1、1,第 4 章 物理层,教学目的 掌握物理层的基本概念 掌握物理层的四个接口特性 熟知物理层的常用标准(RS-232，RS-449，RJ45) 掌握常用的宽带接入技术,学习内容 4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,2,第4章：内容提纲,4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,4.1 物理层概述,物理层与传输媒体：物理层不是传输媒体，传输媒体在物理层之下，有时把它们称为0层。 物理层是指在连接开放系统的物理媒体上为上一层(指数据链路层)提供传送比特流的一个物理连接。物理层的作用：是尽可能屏
2、蔽计算机网络使用的物理设备、传输媒体和通信方式的差异，使得数据链路层不必去考虑物理设备和传输媒体的具体特性，而只要考虑完成本层的协议和服务。 物理层的主要功能：为它的服务用户(即数据链路层的实体)在具体的物理媒体上提供发送或接收比特流的能力。,4,4.1 物理层概述(续1),物理层的协议与具体的物理设备、传输媒体及通信手段有关。用于物理层的协议也常称为规程。 物理层的实现的主要功能描述为与传输媒体接口有关的四个重要特性： 机械特性 (mechanical characteristics) 电气特性 (electrical characteristics) 功能特性 (functional ch
3、aracteristics) 规程特性 (procedural characteristics) 物理层通过这四个特性实现DTE和DCE设备之间的物理通路连接。,5,第4章：内容提纲,4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,6,4.2 物理层接口特性,物理层协议实际上是DTE与DCE之间的一组约定。这组约定规定了DTE与DCE之间标准接口特性。,7,4.2 物理层接口特性(续1),DTE：数据终端设备的英文缩写，它是一种具有一定的数据处理和转发能力的设备。DTE可以是一台计算机、终端或各种I/O设备。 DCE：数据电路终结设备的英文缩写，是在
4、DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的设备。典型的DCE，如调制解调器。 DTE/DCE接口是标准化的。它具有机械、电气、功能和规程四个方面的特性。,8,4.2.1 机械特性,机械特性 主要定义物理连接的边界点，即接线器物理结构。规定接口所用接线器的形状和尺寸、插针或插孔的数目和排列次序、固定和锁定装置等。 常用的标准接口 ISO 2110 25芯接线器，EIA RS-232-C，EIA RS-366-A ISO 2593 34芯接线器，V.35宽带MODEM ISO 4902 37芯和9芯接线器，EIA RS-449 ISO 4903 15芯接线器，
5、X.20、X.21、X.22,9,4.2.1 机械特性(续1),ISO标准化的部分接线器,10,4.2.2 电气特性,电气特性 指明在接口电缆的各条线上电气连接及有关电路特性，包括信号电平范围、阻抗、负载、速率和距离限制等。 给出普通电话交换网接口电气特性的主要规定,11,4.2.3 功能特性,功能特性 主要对各接口信号线作出确切的功能定义以及相互间的操作关系。 对接口线按具有的功能多少，通常采有一线一义法和一线多义法。 信号线按其功能一般可分为四大类：数据线、控制线、定时线和接地线 常用的接口功能特性的标准有：EIA RS-232-C，EIA RS-449，ITU-T V.24等。,12,4
6、.2.4 规程特性,规程特性 主要规定接口各信号线之间的相互关系、动作顺序以及维护测试操作等内容。反映了在数据通信过程中，通信双方可能发生的各种可能事件。 目前，用于物理层规程特性的标准有：ITU-T V.24、V.25、V.54、X.20、X.20bis、X.21、X.21bis、X.22、X.150等。,13,第4章：内容提纲,4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,14,4.3 物理层的常用标准 4.3.1 EIA RS-232,EIA RS-232是美国电子工业协会EIA于1962年制订的著名物理层异步通信接口标准。 RS-232-C
7、接口的机械特性 使用25芯接线器。 在DTE侧采用针式(凸插头)结构， DCE侧采用孔式(凹插座)结构。 实际使用可采用芯针较少的 9芯接线器。,15,4.3.1 EIA RS-232(续1),RS-232-C接口的电气特性 采用负逻辑。 其逻辑“1”电平为-5V-15V，相当于传号或者控制线的“断开”状态；逻辑“0”电平为+5V+15V，相当于空号或者控制线的“接通”状态； 过渡区为-3V+3V； 噪声容限为2V； 最大速率为20kbps； 最大电缆长度为 15米。,4.3.1 EIA RS-232(续2),RS-232-C接口的功能特性 信号线的功能定义见表4-6。信号线共20条，可分为四
8、类：数据线(4条)、控制线(11条) 、定时线(3条)和地线(2条) 。其余5条是未定义或专用的。 RS-232-C接口有主、辅两种信道。辅信道用于在互连设备之间传送一些辅助的控制信息，通常很少使用，其速率低于主信道。,16,17,4.3.1 EIA RS-232(续3),RS-232-C接口的规程特性 规程特性描述了在不同的条件下，各条信号线呈现“接通”(正电平，逻辑“0”)或“断开”(负电平，逻辑“1”)状态的顺序和关系。例如， DTE若想将数据发往传输线路，必须做到CC、CD、CA、CB这4条控制线全部呈“接通”状态，也就是既做到设备就绪，又做到线路就绪。,远程连接,（零调制解调方式）,
