计算机网络 物理层课件

计算机网络计算机网络第2章物理层信息科学与工程学院Jack.meng@263.net2011.2第2章物理层2.1物理层的基本概念2.2数据通信的基础知识 2.2.1数据通信系统的模型 2.2.2有关信道的几个基本概念 2.2.3信道的极限容量 2.2.4信道的极限信息传输速率2.3物理层下面的传输媒体 2.3.1导向传输媒体 2.3.2非导向传输媒体2.4信道复用技术2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用2.4.2波分复用2.4.3码分复用2.5数字传输系统2.6宽带接入技术2.6.1xDSL技术2.6.2光纤同轴混合网（HFC网）2.6.3FTTx技术物理层的功能要素（构件）物理信道模型及其概念物理信道的类型及其属性传输介质及其应用传输网络与信道

本章主要知识点物理层(实体)在哪里？物理层位于OSI参考模型的最底层。物理层的数据传输单元为位(比特bit)。比特传输必须依赖于传输设备和物理介质，但是，物理层不是指传输信号的设备，也不是指传输信号的物理介质，而是指为上一层(数据链路层)提供原始(数据)比特流传输服务的一个可靠的物理连接(即通信通道)的所有构件。2.1物理层的基本概念功能一:为相邻节点设备提供传送数据的通路(信道)。功能二：为相邻节点设备提供透明、可靠的比特流传输。分类(或划定)在物理层的功能是什么？1.这是什么样的信道？2.这样的信道有什么传输性能？3.如何选择和应用这样的信道？能力目标：ISO对OSI参考模型中的物理层（信道的构成要素）的定义：（1）ISO分析了一个OSI物理层的功能要素：

用于相邻节点设备连接的（拓扑）结构；用于相邻节点设备连接传输介质、连接接口；用于相邻节点设备间传输“位”串的各种信号码制；用于相邻节点设备建立、维护、释放信道的机制；等。标准制定机构（3）ISO将OSI的物理层功能划分为四类要素：

机械要素、电气要素、功能要素和过程（规程）要素。（4）ISO称OSI四个功能要素的某种协议/规范为特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程（规程）特性。标准制定机构（2）ISO定义一个OSI物理层实体应包括：

作用于对等实体间的协议标准；

作用于相邻上层实体的服务接口规范。他们都是谁？设计、构建信道的要素；认识、理解信道特性的要点物理层：为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接（信道）所定制的机械的、电气的、功能的和规程的等主要构件及其特性（特别的属性---标准/协议）。

（1）机械特性指明接线接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。指明连接线缆的各通信线上出现的信号类型、编码方式等相关参数。(语法)（2）电气特性指明某通信线上出现的某一信号状态的意义。（语义）（3）功能特性RS232为D形9针头接口的信号定义（4）过程特性指明针对每个功能的可能事件序列及其相关信令的出现顺序。（同步/时序）拨号连接事件序列挂机拆线事件序列功能：建立通信通道功能：传输功能：撤销通信通道物理层的PDU是：位（Bits）串/流

物理层的一些重要标准OSI采用了一些已有的物理层标准，也制定了一些标准，如：ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配".它与EIA(美国电子工业协会)的"RS-232-C"基本兼容.ISO2593:称为"数据通信----34芯DTE/DCE接口连接器和插针分配.ISO4092:称为“数据通信----37芯DTE/DEC接口连接器和插针分配”.与EIARS-449兼容。CCITTV.24:称为“数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备(DEC)之间的接口电路定义表".其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上用OSI定义的物理层的四个特性分析通信系统的物理层属性查寻USB接口的机械、电气和功能特性能用USB接口连接两台电脑吗？2.2数据通信的基础知识传输系统输入数据数字比特流发送的信号接收的信号数字比特流源点终点发送器接收器源系统目的系统传输系统输出数据2.2.1数据通信系统的模型-----物理信道模型数据通信系统的模型广义信道将传输媒体和完成各种形式变换功能的设备都包含在内的信道。根据具体构成，可定义不同类型的广义信道。如调制信道、编码信道、复用信道等。狭义信道比如在局域网中常指以传输媒体为传输系统的信道等。广义信道（编码信道）传输系统源点编码器调制器载波机载波机解码器解调器终点狭义信道广义信道（调制信道）物理信道模型信道示例调制解调器主机A公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号主机B调制解器例1：基于电话网的数据通信广义信道例2：基于一段网线的数据通信狭义信道狭义信道广义信道信道：发送点向接收点传输物理信号的通道。由调制解调器、公用电话载波传输网及其相关连接线缆、器件建立的主机A到主机B的一条专用物理通信通道主机A主机B由介质、连接部件、信号收发部件等构成的物理通信通道信源变换器信道反变换器信宿噪声源信息电/光信号光/电信号信息用数据通信系统模型分析通信系统的构成用蓝牙接口连接两台计算机时数据通信系统模型中的各个构件分别是什么？试验通过两个蓝牙适配器实现两台电脑共享上网数据通信系统的模型的构成元素有哪些？看图，基于电话网的数据通信系统中只有一种物理层规程（协议）吗？为什么？分析国际电话与电报顾问委员会（CCITT）对物理层的定义定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在数据终端设备(DataTerminalEquipment，DTE)和数据电路端接设备(DataCircuit-terminatingEquipment，DCE)之间实现物理信道的建立、保持和拆除功能。

