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1 物理层 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 1

2 物理层的基本概念 物理层功能 : 在信道上进行比特流的传输 物理层主要任务描述了与传输介质 ( 媒体 ) 的接口的一些特性, 即 : 机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸 引线数目和排列 固定和锁定装置等等 电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围 功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义 规程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 2

3 第 2 章 物理层 传输介质 电话系统 (PSTN) Internet 的本地接入 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 3

4 传输介质 双绞线 同轴电缆 光缆 无线传输 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 4

5 双绞线 (twisted pair) 线间干扰较小 价格便宜 易于安装 可传输模拟信号, 也可传输数字信号 在电话系统的最后一公里, 用于传输模拟信号 在计算机网络中, 用于传输数字信号, 常用 8 芯无屏蔽双绞线 (UTP) 通常的传输距离为 100 m ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 5

6 50Ω 同轴电缆 同轴电缆 常用的同轴电缆有两种 : 50Ω 同轴电缆用于数字信号传输, 目前基本已被双绞线所替代 75Ω 同轴电缆 75Ω 同轴电缆用于模拟信号传输, 目前主要用于电视信号的传输 由于 75Ω 同轴电缆的带宽极宽, 所以, 也被用于城域网, 如有线通 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 6

7 各种电缆 无屏蔽双绞线 UTP 屏蔽双绞线 STP 聚氯乙烯套层 绝缘层 铜线 聚氯乙烯套层 屏蔽层绝缘层 铜线 绝缘保护套层 同轴电缆 外导体屏蔽层 绝缘层 内导体 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 7

8 光缆 多模光缆 : 信号通过光的折射在光纤中传输, 距离 2 km 单模光缆 : 直线传输, 距离 10 km 光传输系统包括 : 光源 传输介质 ( 光纤 ) 光检测器 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 8

9 光线在光纤中的折射 包层 纤芯 入射角 折射角 包层 ( 低折射率的媒体 ) 纤芯 ( 高折射率的媒体 ) 包层 ( 低折射率的媒体 ) ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 9

10 光纤的工作原理 低折射率 ( 包层 ) 高折射率 ( 纤芯 ) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 10

11 多模光纤与单模光纤 输入脉冲 多模光纤 输出脉冲 输入脉冲 单模光纤 输出脉冲 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 11

12 光缆相对铜缆的特性 带宽高距离远损耗低重量轻 无电磁干扰 防窃听 端口设备价格高 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 12

13 传输介质 双绞线 同轴电缆 光缆 无线传输 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 13

14 无线传输 根据波长分成不同的波段, 依次为无线 电 微波 红外 可见光 紫外等 无线电传输 微波传输 红外线和毫米波 光波传输 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 14

15 用于通信的电磁波频段 f(hz) 无线电波微波红外线 可见光 紫外线 X 射线 γ 射线 波长 30km 3km 30m 3m 30mm 3mm 30µm 3µm f(hz) 双绞线 AM 同轴电缆 FM TV 卫星通信 微波通信 光通信 Tnbm P101 Fig.2-11 用于通信的电磁波频段 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 15

16 地面无线通信模型 传输距离 : 天线的高度 类型和信号强度 传输可靠性 : 障碍物 传输正确性 : 气象条件 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 16

17 地球同步卫星 Computer Networks v4 cs.sjtu 卫星通信模型 地球同步卫星 36000km VSAT VSAT 端到端 单程 270ms 往返 540ms 中央站 地面站 VSAT: 甚小孔径卫星终端 very small aperture satellite terminals ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 17

18 第 2 章 物理层 传输介质 电话系统 (PSTN) Internet 的本地接入 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 18

19 电话系统 (PSTN( PSTN) 公用电话交换网, 简称 :PSTN Public Switched Telephone Network 通常的计算机通过 MODEM 拨号上网, 就是通过电话系 统进行数据传输 计算机系统的误码率为 10-12, 而电话系统的误码率为 10-5, 是计算机系统的 10 7 倍 综合比较, 相差 11 个数量级 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 19

20 电话系统的树状结构 每部电话完全互联是不可能的, 所以一般为树状结构 一级中心 : 国家级中心二级中心 : 省 直辖市中心三级中心 : 区 县级中心四级中心 : 区内 ( 本地 ) 交换局 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 20

21 电话系统的数字化趋势 与模拟传输相比, 数字传输具有明显的 优势, 所以电话系统数字化是发展趋势 电话系统由三部分组成 : 本地回路 : 双绞线, 模拟传输,1 km ~ 10 km 主干线 : 交换局间的光缆, 数字传输 交换局 : 交换设备, 交换技术 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 21

