計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理課件物理層第一頁(yè)，共58頁(yè)。第3章物理層3.1物理層基本功能3.2常用傳輸介質(zhì)的接口特性

3.2.1RJ-45的接口特性

3.2.2BNC接口特性

3.2.3常用光纖接口的特性3.3寬帶接入技術(shù)

3.3.1xDSL技術(shù)

3.3.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）

3.3.3FTTx技術(shù)2第二頁(yè)，共58頁(yè)。3.1物理層的基本功能

接收數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)幀，執(zhí)行物理層協(xié)議在通信設(shè)備之間建立連接，按順序傳輸比特流；正確地利用傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。3第三頁(yè)，共58頁(yè)。3.1物理層的協(xié)議及特性物理層協(xié)議：解決主機(jī)、終端設(shè)備與通信線(xiàn)路上的通信設(shè)備之間的接口問(wèn)題。即：機(jī)械特性

指明接口所用接線(xiàn)器的形狀和尺寸、引線(xiàn)數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。電氣特性指明在物理信道上傳輸比特流是信號(hào)電平大小、數(shù)據(jù)編碼方式、阻抗匹配、傳輸速率、距離限制等。

分三類(lèi)：非平衡型、新非平衡型和新平衡型。功能特性

指明各個(gè)信號(hào)線(xiàn)的確切定義。過(guò)程（規(guī)程）特性指明各線(xiàn)路上的動(dòng)作序列和動(dòng)作規(guī)則。4第四頁(yè)，共58頁(yè)。物理層數(shù)據(jù)的傳輸方式：計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)是按照并行傳輸?shù)?；在通信線(xiàn)路中，數(shù)據(jù)是按照串行傳輸，即逐個(gè)比特按照時(shí)間順序傳輸；物理層完成數(shù)據(jù)傳輸方式的轉(zhuǎn)換。物理層協(xié)議種類(lèi)很多：物理連接的方式很多，（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)連接、廣播連接）傳輸媒介的種類(lèi)很多，（雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖、無(wú)線(xiàn)信道）5第五頁(yè)，共58頁(yè)。3.2傳輸介質(zhì)

雙絞線(xiàn)同軸電纜光纖無(wú)線(xiàn)信道6第六頁(yè)，共58頁(yè)。無(wú)線(xiàn)電微波紅外線(xiàn)可見(jiàn)光紫外線(xiàn)X射線(xiàn)射線(xiàn)雙絞線(xiàn)同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無(wú)線(xiàn)電調(diào)頻無(wú)線(xiàn)電海事無(wú)線(xiàn)電光纖電視(Hz)f

(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜7第七頁(yè)，共58頁(yè)。3.2.1有線(xiàn)介質(zhì)雙絞線(xiàn)屏蔽雙絞線(xiàn)STP(ShieldedTwistedPair)無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纖網(wǎng)絡(luò)需要解決的最基本問(wèn)題……連通8第八頁(yè)，共58頁(yè)。連通什么？網(wǎng)絡(luò)基本需求：解決直連網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的通信網(wǎng)絡(luò)由兩類(lèi)硬件構(gòu)件：結(jié)點(diǎn)和鏈路結(jié)點(diǎn)：臺(tái)式機(jī)、服務(wù)器、工作站、路由器、交換機(jī)。9第九頁(yè)，共58頁(yè)。10第十頁(yè)，共58頁(yè)。

UTPcable(photo)11第十一頁(yè)，共58頁(yè)。屏蔽雙絞線(xiàn)STP12第十二頁(yè)，共58頁(yè)。雙絞線(xiàn)的類(lèi)別、帶寬和應(yīng)用雙絞線(xiàn)類(lèi)型帶寬應(yīng)用316MHz低速網(wǎng)絡(luò)、模擬電話(huà)420MHz短距離的10BASE-T以太網(wǎng)5100MHz10BASE-T以太網(wǎng)，某些100BASE-T快速以太網(wǎng)超5類(lèi)100MHz100BASE-T快速以太網(wǎng)，某些1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)6250MHz1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)，ATM網(wǎng)絡(luò)7600MHz10吉比特以太網(wǎng)13第十三頁(yè)，共58頁(yè)。同軸電纜14第十四頁(yè)，共58頁(yè)。Cablespecifications10BASE-T10BASE510BASE2