调制解调器主机A公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号主机B调制解器例：基于电话网连接的DTE和DCEDTEDCEDTEDCE分析：与ISO定义的物理层的位置、功能、功能作用范围一致吗？数据通信的基本概念数据：承载消息的实体（某种符号系统）信号：数据的电气的或电磁的表现形式。模拟信号：信号参数的取值是连续的。数字信号：信号参数的取值是离散的。承载数据的基本信号单位称为信号码元，简称码元。用基于时域的波形表示数字信号时，单位时域中可代表不同离散数值的基本波形称为基本码元，不同的信号编码方式，基本码元数不同。1码元可以携带nbit的信息量。数据通信的基本概念:信号码元模拟信道中信号码元形式示例数字信道中信号码元形式示例按信道属性分类信道1.与传输的信号方向有关的信道类型单向—单工信道交错双向—半双工信道同时双向信道—全双工信道2.与传输的信号类型有关的信道类型基带信号数字信号编码解码--编码信道模拟信号宽带信号调制解调—调制信道3.与传输信号的传输媒体有关的信道类型

有线信道

无线信道2.2.2(更多)信道的基本概念单向通信:（单工通信）信道：只能有一个方向的通信而没有反方向的通信。双向交替通信：（半双工通信）信道：通信的双方都可以发送信号，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信：（全双工通信）信道：通信的双方可以同时发送和接收信号。1.与传输信号方向有关的信道类型2.与传输信号类型有关的信道类型基带信号（即基本频带信号）：来自信源的原本信号。数字基带信号：未经调制的数字信号。信号类型带通信号（宽带信号）：把基带信号的（有效）频率范围搬移到一个较高的频率范围后的信号。该信号在规定的信号频段（某带通信道）可与其它信号频段中的带通信号在同一媒体中传输。编码信道数字基带信号传输系统：经由信号编码后传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。

数字基带信道（编码信道）：数字基带信号传输系统为发送点与接收点提供的传输数字信号的物理通道。传输系统源点编码器解码器终点数据比特数据比特数据比特的代码10101100011010110001数据比特的代码传输系统中的信号传输系统源点编码器解码器终点数据比特数据比特数据比特的代码10101100011010110001数据比特的代码传输系统中的信号编码信道编码方法编码：在将比特表达到介质上之前，对它进行的比特分组、代码映射等编码处理，改善数据传输的效率。比特分组：8位一组代码映射：8位十位信号映射：比特信号连续”0“或”1“比特对应信号连续跳变这样的代码与的信号映射关系，在比特到代码的设计时要注意什么？分析这些信号编码的特点原始比特流编码----比特/代码映射示例：

4B/5B编码----代码/信号映射示例：曼彻斯特编码不是用简单的电压值来表示比特，而是用电压跳变来表示比特值电压跳变在每个比特时间的中间发生。这种跳变可确保接收节点的比特时间与发送节点的比特时间同步效率低（50%），10BaseT以太网采用该信号方案。编码----代码/信号映射示例：NRZ(非归零)编码没有可用于同步发送节点比特时间的跳变（无位同步信息）。没有1和0数量平衡连续传输长串0或1时，单个比特位之间的边界会模糊。接收节点较难不能检测到介质上的电压跳变。简单的信号编码方法，适用于低速数据链路不能有效使用带宽，且易受电磁干扰。发送信号波形接收信号波形使用代码组的优点：使用代码组的优点有：降低比特电平错误：编码考虑位同步。编码考虑DC平衡：平衡发送的1和0数量。帮助甄别数据比特和控制比特：数据和控制比特的编码模式区分。更有效地检测介质错误：利用无效编码模式检测错误。在信道频带宽度已确定的，信噪比不能再提高，码元传输速率也达到了上限值时，编码技术可让每一个码元携带更多比特。感兴趣？这是通信技术的主要内容之一！调制信道带通信号传输系统：经载波调制后支持多个不同频段信道的传输系统。带通信号信道（调制信道）：宽带信号传输系统为发送点与接收点提供的传输物理信号的某一频段资源。传输系统源点调制器解调器终点调制信道数据比特数据比特传输系统中的信号用数字信号对载波调制后对数字信号解调制后调制就是用一种信号（如：基带信号）来控制（调）另一种信号（载波---便于在某种信道传输的信号）的定式变化（制）.

例：用低频调制电压去控制高频载波信号的幅度为共享信道资源或提高传输质量（如：有些信道不适宜传输低频分量或直流分量。）需要对基带信号进行调制后传输。调制方法：基带数字信号的几种基本调制方法调幅(AM)：载波信号的振幅随基带数字信号而变化。

幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）调频(FM)：载波信号的频率随基带数字信号而变化。频移键控FSK（frequencyshiftkeying）调相(PM)：载波信号的初始相位随基带数字信号而变化。

相移键控PSK（PhaseShiftKeying）

010011100数字信号1.调幅2.调频3.调相数字数据数字信号的ASK、FSK、PSK调制方法是频率搬移吗？提高编码效率的调制方法r(r,)可供选择的信号(码元)有16种(图中的16个点），每个点(码元)可用于表示16组4bit二进制数码的其中一组，所以每码元可传输4bit二进制数码。16QAM信号的星座图例2：16QAM(QuadratureAmplitudeModulation)正交幅度调制。例1：

