3G時代的云計算

第4章物理層/u/lilang科學網(wǎng)李浪第4章物理層http://blog.sciencenet1第4章物理層4.1物理層的定義和功能4.2物理層的特性4.3典型的物理層標準接口4.4傳輸媒體4.5寬帶接入技術(shù)第4章物理層4.1物理層的定義和功能24.1物理層的定義和功能物理層位于通信模型的最底層，它直接面向?qū)嶋H承擔數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻襟w。但是，物理層不是指具體的物理設(shè)備，也不是指信號傳輸?shù)奈锢砻襟w，而是指在物理媒體之上為上一層（數(shù)據(jù)鏈路層）提供一個傳輸原始比特流的物理連接。物理層協(xié)議規(guī)定了與建立、維持及斷開物理信道所需的機械的、電氣的、功能性的和規(guī)程性的特性。其作用是確保比特流能在物理信道上傳輸。4.1物理層的定義和功能物理層位于通信模型的最底層，它直34.2物理層的特性物理層協(xié)議解決的問題為確定與傳輸媒體的接口有關(guān)一些特性，主要包括四個方面：1.機械特性：定義接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。2.電氣特性：定義接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓范圍。3.功能特性：定義接口信號的引腳的功能分配和確切的定義，某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。4.規(guī)程特性：定義不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。4.2物理層的特性物理層協(xié)議解決的問題為確定與傳輸媒體的44.3典型的物理層標準接口DTE設(shè)備與DCE設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DataTerminalEquipment，DTE）是具有一定數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)發(fā)送接收能力的設(shè)備，包括各種I/O設(shè)備和計算機。由于大多數(shù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備的傳輸能力有限，直接將相距很遠的兩個數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接起來是不能進行通信的，所以要在數(shù)據(jù)處理設(shè)備和傳輸線路之間加上一個中間設(shè)備，即數(shù)據(jù)線路端接設(shè)備（DataCircuit-terminatingEquipment，DCE）。DCE在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的功能。4.3典型的物理層標準接口DTE設(shè)備與DCE設(shè)備5

EIARS-232-C

EIA-RS-232C標準，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（recommededstandard）代表推薦標準，232是標識號，C代表RS232的最近一次修改（1969年）。EIARS-232-CEIA-RS-232C標準，其6RS-232-C接口特性1、電氣特性采用負邏輯電平。用-15V～-5V表示邏輯“1”電平，用+5V～+15V表示邏輯“0”電平。當連接電纜長度不超過15m時，允許數(shù)據(jù)傳輸速率不超過20kb/s。RS-232-C接口特性1、電氣特性7RS-232-C接口特性2、機械特性RS-232采用標準25芯D型插頭座（DB25），分為上排13根引腳、下排12根引腳。后來簡化為9芯D型插座，供計算機與調(diào)制解調(diào)器的連接使用，如計算機的COM接口。規(guī)定插頭應(yīng)安裝在DTE設(shè)備端，插座應(yīng)安裝在DCE設(shè)備端。RS-232-C接口特性2、機械特性8RS-232-C接口特性3、功能特性功能特性規(guī)定了什么電路應(yīng)當連接到引腳中的哪一根以及該引腳的作用。RS-232-C接口特性3、功能特性9表4-2RS-232接口信號定義簡寫符DTE25芯DCE25芯DTE9芯DCE9芯信號方向信號功能解釋PG11---保護地TXD2332DTE->DCE發(fā)送數(shù)據(jù)TransmitDataRXD3223DTE<-DCE接收數(shù)據(jù)ReceiveDataRTS4578DTE->DCE請求發(fā)送RequiretoSendCTS5487DTE<-DCE清除請求CleartoSendDSR62064DTE<-DCE數(shù)據(jù)裝置就緒DataSetReadyGND7755GND信號地GroundDCD8811In接收線信號檢測DataCarryDetectedDTR20646DTE->DCE數(shù)據(jù)終端準備好DataTerminalReadyRI222299In振鈴指示表4-2RS-232接口信號定義簡寫符DTE25芯DCE10RS-232-C接口特性4、過程特性以終端通過Modem及電話線與遠程計算機中心主機以半雙工方式通信為例說明RS-232通信過程。首先，當終端接至線路上時，20號線(DTE就緒)為高電平(通狀態(tài))，表示通知Modem(DCE)要求與線路接通，Modem響應(yīng)，通過6號線(DCE就緒)發(fā)信號，以高電平回答，表示Modem(DCE)已準備好，同時向遠程Modem(遠程DCE)發(fā)載波。以上屬于數(shù)據(jù)通信連接建立階段。接下來，若終端想發(fā)送數(shù)據(jù)，就使4號線(請求發(fā)送)處于通狀態(tài)，表示請求發(fā)送，并向?qū)Ψ桨l(fā)送載波。與終端連接的Modem收到發(fā)送請求，用5號線(允許發(fā)送)響應(yīng)，使其接通，表示準備好發(fā)送，此時終端就可通過2號線(發(fā)送數(shù)據(jù))發(fā)送數(shù)據(jù)。與此同時，對方Modem(遠程DCE)收到載波后通過8號線(載波檢測)向主機(遠程DTE)發(fā)信號，表示已檢測到接收數(shù)據(jù)載波，準備接收數(shù)據(jù)，并經(jīng)3號線(接收數(shù)據(jù))接收數(shù)據(jù)。以上屬于數(shù)據(jù)通信階段。最后，當數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，4號線變成低電平(斷開狀態(tài))，5號線也隨之降低，恢復成原始狀態(tài)，數(shù)據(jù)通信連接斷開。RS-232-C接口特性4、過程特性11EIARS-449/422-A/423-A