15第十五頁(yè)，共58頁(yè)。10BASE-T，10BASE-5，10BASE-2，以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，10Base-2、10Base-5、10Base-T都是以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率為10Mbps，其中10Base-2技術(shù)以細(xì)同軸電纜為傳輸介質(zhì)，10Base-5技術(shù)以粗同軸電纜為傳輸介質(zhì)，10Base-T技術(shù)以非屏蔽雙絞線(xiàn)為傳輸介質(zhì)。100Base-TX快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持平行/交叉線(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。

16第十六頁(yè)，共58頁(yè)。各種電纜銅線(xiàn)銅線(xiàn)聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)UTP屏蔽雙絞線(xiàn)STP同軸電纜17第十七頁(yè)，共58頁(yè)。光纖光線(xiàn)在光纖中的折射折射角入射角包層（低折射率的媒體）包層（低折射率的媒體）纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯18第十八頁(yè)，共58頁(yè)。光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線(xiàn)在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涔饩€(xiàn)在纖芯中傳輸?shù)娜瓷?，?shí)現(xiàn)光信息的傳播19第十九頁(yè)，共58頁(yè)。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖：直徑減小到小于一個(gè)波長(zhǎng)，使光纖一直向前傳播。1um-10um多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖：許多不同入射角的光線(xiàn)在一條光纖中傳輸，這種光纖為多模光纖。50um-75um20第二十頁(yè)，共58頁(yè)。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：

光纖可提供更高的帶寬，多模光纖可到7GHz,單模光纖可到200GHz，可提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率；

光纖信號(hào)傳輸衰減小，傳輸距離遠(yuǎn)，單模超過(guò)100km；

抗干擾能力強(qiáng)，不受外界電磁干擾；

保密性好，不容易被截獲；

可采用多路復(fù)用技術(shù)WDM，大幅度地?cái)U(kuò)容。21第二十一頁(yè)，共58頁(yè)。3.2.2無(wú)線(xiàn)介質(zhì)無(wú)線(xiàn)傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線(xiàn)傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信

22第二十二頁(yè)，共58頁(yè)。地面微波地球地面站之間的可視距離

天線(xiàn)23第二十三頁(yè)，共58頁(yè)。衛(wèi)星微波衛(wèi)星通信更像是用軌道衛(wèi)星作為中繼站的視線(xiàn)微波傳輸?；驹砗偷孛嫖⒉ㄊ且粯拥?，只是用一個(gè)衛(wèi)星作為超高天線(xiàn)和轉(zhuǎn)發(fā)器。盡管在衛(wèi)星傳輸中信號(hào)仍然是直線(xiàn)傳播的，但地球曲面引起的距離限制被減弱了。因此衛(wèi)星中繼可以提供跨越大陸和海洋的網(wǎng)絡(luò)連接。24第二十四頁(yè)，共58頁(yè)。衛(wèi)星通信地球地面站地面站25第二十五頁(yè)，共58頁(yè)。3.3常用的接口RJ-45BNC

光纖接口26第二十六頁(yè)，共58頁(yè)。3.3.1RJ-45的接口特性

RJ-45接口通常用于數(shù)據(jù)傳輸，共有八芯，網(wǎng)卡接口。

RJ-45是各種接頭的一種類(lèi)型（RJ11也是接頭，它是電話(huà)上用的）；RJ45接口根據(jù)線(xiàn)的排序不同，分為兩種：一種是橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕；另一種是綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕；因此使用RJ-45接頭的線(xiàn)也有兩種即：直通線(xiàn)、交插線(xiàn)。

10100base-txRJ45接口是常用的以太網(wǎng)接口，支持10兆和100兆自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度，網(wǎng)卡、Hub上接口的外觀(guān)為8芯母插座，pc端的接口為8芯公插頭。

27第二十七頁(yè)，共58頁(yè)。28第二十八頁(yè)，共58頁(yè)。

Pin

Namedescription

1TX+TranceiveData+(發(fā)信號(hào)+)

2TX-TranceiveData-(發(fā)信號(hào)-)

3

RX+

ReceiveData+(收信號(hào)+)

4n/c

Notconnected(空腳)

5n/cNotconnected(空腳)

6RX-ReceiveData-(收信號(hào)-)

7n/cNotconnected(空腳)

8

n/cNotconnected(空腳)

10100basetxRJ45接口引腳定義如下：29第二十九頁(yè)，共58頁(yè)。直通線(xiàn)30第三十頁(yè)，共58頁(yè)。直通線(xiàn)31第三十一頁(yè)，共58頁(yè)。交叉線(xiàn)32第三十二頁(yè)，共58頁(yè)。交叉線(xiàn)的做法