QPSK：（QuadraturePhaseShiftKeying正交相移键控)一种数字调制方式，简称四相相移键控。可供选择的信号(码元)有4种(图中的4个点），每个点(码元)可用于表示4组2bit二进制数码的其中一组，所以每码元可传输2bit二进制数码。多态码元信号的产生和辨别是提高编码效率的技术要点QPSK信号的星座图编码+调制信道广义信道（编码信道）传输系统源点编码器调制器载波机载波机解码器解调器终点广义信道（调制信道）手机通信使用的是这样的信道吗？手机中的编码器、调制器、载波器功能分别是什么？2.2.3信道的极限速率实际信道，在传输信号时因多种干扰而产生失真。

码元传输的速率越高，信号传输的距离越远，信号波形的失真就越严重。实际的信道电子白噪声(内噪声)、电磁干扰(外噪声)，带宽受限发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道电子白噪声(内噪声)、电磁干扰(外噪声)，带宽受限接收信号波形轻度失真重度失真限制信道传输速率的主要因素：（1）信道能够通过的频率范围（2）信噪比低通信道可以等幅衰减的通过从A点（低频）到C点频率的信号谐波。而超过频率范围的信号谐波会造成大幅衰减。根据傅里叶级数公式，任何持续的数据信号，都可以被分解为正弦和余弦函数的n次谐波。信号的电压与噪声电压的比，常以S/N表示，记为分贝（dB）。信噪比=10log10（S/N)（dB）信噪比应该越高越好

理想信道的极限容量--奈奎斯特(Nyquist)的奈氏准则奈奎斯特推导出在理想(无噪声)低通信道下的最高码元传输速率公式:码元传输速率=2WBaudW：理想低通信道的带宽,赫(Hz);（其值与线缆类型及长度有关）Baud：波特,码元传输速率的单位,1波特为每秒传送1个码元.即：理想低通信道的最高码元传输速率是2倍信道带宽。数据速率=2Wlog2(V)b/sV:信号的基本码元状态数（或离散级别数）表明：如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量也越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

例：W=1000Hz码元率=2W=2000BaudA信道数据速率=2Wlog2(Va)=2000bpsB信道数据速率=2Wlog2(Vb)=4000bpsA信道Va=2B信道Vb=4状态数能很多吗？噪音信道的极限容量---香农(Shannon)定理香农定理用信号处理和信息理论等推导出了带宽受限且有高斯白噪声（随机热噪声）干扰的信道的极限信息传输速率。信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2(1+S/N)b/s或bps

W：信道带宽；S：为信道内所传信号的平均功率；N：为信道内部的高斯噪声功率。表明：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。例：通常音频电话连接支持的频率范围为300Hz到3300Hz，则：B=3300Hz－300Hz=3000Hz，而：一般链路典型的信噪比是30dB，即S/N=1000，因此有：C=3000×log2(1001)，近似等于30Kbps，是该模拟电话网调制解调器可达到的速率极限，如果:电话网络的信噪比没有改善或不使用压缩方法，调制解调器将达不到更高的速率。2.3物理层下面的传输媒体---无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电电信领域使用在各种传输介质的电磁波的频谱传输媒体：导向传输媒体——有线媒体：双绞线、同轴电缆、光纤

非导向传输媒体——无线媒体：大气环境、宇宙环境2.3.1导向传输媒体导向传输媒体：信号传输受限于媒体(导体)路径。双绞线结构：把两根互相绝缘的铜导线并排在一起，然后用规则的方法绞合(twist)起来构成基本单元(双绞对)。可由单个或多个双绞对再绞合组成电缆。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。主要有：双绞线、同轴电缆、光纤双绞线的类型按屏蔽方式分类按电气特性（阻抗特性+传输特性）分类按应用场合分类按线缆结构规模分类无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线STP铝箔屏蔽双绞线(FTP)

3类100Ω

及其连接硬件

16Mbps4类100Ω

及其连接硬件

20Mbps5类100Ω

及其连接硬件

100Mbps5e类100Ω

及其连接硬件

100Mbps6类100Ω

及其连接硬件

250Mbps7类100Ω

及其连接硬件

600Mbps1,2,3,4,8,25,50,100,200,500对等室内、室外(埋地电缆、架空电缆、自承式电缆、垂直主干电缆)等无屏蔽双绞线UTP铜线聚氯乙烯套层绝缘层UTP双绞线电缆截面图屏蔽双绞线STPSTP双绞线电缆截面图铝箔/金属网独立双层屏蔽双绞线铝箔屏蔽双绞线(FTP)铜线聚氯乙烯套层铝箔屏蔽层绝缘层不同双绞线的比较EIA/TIA标准UTP类常用双绞线EIA/TIA标准用途带宽1类传输语音，不传输数据

2类语音传输最高传输速率4Mbps的数据传输

1MHz3类语音传输最高传输速率为10Mbps的数据传输

16MHz4类语音传输最高传输速率16Mbps的数据传输

20MHz5类语音传输最高传输速率为100Mbps的数据传输

100MHz超5类语音传输传输1000Mbps速率以下的数据。155MHz6类最高传输速率为1000Mbps的数据传输200MHz，250MHz350MHz7类最高传输速率可10G=10000Mbps600MHz，1.2GHz双绞线的典型应用EIA/TIA标准应用3类IEEE802.5令牌环IEEE802.310BASETIEEE802.12100BASE-VGIEEE802.310BASE–T4ATM51.84/25.92/12.96Mbps5类IEEE802.3：10BASE-T100BASE–XT快速以太网ATM155Mbps超5类(5E)IEEE802.3：100BASE–XT快速以太网1000BASE-T吉比特以太网6类IEEE802.3：1000BASE-T吉比特以太网7类可用于10吉比特以太网TCL

