1、計算機網絡計算機網絡2009年年2月月2009年年6月月第第 2 章章 物理層物理層2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念2.2 數據通信的基礎知識數據通信的基礎知識2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體2.4 模擬傳輸與數字傳輸模擬傳輸與數字傳輸2.5 信道復用技術信道復用技術2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用n頻分復用FDM：所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。n時分

2、復用TDM：所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5頻分復用2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用時分復用頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用

3、、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用時分復用頻率時間C DC DC DAAAABBBB C D在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用時分復用頻率時間BDBDBDAAAA BCCCC D在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用時分復用頻

4、率時間B CB CB CAAAA B CDDDD在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀舉例舉例:PCM 30/32路系統路系統2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復用幀#1acbcd時分復用#2#3#4用戶時分復用可能會造成線路資源的浪費2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用用戶ABCDabcdttttt3 個 S

5、TDM 幀#1acbab bcacd#2#3統計時分復用STDM幀的時隙數小于復用的用戶數。STDM幀不是固定地分配時隙，而是按需動態地分配。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用頻分復用、時分復用和統計時分復用異步時分復用異步時分復用同步時分復用同步時分復用統計時分復用統計時分復用普通時分復用普通時分復用用戶所占用的時隙并不是周期性地出現。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.2 波分復用波分復用 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4

6、1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s20 Gb/s復用器分用器EDFA120 km波分復用就是光的頻分復用。波分復用就是光的頻分復用。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用常用的名詞是碼分多址常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此各用戶使用經過特殊

7、挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。不會造成干擾。這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。 每一個比特時間劃分為每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為個短的間隔，稱為碼片碼片(chip)。 2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用每個站被指派一個惟一的每個站被指派一個惟一的 m m bit bit 碼片序列碼片序列。如發送比特 1，則發送自己的 m bit 碼片序列。如發送比特 0，則發送該碼片序列的二進制反碼。 例如，例如，S S

8、站的站的 8 bit 8 bit 碼片序列是碼片序列是 0001101100011011。發送比特 1 時，就發送序列 00011011，發送比特 0 時，就發送序列 11100100。S S 站的碼片序列：站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)+1) 2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用 每個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)。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規格化內積(inner product)都是 0：011miiiTSmT

9、S向量 S 表示站 S 的碼片向量， T 表示其他站的碼片向量。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用例如：向量例如：向量 S 為為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向，向量量 T 為為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 這兩個碼片序列是正交的。這兩個碼片序列是正交的。0) 11111111 (811811imiiiTSmTS2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用 一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內積值是積值是 1。 任何一個碼片

10、向量和該碼片向量自己的規格化任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是內積都是1 。mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SS2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用S 站的碼片序列 S110ttttttm 個碼片tS 站發送的信號 SxT 站發送的信號 Tx總的發送信號 Sx + Tx規格化內積 S Sx規格化內積 S Tx數據碼元比特發送端接收端若兩個及以上站點同時傳輸若兩個及以上站點同時傳輸,則雙極性信號線性加。則雙極性信號線性加。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復

11、用例如：例如：A:00011011 B:00101110 C:01011100 D:01000010A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。 0BA0CA0CB2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。ABCD11

12、11010111111101S1: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)S2: (2 0 0 0 +2 +2 0 2)S3: ( 0 0 2 +2 0 2 0+2)S6: (2 2 0 2 0 2 +4 0) 要從信號中還原出單個站點的比特流要從信號中還原出單個站點的比特流,接收方必接收方必須事先獲知該站點的碼片序列須事先獲知該站點的碼片序列,通過計算收到的序通過計算收到的序列與欲還原站點的碼片序列內積列與欲還原站點的碼片序列內積,就可還原。就可還原。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用CCBACS)(1100CCCBCA結果結果+1“

13、1” -1“0”2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用例如：某例如：某CDMA接收方收到的碼元序列為接收方收到的碼元序列為(1 +1 3 +1 1 3 +1 +1)，設，設A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。問：那些站點發送了數據，發送了什么數位？問：那些站點發送了數據，發送了什么數位？令：令：S= (1 +1 3 +1 1 3 +1 +1)分別計算分別計算SA，S B，S C，S D結果分別

14、為結果分別為1，-1，0，1于是于是A、D發送了發送了“1”，B發送了發送了“0”，C未發。未發。2.5 信道復用技術信道復用技術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用測試：某測試：某CDMA接收方收到的碼元序列為接收方收到的碼元序列為(0 0 2 +2 0 2 0 +2)，設，設A: (1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)B: (1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)C: (1 +1 1 +1 +1 +1 1 1)D: (1 +1 1 1 1 1 +1 1)。問：那些站點發送了數據，發送了什么數位？問：那些站點發送了數據，發送了什么數位？2.5 信道復用技術信道復用技

15、術第第 2 章章 物理層物理層2.5.3 碼分復用碼分復用在實用的系統中是使用偽隨機碼序列第第 2 章章 物理層物理層2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念2.2 數據通信的基礎知識數據通信的基礎知識2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體2.4 模擬傳輸與數字傳輸模擬傳輸與數字傳輸2.5 信道復用技術信道復用技術2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層舊的數字傳輸系統存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個方面： 速率

16、標準不統一。如果不對高次群的數字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數據傳輸就很難實現。 不是同步傳輸。在過去相當長的時間，為了節約經費，各國的數字網主要是采用準同步方式。 2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層同步光纖網 SONET (Synchronous Optical Network) 的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。 第 1 級同步傳送信號 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。光信號則稱為第 1 級光載波 OC-1，OC 表示Optical Car

17、rier。 2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層ITU-T 以美國標準 SONET 為基礎，制訂出國際標準同步數字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。一般可認為 SDH 與 SONET 是同義詞。SDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當于 SONET 體系中的 OC-3 速率。 2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層