33第三十三頁(yè)，共58頁(yè)。3.3.2BNC的接口特性

BNC端口：用于工作站和同軸電纜連接的連接器，視頻設(shè)備輸入、輸出端口。BNC電纜有5個(gè)連接頭用于接收紅、綠、藍(lán)、水平同步和垂直同步信號(hào)。BNC接頭有別于普通15針D－SUB標(biāo)準(zhǔn)接頭的特殊顯示器接口。BNC接頭可以隔絕視頻輸入信號(hào)，使信號(hào)相互間干擾減少，且信號(hào)頻寬較普通D－SUB大，可達(dá)到最佳信號(hào)響應(yīng)效果。34第三十四頁(yè)，共58頁(yè)。35第三十五頁(yè)，共58頁(yè)。

BNC接頭，全稱(chēng)是BayonetNutConnector（刺刀螺母連接器，）是一種用于同軸電纜的連接器；

BNC接頭可沒(méi)有被淘汰，因?yàn)橥S電纜是一種屏蔽電纜，有傳送距離長(zhǎng)、信號(hào)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。目前它被大量用于通信系統(tǒng)中，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的E1接口就是用兩根BNC接頭的同軸電纜來(lái)連接的，在高檔的監(jiān)視器、音響設(shè)備中也經(jīng)常用來(lái)傳送音頻、視頻信號(hào)。

被淘汰的是10Base-2以太網(wǎng)，這種網(wǎng)絡(luò)使用50歐的RG-58A/U同軸電纜，速率為10Mb，總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)不便。所以現(xiàn)在組建這種網(wǎng)絡(luò)的BNC接口網(wǎng)卡被淘汰了。36第三十六頁(yè)，共58頁(yè)。3.3.3常用光纖接口光纖接口是用來(lái)連接光纖線(xiàn)纜的物理接口。通常有SC、ST、FC等幾種類(lèi)型，它們由日本NTT公司開(kāi)發(fā)。FC是FerruleConnector的縮寫(xiě)，其外部加強(qiáng)方式是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣。ST接口通常用于10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX。光纜的接頭部分也有兩種，一種SC接口為1GB接口，LC接口為2GB接口。37第三十七頁(yè)，共58頁(yè)。

SC光纖接口在100Base-TX以太網(wǎng)時(shí)代就得到了應(yīng)用，因此當(dāng)時(shí)稱(chēng)為100Base-FX，不過(guò)當(dāng)時(shí)由于性能并不比雙絞線(xiàn)突出,確成本高，因此沒(méi)有普及?，F(xiàn)在大力推廣千兆網(wǎng)絡(luò)，SC光纖接口則重新受到重視。

SC光纖接口主要用于局域網(wǎng)交換，在一些高性能千兆交換機(jī)和路由器上提供這種接口，它與RJ-45接口外形相似，SC接口更扁些，其明顯區(qū)別是里面的觸片，如果是8條細(xì)的銅觸片，則是RJ-45接口，如果是一根銅柱則是SC光纖接口。SC卡接式方型(路由器交換機(jī)上用的最多)。采用工程塑料，具有耐高溫，不容易氧化。38第三十八頁(yè)，共58頁(yè)。FC接口FC接口是電信用在光端機(jī)上的連接器；FC是圓型帶螺紋。最早，采用陶瓷插針、對(duì)接端面的平面接觸方式(FC)。此類(lèi)連接器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但光纖端面對(duì)微塵較為敏感，且容易產(chǎn)生菲涅爾反射，提高回波損耗性能較為困難。后來(lái)，采用對(duì)接端面呈球面的插針(PC)，外部結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，使得插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高。39第三十九頁(yè)，共58頁(yè)。光纖的各種連接器及連接跳線(xiàn)40第四十頁(yè)，共58頁(yè)。3.4寬帶接入技術(shù)