PC101004

TYPECAT5e24AWG/4PTSUTP75OC305M2007.01.31线缆产品规格示例双绞线在10Base-T以太网的应用双绞线双绞线连接器RJ-45以HUB为中心的放射形结构---星形拓扑结构10

Base-

T

以太网10兆(M)bps基带数字信号双绞线10Base-T以太网物理层的机械、功能、电气、过程特性功能特性机械特性电气特性过程特性全时段连接---即无需建立信道、释放信道等过程插头插座双绞线电缆的典型应用

---10BASE-T&100BASE-TX电缆TIA/EIA568B白橙-橙-白绿-蓝-白蓝-绿-白棕-棕TIA/EIA568A白绿-绿-白橙-蓝-白蓝-橙-白棕-棕以太网直通电缆---连接主机和HUB（交换机）以太网交叉电缆---HUB（交换机）相连、主机相连正确的连接器端接关联实验---双绞线跳线制作双绞线线序EIA/TIAT568A标准

T568B标准T568A白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕

T568B白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕其他双绞线连接器模块配线架接线面板双绞线连接器组网应用示例+用跳线连接电脑网口到接线面板网口连接接线面板到配线架接口跳线连接配线架的某接口到交换机的某接口网口模块交换机配线架用跳线连接电脑网口到接线面板网口用跳线连接电脑网口到接线面板网口用跳线连接电脑网口到接线面板网口以太网使用的传输介质及相关特性同轴电缆结构：由两根同轴心、相互绝缘的圆柱形金属导体构成基本单元(同轴对)，可由单个或多个同轴对组成电缆。编织线外导体/屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆应用示例机械特性---BNC连接器规范电气特性---曼彻斯特编码规范过程特性全时段连接，即无需建立信道、释放信道等过程应用示例–10BASE-2以太网功能特性2的含义：细电缆以太网每对端接器间电缆不超过200米内、外导体分别传输差分正、反向信号。半双工信道10兆(M)bps基带数字信号T型连接器BNC连接器细同轴电缆10BASE-2细同轴电缆以太网组网示例200米端接器(BNC连接器+50Ω电阻)现有12台电脑，欲基于10BASE-2以太网技术连网，需要哪些连网器件？各需多少？插在计算机中的网络接口卡粗同轴电缆粗缆总线结构以太网10BASE5主机箱收发器电缆网卡插入式分接头MAUMDI保护外层外导体屏蔽层内导体收发器AUI接口DB-15连接器10BASE5粗同轴电缆总线结构以太网示例此处的“5”指示何意？MDI媒体相关接口MAU媒体访问单元AUI访问单元接口10Base-2与10BASE5混合组网示例10Base-T与10BASE5混合组网示例光纤光纤：光导纤维，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具结构：常用一对光纤构成基本单元，可由单个或多个基本单元组成光缆。

特点：低损耗、高带宽、高抗扰、无辐射、体积小、重量轻双绞线和同轴电缆的性能呢？光纤结构示例：光纤用填充物阻水层（热熔胶）松套管钢丝加强件光纤铠装层PE护套中心束管式光缆9芯光缆2芯光缆光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射折射角入射角包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯光纤的电磁波衰减特性三个在纤芯中传输呈现较低衰减的红外区域的电磁波段(以0.85μm、1.30μm、1.55μm为中心波长的波段)区域称为低损耗区域（低损耗窗口）1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km传输损耗光纤的通信容量目前光纤通信所用光波的波长范围为0.8～2.0，属于电磁波谱中的近红外区。其中0.8～1.0称为短波长段，1.0～2.0称为长波长段。光在真空中的传播速度约为3×108M/S，根据波长、频率和光速之间的关系式:可计算出电磁波的频率范围。对应光纤通信所用光波的波长范围频率范围为。≥

200000GHz可见光纤通信所用光波的频率是非常高的。光纤通信具有其他通信无法比拟的巨大的通信容量。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分：(在多模光纤约几百兆赫，在单模光纤可达10GHz以上)。单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm，欧标62.5/125μm，美标常见的光纤连接器直通式光纤连接器(ST)：一种很常见的刺刀型连接器，广泛用于多模光纤。用户连接器(SC)：一种使用推拉机制确保正面插入的连接器。此类连接器广泛用于单模光纤。朗讯连接器(LC)：一种广泛用于单模光纤且支持多模光纤的小型连接器。ST光纤耦合器（适配器）光纤连接器与光纤配线架（箱）光纤配线架（箱）光纤连网应用示例A楼B楼以太网使用的传输介质及相关特性网络工程任务之一：结构化布线结构化布线是使用一套标准的构件（结），按照标准的连接方法(构）实现一座办公大楼或楼群中安装网络传输线路（布线）。结构化布线系统的构件包括布置在楼群中的所有电缆及各种连接配件。结构化、模块化、标准化、结构化布线系统是一个模块化的系统易设计、易施工、易管理、易扩展、易兼容、易使用结构化布线----是一个标准化系统国家标准：

（1）《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》(GB/T50311-2007)

（2）《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》(GB/T50312-2007)

（3）《电子计算机机房设计规定》GB50174-93

（4）《计算机场地技术要求》GB2887-2000

（5）《计算机场站安全要求》GB9361-88（6）《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(1997年版)