RS-449有三個標準組成：1.RS-449規(guī)定接口的機械特性、功能特性和過程特性。RS-449的連接器使用37引腳及9引腳的連接器，2次通道（返回字通道）電路以外的所有相互連接的電路都使用37引腳的連接器，而2次通道電路則采用9引腳連接器。2.RS-423-A規(guī)定在采用非平衡傳輸時的電氣特性。當連接電纜長度為10M時，數(shù)據(jù)的傳輸速率可達300kb/s.3.RS-422-A規(guī)定在采用平衡傳輸時的電氣特性。它可將傳輸速率提高到2Mb/s,而連接電纜長度可超過60m，當連接電纜長度更短時（如10m），則傳輸速率還可以更高些（如達10Mb/s）。EIARS-449/422-A/423-ARS-44912CCITTX.21與X.25

X.21是對公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中的同步式終端（DTE）與線路終端（DCE）間接口的標準。主要是對兩個功能進行了規(guī)定：其一是與其他接口一樣，對電氣特性、連接器形狀、相互連接電路的功能特性等的物理層進行了規(guī)定；其二是為控制網(wǎng)絡(luò)交換功能的網(wǎng)控制步驟，定義了網(wǎng)絡(luò)層的功能。在專用線連接時只使用物理層功能，而在線路交換數(shù)據(jù)網(wǎng)中，則使用物理層和網(wǎng)絡(luò)層的兩個功能。X.21接口用的連接器引腳也只用15針引腳，電氣特性分別參照V系列接口電氣標準的V.10和V.11。數(shù)字網(wǎng)的同步都是從屬于網(wǎng)絡(luò)主時鐘。CCITTX.21與X.25X.21是對公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中的13CCITTX.21與X.25X．25是CCITT（ITU）建議的一種協(xié)議，它定義終端和計算機到分組交換網(wǎng)絡(luò)的連接。分組交換網(wǎng)絡(luò)在一個網(wǎng)絡(luò)上為數(shù)據(jù)分組選擇到達目的地的路由。X．25是一種很好實現(xiàn)的分組交換服務(wù)，用于將遠程終端連接到主機系統(tǒng)的技術(shù)。這種服務(wù)為同時使用的用戶提供任意點對任意點的連接。來自一個網(wǎng)絡(luò)的多個用戶的信號，可以通過多路選擇通過X．25接口而進入分組交換網(wǎng)絡(luò)，并且被分發(fā)到不同的遠程地點。CCITTX.21與X.25X．25是CCITT（ITU144.4傳輸媒體傳輸媒體(TransmissionMedium)也稱傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。它可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。在導向傳輸媒體中，電磁波被導向沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播，而非導向傳輸媒體就是指自由空間，在非導向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳播。4.4傳輸媒體傳輸媒體(TransmissionMed15常用的傳輸媒體：雙絞線：由互相絕緣的銅導線用規(guī)則的方法扭絞起來而成，線對扭在一起可以減少相互間的輻射電磁干擾。雙絞線早期用在電話通信中模擬信號的傳輸，也用于數(shù)據(jù)信號的傳輸，是最常用的傳輸媒體。為了提高雙絞線的抗干擾能力，可以在雙絞線的外面再加上一層用金屬絲編織的屏蔽層，這就是屏蔽雙絞線，簡稱為STP(ShieldTwistedPair)。常用的傳輸媒體：雙絞線：由互相絕緣的銅導線用規(guī)則的方法扭絞起16圖4-1雙絞線的結(jié)構(gòu)圖4-1雙絞線的結(jié)構(gòu)17常用的傳輸媒體：同軸電纜：同軸電纜同軸電纜也象雙絞線那樣由一對導體組成，但它們的按"同軸"形式構(gòu)成線對，最里層是內(nèi)芯,外包一層絕緣材料，外面再一層屏蔽層，最外面則是起保護作用的塑料外套。內(nèi)芯和屏蔽層構(gòu)成一對導體。常用的傳輸媒體：同軸電纜：同軸電纜同軸電纜也象雙絞線那樣由一18圖4-2同軸電纜的結(jié)構(gòu)圖4-2同軸電纜的結(jié)構(gòu)19常用的傳輸媒體：光纖：光纖是光導纖維的簡稱,，它由能傳導光波的石英玻璃纖維，外加保護層構(gòu)成。光纖的傳輸原理基于光在兩種介質(zhì)交界面上的全反射現(xiàn)象，把以光形式出現(xiàn)的能量約束在波導內(nèi)，并引導光沿著軸線平行的方向傳播。常用的傳輸媒體：光纖：光纖是光導纖維的簡稱,，它由能傳導光波20圖4-3光線在光纖中的折射圖4-3光線在光纖中的折射21圖4-4多模光纖與單模光纖圖4-4多模光纖與單模光纖22圖4-5光纖通信中常用的三個波段圖4-5光纖通信中常用的三個波段23常用的傳輸媒體：無線傳輸：無線傳輸媒體都不需要架設(shè)或鋪埋電纜或光纖，而通過大氣傳輸，有三種技術(shù)：微波、紅外線和激光。