重量輕，無(wú)電磁輻射，防竊聽(tīng)缺點(diǎn)：端口設(shè)備價(jià)格高無(wú)線傳輸無(wú)線電傳輸—收音機(jī)（中波：地表反射，近短波：空中電離層反射，遠(yuǎn)，干擾大）微波傳輸--計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)紅外線和毫米波–遙控器方向性好光波傳輸無(wú)需鋪設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施---基站根據(jù)光的波長(zhǎng)分成不同的波段，依次為無(wú)線電、微波、紅外、可見(jiàn)光、紫外等用于通信的電磁波頻段無(wú)線電波微波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線γ射線f(Hz)10010210410610810101012101410161018102010221024f(Hz)104105106107108

1091010

101110121013101410151016雙絞線TVFMAM同軸電纜微波通信衛(wèi)星通信光通信波長(zhǎng)30km

3km

30m

3m

30mm

3mm

30μm

3μmTnbmP101Fig.2-11用于通信的電磁波頻段微波傳輸特點(diǎn)：長(zhǎng)距離傳輸直線傳輸不能穿透建筑物設(shè)置基站--位置高地面無(wú)線通信模型傳輸距離：天線的高度、類型和信號(hào)強(qiáng)度（能量）傳輸可靠性：障礙物傳輸正確性：氣象條件散射能力衛(wèi)星通信模型VSAT：甚小孔徑衛(wèi)星終端verysmallaperturesatelliteterminals地面站地球同步衛(wèi)星36000km端到端單程270ms往返540ms地球同步衛(wèi)星VSAT中央站VSAT缺點(diǎn)：延時(shí)大發(fā)射站功能大接收站靈敏第2章物理層傳輸介質(zhì)電話系統(tǒng)（PSTN）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)Internet的本地接入電話系統(tǒng)（PSTN）公用電話交換網(wǎng)，簡(jiǎn)稱：PSTNPublicSwitchedTelephoneNetwork通常的家庭用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)MODEM撥號(hào)上網(wǎng)，就是通過(guò)電話系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的誤碼率為10-12

，而電話系統(tǒng)的誤碼率為10-5，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的107倍綜合比較，相差11個(gè)數(shù)量級(jí)電話系統(tǒng)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)每部電話完全互聯(lián)是不可能的，所以一般為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)---》行為特征一級(jí)中心：國(guó)家級(jí)中心二級(jí)中心：省、直轄市中心三級(jí)中心：區(qū)、縣級(jí)中心四級(jí)中心：區(qū)內(nèi)（本地）交換局五級(jí)：終端用戶電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢(shì)與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢(shì)電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)本地回路電話系統(tǒng)中的電話局間都已采用光纜連接，并大多已實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸本地回路要實(shí)現(xiàn)光纖到戶成本太高且無(wú)必要，因?yàn)榧彝ル娫捨阈鑿?fù)用，也不允許復(fù)用Internet是OVER在電話系統(tǒng)上的，所以必須實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，并且應(yīng)用對(duì)帶寬的需求必將對(duì)本地回路的信道復(fù)用提出要求Internet可通過(guò)本地回路的接入方法接入電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢(shì)與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢(shì)電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH模擬數(shù)據(jù)---數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換主干線常采用多路復(fù)用技術(shù)以提高線路的利用率PCM（PulseCodeModulation）脈沖編碼調(diào)制PCM由于數(shù)字傳輸?shù)拿黠@優(yōu)勢(shì)，所以，主干線都采用數(shù)字傳輸，于是終端用戶（如電話的語(yǔ)音信號(hào)）的模擬數(shù)據(jù)到達(dá)本地局后，都必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以適合主干線的傳輸PCM以采樣定理為基礎(chǔ)—采樣周期采樣定理：如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有效信號(hào)f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號(hào)信息主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)以提高線路的利用率采樣和量化采樣速率：8000次/秒電話系統(tǒng)的歷史及其對(duì)整個(gè)世界的覆蓋決定了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須OVER在電話系統(tǒng)的承載網(wǎng)上根據(jù)人的聽(tīng)覺(jué)功能，電話系統(tǒng)中每個(gè)信道的頻寬為4000Hz（隔離），根據(jù)Nyquist定理，對(duì)于4000Hz的信號(hào)，多于8000次/秒的采樣是無(wú)意義的采樣值的量化一次采樣值分成多少個(gè)等級(jí)，將決定量化后的數(shù)據(jù)量，如等分成256個(gè)等級(jí)，則必須用8bit表示每路電話速率64kbps采樣和量化舉例ABCDEFGHt256192128640ABCDEFGH18824424014480721222001011110011110100111100001001000001010000010010000111110011001000主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路T1，e1:定義了在這個(gè)同軸電纜上的多路復(fù)用是怎樣來(lái)復(fù)用SONET和SDH主干線常采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)以提高線路的利用率T1線路1.544Mb/sT1線路由24個(gè)多路復(fù)用信道組成,同步時(shí)分多路復(fù)用一個(gè)幀有24個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙傳遞的信息是多少？----一個(gè)采樣點(diǎn)每個(gè)信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為7bit