（7）《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

（8）《建筑室内装修设计防火规范》GB50222-95

（9）《建筑设计防火规范》GBJ16-87

等国际标准：商业建筑物的电信布线标准EIA/TIA568；商业大楼电信路径和空间标准EIA/TIA569；住宅和小型商业电信连线标准EIA/TIA570；商业大楼电信基础结构管理标准EIA/TIA606；商业大楼通信接地和屏蔽接地要求EIA/TIA607；等网络结构化布线系统结构示意图网络结构化布线系统结构示意图网络结构化布线系统结构示意图工作区子系统

工作区子系统

工作区子系统：由信息插座和延伸到终端设备的连接线缆、适配器组成，实现将用户终端设备有效的与网络连接的功能。水平子系统由楼层配线间/架（FD)至工作区信息插座（IO）之间的线缆、转接点及配套设施组成。干线（垂直）子系统每个建筑物内主交换/配线间/架（BD)与楼层交换/配线间/架（FD)之间的线缆及配套设施组成。管理子系统按一定模式实现在主交换/配线间/架（BD）、楼层交换/配线间/架（FD）、工作区的管理、交叉连接和标识等设备间子系统设备间:集中放置电信设备、计算机网络设备的场所。设备间子系统:由BD、FD设备、相关电缆以及配套设施（比如支撑装置）组成，用于互联设备间的各类设备。建筑群干线子系统由楼群配线架（CD）与其他建筑物的BD之间的线缆及配套设施组成，构成园区楼宇的统一布线系统和一致的电信出/入口。结构化布线系统的组成结构模式主(总)配线架分配线架中间交叉配线架信息插座MDFIDFICFIO结构化布线系统网络结构布线系统结构设计示意图网络结构布线系统结构设计示意图一个结构化布线方案设计示例---物理布线设计草图这个图规范吗？怎样才是规范的？布线设计例题-1已知某建筑物其中一楼层采用光纤到桌面的布线方案，该楼层共有40个光纤点，每个光纤信息点均布设一根室内2芯多模光纤至建筑物的设备间，请问设备间的机柜内应选用何种规格的IBDN光纤配线架？数量多少？需要订购多少个光纤耦合器？提示：IBDN光纤配线架的规格为12口、24口、48口。解答：根据题目得知共有40个光纤信息点，由于每个光纤信息点需要连接一根双芯光纤，因此设备间配备的光纤配线架应提供不少于80个接口，考虑网络以后的扩展，可以选用3个24口的光纤配线架和1个12口的光纤配线架。光纤配线架配备的耦合器数量与需要连接的光纤芯数相等，即为80个。布线设计例题-2已知某校园网分为三个片区，各片区机房需要布设一根24芯的单模光纤至网络中心机房，以构成校园网的光纤骨干网络。网管中心机房为管理好这些光缆应配备何种规格的光纤配线架？数量多少？光纤耦合器多少个？需要订购多少根光纤跳线？解答：（1）根据题目得知各片区的三根光纤合在一起总共有72根纤芯，因此网管中心的光纤配线架应提供不少于72个接口。（2）由以上接口数可知网管中心应配备24口的光纤配线架3个。（3）光纤配线架配备的耦合器数量与需要连接的光纤芯数相等，即为72个。（4）光纤跳线用于连接光纤配线架耦合器与交换机光纤接口，因此光纤跳线数量与耦合器数量相等，即为72根。2.3.2非导向传输媒体--无线媒体信号传输不像铜介质和光纤介质那样受限于媒体（导体）路径。信号形式：无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波

调幅无线电

调频无线电

海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移动无线电

无线信号频率、波长和通信速率（信道容量）已知：fλ=c≈3×108M/S光速

λ是电磁波信号的波长，f是频率

λ的单位是m，f的单位Hz另：f=c/λ,两边对λ求微分df/dλ=-c/λ2，用有限差分代替微分，且只看绝对值，有⊿f=c⊿λ/λ2

设λ=1.3×10-6m即1.30μm或1300nm，

⊿λ=0.17×10-6m可得⊿f≈30THz，若编码率为8位/Hz,则数据传输速率=240Tbps调研并计算一个你在用的无线通信系统的的通信容量？无线信道的特点频谱资源有限：虽然可供通信用的无线频谱从数十MHz到数十GHz，但由于无线频谱在各个国家都是一种被严格管制使用的资源，因此对于某个特定的通信系统来说，频谱资源是非常有限的。传播环境复杂：电磁波在无线信道中传播会存在多种传播机制，这会使得接收端的信号处于极不稳定的状态，接收信号的幅度、频率、相位等均可能处于不断变化之中。存在多种干扰：电磁波在空气中的传播处于一个开放环境之中，而很多的工业设备或民用设备都会产生电磁波，这就对相同频率的有用信号的传播形成了干扰。同一通信系统内不同信道间的隔离度不够还会引入邻道干扰。网络拓扑处于不断的变化之中：无线通信产生的一个重要原因是可以使用户自由的移动。同一系统中处于不同位置的用户、以及同一用户的移动行为，都会使得在同一移动通信系统中存在着不同的传播路径，并进一步会产生信号在不同传播路径之间的干扰。此外，近年来兴起的自组织（ad-hoc）网络，更是具有接收机和发射机同时移动的特点，也会对无线信道的研究产生新的影响。典型无线通信网络技术IEEE802.11一种无线局域网(WLAN)标准，IEEE802.11b也称为Wi-Fi。IEEE802.15一种无线个域网(WPAN)标准，常称为“蓝芽“。IEEE802.16一种无线城域网(WMAN)，常称为WiMAX（微波接入全球互通），提供无线宽带接入。全球移动通信系统(GSM)-包括通用分组无线业务(GPRS)协议的物理层规范，提供通过移动电话网络的数据传输。3G-第三代移动通信技术，支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。能够同时传送声音及数据信息。ZigbeeIEEE802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。红外线（IR）-波长为900纳米左右的近红外线。-通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。典型无线局域网(WLAN)

