第3章物理層物理層位于OSI參考模型的最底層，它的主要功能是實現比特流的透明傳輸，為數據鏈路層提供數據傳輸服務。它直接面向實際承擔數據的物理介質（即通信信道）。物理層的傳輸單位為比特，即一個二進制位（“0”或“1”）。ITU的X.25建議的DTE與DCE3.1物理層接口與協議3.1.1物理層接口

ISO對OSI模型的物理層所作的定義為：在物理信道實體之間合理地通過中間系統，為比特流傳輸所需的物理連接的激活、保持和去除提供機械的、電氣的、功能性和規程性的手段。比特流傳輸可以采用異步傳輸，也可以采用同步傳輸完成3.1.2物理層的功能和提供的服務1．機械特征為了使不同廠家生產的DTE、DCE設備便于連接，物理層的機械特性對插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數及其排列方式、鎖定裝置形式作了詳細的規定，其幾何尺寸與DCE連接相配合，插針芯數和排列方式與DCE連接器成鏡像對稱。ISO標準化了DCE連接器的幾何尺寸及插孔芯數和排列方式。一般來說，DTE的連接器常用插針形式，其幾何尺寸與DCE連接器相配合.2．電氣特征物理層的電氣特征規定了導線的電氣連接及有關電路的特性，DTE與DCE接口的各根導線（也稱電路）的電氣連接方式有非平衡方式、采用差動接收器的非平衡方式和平衡方式三種。3．信號的功能特性物理層的功能特性規定了接口信號的來源、作用以及其它信號之間的關系。4．規程特性物理層的規程特性規定了使用交換電路進行數據交換的控制步驟，這些控制步驟的應用使得比特流傳輸得以完成。目前由ITU建議在物理層使用的規程有V系列標準，X系列標準，它們分別適用于各種不同的交換電路中。3.1.3物理層協議舉例1．RS-232C標準提供了一個利用公用電話網絡作為傳輸介質，并通過調制解調器將遠程設備連接起來的技術規定。RS-232C標準接口只控制DTE與DCE之間的通信，與連接在兩個DCE之間的電話網絡沒有直接的關系。RS-232C的電氣特性規定邏輯“1”的電平為-15至-5伏，邏輯“O”的電平為+5至+15伏，也即RS-232C采用士15伏的負邏輯電平，±5伏之間為過度區域不作定義。

RS-232C功能特性引腳號信號線功能說明信號線型連接方向1

2

3

4

5

6

7

8

20

22AA

BA

BB

CA

CB

BB

AB

CF

CD

CE保護地線(GND)

發送數據(TD)

接收數據(RD)

請求發送(RTS)

清除發送(CTS)

數據設備就緒(DSR)

信號地線(Sig.GND)

載波檢測(CD)

數據終端就緒(DTR)

振鈴指示(RI)地線

數據線

數據線

控制線

控制線

控制線

地線

控制線

控制線

控制線

→DCE

→DTE

→DCE

→DTE

→DTE

→DTE

→DCE

→DTE1

2

3

4

5

6

7

8

20

221

2

3

4

5

6

7

8

20

22DTE-DCE連接若兩臺DTE設備（如兩臺計算機）在近距離直接連接方式

2．EIARS-449及RS-422與RS-423接口標準1977年年底，EIA頒布了一個新標準RS-449，次年，這個接口標準的兩個電氣子標準：RS-423（采用差動接收器的非平衡方式）和RS-422（平衡方式）也相繼問世。RS-449標準的電氣特性有兩個子標準，即平衡式的RS-422標準和非平衡式的RS-423標準。RS-422電氣標準RS-422電氣標準是平衡方式標準，它的發送器、接收器分別采用平衡發送器和差動接收器，由于采用完全獨立的雙線平衡傳輸，抗串擾能力大大增強。又由于信號電平定義為士6伏（士2伏為過渡區域）的負邏輯，性能遠遠優于RS--232C標準。RS-423電氣標準RS-423電氣標準是非平衡標準，它采用單端發送器（即非平衡發送器）和差動接收器。雖然發送器與RS-232C標準相同，但由于接收器采用差動方式，所以傳輸距離和速率仍比RS-232C有較大的提高eRS-423的信號電平定義為±6伏（其中±4伏為過度區域）的負邏輯。3.100系列和200系列接口標準