每個(gè)信道每次采樣生成7bit數(shù)據(jù)位加1bit控制位，即7b+1b即每個(gè)信道每秒生成56K+8K的傳輸速率（64kbps）24個(gè)多路復(fù)用信道的每次采樣組成一個(gè)幀，即每幀為：8bitx24=192bit，每幀間加一個(gè)bit，所以每幀為193bit193bitx8000次采樣/秒=1544000bit/s=1.544Mb/s

北美、日本使用T1線路主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)以提高線路的利用率E1線路2.048Mb/sE1線路由32個(gè)多路復(fù)用信道組成—時(shí)分每個(gè)信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為8bit，其中包括用于信令的bit32個(gè)多路復(fù)用信道的每次采樣組成一個(gè)幀，即每幀為：8bitx32個(gè)信道=256bit256bitx8000次采樣/秒=2.048Mb/s歐洲、中國(guó)使用E1線路多個(gè)T1或E1線路的復(fù)用一次群：T1=1.544Mb/sE1=2.048Mb/s二次群：T2=T1x4+…=6.312Mb/sE2=E1x4+…=8.848Mb/s三次群：T3=T2x6+…=44.736Mb/sE3=E2x4+…=34.304Mb/s四次群：T4=T3x7+…=274.176Mb/sE4=E3x4+…=139.264Mb/s主干線PCM采樣和量化T1線路E1線路SONET和SDH主干線常采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)以提高線路的利用率SONET/SDH

—電話光纜光纜的傳輸標(biāo)準(zhǔn)SONET（SynchronousOpticalNetwork） 同步光纖網(wǎng)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSIT1.105~106基本速率一樣同步時(shí)分多路復(fù)用STS-1（SynchronousTransportSignal）同步傳送信號(hào)（電信號(hào)）OC-1（OpticalCarrier）光載波（光信號(hào)）

采用每125s送出一幀，每幀810B，即810路電話。因此基本速率為8bx810Bx8000次采樣/秒

=51.84Mb/sSDH（SynchronousDigitalHierarchy） 同步數(shù)字體系

CCITT推薦的標(biāo)準(zhǔn)STM-1（SynchronousTransportModule）同步傳送模塊

基本速率為155.52Mb/s=3oc-1SONET的OC級(jí)和STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的比較在40Mb/s以下，北美的T1~T3和歐洲的E1~E3不同在更高速率的標(biāo)準(zhǔn)上，SONET和SDH基本相同線路速率(Mb/s)SONET（美）SDH（歐）OC級(jí)STS級(jí)STM級(jí)51.84OC-1STS-1155.52OC-3STS-3STM-1466.56OC-9STS-9STM-3622.08OC-12STS-12STM-4933.12OC-18STS-18STM-61244.16OC-24STS-24STM-81866.24OC-36STS-36STM-122488.32OC-48STS-48STM-169953.28OC-192STS-192STM-64TnbmP146

Fig.2-37SONET和SDH復(fù)用率電話系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢(shì)與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以電話系統(tǒng)數(shù)字化是發(fā)展趨勢(shì)電話系統(tǒng)由三部分組成：本地回路：雙絞線，模擬傳輸，1km~10km主干線：交換局間的光纜，數(shù)字傳輸交換局：交換設(shè)備，交換技術(shù)交換設(shè)備交叉點(diǎn)交換機(jī)空間分隔交換機(jī)時(shí)分交換機(jī)交叉點(diǎn)交換機(jī)縱橫制交換機(jī)（crossbar）0123456701234567缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)交換設(shè)備交叉點(diǎn)交換機(jī)空間分隔交換機(jī)時(shí)分交換機(jī)空間分隔交換機(jī)可以理解為組交換