标准IEEE802.11工作频段2.4，速度高达2Mbit/s。IEEE802.11b-工作频段2.4GHz,速度高达

11Mbps.比基于802.11a标准的设备有更好的透过建筑物的能力。IEEE802.11g-工作频段2.4GHz，速度高达

54Mbps。与802.11b工作在相同的射频范围内。IEEE802.11a-工作频段5GHz，速度高达

54Mbps。不能和基于802.11b和802.11g标准的设备互操作。IEEE802.11n标准正在起草中。提议的标准规定频率为2.4Ghz或5GHz。预计数据速率为100Mbps至210Mbps。与IEEE802.11a一样因工作频率较高，它的覆盖面积较小、透过建筑物的效率较低。吸顶天线

AP无线网卡2.4GHz

ISM(IndustrialScientificMedical)频段免许可频段2.4GHz频段(802.11b/g)子信道划分信道频率(MHz)中国美/加欧日澳大利亚以色列12412（2401－2423）是是是是是否22417是是是是是否32422是是是是是是42427是是是是是是52432（2421－2443）是是是是是是62437（2426－2448）是是是是是是72442是是是是是是82447是是是是是是92452（2442－2464）是是是是是是102457是是是是是否112462（2451－2473）是是是是是否122467（2456－2478）是否是是是否132472（2461－2483）是否是是是否142484否否否802.11bonly否否我国开放的2.4GHz频段和国外一致，为2.4-2.4835GHz每一个信道的常用带宽802.11b是22MHz，802.11g是的20MHz2.4GHz频段(802.11b/g)信道的不重叠应用部署理想的802.11b信号偏离信道中心11MHz信号功率减少30dB左右，偏离22MHz，减少50dB。可选用的信道选择重叠能量非常小“非重叠”信道，例：1、6和11信道3个不重叠应用部署信道的频率重叠5.8GHz频段(802.11a)子信道划分802.11a工作在宽松的5GHz频段，美国:(5.15～5.825GHz),

欧洲:(5.15～5.825GHz),

中国:

(5.725～5.85GHz)。ChannelFrequencyrangeCentralFrequency

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

３４５１６０－５１８０５１７０

３６５１７０－５１９０５１８０

３８５１８０－５２００５１９０

４０５１９０－５２１０５２００

４２５２００－５２２０５２１０

４４５２１０－５２３０５２２０

４６５２２０－５２４０５２３０

４８５２３０－５２５０５２４０

５２５２５０－５２７０５２６０

５６５２７０－５２９０５２８０

６０５２９０－５３１０５３００

６４５３１０－５３３０５３２０

１４９５７３５－５７５５５７４５

１５３５７５５－５７７５５７６５

１５７５７７５－５７９５５７８５

１６１５７９５－５８１５５８０５

１６5５81５－５８3５５８2５信道示例信道频率

(MHz)美国欧洲中国20MHz20MHz20MHz365180是是否385190否否否405200是是否425210否否否445220是是否465230否否否485240是是否525260是是否565280是是否605300是是否645320是是否1005500是是否1045520是是否1085540是是否1125560是是否1165580是是否1205600是是否1245620是是否1285640是是否1325660是是否1365680是是否1405700是是否1495745是否是1535765是否是1575785是否是1615805是否是1655825是否是802.11a/b/g比较协议信道最大带宽频段干扰能耗距离穿透性不重叠频带802.112Mbps2.4G多较小较远较强3802.11a54Mbps5.8G少较大较短较差12(不尽一致）802.11b11Mbps2.4G多较小较远较强3802.11g54Mbps2.4G多中中中3局域网IEEE802体系结构模型与IEEE802标准无线局域网物理层结构模型PLS=物理信令PMA=物理媒体连接

MAU=媒体连接单元

MDI=媒体相关接口另例：IEEE802.3物理层IEEE802.11物理层PLCP(物理层会聚过程子层)负责与MAC层交换数据帧，将MAC层协议数据单元MPDU封装成PLCP协议数据单元PPDU。PMD(物理介质依赖子层)负责通过无线信道收发数据帧。802.11b物理层PMD子层信号传输802.11bPLCP子层的SIGNAL字段取值所指示的不同速率及对应的调制方式。加扰：使二进制数据帧不具有连续的1或0序列。DSSS：DirectSequenceSpreadSpectrum直接序列扩频。一种扩频通信技术，将原来较高功率、较窄的频率变成具有较宽频的低功率频率，以在无线通信领域获得令人满意的抗噪声干扰性能。DBPSK：DifferentiallycoherentBinaryPhaseShiftKeying，差分相干二进制相移键控DQPSK：DifferentialQuadratureReferencePhaseShiftKeying，四相相对相移键控CCK：complementarycodekeying补码键控调制：根据SIGNAL字段中的值选择相应的将二进制数据调制成可以在ISM信道上传送的载波信号。无线LAN(WLAN)组网示例基于基站（AP)的组网Ad-Hoc对等-自主式组网WLAN组网的物理层（信道）部署要点：覆盖设计—无盲点区域频率规划—无重叠信道容量规划—每接入点用户WLAN物理信号覆盖方式室内覆盖：单独建设方式室内覆盖：共用室内分布系统建设方式WLAN物理信号覆盖方式室外覆盖：