22 本地回路 电话系统中的电话局间都已采用光缆连接, 并 大多已实现数字传输 本地回路要实现光纤到户成本太高且无必要, 因为家庭电话毋需复用, 也不允许复用 Internet 是 OVER 在电话系统上的, 所以必须实现远距离数字数据的传输, 并且应用对带宽的需求必将对本地回路的信道复用提出要求 Internet 可通过本地回路的接入方法接入 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 22

23 主干线 主干线常采用多路复用技术以提高线路的利用率 PCM 采样和量化 T1 线路 E1 线路 SONET 和 SDH ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 23

24 PCM(Pulse Pulse Code Modulation) 脉冲编码调制 PCM 由于数字传输的明显优势, 所以, 主干线都采用数字传输, 于是终端用户 ( 如电话的语音信号 ) 的模拟数据到达本地局后, 都必须转换成数字数据, 以适合主干线的传输 PCM 以采样定理为基础 采样定理 : 如果在规定的时间间隔内, 以有效信号 f(t) 最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样, 则这些采样值中包含了全部原始信号信息 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 24

25 主干线 主干线常采用时分多路复用技术以提高线路的利用率 PCM 采样和量化 T1 线路 E1 线路 SONET 和 SDH ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 25

26 采样和量化 采样速率 :8000 次 / 秒 电话系统的历史及其对整个世界的覆盖决定了计算机网络必须 OVER 在电话系统的承载网上 根据人的听觉功能, 电话系统中每个信道的频宽为 4000 Hz, 根据 Nyquist 定理, 对于 4000 Hz 的信号, 多于 8000 次 / 秒的采样是无意义的 采样值的量化 一次采样值分成多少个等级, 将决定量化后的数据量, 如等分成 256 个等级, 则必须用 8 bit 表示 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 26

27 采样和量化举例 t A B C D E F G H A B C D E F G H ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 27

28 主干线 主干线常采用时分多路复用技术以提高线路的利用率 PCM 采样和量化 T1 线路 E1 线路 SONET 和 SDH ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 28

29 T1 线路 1.544M b/s T1 线路由 24 个多路复用信道组成 每个信道采样 8000 次 / 秒, 每次采样量化为 7 bit 每个信道每次采样生成 7bit 数据位加 1 bit 控制位, 即 7b + 1b 即每个信道每秒生成 56K + 8K 的传输速率 24 个多路复用信道的每次采样组成一个帧, 即每帧为 : 8 bit x 24 = 192 bit, 每帧间加一个 bit, 所以每帧为 193 bit 193 bit x 8000 次采样 / 秒 = bit/s = 1.544M b/s 北美 日本使用 T1 线路 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 29

30 主干线 主干线常采用时分多路复用技术以提高线路的利用率 PCM 采样和量化 T1 线路 E1 线路 SONET 和 SDH ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 30

31 E1 线路 2.048M b/s E1 线路由 32 个多路复用信道组成 每个信道采样 8000 次 / 秒, 每次采样量化为 8 bit, 其中包括用于信令的 bit 32 个多路复用信道的每次采样组成一个帧, 即每帧为 : 8 bit x 32 个信道 = 256 bit 256 bit x 8000 次采样 / 秒 = 2.048M b/s 欧洲 中国使用 E1 线路 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 31

32 多个 T1 或 E1 线路的复用 一次群 :T1 = 1.544M b/s E1 = 2.048M b/s 二次群 :T2 = T1 x 4 + = 6.312M b/s E2 = E1 x 4 + = 8.848M b/s 三次群 :T3 = T2 x 6 + = M b/s E3 = E2 x 4 + = M b/s 四次群 :T4 = T3 x 7 + = M b/s E4 = E3 x 4 + = M b/s ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 32

33 主干线 主干线常采用时分多路复用技术以提高线路的利用率 PCM 采样和量化 T1 线路 E1 线路 SONET 和 SDH ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 33

34 SONET/SDH SONET(Synchronous Optical Network) 同步光纤网美国标准 ANSI T1.105 ~ 106 STS-1(Synchronous Transport Signal) 同步传送信号 ( 电信号 ) OC-1(Optical Carrier) 光载波 ( 光信号 ) 采用每 125 μs 送出一帧, 每帧 810 B, 即 810 路电话 因此基本速率为 8b x 810B x 8000 次采样 / 秒 = 51.84M b/s SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 同步数字体系 CCITT 推荐的标准 STM-1(Synchronous Transport Module) 同步传送模块 基本速率为 M b/s ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 34