ITUV.24建議中有關DTE--DCE之間的標準有100系列、200系列兩種。4．X．21和X．21bis建議

ITU對DTE--DCE的接口標準有V系列和X系列兩大類建議。3.2傳輸介質傳輸介質是通信網絡中發送方和接收方之間的物理通路，計算機網絡中采用的傳輸介質可分為有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線傳輸介質；無線電通信、微波通信、紅外通信以及激光通信的信息載體都屬于無線傳輸介質。3.2.1雙絞線雙絞線是最常用的傳輸介質。雙絞線芯一般是銅質的，能提供良好的傳導率。既可以用于傳輸模擬信號也可以用于傳輸數字信號。雙絞線分為兩種：無屏蔽的和屏蔽的。3.2.2同軸電纜同軸電纜分為基帶同軸電纜（阻抗50）和寬帶同軸電纜(阻抗75)。基帶同軸電纜又可分為粗纜和細纜兩種，都用于直接傳輸數字信號；寬帶同軸電纜用于頻分多路復用的模擬信號傳輸，也可用于不使用頻分多路復用的高數字信號和模擬信號傳輸。閉路電視所使用的CATV電纜就是寬帶同軸電纜。3.2.3光纖光纖是光導纖維的簡稱，它由能傳導光波的超細石英玻璃纖維外加保護層構成。多條光纖組成一束，就構成一條光纜。相對于金屬導線來說具有重量輕、線徑細的特點。光纖適合于在幾個建筑物之間通過點到點的鏈路連接局域網絡。光纖具有不受電磁干擾或噪聲影響的特征，適宜在長距離內保持高數據傳輸率．而且能夠提供很好的安全性。

光纖通信系統的基本組成

驅動電路

光源光檢測器放大電路

光發送機

光接收機

電信號光纜光纜電信號光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸的方式是不斷地全反射輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖3.2.4無線傳輸介質目前常用的技術按照頻率由低向高排列有：無線電波、微波、紅外線和可見光。由若干小區構成的覆蓋區叫做區群。由于區群的結構酷似蜂窩，因此人們將小區制移動通信系統叫做蜂窩移動通信系統。在蜂窩移動通信系統中，多址接人方法主要有3種：頻分多址接入FDMA、時分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA。蜂窩移動通信網的設計，涉及OSl參考模型的物理層、數據鏈路層與網絡層。

蜂窩移動通信系統微波通信的載波頻率為1OOMHz～1OGHz范圍。因為頻率高，可同時傳送大量信息，用來傳輸數字數據，速率可達數Mbps地球

微波天線衛星通信具有通信距離遠、費用與通信距離無關、覆蓋面積大、不受地理條件的限制、通信信道帶寬帶、可進行多址通信與移動通信的優點，因此獲得了迅速的發展，并成為現代主要的通信手段之一。地球同步衛星與地面站相對固定位置使用三顆衛星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應用領域：電視傳輸長途電話專用網絡廣域網35,784km地球3.2.5傳輸介質的選擇傳輸介質的選擇取決于以下諸因素：網絡拓撲的結構、實際需要的通信容量、可靠性要求、能承受的價格范圍。常用傳輸介質的比較傳輸介質傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數字:500m較好低模擬/數字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數據及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠距離高速數據傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠程通信衛星寬帶1～10GHz18000km很好高遠程通信3.3數據通信技術

3.3.1通信信道數據通信的任務是傳輸數據信息，希望達到傳輸速度快、出錯率低、信息量大、可靠性高，并且既經濟又便于使用維護。這些要求可以用下列技術指標加以描述。1．數據傳輸速率所謂數據傳輸速率，是指每秒能傳輸的二進制信息位數，單位為位／秒，記為bps或b/s，它可由下式確定：

R=(1/T).log2N(bps)式中T為一個數字脈沖信號的寬度,單位為秒。一個數字脈沖也稱為一個碼元,N為一個碼元所取的有效離散值個數,也稱調制電平數,N一般取2的整數次方值。若一個碼元僅可取0和1兩種離散值,則該碼元只能攜帶一位二進制信息;若一個碼元可取00、01、10和11四種離散值,則該碼元就能攜帶兩位二進制信息。以此類推,若一個碼元可取N種離散值,則該碼元便能攜帶log2N位二進制信息另一個技術指標——信號傳輸速率，也稱碼元速率、調制速率或波特率，單位為波特率。信號傳輸速率表示單位時間內通過信道傳輸的碼元個數，也就是信號經調制后的傳輸速率。若信號碼元的寬度為T秒，則碼元速率定義為：

