計算機網路 物理層

2021-08-29 14:17:17 字數 3525 閱讀 8722

物理層考慮的是怎樣才能在連線各種計算機的傳輸**上傳輸資料位元流,而不是指具體的傳輸**。物理層要盡可能地遮蔽掉傳輸**和通訊手段的差異,使物理層上的資料鏈路層感覺不到這些差異。

物理層的主要任務是確定與傳輸**的介面有關的一些特性,即:

機械特性:指明介面所用界掀起的形狀和尺寸、引腳數目和排列、固定和鎖定裝置等。平時常見的各種規格的接外掛程式都有嚴格的標準化的規定。

電氣特性:指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的範圍。

功能特性:指明某條線上出現的某一電平的電壓的意義。

過程特性:指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序。

乙個資料通訊系統可分為三大部分:源系統(或傳送端、傳送方)、傳輸系統(或傳輸網路)和目的系統(或接收端、接收方)

源系統一般包括兩個部分:

目的系統也包含兩個部分:

一些常用術語:

資料(data):資料是運送訊息的實體。資料是使用特定方式表示的資訊。

訊號(signal):是資料的電氣或電磁的表現。

模擬訊號(連續訊號):代表訊息的引數的取值是連續的。

數碼訊號(離散訊號):代表訊息的引數的取值是離散的。

碼元:代表不同離散數值的基本波形。乙個碼元攜帶的資訊量是不固定的,而是由調製方式和編碼方式所決定的。

通道:通道一般都是用來表示向某乙個方向傳送資訊的**。因此一條通訊電路一般包括一條傳送通道和一條接收通道。

從通訊雙方資訊互動的方式來看,有以下三種基本方式:

單向通訊:又稱單工通訊。只能有乙個方向的通訊而沒有反方向的通訊,

雙向交替通訊:又稱半雙工通訊。即通訊雙方都可以傳送資訊,但不能同時傳送,同理也不能同時接收。

雙向同時通訊:又稱全雙工通訊。即通訊雙方可以同時傳送和接受資訊。

基帶訊號:來自信源的訊號。

調製:基帶訊號常包含有較多的低頻成分,甚至有直流成分,而許多通道不能傳輸這種低頻分量或直流訊號,所以必須進行調製。

調製分為兩大類:

數字通訊的優點:雖然訊號在通道上的傳輸不可避免會產生失真,但在接收端只要我們從失真的波形中能夠識別出原來的訊號,那麼這種失真對通訊質量就沒有影響。

限制碼元在通道上的傳輸速率的因素有兩個:

夏農公式:

c = w * log_2(1+s/n) (bit/s)
式中c為通道的極限資訊傳輸速率,w為通道的頻寬(以hz為單位)。

夏農公式表面,通道的頻寬或通道中訊雜比越大,資訊的極限傳輸速率就越大。意義在於,只要資訊傳輸的速率低於通道的極限傳輸速率,就一定存在某種方法實現無差錯的傳輸。

復用(multiplexing)技術可以讓大家喝起來使用乙個共享通道進行通訊。在接收端再使用分用器,把合起來傳輸的資訊分別送到相應的終點。最基本的復用技術就是頻分復用(frequency division multiplexing)和時分復用(time division multiplexing)

頻分復用

使用者在分配到一定的頻帶後,在通訊過程始終佔據這個頻帶。課件頻分復用的所有使用者在同樣的時間占用不同的頻寬資源。

時分復用

將時間劃分為一段段等長的時分復用幀(tdm幀)。每乙個時分復用使用者在每乙個tdm幀中占用固定序號的時隙。因此tdm訊號也稱為等時訊號。時分復用使用者是在不同時間使用同樣的頻頻寬度。

當使用時分復用系統傳送資料時,由於計算機資料的突發性,乙個使用者對已經分配的子通道的利用率一般是不高的。當使用者在某一短時間暫時無資料傳輸時,那就只能讓已經分配到手的通道空閒著,而其他使用者也無法使用這個暫時空閒的通道。

統計時分復用 stdm (statistic tdm)

統計時分復用使用stdm幀來傳輸復用的資料。但每乙個stdm幀中的時隙數小於接在集中器上的使用者數。各使用者有了資料就隨時發往集中器的輸入快取,然後集中器依次掃瞄輸入快取,把快取中的輸入資料放入stdm幀中,對沒有資料的快取就跳過,當乙個幀的資料放滿了,就傳送出去。

碼分復用 cdm (code division multiplexing)是另一種共享通道的方法,人們更常用的名詞是分碼多重進接(code division multiple access).

每個使用者可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通訊。由於各使用者使用經過特殊挑選的不同碼型,因此各使用者之間不會造成干擾。

使用cdma的每個站被指派乙個唯一的m bit碼片序列(chip sequence)。乙個站如果要傳送位元1,則傳送他自己的m bit碼片序列。如果要傳送位元0,則傳送碼片序列的二進位制反碼。

cdma的另乙個重要特點就是這種體制給每乙個站分配的碼片序列不僅必須各不相同而且還必須相互正交。令向量s表示站s的碼片序列,再令t表示其他站的碼片序列。兩個不同站的碼片序列正交,就是向量s和t的規格化內積(inner product)都是0(計算時把0看做-1)

s * t ≡ \frac \sum_^m s_it_i = 0
計算結果特性:

非對稱數字使用者線adsl(asymmetric digtal subscriber line)技術是用數字技術對現有的模擬**使用者線進行改造。因為adsl的下行頻寬遠遠大於上行頻寬,於是被稱為「非對稱。

標準模擬**訊號頻帶是在300~3400hz範圍內,但使用者線本身的頻寬卻超過1mhz。於是adsl技術把0 ~ 4khz的低端頻譜留給傳統**使用,而把原來沒有被利用的高階頻譜留給使用者上網使用。

adsl在使用者線的兩端各安裝乙個adsl數據機。我國目前採用的數據機實現方法是離散多音調(discrete multi-tone)調製技術。這裡的「多音調」就是「多子通道」的意思。該技術採用頻分復用的方法,將4khz以上一直到1.1mhz的高階頻譜劃分為許多子通道,其中25個子通道用於上行通道,而249個子通道用於下行通道,並使用不同的載波進行數字調製。

當adsl啟動時,使用者線兩端的adsl數據機就測試可用的頻率、各子通道收到的干擾情況,以及在每乙個頻率上測試訊號的傳輸質量。這樣就使adsl 能夠選擇合適的調製方案以獲得盡可能高得資料率,可見adsl不能保證固定的資料率。對於質量很差的使用者線甚至無法開通adsl。

基於adsl的接入網主要由以下三大部分組成:

數字使用者線接入復用器包括許多adsl數據機。adsl數據機又稱為接入端接單元(access termination unit)。adsl數據機必須成對使用,因此把在**局端和使用者家中的adsl數據機分別記為atu_c (c代表端局(central office))和atu-r (r代表遠端(remote office)).使用者**通過**分離器(splitter)和atu-r連在一起,經使用者線到端局,並再次經過乙個**分離器把**連到本地**交換機。

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