35 SONET 的 OC 级和 STS 级与 SDH 的 STM 级的比较 在 40M b/s 以下, 北美的 T1 ~ T3 和欧洲的 E1 ~ E3 不同在更高速率的标准上,SONET 和 SDH 基本相同 线路速率 SONET( 美 ) SDH( 欧 ) (Mb/s) OC 级 STS 级 STM 级 OC-1 STS OC-3 STS-3 STM OC-9 STS-9 STM OC-12 STS-12 STM OC-18 STS-18 STM OC-24 STS-24 STM OC-36 STS-36 STM OC-48 STS-48 STM OC-192 STS-192 STM-64 Tnbm P146 Fig SONET 和 SDH 复用率 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 35

36 电话系统的数字化趋势 与模拟传输相比, 数字传输具有明显的 优势, 所以电话系统数字化是发展趋势 电话系统由三部分组成 : 本地回路 : 双绞线, 模拟传输,1 km ~ 10 km 主干线 : 交换局间的光缆, 数字传输 交换局 : 交换设备, 交换技术 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 36

37 交换设备 交叉点交换机 空间分隔交换机 时分交换机 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 37

38 交叉点交换机 纵横制交换机 (crossbar) ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 38

39 交换设备 交叉点交换机 空间分隔交换机 时分交换机 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 39

40 空间分隔交换机 可以理解为组交换 N/n 个交叉条 n x k n x k k 个交叉条 N N X n n N/n 个交叉条 k x n k x n n x k n x k N N X n n k x n k x n ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 40

41 交换设备 交叉点交换机 空间分隔交换机 时分交换机 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 41

42 时分交换机 核心是时隙互换器 (time slot interchanger ) 时隙互换器 n 条输入线 输入帧 输出帧 n 条输出线 n 个输入时隙 n 个输出时隙 计数器 n 个 k 位的 RAM 缓冲 n 个词映射表 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 42

43 交换技术 电路交换 报文交换 分组交换 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 43

44 交换技术图示 电路交换报文交换分组交换 分组 建立 报文 连接 报文 阶段 传输报文阶段 报文 报文 t A B C D A B C D A B C D Tnbm P149 Fig 各种交换过程的事件时序 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 44

45 第 2 章 物理层 传输介质 电话系统 (PSTN) Internet 的本地接入 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 45

46 Internet 的本地接入 拨号接入 ADSL 接入 Internet over Cable ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 46

47 拨号接入 通过电话线路访问远程服务器 使用调制解调器将数字信号转换成模拟信号 必须在某 ISP 注册成为合法用户 服务器端采用 DHCP 协议, 为接入者分配一个临 时的 IP 地址 家庭主机拨号上网示意图 MODEM 调制解调器 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 47

48 家庭主机拨号上网示意图 家庭主机通过拨号对远程服务器的访问 不归零制编码的数字数据 ( 数字信号 ) :A G 经 MODEM 调制后的数字数据 ( 模拟信号 ):B F 经 Codec 编码解码后的数字数据 ( 数字 / 模拟信号 ): C D E H Medium-bandwidth trunk (Digital, fiber) Digital line H ISP 2 PC A Local loop (Analog) (Twisted pair) M Codec End office Toll office D Toll Toll office office High-bandwidth trunk (digital, fiber) B C E G ISP 1 Codec M M M F M M MODEM pool Tnbm P124 Fig ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 48

49 数据传输需考虑的问题 任何传输介质在传输信号时都伴随着干扰 ( 噪声 ) 和衰减 噪声有热噪声和随机冲击噪声两种 衰减与信号的频率有关, 频率越高衰减程度越大 由于数字信号中包含着大量的高次谐波, 所以基带信号不适合作长距离和高速的传输 尤其应关注在电话系统中使用的是频分多路复用, 人为地限制了每个信道的带宽为 4k Hz ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 49

50 拨号接入 通过电话线路访问远程服务器 使用调制解调器将数字信号转换成模拟信号 必须在某 ISP 注册成为合法用户 服务器端采用 DHCP 协议, 为接入者分配一个临 时的 IP 地址 家庭主机拨号上网示意图 MODEM 调制解调器 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 50

51 MODEM 调制解调器 调制解调器, 简称 :MODEM MOdulation and DEModulation MODEM 包括调制和解调两个功能 调制方式有 : 调幅 调频 调相 或是上述的组合 常用的调制解调器接口有 RS-232 RS-449 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 51