9、19,4.3.1 EIA RS-232(续5),利用零调制解调器方式两台计算机近程连接,20,4.3.2 EIA RS-449,EIA RS-449 是为替代EIA RS-232-C而提出的物理层标准接口。由 3 个标准组成。 RS-449 规定了接口的机械特性、功能特性的过程特性(相当于V.35)。 RS-423-A 规定采用非平衡传输时(即所有的电路共用一个公共地)的电气特性。 RS-422-A 规定采用平衡传输时(即所有的电路没有公共地)的电气特性。,21,4.3.2 EIA RS-449 (续1),RS-449接口的机械特性 使用37芯和9芯接线器，后者用于辅信道操作。RS-449接口
10、的电气特性 RS-423-A规定了采用差动接收的非平衡电气连接特性。信号电平采用6V的负逻辑，过渡区为-4+4V。 RS-422-A规定了采用平衡电气连接特性，信号电平采用6V 的负逻辑，过渡区为-2+2V。 与RS-232-C相连时，采用RS-423-A电气特性。,22,4.3.2 EIA RS-449 (续2),RS-449接口的功能特性 对30条信号线作了功能性定义。与RS-232-C相比，新增的信号线主要是为了解决环回测试和其他功能的问题。RS-449接口的规程特性 沿用了RS-232-C的规程特性。,4.3.3 RJ-45,RJ-45连接器指的是由IEC(60)603-7标准化的接插
11、件标准定义的8芯的模块化插孔或插座，又称RJ-45插头。 IEC (60)603-7是ISO/IEC 11801国际通用综合布线标准的连接硬件的参考标准。 RJ-45插头是一种只能沿固定方向插入并自动防止脱落的塑料接头，俗称“水晶头”。,23,4.3.3 RJ-45 (续1),RJ-45插头上的网线排序的两种方式 T568A线序，用于网络设备需要交叉互连的场合。所谓“交叉”是指网线的一端按T568A线序连接，另一端按T568B线序连接(见图4-6)。交叉连接适用于连接两个网络设备，如两台计算机、集线器或交换机之间。 T568B线序，用于网络设备直接互连的场合。网线两端都使用T568B线序(见图
12、4-7)。直通连接适用于布线系统用户工作区的墙壁插座到计算机，以及两台不同网络设备之间的连接。,24,4.3.3 RJ-45 (续2),25,4.3.3 RJ-45 (续3),RJ-45插头上的网线排序,26,568A线序：1绿白， 2绿，3橙白，4蓝，5蓝白，6橙，7棕白，8棕。,568B线序：1橙白， 2橙，3绿白，4蓝，5蓝白，6绿，7棕白，8棕,4.3.3 RJ-45 (续4),RJ-45上各条网线的用途,27,注意：1、线序不能随意改动的。如果将线序随意搞乱，将1和3作为发送，2和4作为接收，那么这些线的抗干扰能力就会下降，从而不能保证网络的正常工作。2、第4芯和5芯可用于话音服务。
13、,28,第4章：内容提纲,4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,29,4.5 宽带接入技术,宽带因特网泛指传输速率超过1Mb/s、具备非拨号接入的、24小时连接的网络基础设施及服务的因特网。 宽带因特网可分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分。 从接入技术角度，宽带接入技术可分为宽带有线接入技术和宽带无线接入技术两大类别。,30,4.5 宽带接入技术(续1),接入网技术涉及如何将成千上万的住宅、小型办公室的用户计算机接入到因特网的方法，也涉及这些用户所能得到的网络服务类型、质量、资费等切身利益问题。 宽带有线接入技术包括基于铜线的xDSL技术基
14、于混合光纤/同轴电缆的接入技术基于五类线的以太网接入技术光纤接入技术,31,4.5.1 基于铜线的xDSL技术,xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。 虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 kHz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。 xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。 DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。,xDSL 的几种类型,A
15、DSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线 HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线 SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线 DSL ：ISDN 用户线。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。,ADSL 的特点,上行和下行带宽做成不对称的。 上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。 ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 A
16、DSL 调制解调器。 我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。,DMT 技术,DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行信道。 每个子信道占据 4 kHz 带宽（严格讲是 4.3125 kHz），并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。,DMT 技术的频谱分布,频谱,频率,上行信道,传统电话