3.4.1xDSL技術(shù)xDSL技術(shù)：就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話(huà)用戶(hù)線(xiàn)進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話(huà)信號(hào)的頻帶被限制在300~3400kHz的范圍內(nèi)，但用戶(hù)線(xiàn)本身可通過(guò)的信號(hào)頻率仍然超過(guò)1MHz。xDSL技術(shù)就把0~4kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話(huà)使用，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高端頻譜留給用戶(hù)上網(wǎng)使用。DSL就是數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)(DigitalSubscriberLine)的縮寫(xiě)。而DSL的前綴x則表示在數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。41第四十一頁(yè)，共58頁(yè)。xDSL的幾種類(lèi)型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)SDSL(Single-lineDSL)：1對(duì)線(xiàn)的數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)DSL：ISDN用戶(hù)線(xiàn)。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應(yīng)DSL，是ADSL的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線(xiàn)路速率）。42第四十二頁(yè)，共58頁(yè)。ADSL的極限傳輸距離ADSL的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率、用戶(hù)線(xiàn)的線(xiàn)徑都有關(guān)系（用戶(hù)線(xiàn)越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶(hù)線(xiàn)上的信噪比密切相關(guān)。例如，0.5毫米線(xiàn)徑的用戶(hù)線(xiàn)，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時(shí)可傳送5.5公里，但傳輸速率提高到6.1Mb/s時(shí)，傳輸距離縮短為3.7公里。如果用戶(hù)線(xiàn)的線(xiàn)徑減小到0.4毫米，在6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里。43第四十三頁(yè)，共58頁(yè)。ADSL的特點(diǎn)：上行和下行帶寬是不對(duì)稱(chēng)的。上行指從用戶(hù)到ISP，而下行指從ISP到用戶(hù)。(上行帶寬64kb/s,下行帶寬1.5Mb/s)ADSL在用戶(hù)線(xiàn)（銅線(xiàn)）的兩端各安裝一個(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器。我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào)DMT(DiscreteMulti-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。44第四十四頁(yè)，共58頁(yè)。離散多音調(diào)DMT技術(shù):DMT調(diào)制技術(shù)是采用頻分復(fù)用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz的高端頻譜劃分為許多子信道，其中25個(gè)子信道用于上行信道，而249個(gè)子信道用于下行信道。每個(gè)子信道占據(jù)4kHz帶寬（嚴(yán)格講是4.3125kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)用戶(hù)線(xiàn)上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。45第四十五頁(yè)，共58頁(yè)。DMT技術(shù)的頻譜分布…頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話(huà)04下行信道…(kHz)~40~138~110046第四十六頁(yè)，共58頁(yè)。ADSL的數(shù)據(jù)率用戶(hù)線(xiàn)的具體條件相差很大（距離、線(xiàn)徑、干擾程度等都不同），數(shù)據(jù)傳輸率相差也很大;

ADSL采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶(hù)線(xiàn)能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。ADSL啟動(dòng)時(shí)，用戶(hù)線(xiàn)兩端的ADSL調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。ADSL不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶(hù)線(xiàn)甚至無(wú)法開(kāi)通ADSL。通常下行數(shù)據(jù)率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數(shù)據(jù)率在32kb/s到640kb/s之間。47第四十七頁(yè)，共58頁(yè)。ADSL的組成ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶(hù)線(xiàn)電話(huà)分離器區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至ISP居民家庭基于A(yíng)DSL的接入網(wǎng)端局或遠(yuǎn)端站DSLAM至本地電話(huà)局PSPS數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)接入復(fù)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(yuǎn)端Remote）電話(huà)分離器PS(POTSSplitter)

48第四十八頁(yè)，共58頁(yè)。第二代ADSL

ADSL2（G.992.3和G.992.4）

ADSL2+（G.992.5）通過(guò)提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2要求至少應(yīng)支持下行8Mb/s、上行800kb/s的速率。而ADSL2+則將頻譜范圍從1.1MHz擴(kuò)展至2.2MHz，下行速率可達(dá)16Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25Mb/s），而上行速率可達(dá)800kb/s。采用了無(wú)縫速率自適應(yīng)技術(shù)

SRA(SeamlessRateAdaptation)，在運(yùn)營(yíng)中可以不中斷通信、不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。改善了線(xiàn)路質(zhì)量評(píng)測(cè)、故障定位功能，提高了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平。49第四十九頁(yè)，共58頁(yè)。3.4.2光纖同軸混合網(wǎng)

HFC(HybridFiberCoax)HFC網(wǎng)：是在有線(xiàn)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)。HFC網(wǎng)除可傳送CATV外，還提供電話(huà)、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)?，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)用技術(shù)對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。而HFC網(wǎng)則需要對(duì)CATV網(wǎng)進(jìn)行改造，主要特點(diǎn)如下：50第五十頁(yè)，共58頁(yè)。HFC的主要特點(diǎn)

(1)HFC網(wǎng)的主干線(xiàn)路采用光纖HFC網(wǎng)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。51第五十一頁(yè)，共58頁(yè)。(2)HFC網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)同軸電纜頭端模擬光纖放大器引入線(xiàn)分路器光纖結(jié)點(diǎn)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)52第五十二頁(yè)，共58頁(yè)。(3)HFC網(wǎng)具有比CATV網(wǎng)更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能下行信道上行信道54050