(5)--计算机网络05计算机网络原理.ppt
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1、第二章第二章 物理层物理层2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系1数据通信技术数据通信技术:奠定了计算机网络结点之间的分组比特经传奠定了计算机网络结点之间的分组比特经传输媒体流动的基础输媒体流动的基础。网络物理层网络物理层:定义了计算机系统和通信系统的接口及通信系定义了计算机系统和通信系统的接口及通信系统所使用的技术标准统所使用的技术标准。回顾回顾2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系2通信系统一般模型通信系统一般模型专业术语:信道、数据、传输、编码、信号、调制、码专业术语:信道、数据、传输、编码、信号、调制、码元
2、、比特元、比特奈奎斯特奈奎斯特和和香农香农公式公式传输媒体传输媒体:双绞线双绞线、同轴电缆、同轴电缆、光缆光缆、微波、微波编码编码:曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码:曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码调制:调频、调幅调相、调制:调频、调幅调相、正交振幅调制正交振幅调制 QAM 信道复用技术信道复用技术2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系32024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系4频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)l将整个带宽分为多份,用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自
3、始至终都占用这个频带。l频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意,这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。频率时间频带 1频带 2频带 n频带 3频分复用2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系5时分复用TDM(Time Division Multiplexing)l时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。l每一个用户所占用的时隙是周期性地出现(其周期就是TDM帧的长度)的。lTDM 信号也称为等时(isochronous)信号。l时分复用的所有用户在
4、不同的时间占用同样的频带宽度。2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系6时分复用TDM 频率时间BCDBCDBCDBCDAAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧周期性出现时分复用2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系7时分复用可能会造成线路资源的浪费 使用时分复用系统传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性质,用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDabcdttttt4 个时分复用帧#1acb时分复用#2#3#4用户当某用户暂时无数据发送时,在时分复用帧中分
5、配给该用户的时隙只能处于空闲状态。abbadcc2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系8统计时分复用 STDM (Statistic TDM)用户 ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acb#2#3统计时分复用统计时分复用的工作原理STDM 帧不是固定分配时隙,而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。abbcacd波分复用波分复用(WDM)2024/1/12计算机学院网络工程系9对光信号进行多路复用和多对光信号进行多路复用和多路分离,将不同的波长多路路分离,将不同的波长多路复用到一根光纤上复用到一根光纤上采用的设备称为
6、合采用的设备称为合/分波器分波器稀疏波分复用稀疏波分复用CWDM信道间隔为信道间隔为20nm密集波分复用密集波分复用DWDM信道间隔为信道间隔为0.21.2nm每波长数据率每波长数据率40Gbps,一根光纤,一根光纤复用光波数量可达复用光波数量可达320个,一根光纤个,一根光纤达达传输传输10Tbps(T=1012)2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系10 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm
7、2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gbit/s1310 nm20 Gbit/s复用器分用器EDFA光调制器光解调器8 2.5 Gbit/s1310 nm波分复用的概念波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。120 km码分多址码分多址(CDMA)2024/1/12计算机学院网络工程系11码片序列的正交特性码片序列的正交特性设符号设符号S表示站表示站S的的m位码片向量;位码片向量;表示站表示站S的的m位码片向量的非值;位码片向量的非值;任何两个不同的码片序列任何两个不同的码片
8、序列S和和T的归一化内积为的归一化内积为02024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系12码片序列实现了扩频l假定S站要发送信息的数据率为 b bit/s。由于每一个比特要转换成 m 个比特的码片,因此 S 站实际上发送的数据率提高到 mb bit/s,同时 S 站所占用的频带宽度也提高到原来数值的 m 倍。l这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一种。l扩频通信通常有两大类:1.一种是直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum),如上面讲的使用码片序列就是这一类。2.另一种是跳频扩频FHSS(F
9、requency Hopping Spread Spectrum)。码分多址码分多址(CDMA)2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系13码分复用的原理码分复用的原理假设站假设站A、站、站B、站、站C同时传同时传输,输,T站等待接收来自站等待接收来自C的的报文报文 站站T接收到的信息是三个站接收到的信息是三个站发送的信息的叠加结果发送的信息的叠加结果站用站用C的码片序列乘接收到的的码片序列乘接收到的信息信息例子例子2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系14假设假设 站站A、站、站B、站、站C、站、站D同时发送信息同
10、时发送信息 站站T准备接收来自准备接收来自C的信息的信息2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系154个站的传送实例以及个站的传送实例以及T的接收序列的接收序列2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系16站站T接收到的信息码序列接收到的信息码序列2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系17站站C的信号恢复过程的信号恢复过程第第2章:内容提要章:内容提要2024/1/12计算机学院网络工程系182.1数据通信基础知识数据通信基础知识2.2传输媒体传输媒体2.3编码和复用编码和复用2.