17、,0,4,下行信道,(kHz),40,138,1100,ADSL 的数据率,由于用户线的具体条件往往相差很大（距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同），因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。 ADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。 通常下行数据率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之间，而上行数据率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之间。,ADSL的数据率划分,ADSL 的组成,ATU-C,ATU-C,ATU-R,ATU-C,用户线,电话 分离器,区域宽带网,至 ISP,居民家庭,基于 ADSL 的接入网,
18、端局或远端站,DSLAM,至本地电话局,PS,PS,数字用户线接入复用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接单元 ATU (又称ADSL调制解调器)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表远端 Remote）电话分离器 PS (POTS Splitter),第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）,通过提高调制效率得到了更高的数据率。例如，ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+ 则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至
19、2.2 MHz，下行速率可达 16 Mb/s（最大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率可达 800 kb/s。 采用了无缝速率自适应技术 SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。 改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。,40,4.5.2 基于混合光纤/同轴电缆接入技术,HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。 设计目的（CATV HFC网 ） 450MHz的单向广播式传输750MHz的双向传输的HFC网 传输电视信号 传
20、输电视、话音、数据 同轴电缆网 光纤+同轴电缆网,HFC 的主要特点,(1) HFC网的主干线路采用光纤；,(2) HFC 网采用结点体系结构 ；,同轴电缆,头端,25km 模拟光纤,45个放大器,引入线,分路器,光纤结点,服务区,服务区,服务区,光纤结点 功能为实现光信号转为电信号; 对于一个光纤结点，可连接16根同轴电缆，可连接5002000用户，构成用户群或邻区。,星形拓扑,树形 拓扑,树形 拓扑,(3) HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能,下行信道,上行 信道,5 40 50 550 750 1000,原有模拟电视,数字电视信号和交互式业务,频率(MHz),保
21、留,4.5.2 基于HFC接入技术(续3),4.5.2 基于HFC接入技术(续3),43,(4) 每个家庭要安装一个用户接口盒,用户接口盒 UIB (User Interface Box)要提供三种连接，即： UIB 同轴电缆 机顶盒 用户的电视机。 UIB 双绞线 用户的电话机。 UIB 电缆调制解调器 用户的计算机。,44,4.5.3 基于五类线的以太网接入技术,传统以太网技术不属于接入网的范畴，而属于用户驻地网领域。 基于以太网技术的宽带接入网：由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供
22、与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户计算机相接的10/100BASET接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。,45,4.5.3 基于五类线的以太网接入技术(续1),基于五类线的高速以太网接入技术的应用特别适合中国居民集中居住的环境；适于发展光纤到小区，再以快速以太网连接到用户的接入方式（用户端接入速率为10Mb/s或100Mb/s）。,46,4.5.4 光纤接入技术,光纤接入网是指接入网中的传输媒体为光纤的接入网。 光纤接入网可分为两大类：有源光网络AON和无源光网络PON。 因PON可靠性高、维护方便、投资较低。目前多采用PON结构。,47,4.5.4 光纤接入技术(续1),光纤接入方式主要有三种形式： 光纤到路边FTTC(Fiber TO The Curb) 光纤到大楼FTTB(Fiber TO The Building) 光纤到户FTTH(Fiber TO The Home)此外，还有其他形式，如FTTO、FTTN、FTTD、FTTF、FTTZ。 FTTx（光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。,48,第4章：内容提纲,4.1 物理层概述 4.2 物理层接口特性 4.3 物理层的常用标准 4.5 宽带接入技术,49,谢谢大家 Any Question?,