52 MODEM 调制解调器 ( 续 ) 载波 : Hz 的正弦波 使用某种技术, 让载波携带数字数据 调幅 调频 调相, 或其组合 常用的协议 V.32: 6(1)b x 2400 = 14.4 kbps P129 Fig. 2-26(b) V.34: 12 x 2400 = 28.8 kbps 14 x 2400 = 33.6 kbps V.90: 当 ISP 为数字接入时, 终端用户上行速率为 33.6 kbps,isp 的下行速率为 56 kbps ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 52

53 Internet 的本地接入 拨号接入 ADSL 接入 Internet over Cable ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 53

54 ADSL 接入 ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line DSL 数字用户线路 ADSL 的接入模型 DMT 离散多音调调制 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 54

55 对称线路 : Computer Networks v4 cs.sjtu DSL 数字用户线路 DSL:digital subscriber line 使用常规的电话线路, 本地局端的滤波器将限制带宽为 4 khz, 但本地回路通常采用的是 3 类 UTP, 其实际带宽远远大于 4 khz 如局端滤波器的限制策略为按需可调, 则给定的带宽可增加 根据对上行 下行线路不同的带宽需求有多种不同的标准 HDSL: ~ Mbps,2/4 对双绞线,3 ~ 4 km SDSL: ~ Mbps,1 对双绞线,3 km 非对称线路 : VDSL: 上行 13 ~ 52 Mbps, 下行 1.5 ~ 2.3 Mbps 1 对双绞线,0.xx km ADSL: 上行 64 k ~ 1 Mbps, 下行 512 k ~ 8 Mbps 1 对双绞线,3 ~5 km ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 55

56 ADSL 接入 ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line DSL 数字用户线路 ADSL 的接入模型 DMT 离散多音调调制 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 56

57 ADSL 的接入模型 PC 机 A ADSL modem Ethernet 端口 B 用户侧 ATU-R 采用曼切斯特编码 (IEEE 802.3) 或 4B/5B 编码 (802.3u) 携带了数字数据的数字信号 :A 携带了语音数据的模拟信号 : C E F 滤波器 C 用户配线架 本地局 ATU-C ATU - C:ADSL Transmission Unit-Central ATU - R:ADSL Transmission Unit-Remote D E ADSL modem 局端滤波器 Internet 交换机配线架程控交换机 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 57 G F 经 ADSL modem 调制后的 携带了数字数据的模拟信号 : B D G 多个信道, 频分多路复用

58 ADSL 接入 ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line DSL 数字用户线路 ADSL 的接入模型 DMT 离散多音调调制 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 58

59 DMT 离散多音调调制 DMT:Discrete MultiTone modulation 将本地回路的可用带宽 ( 约 1.1MHz) 分成 256 个 Hz 的独立信道, 信道 0 给传统的电话,1 ~ 5 保留, 剩下的 250 个信道中一个给上行控制, 一个给下行控制, 其余全部用于数据传输, 由提供者分配哪些给上行, 哪些给下行 Hz Voice Upstream Downstream Tnbm P132 Fig 采用 DMT 调制的 ADSL ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 59

60 常用的 ADSL 带宽分配 因为用户对 Internet 的访问是不对称的, 所以一般总是将 80 90% 的信道分配给下行, 每个信道都是独立调制的 voice 4k 4k 4k Upstream 64k 256k 1M Downstream 512k 1M 8M ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 60

61 Internet 的本地接入 拨号接入 ADSL 接入 Internet over Cable ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 61

62 Internet over Cable Internet over Cable 基于社区电视系统 社区电视系统 HFC 混合光纤电缆系统 HFC 中的频谱分配 Cable MODEM ADSL 与 HFC 的比较 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 62

63 社区电视系统 社区电视系统的特点 覆盖面很大, 系统之间用光缆连接 传播单向电视信号的一个共享系统 用同轴电缆作为传输介质, 带宽可达 750 MHz 作为 Internet 接入的可能性 数据的双向传输 用户端的 Cable MODEM ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 63

64 Internet over Cable Internet over Cable 基于社区电视系统 社区电视系统 HFC 混合光纤电缆系统 HFC 中的频谱分配 Cable MODEM ADSL 与 HFC 的比较 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 64

65 HFC 混合光纤电缆系统 HFC:Hybrid Fiber Coax Switch Fiber node Head End Tap High bandwidth fiber trunk Fiber house Coaxial cable Tnbm P171 Fig. 2-47(a) 混合光纤电缆系统 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 65

66 Internet over Cable Internet over Cable 基于社区电视系统 社区电视系统 HFC 混合光纤电缆系统 HFC 中的频谱分配 Cable MODEM ADSL 与 HFC 的比较 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 66