B=(1/T)(Baud)一般在二元調制方式中（N=2),S和B都取同一值(因為log22=1),習慣上二者是通用的。但在多元調制的情況下,必須將它們區別開來。R=(1/T).log2N(bps)=(1/T)(Baud)=B-5v=0-5v=1

101011011個碼元取2個離散值，發送8個碼元等于發送了8位-5v=00-2.5v=01+2.5v=10+5v=111100001001100001t1個碼元取4個離散值，發送8個碼元等于發送了16位如采用四相調制方式，即N=4，且T=833×10-6秒則可求出數據傳輸率為：

R=(1/T)log2N=1/（833X10－6）log24=2400(bps)而調制速率為：B=1/T=1/（833X10－6）=1200(baud)2．信道容量信道容量表征一個信道傳輸數據的能力，單位也用位／秒(bps)。信道容量與數據傳輸速率的區別在于，前者表示信道的最大數據傳輸速率，是信道傳輸速率數據能力的極限，而后者則表示實際的數據傳輸速率。奈奎斯特首先給出了無噪聲情況下碼元速率的極限值B與信息帶寬H的關系：

B=2*H(Baud)其中，H是信道的帶寬，也稱頻率范圍，即信道能傳輸的上、下限頻率的差值，單位為Hz。實際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農則進一步研究了受隨機噪聲干擾的信道情況，給出了計算信道容量的香農公式：C=H*log2(1+S/N)

其中，H表示信道的帶寬，S表示信號功率，N為噪聲功率，S/N則為信噪比。由于實際使用的信道的信噪比都要足夠大，故常表示成

10*log10(S/N)

以分貝(dB)為單位來計算，在使用時要特別注意。3．誤碼率誤碼率是衡量數據通信系統在正常工作情況下的工作情況下的傳輸可靠性的指標，它定義為二進制數據傳輸出錯的概率。設傳輸的二進制數據總數為N位，其中出錯的位數為Ne，則誤碼率表示為；

Pe=Ne/N計算機網絡中，一般要求誤碼率低于10-9，即平均每傳輸109位數據僅允許錯一位。若誤碼率達不到這個指標，可以通過差錯控制方法進行檢錯和糾錯。4．通信方式通信有兩種基本方式，即串行方式和并行方式。通常情況下，并行方式用于近距離通信，串行方式用于距離較遠的通信。串行通信的方向結構。串行數據通信的方向性結構有三種，即單工、半雙工和全雙工。發送器接收器發送器/接收器發送器/接收器發送器/接收器發送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時不可同時