nxknxknxknxkkxnkxnkxnkxnNNnnXNNnnXN/n個(gè)交叉條N/n個(gè)交叉條k個(gè)交叉條把用戶分組，中間的全交換每塊芯片交叉點(diǎn)減少有阻塞交換設(shè)備交叉點(diǎn)交換機(jī)空間分隔交換機(jī)時(shí)分交換機(jī)時(shí)分交換機(jī)—軟件方法核心是時(shí)隙互換器（timeslotinterchanger）計(jì)數(shù)器n個(gè)輸入時(shí)隙n條輸出線n條輸入線n個(gè)輸出時(shí)隙輸入幀輸出幀n個(gè)詞映射表在內(nèi)存存放n個(gè)k位的RAM緩沖互換內(nèi)容時(shí)隙互換器71625540332617040123456747630521ComputerNetworks2.5Internet接入技術(shù)電話網(wǎng)撥號(hào)接入ADSL接入有線電視網(wǎng)InternetoverCable（HFC網(wǎng)）FTTx技術(shù)ComputerNetworks2.5.1撥號(hào)接入通過(guò)電話線路訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器使用調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)必須在某ISP注冊(cè)成為合法用戶注冊(cè)成功后，ISP會(huì)為用戶提供一個(gè)電話號(hào)碼撥號(hào)后，相當(dāng)于用戶與ISP之間有了一條直連通路（因?yàn)殡娫捑W(wǎng)采用電路交換）服務(wù)器端采用DHCP協(xié)議，為接入者分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址DHCP協(xié)議：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DynamicHostConfigurationProtocol）ComputerNetworks家庭主機(jī)撥號(hào)上網(wǎng)示意圖家庭主機(jī)通過(guò)撥號(hào)對(duì)遠(yuǎn)程服務(wù)器的訪問(wèn)不歸零制編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（數(shù)字信號(hào)）：A、G經(jīng)MODEM調(diào)制后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（模擬信號(hào)）：B、F經(jīng)Codec編碼解碼后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（數(shù)字/模擬信號(hào)）：C、D、E、HISP1MODEMpoolMMMMMPCMTollofficeTollofficeTollofficeEndofficeLocalloop(Analog)(Twistedpair)Medium-bandwidthtrunk(Digital,fiber)CodecCodecHigh-bandwidthtrunk(digital,fiber)ISP2DigitallineBCEAGHFD數(shù)字信號(hào)MODEM:調(diào)制成模擬信號(hào)本地電話局的編碼解碼器（Codec）:解調(diào)為數(shù)字信號(hào)ISP所在電話局的Codec:調(diào)制成模擬信號(hào)ISP的MODEM:解調(diào)為數(shù)字信號(hào)，送到ISP主機(jī)ISP租用的數(shù)字設(shè)備:無(wú)需模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸需考慮的問(wèn)題任何傳輸介質(zhì)在傳輸信號(hào)時(shí)都伴隨著干擾（噪聲）和衰減噪聲有熱噪聲和隨機(jī)沖擊噪聲兩種衰減與信號(hào)的頻率有關(guān)，頻率越高衰減程度越大由于數(shù)字信號(hào)中包含著大量的高次諧波，所以基帶信號(hào)不適合作長(zhǎng)距離和高速的傳輸尤其應(yīng)關(guān)注在電話系統(tǒng)中使用的是頻分多路復(fù)用，人為地限制了每個(gè)信道的帶寬為4kHz---速率不快傳輸電話主干線傳輸技術(shù)同步時(shí)分多路復(fù)用，本地回路使用頻分多路復(fù)用ComputerNetworksMODEM

調(diào)制解調(diào)器簡(jiǎn)稱：MODEM(MOdulationandDEModulation)MODEM包括調(diào)制和解調(diào)兩個(gè)功能（數(shù)模模數(shù)）調(diào)制方式有：調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相或是上述的組合計(jì)算機(jī)與MODEM的接口常用的調(diào)制解調(diào)器接口有RS-232、RS-449ComputerNetworks載波：1000–2000Hz的正弦波使用某種技術(shù)，讓載波攜帶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相，或其組合常用的協(xié)議V.32： 6(1)bx2400=14.4kbpsV.34： 12x2400=28.8kbpsV.34bis： 14x2400=33.6kbpsV.90： 7x8000=56000bps當(dāng)ISP為數(shù)字接入時(shí)終端用戶上行速率為 33.6kbps，ISP的下行速率為56kbpsComputerNetworks在電話系統(tǒng)中使用的是頻分多路復(fù)用，人為地限制了每個(gè)信道的帶寬為4kHz數(shù)據(jù)率一般最高只能達(dá)到33.6k信道速率可以達(dá)到，但是isp設(shè)備的繁忙程度也有影響<ComputerNetworks2.5.2ADSL接入DSL數(shù)字用戶線路DSL：DigitalSubscriberLine使用常規(guī)的電話線路，本地局端的濾波器將限制帶寬為4kHz，但本地回路通常采用的是3類UTP（非屏蔽雙絞線），其實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4kHz如局端濾波器的限制策略為按需可調(diào)，且用戶到電話局之間改為數(shù)字傳輸，則給定的帶寬可增加高于4kHz的服務(wù)稱為寬帶服務(wù)xDSL技術(shù)把0~4kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。其中的“x”表示在DSL上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。ComputerNetworksxDSL的幾種類型（根據(jù)對(duì)上行、下行線路不同的帶寬需求）對(duì)稱線路：HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線1.544~2.048Mbps，2/4對(duì)雙絞線，3~4kmSDSL(Single-lineDSL)：1對(duì)線的數(shù)字用戶線1.544~2.048Mbps，1對(duì)雙絞線，3km非對(duì)稱線路：VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶線上行13~52Mbps，下行1.5~2.3Mbps 1對(duì)雙絞線，0.xxkmADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線上行64k~1Mbps，下行512k~8Mbps 1對(duì)雙絞線，3~5kmComputerNetworksADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）接入模型---頻分多路復(fù)用Internet用戶側(cè)本地局Ethernet端口PC機(jī)濾波器用戶配線架局端濾波器交換機(jī)配線架程控交換機(jī)ADSLmodemATU-RATU-C：ADSLTransmissionUnit－CentralATU-R：ADSLTransmissionUnit－Remote