67 HFC 中的频谱分配 HFC 保留了原有的 TV 及 FM 的广播功能 实现了数据的非对称双向传输, 以作为 Internet 的接入 MHz Upstream Data TV FM TV Downstream Data 42 ~ 54M 频段保留, 凡高于此频段的都是下行信号, 低于此段频的都是上行信号, 其实, 此频段是一隔离带 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 67

68 HFC 中的频谱分配 每个下行信道占用 6 ~ 8 MHz 用模拟方式传输, 常用的调制方法是 QAM-64, 对质量特别好的信道也可用 QAM-256 对 6MHz 信道, 可用的数据传输率为 36Mbps, 去掉一些额外开销, 一般为 27Mbps 上行信道质量较差, 一般用 QPSK 携带 2 位信息 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 68

69 Internet over Cable Internet over Cable 基于社区电视系统 社区电视系统 HFC 混合光纤电缆系统 HFC 中的频谱分配 Cable MODEM ADSL 与 HFC 的比较 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 69

70 Cable MODEM Cable MODEM 与计算机的接口为 Ethernet 在一个 Headend 管理下的 并由 Cable 连接的 所有计算机组成的是一个共享网络共享站点的竞争发送不能采用 CSMA/CD 协议, 因为站点无法对介质进行检测 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 70

71 Cable MODEM 的初始化 Power On 或 Reset 后,MODEM 将监测下行数据流中由 headend 为新站点提供的系统参数, 并通过某一上行信道宣布它的存在 Headend 为新站点分配上行和下行信道 ( 以后可能会调整 ) 并通知 ( 新站点的 ) MODEM MODEM 发送一特殊的测距分组并等待应答, 以测试自己到 Headend 的 距离 ( 此过程为 ranging), 以后将以此为依据, 此距离以 时隙 (minislot) 计, 典型地, 一个 minislot 相当于 8 bytes 的传播延时 Headend 除分配上行 下行信道外, 还为每个 MODEM 分配一个请求上行带宽的时隙号, 可能会有多个 MODEM 共享一个时隙号, 如共享时隙号的站点同时请求上行带宽, 将发生冲突 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 71

72 计算机的一次发送过程 计算机用上行信道经 MODEM 向 Headend 发送一个请求分组, 其中包含所需的时隙数 (minislot), 然后等待应答 ( 需等待的时隙数已知 ) Headend 通过下行信道应答 (ACK), 并通知计算机已为之保留的时隙号, 计算机在上行信道为其保留的时隙号内发送数据分组如在等待的时隙数过后还未收到 Headend 的 ACK 应答, 这意味着已发生冲突, 此时将采用二进制指数后退法, 随机选择一个需等待的时隙数后再次请求, 以避免再次冲突 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 72

73 Internet over Cable Internet over Cable 基于社区电视系统 社区电视系统 HFC 混合光纤电缆系统 HFC 中的频谱分配 Cable MODEM ADSL 与 HFC 的比较 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 73

74 ADSL 与 HFC 的比较 ADSL 是基于电话系统每个用户直接与局端连接, 属星型拓扑所承诺的速率是固定的, 与当前的用户数基本无关允许用户选择自己的 ISP 数据安全性比较能得到保证由于 ADSL( 包括其它的 xdsl 都 ) 与距离有关, 所以有电话线的地方不一定都能提供 ADSL 服务 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 74

75 ADSL 与 HFC 的比较 的比较 ( 续 ) HFC 基于社区电视系统, 属信道共享, 但即使保留了原有的 FM 和 TV 频段, 同轴电缆所提供用于数据传输的带宽还是很宽并非每个用户都与 Headend 直接连接, 属树型拓扑标称的传输速率为 10Mbps(Ethernet), 但属共享信道所提供的服务必须与某个具体的 ISP 合作, 使用 DHCP 协议由于属共享信道, 所以数据安全性必须采用密码技术才能得到保证与距离基本无关, 凡有 HFC 的地方一般都能提供 Internet 服务 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 75

76 第 2 章习题 Tnbm P177 #42 #43 ftp://ftp.cs.sjtu.edu.cn/xue-gt 第 2 章物理层 76

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Chap2.ppt 2! PSTN Internet 2/ 73 ! 2/ 73 twisted pair! 8 UTP100 m Cat310 MbpsCat5100 Mbps 2/ 73 ! 2/ 73 ! 50Ω 50Ω 75Ω 75Ω 75Ω 2/ 73 ! 2/ 73 ! 2 km 10 km 2/ 73 ! 2/ 73 ! 2/ 73 ! ! f(hz) 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10

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