并行數據傳輸串行數據傳輸3.3.2模擬數據通信和數字數據通信(1)數據。數據可定義為有意義的實體，它涉及事物的存在形式。數據可分為模擬數據和數字數據兩大類。(2)信號。信號是數據的電子或電磁編碼。對于模擬數據和數字數據，信號也可分為模擬信號和數字信號。模擬信號時間上連續，包含無窮多個信號值數字信號時間上離散，僅包含有限數目的信號值。最常見的是二值信號ta）模擬信號tb）數字信號信息編碼：將信息用二進制數表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數據編碼：將數據用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數據編碼可能為01000001t信息通過數據通信系統進行傳輸的過程把攜帶信息的數據用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數據（二進制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數據→適合傳輸的數字信號——便于同步、識別、糾錯調制：數字信號→適合傳輸的形式——按頻率、幅度、相位解調：接收波形→數字信號解碼：數字信號→原始數據信息→數據→信號→在信道上傳輸→信號→數據→信息數據編碼調制解調數據解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數據：模擬數據數字數據信號：模擬信號數字信號信道：模擬信道數字信道模擬傳輸和數字傳輸所使用的技術語音移頻,調制模擬數字模擬模擬PCM編碼數字數字數字編碼數字模擬數據，模擬信號數字數據，模擬信號數字數據，數字信號模擬數據，數字信號10101010調制編碼與調制的區別編碼：用數字信號承載數字或模擬數據調制：用模擬信號承載數字或模擬數據EncoderDecoder數字或模擬數據數字信號x(t)g(t)數字或模擬數據編碼與解碼數字信道發送方接收方g(t)編碼解碼調制與解調數字或模擬數據ModulatorDemodulator數字或模擬數據模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發送方接收方調制解調制3.3.3多路復用技術頻分多路復用FDM和時分多路復用TDM是兩種最常用的多路復用技術。對于光纖信道，還使用頻分多路復用的一個變種稱為波分多路復用WDM。頻分復用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復用信號f復用器時分復用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數據占用一個時隙進行傳輸。在通信網絡中應用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數字化信號MUX復用后的數據流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復用器t由于每路數據總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復用也稱為同步時分復用。一個時間片內傳輸的多路數據稱為幀。時分復用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數據用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內發送每個時隙承載一路PCM信號T1載波Bell系統的T1載波利用脈碼調制PCM和時分TDM技術，使24路采樣聲音信號復用一個通道。每一個幀包含193位，每一幀用125us時間傳送。T1系統的數據傳輸速率為1.544Mbps。E1-幀格式T1、E1線路也可以用于計算機通信0121631時間片125ms=32時隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數字語音數據（PCM數據）+2路控制用戶話路用戶話路1517波分復用——光的頻分復用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵3.3.4異步傳輸和同步傳輸通信過程中收、發雙方必須在時間上保持同步，一方面碼元之間要保持同步，另一方面由碼元組成的字符或數據塊之間在起止時間上也要保持同步，實現字符或數據塊之間在起止時間上同步的常用方法有異步傳輸和同步傳輸兩種。1．異步傳輸異步傳輸方式中，一次只傳輸一個字符（由5～8位數據組成）。每個字符用一位起始位引導。一位停止位結束。起始位為“O”，占一位時間；停止位為“1”，占1到2位的持續時間。

2．同步傳輸同步傳輸時，為使接收方能判定數據塊的開始和結束，還須在每個數據塊的開始處和結束處各加一個幀頭和一個幀尾，加有幀頭、幀尾的數據稱為一幀。幀頭和幀尾的特性取決于數據塊是面向字符的還是面向位的。3.4數據編碼3.4.1數據編碼技術1．數字數據的數字信號編碼數字信號可以直接采用基帶傳輸，所謂基帶就是指表示二進位制比特序列的矩形脈沖信號所占的固有頻帶，稱為基本頻帶（簡稱基帶）。

a)單極性脈沖

b)雙極性脈沖

c)單極性歸零脈沖

d)雙極性歸零脈沖

e)交替雙極性歸零脈沖

不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始，需要用某種方法使發送器和接收器之間進行定時或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。單極性碼會積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數據通信設備和所處環境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層；雙極性碼的直流分量大大減少，這對數據傳輸是很有利的。零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點在計算機通信與網絡中，廣泛采用的同步方法有位同步和群同步兩種。實現位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。1)位同步

位同步又稱同步傳輸，它是使接收端對每一位數據都要和發送端保持同步。實現位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中，接收端的同步信號事先由發送端送來，而不是自己產生也不是從信號中提取出來。即在發送數據之前，發送端先向接收端發出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數據的過程中始終與發送端保持同步。自同步法是指能從數據信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數據信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳變表示"0"或"1"，有跳變為"0"，無跳變為"1"。2)群同步

在數據通信中，群同步又稱異步傳輸。是指傳輸的信息被分成若干“群”。數據傳輸過程中，字符可順序出現在比特流中，字符間的間隔時間是任意的，但字符內各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。字符間的異步定時與字符內各個比特間的同步定時，是群同步即異步傳輸的特征。2．模擬數據的數字信號編碼對模擬數據進行數字信號編碼的最常用的方法是脈碼調制PCM，它常用于對聲音信號進行編碼。脈碼調制是以采樣定理為基礎的。信號數字化的轉換過程可包括采樣、量化和編碼三個步驟。模擬數據的數字信號編碼采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。要轉換的模擬數據主要是電話語音信號，模擬數據要在數字線路上傳輸，必須將其轉換成數字信號。PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（PulseCodedModulation，脈碼調制）。語音信號的數字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數：256級（8b/每樣本）數據率：8000次/s×8b=64kb/s每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼

數字化語音信號f<4kHzfs=8kHzPCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號脈碼調制PCM脈碼調制是以采樣定理為基礎，對連續變化的模擬信號進行周期性采樣，利用大于有效信號最高頻率或其帶寬２倍的采樣頻率，通過低通濾波器從這些采樣中重新構造出原始信號。采樣定理表達公式:

Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs式中Ts為采樣周期

Fs為采樣頻率

Fmax為原始信號的最高頻率

Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬2015.11.283.4.2調制解調器1．模擬用戶線路的調制解調器數字或模擬數據MODEMMODEM數字或模擬數據模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發送方接收方調制解調制模擬信號時間上連續，包含無窮多個信號值數字信號時間上離散，僅包含有限數目的信號值。最常見的是二值信號ta）模擬信號tb）數字信號數字數據的調制三種常用的調制技術：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數字信號對載波的不同參量進行調制。

載波信號S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調制就是要使A、或隨數字基帶信號的變化而變化ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK帶寬,波特率,碼元,位傳輸率一種介質的帶寬是指在最小衰減的情況下能夠通過這種介質的頻率范圍。波特率是指每秒鐘的采樣次數。每個采樣發送一份信息，這份信息稱為碼元。因此，波特率和碼元率是相同的。調制技術（比如QPSK）決定了每個采樣的位數。位傳輸率是指一條信道上發送的信息的數量，它等于每秒采樣數乘以每個采樣的位數。

正交振幅調制QAMQAM是一種采用技術上更為復雜的多元制的振幅相位混合調制方法，是一種在兩個正交載波上進行幅度調制的調制方式。這兩個載波通常是相位差為90度(π/2)的正弦波，因此被稱作正交載波。這種調制方式因此而得名。星座圖中的16個點的坐標(r，φ)都不相同。其中r代表振幅，φ代表相位。這16個點可表示0000到1111共16種不同組合的數據，即：當傳送數據為0000時，Modem輸出信號的振幅和相位為(r0，φ0)，當傳送數據為0001時，Modem輸出信號的振幅和相位為(r1，φ1)，……，當傳送數據為1111時，Modem輸出信號的振幅和相位為(r15，φ15)。

正交振幅調制QAMr(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應于一種4bit的編碼。若每一個碼元可表示的比特數越多，則在接收端進行解調時要正確識別每一種狀態就越困難。舉例

2．數字用戶線路DSL就是數字用戶線(DigitalSubscriberLines)的縮寫。而DSL的前綴x則表示在數字用戶線上實現的不同寬帶方案。

xDSL技術就是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業務。雖然標準模擬電話信號的頻帶被限制在300~3400Hz的范圍內，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過1MHz。xDSL技術就把0~4kHz低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對稱數字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對線的數字用戶線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數字用戶線DSL：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應DSL，是ADSL的一個子集，可自動調節線路速率）。ADSL的極限傳輸距離ADSL的極限傳輸距離與數據率以及用戶線的線徑都有很大的關系（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大），而所能得到的最高數據傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關。例如，0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時可傳送5.5公里，但當傳輸速率提高到6.1Mb/s時，傳輸距離就縮短為3.7公里。如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里ADSL的特點上行和下行帶寬做成不對稱的。上行指從用戶到ISP，而下行指從ISP到用戶。ADSL在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個ADSL調制解調器。我國目前采用的方案是離散多音調DMT(DiscreteMulti-Tone)調制技術。這里的“多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT技術DMT調制技術采用頻分復用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中25個子信道用于上行信道，而249個子信道用于下行信道。每個子信道占據4kHz帶寬（嚴格講是4.3125kHz），并使用不同的載波（即不同的音調）進行數字調制。這種做法相當于在一對用戶線上使用許多小的調制解調器并行地傳送數據。DMT技術的頻譜分布…頻譜頻率上行信道傳統電話04下行信道…(kHz)~40~138~1100ADSL的數據率由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此ADSL采用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。當ADSL啟動時，用戶線兩端的ADSL調制解調器就測試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個頻率上測試信號的傳輸質量。ADSL不能保證固定的數據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通ADSL。通常下行數據率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數據率在32kb/s到640kb/s之間。ADSL的組成ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線