18、線路速率(Mb/s)SONET符號ITU-T符號線路速率常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520*OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080*OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192ST

19、M-6410 Gb/s2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層光子層路徑層線路層段層線路光子層路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層段層光子層線路層段層光子層段層SDH終端SDH終端復用器或分用器復用器或分用器轉發器轉發器段段段路徑SONET 的體系結構2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH第第 2 章章 物理層物理層SONET 的體系結構光子層路徑層線路層段層光子層路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層段層光子層線路層段層光子層段層光子層(Photonic Layer)處理跨越光纜的比特傳送。段層(

20、Section Layer)在光纜上傳送 STS-N 幀。線路層(Line Layer)負責路徑層的同步和復用。路徑層(Path Layer) 處理路徑端接設備 PTE (Path Terminating Element)之間的業務的傳輸。 第第 2 章章 物理層物理層2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念2.2 數據通信的基礎知識數據通信的基礎知識2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體2.4 模擬傳輸與數字傳輸模擬傳輸與數字傳輸2.5 信道復用技術信道復用技術2.6 同步光纖網同步光纖網SONET和同步數字系列和同步數字系列SDH2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例2.7 物理層

21、標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環境通信環境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線用戶設施用戶環境DTE 數據終端設備DCE 數據電路端接設備2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環境通信環境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線用戶設施用戶環境DTE (Data Terminal Equipment) 是數據終端設備，是是數據終端設備，是具有一定的數據處理能力和發送、接收數據能力的設備。具有一定的數據處理能力和發送、接收數據能力的設備。2.7 物理層標準舉例

22、物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環境通信環境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線用戶設施用戶環境DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是數據電是數據電路端接設備，在路端接設備，在 DTE 和傳輸線路間提供信號變換和編和傳輸線路間提供信號變換和編碼功能，并且負責建立、保持和釋放數據鏈路的連接。碼功能，并且負責建立、保持和釋放數據鏈路的連接。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環境通信環境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線

23、用戶設施用戶環境EIA-232-E接口標準接口標準2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層第第 2 章章 物理層物理層2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)接口是由Compaq、IBM、Microsoft等聯合提出，用于取代逐漸不適應外設需求的傳統串、并口。1996年:USB1.0標準;目前USB2.0標準。USB接口的連接線有兩種形式： “A”連接頭（其與電腦接口連接的一端） “B”連接頭（連接外設的接頭）第第 2 章章 物理層物理層2.7 物

24、理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例 串口是計算機主要的外部接口之一，通過九針串口連接的設備有很多，像串口鼠標、MODEM、手寫板等等。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準美國電子工業協會美國電子工業協會EIA制定的著名物理層異步通信接制定的著名物理層異步通信接口標準。口標準。1962RS-232 (RS”推薦標準推薦標準”)1969RS-232-C1987EIA-232-D1991EIA-232-E2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-

25、E接口標準接口標準機械特性機械特性使用使用ISO 2110關于插頭座的標準，關于插頭座的標準，25根引腳。根引腳。引腳上、下兩排，分別由引腳上、下兩排，分別由13根和根和12根。根。引腳編號引腳編號113，1425。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準電氣特性電氣特性負邏輯。負邏輯。對信號地線電壓對信號地線電壓+3V或更高，用或更高，用“0”表示；表示；相反相反-3V或更低，用或更低，用“1”表示表示。引腳上的信號為引腳上的信號為“MARK”/ “ON”用用“0”表表示；示；“SPACE” / “OFF”用用“1”表示。表示。2.7

26、 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器(1) 保護地保護地PG，保護地線，可選用，保護地線，可選用。如果用，則接至設備外殼。如果用，則接至設備外殼。(7) 信號地信號地SG，一個公共地回路，是除保護地外的所有其他電，一個公共地回路，是除保護地外的所有其他電路測量參照點路測量參照點。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2

27、章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器(2)發送數據發送數據TD，信號由，信號由DTEDCE，不發送時，維持電路在，不發送時，維持電路在“MARK”狀態。狀態。DTE只有在以下只有在以下4個電路都處于邏輯個電路都處于邏輯0，即，即“ON”時，才能發送。時，才能發送。請求發送請求發送RTS(4)；允許發送；允許發送(5)；DTE就緒就緒(20)；DCE就緒就緒(6).

28、2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器(3)接收數據接收數據RD，信號由，信號由DCEDTE，不發送時，維持電路在，不發送時，維持電路在“MARK”狀態。狀態。(4)請求發送請求發送RTS，用于發信號給，用于發信號給DCE，從而請求在，從而請求在(2)上發送數上發送數據，與據，與(5)一起控制一起控制DTE、DCE間的數

29、據流動。間的數據流動。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器(5)允許發送數據允許發送數據CTS，作為控制信號由，作為控制信號由DCEDTE，為，為“ON”時，表明時，表明DCE已經做好接收數據的準備。已經做好接收數據的準備。(6)DCE就緒就緒DSR，信號由，信號由DCEDTE，為，為“ON”時，表明時，表明DCE已經

30、連接到通信通道。已經連接到通信通道。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制解調器(20)DTE就緒就緒DTR，控制信號由，控制信號由DTEDCE，為，為“ON”時，表時，表明明DTE已經準備好與已經準備好與DCE通信。通信。(22)振鈴指示振鈴指示RI，控制信號由，控制信號由DCEDTE，為，為“ON”時，表明時，表明DCE正在接收一個響鈴信號。正在接收一個響鈴信號。2.7 物理層標準舉例物理層標準舉例第第 2 章章 物理層物理層EIA-232-E接口標準接口標準功能特性功能特性(1) 保護地(2) 發送數據(3) 接收數據(4) 請求發送(5) 允許發送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調制