室外型AP覆盖方式。WLAN物理信号覆盖方式WLAN物理信号覆盖方式室外覆盖：

Mesh型网络覆盖方式。共享信道2.4（信道）复用技术信道复用技术：就是按照一定的规律，在同一物理信道（无线或有线信道）中构建多个子信道传输多路信号的技术。A1A2B1B2C1C2复用分用“复用”是一种将若干个彼此独立的信号，合并为一个可在同一信道上同时传输的复合信号，共用信道资源的方法。在收端将各个信号进行分接信道复用技术的种类频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）波分多路复用（WDM）码分多路复用（CDM）空分多路复用（SDM）在发端将各个信号进行复接信道复用技术用于提高传输网信道资源共享分配利用率频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)频分复用技术就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每个子频带为一子信道，每个子信道传输1路信号。所有子信道传输的信号可以同时并行的工作，信源各自同时占用不同的带宽资源。信源在分配到一定频带的子信道后，在通信过程中自始至终都占用这个子信道频带。频率1频率2频率3FDM频分复用原理图示时分复用技术是将按时间划分为一段段时隙分配给多个信源，实现信道共享。--时分复用帧（TDM帧）。每个信道有确定数量和序号的时隙，构成TDM帧，每一个信源在每一个TDM帧中分配并占用固定序号的时隙进行数据传输。TDM帧周期性出现，每一个信源在TDM帧中所占用的时隙也周期性出现。时分复用信源是在不同的时间占用同样的带宽资源。时分复用技术因时隙事先分配且固定不变，也叫同步/静态时分复用。频率时间BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧…TDM帧时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)TDM=同步时分复用（SynchronizationTime-DivisionMultiplexing）

此处“同步”是怎样的意义？信源或用户数据按时隙序号交换时分复用(TDM)信道应用示例同步TDM的缺点ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4信源当某信源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。由于计算机数据通信的突发性，使用同步时分复用系统传递时，造成信道利用率不高。异步时分多路复用(Asynchronism

TDM)ABCDabcdttttt3个STDM帧#1④③②①acbabbcacd#2#3统计时分复用信源也称为标记复用、智能时分多路复用、动态时分复用。时隙动态按需分配，而不非固定时隙分配。根据信号源是否要发送数据信号和对带宽的需求情况来分配时隙。也称统计时分复用(StatisticTDM)此处异步”是怎样的意义？信源或用户数据按标记信息交换异步时分复用--ATDMStatisticTDM信道应用示例2.4.2波分复用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)复用方式：1310nm和1550nm波长的波分复用仅用两个波长：1310nm窗口和1550nm窗口各一个波长，实现单纤双窗口传输。稀疏波分复用（CWDM，CoarseWavelengthDivisionMultiplexing）

稀疏(波长间隔大)波分复用，相邻信道的间距≥20nm

波长数目一般为4波或8波，最多16波使用1200~1700nm的宽窗口，目前主要应用波长在1550nm的系统中。密集波分复用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）

密集(波长间隔小)波分复用，相邻信道间距≤1.6nm，例0.4nm

可以承载8～160个波长，单根光纤可以传输的数据流量高达400Gbit/s1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nmDWDM密集波分复用示意图掺铒光纤放大器82.5Gb/s1550nm20Gb/s复用器分用器EDFA（Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier）120km光调制器光解调器2.4.3码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)

码分多路复用CDM又称码分多址(多路)访问（CodeDivisionMultipleAccess,CDMA）,各信源使用经过特殊挑选的彼此不会造成干扰的不同编码序列（码型）实现信道共享。将每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片(chip)每个站被指派一个唯一的mbit码片序列(chipsequence)。如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S站的8bit码片序列是00011011。发送比特1时，就发送序列00011011，发送比特0时，就发送序列11100100。110ttm个码片信源的数据比特信源的码片序列chipsequence码片序列时间片序列Chip/码片/时间片编码序列-----码片序列(chipsequence)码片序列的正交关系每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)正交码片序列表示方法：双极表示法

例：二进制码片序列双极表示法码片序列A站00011011-1-1-1+1+1-1+1+1B站00101110-1-1+1-1+1+1+1-1令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积(innerproduct)都是0：例：可计算A·B=0且若：S·T=0,则S·T=0因为S和T的分量中，对应分量相同（同极）的数目与不相同（不同极）的数目是一样的。任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。CDMA的工作原理S站的码片序列S110ttttttm个码片tS站发送的信号SxT站发送的信号Tx总的发送信号Sx+Tx规格化内积S

Sx规格化内积S

Tx数据码元比特发送端接收端S·T=0S·T=0S·T=0S·S=1S·S=-1（二进制0）S·S=1S·T=0被过滤S·T=±1被接收CDMA的技术原理CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码（PN）进行调制（码片序列编码）

，使原数据信号的带宽被扩展，接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，完成信息通信。例：信源原本发送B位,使用码片序列编码后需发送mB位，信息量增加了m倍，所以需要带宽扩频m倍。设：码片序列m=100bit,1MHz带宽信道,1bit/Hz，有信源可达的数据速率B=1M/100=10kbps。CDMA效率分析例：1MHz的频段用于100个站,