ADSLmodemATU-CABFGEDC采用曼切斯特編碼、攜帶了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)：A攜帶了語(yǔ)音數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)：C、E、F經(jīng)ADSLmodem調(diào)制后的、攜帶了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)：B、D、G多個(gè)信道，頻分多路復(fù)用ADSL的接入模型ADSLmodem：將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)濾波器：頻分多路復(fù)用設(shè)備，將計(jì)算機(jī)信號(hào)和電話信號(hào)復(fù)用到同一條雙絞線上局端濾波器，將計(jì)算機(jī)信號(hào)和電話信號(hào)分開(kāi)：4kHz以下的部分交給程控交換機(jī)；4kHz以上的部分交給ADSLmodem進(jìn)而連接到Internet電話撥號(hào)：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和電話數(shù)據(jù)用的同一個(gè)信道，都是4k以內(nèi)的所以兩者是互斥的，不能同時(shí)使用Adsl:電話使用4k以內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)使用4k以上，兩者同時(shí)傳輸使用頻分復(fù)用的方法ComputerNetworksComputerNetworksDMT離散多音調(diào)調(diào)制---adsl調(diào)制方法DMT：DiscreteMultiToneModulation將本地回路的可用帶寬（約1.1MHz)分成256個(gè)4312.5Hz的獨(dú)立信道，信道0給傳統(tǒng)的電話，1~5保留，剩下的250個(gè)信道中一個(gè)給上行控制，一個(gè)給下行控制，其余全部用于數(shù)據(jù)傳輸，由提供者分配哪些給上行，哪些給下行采用DMT調(diào)制的ADSL0123456789251252253254255VoiceUpstreamDownstream…………4312.5Hz1~5

信道：作為電話信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的隔離帶ComputerNetworks常用的ADSL帶寬分配因?yàn)橛脩魧?duì)Internet的訪問(wèn)是不對(duì)稱的，所以一般總是將80–90%的信道分配給下行，每個(gè)信道都是獨(dú)立調(diào)制的voice4k4k…4kUpstream64k256k…1MDownstream512k1M…8M<ComputerNetworks2.5.3InternetoverCable社區(qū)電視系統(tǒng)HFC混合光纖電纜系統(tǒng)HFC中的頻譜分配CableMODEMADSL與HFC的比較ComputerNetworks社區(qū)電視系統(tǒng)（有線電視網(wǎng)CATV）社區(qū)電視系統(tǒng)的特點(diǎn)覆蓋面很大，系統(tǒng)之間用光纜連接傳播單向電視信號(hào)的一個(gè)共享系統(tǒng)：電視臺(tái)發(fā)射信息，電視接受信息用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)（入戶），帶寬可達(dá)750MHz作為Internet接入的可能性數(shù)據(jù)的雙向傳輸因此，需對(duì)現(xiàn)有有線電視網(wǎng)進(jìn)行改造（稱為HFC系統(tǒng)--光纖和同軸電纜的混合---有線通）才可能用于接入Internet用戶端的CableMODEMComputerNetworksHFC（HybridFiberCoax

）混合光纖電纜系統(tǒng)HFC網(wǎng)是在有線電視網(wǎng)CATV的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)?，F(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。

HFC網(wǎng)需要對(duì)CATV網(wǎng)進(jìn)行改造將原CATV網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。模擬光纖從頭端（headend）連接到光纖結(jié)點(diǎn)(fibernode)，即光分配結(jié)點(diǎn)

ODN(OpticalDistributionNode)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。ComputerNetworks每個(gè)家庭要安裝一個(gè)用戶接口盒UIB(UserInterfaceBox)，用戶接口盒要提供三種連接，即：使用同軸電纜連接到機(jī)頂盒(set-topbox)，然后再連接到用戶的電視機(jī)。使用雙絞線連接到用戶的電話機(jī)。使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用