常用的傳輸媒體：無線傳輸：無線傳輸媒體都不需要架設(shè)或鋪埋電纜24圖4-6電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜圖4-6電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜254.5 寬帶接入技術(shù)4.5.1 DSL4.5.2 HFC4.5.3 FTTX光纖接入技術(shù)4.5 寬帶接入技術(shù)4.5.1 DSL26DSLDSL：DSL(DigitalSubscriberLine數(shù)字用戶環(huán)路)技術(shù)是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一條用戶線路上分別傳送數(shù)據(jù)和語音信號。DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。非對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)ADSL是DSL的一種非對稱版本，它采用FDM（頻分復用）技術(shù)和DMT調(diào)制技術(shù)，在保證不影響正常電話使用的前提下，利用原有的電話雙絞線進行高速數(shù)據(jù)傳輸。DSLDSL：DSL(DigitalSubscriber27DMT調(diào)制技術(shù)DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中25個子信道用于上行信道，而249個子信道用于下行信道。每個子信道占據(jù)4kHz帶寬（嚴格講是4.3125kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當于在一對用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。DMT調(diào)制技術(shù)DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復用的方法，把428圖4-7使用DMT的ADSL頻譜劃分方案圖4-7使用DMT的ADSL頻譜劃分方案29ADSL的接入模型ADSL的接入模型30HFC基于HFC網(wǎng)（光纖和同軸電纜混合網(wǎng)）的CableModem電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù)，又名線纜調(diào)制解調(diào)器，主要用于有線電視網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。電纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）技術(shù)就是基于CATV（HFC）網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。HFC基于HFC網(wǎng)（光纖和同軸電纜混合網(wǎng)）的CableMo31CableModem的工作過程以DOCSIS標準為例，CableModem的技術(shù)實現(xiàn)一般是從87MHZ—860MHZ電視頻道中分離出一條6MHZ的信道用于下行傳送數(shù)據(jù)。通常下行數(shù)據(jù)采用64QAM（正交調(diào)幅）調(diào)制方式或256QAM調(diào)制方式。上行數(shù)據(jù)一般通過5MHZ—65MHZ之間的一段頻譜進行傳送，為了有效抑制上行噪音積累，一般選用QPSK調(diào)制。CableModem的工作過程以DOCSIS標準為例，C32FTTX光纖接入技術(shù)光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、保密性好、防電磁干擾、遠距離傳輸能力強等優(yōu)點，在主干線通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點。光纖接入網(wǎng)從技術(shù)上可分為兩大類：即有源光網(wǎng)絡(luò)(AON，ActiveOpticalNetwork)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)。FTTX光纖接入技術(shù)光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定33光纖接入方式根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元的位置，光纖接入方式可分為如下幾種：FTTR（光纖到遠端接點）；FTTB（光纖到大樓）；FTTC（光纖到路邊）；FTTZ（光纖到小區(qū)）；FTTH（光纖到用戶）。光網(wǎng)絡(luò)單元具有光/電轉(zhuǎn)換、用戶信息分接和復接，以及向用戶終端饋電和信令轉(zhuǎn)換等功能。光纖接入方式根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元的位置，光纖接入方式可分為如下幾34光纖接入技術(shù)的優(yōu)勢