使用FDMA,每站有10KHz的带宽,数据速率可为10kbps(设1bit/Hz)使用CDMA,每站使用完全的1MHz频段(设1bit/Hz，可划分成1Mbit的时间片-位片)若每站每传输一位使用时间片m<100，每站的有效带宽=1M÷n>10Kbps信源的1bit位宽信源S100的码片序列m(小于100)位片的码片序列1M个位片信源S1的码片序列每信源数据速率=1M

个时间片÷码片序列位片(<100)>10Kbpsn=1M÷m>10K位宽2.5(传输网)和数字传输系统传输网按覆盖地域可分为国际传输网、国内传输网。国内传输网又可分为长途传输网、本地传输网、接入传输网。传输网：一个将线传输、复接传输与交换功能集为一体的，并由统一管理系统操作的综合（电话、数据、视频等）信息传输网络。为各种专业网（如计算机网络、电话网）提供透明传输通道/服务，也称电信网。传输网可由多种信号传输系统构成。

数字传输系统：传送交换、传输的都是数字化脉冲（数字信号）序列的传输系统。主流数字传输系统

PDH

准同步数字(脉冲)序列传输系统(网)SDH

同步数字(脉冲)序列传输系统(网)WDM

波分多路复用传输系统(网)光缆/光纤网SDH和PDH是各具有不同传输速率转换机制和封装结构的传输网体系。同步：在数字传输系统中，保证数字交换设备之间脉冲序列传送速率完全保持一致。

数字传输系统：交换、传输数字化脉冲方式信号的系统，在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。数字传输系统(网)数字传输系统应用示意传输网应用示例-1传输网应用示例-2PDH(准同步数字传送)传输网体系

PDH传输系统结构准同步数字系列(PDH)系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。E1的速率:32×8×1/(125×10-6)=2.048Mb/s,12332帧片时长125微妙，分为32个时隙每个时隙传送8bitT1的速率=(24×8+1×1)/(125×10-6)=1.544Mb/s1224帧片时长125微妙,分为24个时隙,每时隙传送8bit,每帧另有一位同步码

PCM：（脉冲编码调制）。将模拟信号转换为数字信号的技术。字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生数字信号。

一路电话信号的数字化调制：8000脉冲采样/s,每脉冲8bit编码量化，每秒产生8*8000=64Kbit数据PCM体制

PCM体制：将多路PCM调制的电话信号封装在TDM子信道（TDM帧）中，以支持在中继线上同时传送多路电话的机制。

PCM体制有两个互不兼容的国际标准：北美的24路PCM（简称为T1）。T1的速率是1.544Mb/s。T1帧

欧洲的30路PCM（简称为E1）。E1的速率是2.048Mb/sE1帧PCM体制的高次群的话路数和数据率–序列/系列当需要有更高的数据率时，可采用进一步的复用方法。系统类型一次群二次群三次群四次群五次群符号E1E2E3E4E5欧洲体制话路数3012048019207680数据率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264565.148符号T1T2（4T1）T3（7T2)T4（6T3)北美体制话路数24966724032数据率（Mb/s）1.5446.31244.736274.176T载波层级示意PDH(准同步数字传送--序列/系列)商用光纤通信机制准同步数字系列两种基础速率：•以1.544Mb/s为第一级(一次群，或称基群)基础速率，采用的国家有北美各国和日本;•以2.048Mb/s为第一级(一次群)基础速率，采用的国家有西欧各国和中国。SDH同步数字序列采用PCM体制、PDH的数字传输系统存在缺点，主要有：不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。速率标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。

同步光纤网SONET(SynchronousOpticalNetwork)(北美标准)各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。以传输速率51.84Mb/s为基础对应电信号为STS-1---第1级同步传送信号(SynchronousTransportSignal)对应光信号则称为OC-1---第1级光载波（OpticalCarrier）。ITU-T以SONET为基础，制订出国际标准同步数字系列SDH(欧洲标准)。SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相当于SONET体系中的OC-3速率。线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T的SDH符号表示线路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/s39813.120

OC-768/STS-768

STM-256

40Gb/s

SDH的STM级及与SONET的OC级/STS级的对应关系序列/系列SDH与SONET工作机制SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段线路路径RPR的简称ResilientPacketRing弹性分组环WDM波分多路复用传输网（公共电信）接入传输系统（网）用于用户网或用户终端接入互联网的数字传输系统系统：

xDSL

(各种数字用户线路)接入

（网）

HFC

(混合光纤/铜线)接入（网）光纤接入（网）无线接入（网）城域以太网

MSTP(多业务传输平台)接入（网）2.6宽带接入技术

2.6.1xDSL技术xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400kHz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz。xDSL技术就把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。DSL就是数字用户线(DigitalSubscriberLine)的缩写。xDSL是各种类型的总称，前缀x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。包括：ADSL------非对称数字用户线RADSL—-速率自适应数字用户线，是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率。VDSL------甚高速数字用户线SDSL------对称数字用户线IDSL-------双向ISDN速率（144Kbps)数字用户线HDSL-----高速数字用户线等。ADSL接入示例ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线电话分离器区域宽带网至ISP居民家庭基于ADSL的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接单元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表远端Remote）电话分离器PS(POTSSplitter)

ADSL技术机制上行和下行带宽做成不对称的。上行:用户到ISP，下行:ISP到用户。ADSL系统中可使用的三种调制