11、4数字传输数字传输数字传输数字传输技术技术技术技术2.5接接入网入网2.6物理层物理层概述概述2.7小结小结2.5数字传输数字传输技术技术2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系19l在早期电话网中,从市话局到用户电话机的用户线在早期电话网中,从市话局到用户电话机的用户线是采用最廉价的双绞线电缆,而长途干线采用的是是采用最廉价的双绞线电缆,而长途干线采用的是频分复用频分复用 FDM FDM 的模拟传输方式。的模拟传输方式。l与模拟通信相比,数字通信无论是在传输质量上还与模拟通信相比,数字通信无论是在传输质量上还是经济上都有明显的优势。是经济上都有明显的优势
12、。l目前,长途干线大都采用时分复用目前,长途干线大都采用时分复用 PCM PCM 的数字传输的数字传输方式。方式。l脉码调制脉码调制 PCM PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。线上传送多路的电话。PCM及其复用及其复用2024/1/12计算机学院网络工程系20脉码调制脉码调制PCM 技术技术将模拟信号转变为数字信将模拟信号转变为数字信号,号,PCM先要对该模拟先要对该模拟信号进行采样信号进行采样采样定理采样定理:该采样频率不能低于信该采样频率不能低于信号最高频率的号最高频率的2倍倍电话信号电话信号的例子的例子最高频率为最高频率为3.4k
13、Hz,采样采样频率频率 6.8kHz,采样的标准定为,采样的标准定为8kHz,即采样周期,即采样周期为为125 sPCM基本原理基本原理:举例:举例2024/1/12计算机学院网络工程系212024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系22l由于历史上的原因,由于历史上的原因,PCM PCM 有两个互不兼容的国际标准:有两个互不兼容的国际标准:1.1.北美的北美的 24 24 路路 PCMPCM(简称为(简称为 T1T1)2.2.欧洲的欧洲的 30 30 路路 PCMPCM(简称为(简称为 E1E1)l我国采用的是欧洲的我国采用的是欧洲的 E1 E1 标准。标准
14、。lE1 E1 的速率是的速率是 2.048 Mbit/s2.048 Mbit/s,而,而 T1 T1 的速率是的速率是 1.544 Mbit/s1.544 Mbit/s。l当需要有更高的数据率时,可采用复用的方法。当需要有更高的数据率时,可采用复用的方法。2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系23旧的数字传输系统存在许多缺点最主要的是以下两个方面:l速率标准不统一1.如果不对高次群的数字传输速率进行标准化,国际范围的基于光纤高速数据传输就很难实现。l不是同步传输1.在过去相当长的时间,为了节约经费,各国的数字网主要采用准同步方式。2.当数据传输的速率很
15、高时,收发双方的时钟同步就成为很大的问题。2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系24同步光纤网 SONETl同步光纤网 SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。lSONET 为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构1.对电信信号称为第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal),其传输速率是 51.84 Mbit/s。2.对光信号则称为第 1 级光载波 OC-1(OC 表示Optical Carrier)。l现已定义了从 51.84 M
16、bit/s(即OC-1)一直到 9953.280 Mbit/s(即 OC-192/STS-192)的标准。同步数字系列同步数字系列SDH2024/1/12计算机学院网络工程系25问题问题:如何解决美国、欧:如何解决美国、欧洲和日本洲和日本3种不同的种不同的PCM互联互通互联互通?在在高次群解决两个问题高次群解决两个问题统一复用的速率标准统一复用的速率标准采用同步传输技术采用同步传输技术解决方案:解决方案:美国美国同步光纤网同步光纤网SONETITU-T的的SDHSDH网络各级时钟来自一网络各级时钟来自一个主时钟个主时钟铯原子钟精度铯原子钟精度 1 10 11同步传递模块同步传递模块STM标准标
17、准SDH帧结构是块状帧,其帧结构是块状帧,其基本信号是基本信号是STM-1,更高,更高等级是用等级是用N个个STM-1复用复用组成组成STM-NSDH是支撑全球IP网络海量数据分组远程传输的关键技术2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系26SONET OC级级/STS级与级与SDH STM级级2024/1/12计算机学院网络工程系27线路速率(Mbps)SONET符号ITU-T符号线路速率的近似值51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1155Mbps466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/
18、STS-12STM-4622Mbps933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gbit/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gbit/s2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系28SONET/SDH 标准的意义l使不同的数字传输体制在 STM-1 等级上获得了统一。l第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。l已成
19、为公认的新一代理想的传输网体制。lSDH 标准也适合于微波和卫星传输的技术体制。第第2章:内容提要章:内容提要2024/1/12计算机学院网络工程系292.1数据通信基础知识数据通信基础知识2.2传输媒体传输媒体2.3编码和复用编码和复用2.4数字传输数字传输技术技术2.5宽带接入技术宽带接入技术2.6物理层物理层概述概述2.7小结小结2.5宽带接入宽带接入技术技术2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系30l用户要连接到互联网,必须先连接到某个ISP。l在互联网的发展初期,用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP的,电话用户线接入到互联网的速率
20、最高仅达到56 kbit/s。l美国联邦通信委员会FCC原来认为只要双向速率之和超过200 kbit/s 就是宽带。但 2015 年重新定义为:宽带下行速率要达到 25 Mbit/s宽带上行速率要达到 3 Mbit/s2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系31l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l下面讨论有线的宽带接入。ADSL技术技术2024/1/12计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系计算机学院网络工程系32l非对称数字用户线 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技
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- 计算机网络 05 原理
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