電話分離器

區域寬帶網至ISP居民家庭基于ADSL的接入網端局或遠端站DSLAM至本地電話局PSPS數字用戶線接入復用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接單元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表遠端Remote）電話分離器PS(POTSSplitter)

3.5數據交換技術數據經編碼后在通信線路上進行傳輸，按數據傳送技術劃分，交換網絡又可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。

交換網絡的拓撲結構

3.5.1電路交換(CircuitSwitching)電話交換網是使用電路交換技術的典型例子。用電路交換技術完成數據傳輸要經歷以下電路建立、數據傳輸、電路拆除三個過程。電路交換方式的優點是數據傳輸可靠、迅速，數據不會丟失且保持原來的序列。缺點是在某些情況下，電路空閑時的信道容量被浪費；當數據傳輸階段的持續時間不長時，電路建立和拆除所用的時間就得不償失。因此，它適用于系統間要求高質量的大量數據傳輸的情況。電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道。特點：數據傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機通信：因為計算機數據具有突發性的特點，真正傳輸數據的時間不到10%。電話網絡中的電路交換3.5.2報文交換(MessageSwitching)報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發送的數據塊，其長度不限且可變。報文交換不需要在兩個站之間建立專用通路，傳送方式采用“存儲一轉發”方式。端與端之間無須先通過呼叫建立連接。報文交換的主要缺點是；它不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經過網絡的延遲時間長且不定。因此，這種方式不能用于語音連接，也不適合于交互式終端到計算機的連接。報文交換以報文為單位進行“存儲-轉發”交換的技術。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉發出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數據傳輸技術稱為存儲-轉發。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節點傳輸報文時建立節點間的連接。——稱為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發送。優缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復雜；大報文造成存儲轉發的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發。3.5.3分組交換(PacketSwitching)將一個報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個上限，典型的最大長度是數千位。分組交換的具體過程又可分為虛電路分組交換和數據報分組交換兩種。報文分組交換的主要特點在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數據數據數據報文添加首部構成分組每一個數據段前面添加上首部構成分組。首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元分組交換網以“分組”作為數據傳輸單元。依次把各分組發送到接收端（假定接收端在左邊）。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。用這樣的存儲轉發方式，最后分組就能到達最終目的地。收到分組后剝去首部接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3收到的數據數據數據數據最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數據恢復成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現差錯，在轉發時也沒有被丟棄。報文11010001101010101101010111000100110100101.虛電路方式在虛電路分組交換中，為了進行數據傳輸，網絡的源節點和目的節點之間要先建一條邏輯通路。每個分組除了包含數據之外還包含一個虛電路標識符。在預先建好的路徑上的每個節點都知道把這些分組引導到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后，由某一個站用清除請求分組來結束這次連接。它之所以是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。虛電路分組交換的主要特點是：在數據傳送之前必須通過虛呼叫設置一條虛電路。但并不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個節點上仍然需要緩沖，并在線路上進行排隊等待輸出。虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機中的路由表定義的邏輯連接也需要三個過程：建立－數據傳輸－拆除建立虛電路時，交換機將預留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數據時則不再需要數據傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網絡——“數字管道”提供的是“面向連接”的服務但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續地依次占用傳輸鏈路段可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達永久虛電路PVC和交換虛電路SVC分組通過預先建立好的虛電路穿越網絡2.數據報方式在數據報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數據報，每個數據報自身攜帶足夠的地址信息。一個節點收到一個數據報后，根據數據報中的地址信息和節點所儲存的路由信息，找出一個合適的出路，把數據報原樣地發送到下一節點。由于各數據報所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個數據報按順序到達目的地，有的數據報甚至會中途丟失。整個過程中，沒有虛電路建立，但要為每個數據報做路由選擇。H1H5H2H4H3H6發送的分組路由器AEDBC網絡核心部分主機數據報分組交換網的示意圖H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發送分組H2向H6

發送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉發過程H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發送分組路由器主機在路由器

E

暫存查找轉發表找到轉發的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉發表找到轉發的端口在路由器

A

暫存查找轉發表找到轉發的端口3.5.4高速交換目前光交換技術發展主要有以下幾種：

1．微電子機械系統(MEMS)的光交換機

2．無交換式光