计算机网络知识点总结-物理层_adsl是并行传输还是串联传输

本章重点

1. 物理层的任务
2. 几种常用的信道复用技术
3. 集中常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx

2.1物理层的基本概念

数据在计算机内部多采用并行传输方式
数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般是串行传输（处于经济考虑）

2.2数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

一个通信系统可以划分为三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。

源系统：
（1）源点（source）。源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站，或信源。
（2）发送器。通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。
目的系统：
（1）接收器。接受传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器。
（2）终点（destination）。终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出（如把汉字在计算机屏幕上显示出来）。终点又称为目的站，或信宿。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂的网络系统。

常用术语：
（1）通信的目的是传送消息（message）
（2）数据（data）是运送消息的实体
（3）信号（signal）则是数据的电气或电磁的表现
（4）信号：模拟信号、数字信号

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有关信道的几个基本概念

信道（channel）：信道和电路并不等同，信道一般都是用来表示向某一个方向传送消息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

通信双方信息交互方式：
（1）单向通信。又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
（2）双向交替通信。又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送或接收。
（3）双向同时通信。又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。

基带信号：来自信源的信号

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对几代信号进行调制（modulation）。

调制：
（1）基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意把这种过程称为编码(coding)。
（2）带通调制：需要使用载波(carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为带通调制。

常用编码方式：
（1）不归零制
（2）归零制
（3）曼彻斯特编码
（4）差分曼彻斯特编码

基本的带通调制方法：
（1）调幅(AM)
（2）调频(FM)
（3）调相(PM)

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。例如，正交振幅调制QAM (Quadrature Amplitude Modulation)。

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信道的极限容量

限制码元在信道上的传输速率的因素:
(1) 信道能够通过的频率范围

码间串扰:在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限的现象

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
（2）信噪比
信噪比（dB）=10log10(S/N)(dB)
香农公式：信道的极限信息传输速率C=W log2(1+S/N) (b/s)。式中，W为信道的带宽（以Hz为单位）；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。

香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。

2.3物理层下面的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
传输媒体：
（1）导引型传输媒体
（2）非导引型传输媒体

导引型传输媒体

（1）双绞线

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率的升高而增大

（2）同轴电缆
（3）光缆：多模光纤、单模光纤

非导引型传输媒体

称自由空间称为“非导引型传输媒体”

2.4信道复用技术

频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）：用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

时分复用TDM (Time Division Multiplexing)：将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），TDM信号也称为等时(isochronous)信号。可以看出，时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

统计时分复用STDM (Statistic TDM)：统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。

统计时分复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用

波分复用WDM (Wavelength Division Multiplexing)：光的频分复用

码分复用CDM (Code Division Multiplexing)：每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信

2.5 数字传输系统

早期的数字传输系统存在着许多缺点：
(1) 速率标准不统一
(2) 不是同步传输

为了解决上述问题，美国在1988年首先推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤网SONET (Synchronous Optical Network)。整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

2.6 宽带接入技术

从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类：
（1）有线宽带接入
（2）无线宽带接入

ADSL技术：非对称数字用户线ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

由于用户在上网时主要是从因特网下载各种文档，而向因特网发送的信息量一般都不太大，因此ADSL的下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。“非对称”这个名词就是这样得出的。

光纤同轴混合网（HFC网）：光纤同轴混合网（HFC网, HFC是Hybrid Fiber Coax的缩写）是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网，除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

FTTx技术：光纤到户 FTTH（Fiber To The Home）

但光纤到户FTTH有两个问题：首先是目前的价格还很贵，一般家庭用户承受不起；其次是一般的家庭用户也并没有这样高的数据率的需求，要在网上流畅地观看视频节目，有数兆比特每秒的数据率就可以了，不一定非要使用100Mb/s或更高的数据率。

在这种情况下，就出现了多种宽带光纤接入方式，称为FTTx。现在已有很多种不同的FTTx。除了光纤到户FTTH外，还有光纤到路边 FTTC（C表示Curb），光纤到小区FTTZ（Z表示Zone），光纤到大楼FTTB（B表示Building），光纤到楼层 FTTF（F表示Floor），光纤到办公室 FTTO（O表示Office），光纤到桌面 FTTD（D表示Desk），等等。

本章的重要概念

● 物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。
● 一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统、传输系统和目的系统。源系统包括源点（或源站、信源）和发送器，目的系统包括接收器和终点（或目的站，或信宿）。
● 通信的目的是传送消息，如话音、文字、图像、视频等都是消息。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气或电磁的表现。
● 根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟信号（或连续信号）和数字信号（或离散信号）。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为码元。
● 根据双方信息交互方式的不同，通信可以划分为单向通信（或单工通信）、双向交替通信（或半双工通信）和双向同时通信（或全双工通信）。
● 来自信源的信号叫做基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅、调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。
● 要提高数据在信道上的传输速率，可以使用更好的传输媒体，或使用先进的调制技术。但数据传输速率不可能总是被任意地提高。
● 传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）和非导引型传输媒体（无线或红外或大气激光）。
● 常用的信道复用技术有频分复用、时分复用、统计时分复用、码分复用和波分复用（光的频分复用）。
● 最初在数字传输系统中使用的传输标准是脉冲编码调制PCM。现在高速的数字传输系统使用同步光纤网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）。
● 用户到因特网的宽带接入方法有非对称数字用户线ADSL（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）、光纤同轴混合网HFC（在有线电视网的基础上开发的）和FTTx（即光纤到……）。
● 为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络PON。无源光网络无须配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行的无源光网络是以太网无源光网络EPON和吉比特无源光网络GPON。