吐血整理《计算机网络五层协议之物理层（下）》

吐血整理《计算机网络五层协议之物理层（上）》

吐血整理《计算机网络五层协议之物理层（中）》 绝知此事要躬行！

1.数字传输系统

现在的长途干线的数字传输系统均采用脉冲编码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。 PCM最初是为了使电话局间的一条中继线可传送几十路电话。

PCM的两个国际标准

• 欧洲的30路的PCM（E1），中国采用欧洲体制的E1标准，E1的速率是2.048Mb/s。
• 北美的24路的PCM（T1），美国和日本等国采用北美的T1标准，T1的速率是1.544Mb/s

1.1PCM的基本原理

**• 采样：**为了将模拟信号转变为数字信号，必须对电话信号进行采样。根据奈氏准则，只要采样 频率不低于电话

信号最高频率的2倍（标准的电话信号的最高频率为3.4kHz，为方便起见，选 取采样频率为8kHz），就可以从

采样脉冲信号无失真地恢复信号，相当于每秒采8000个样本， 即每个样本的采样周期为125us；

• 量化：连续的电话信号经采用后成为离散脉冲信号，其振幅对应于采样时刻电话信号的数字。

• 编码：我国采用的PCM体制中，采用8bit编码，即采样后的模拟电话信号可量化为28=256个不 同等级中的一个。

一个话路的模拟信号，经A/D转换，就变成每秒8000个脉冲信号，每个信号再编码为8bit二进制 码元，因此一个话路的PCM信号速率为8000样本/s×8bit/样本=64kbps。

1.2 欧洲E1标准

E1的一个时分复用帧（T=125us）共划分为32个相等的时隙，时隙的编号为CH0-CH31 ，共 256bit。

时隙CH0用作帧同步，时隙CH16 用来传送信令（如用户的拨号信令）。

用户使用的话路是CH1---- CH15，CH17-----CH31，共30个时隙传输话音。每秒传送8000个帧，因 此PCM一次群E1的数据

就是:

8000帧/s×256bit/帧=2048000bit/s=2.048Mb/s。

或者：256bit/125us=2.048Mb/s

1.3 北美T1标准

北美使用的T1系统共有24个话路。每个话路采样脉冲用7bit编码，然后再加上1位信令码元， 因此一个话路也是

占用8bit。帧同步是在24路的编码之后加上1bit，这样每帧共有193bit。 因此T1一次群的数据率为： 800

0帧/s×193bit/帧=1544000bit/s=1.544Mb/s。

或者用： 193bit/125us=1.544Mb/s。

1.4同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH

旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个方面：

• 速率标准不统一。

如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。

• 不是同步传输。

在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式

1.4.1 同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network)

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。

SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous

Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。

对应的光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。

1.4.2同步数字系列 SDH

• ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。
• 一般可认为 SDH 不 SONET 是同义词。
• SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。

1.4.3同步数字系列 SDH 的特点

SDH简化了复用和分用技术，需要时可直接接入到低速支路，而丌经过高速到低速的逐级分用。

SDH采用自愈混合环形网结构，提高了通信网的灵活性和可靠性。

光纤信道的带宽充裕，SDH可在帧结构中使用较多比特位用于管理，增强了通信网的运行、维 护、监控和管理功能。

SDH标准也适合于微波和卫星传输。

2.物理层设备

主要包括中继器（转发器） 集线器

2.1中继器

• 线路上传输的信号功率由于存在损耗会逐渐衰减，衰减到一定程度时信号失真会导 致接收错误。中继器就是解决这一问题而设计的。
• 中继器完成物理线路的连接，放大衰减信号，保持不原数据相同。
• 一般情况下，中继器的两端连接的是相同的传输介质，但 有的中继器也可以完成丌同传输介质的转接
• 中继器工作在物理层，是最简单的网络互连设备。
• 中继器不关心数据的格式和含义，它只负责复制和增强通过传输介质传 输的表示“1”和“0”的信号。
• 中继器的主要功能是扩展一个工作站或一组工作站不网络中其他部分的 功能。
• 中继器又叫转发器，是两个网络在物理层上的连接，用于连接具有相同 物理层协议的局域网LAN，是LAN互连的最简单的设备。

2.1.1 中继器的特点

中继器的特点 中继器可以将局域网LAN的一个网段和另一个网段相连，而且可以连接丌同类 型的介质，

如10Base2和10Base5。

由于中继器只是一种信号放大设备，它不能连接两种不同类型的局域网。 中继器只是一种物理层网络设备，它不能识别数据链层帧的格式和内容，也不 能将数据链路层报头类型转换成另一种形式。

2.1.2中继器的适用场合

• 中继器适用于较小地理范围内的相对较小的局域网（少于100个节 点），如一栋建筑物。 由于中继器不能阻隔局域网网段间的通信，
• 所有的数据都能双向通过 中继器（不 能过滤任何数据），所以不能用它连接负载重的局域网。
• 中继器在以太网中用来扩展物理介质的作用范围。 可以在两个LAN之间串接4个中继器/5个网段，其中3个网段可用来连接主机结点， 另有2个网段丌能用来连接结点，只能用于延伸距离

2.2集线器 2.2.1集线器的一些特点

1. 集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整 个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
2. 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站 使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。
3. 集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层
4. 集线器使用了大规模集成电路芯片，因此这样的硬件设备 的可靠性已大大提高了。

集线器也叫Hub或Concentrator,是基于星形拓扑网络的连接点。

集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的信号向所有其他端 口分发出去。

2.2.2集线器的配置

星型配置的以太网是最流行的以太网组网方式。线缆 使用RJ45连接头，一端连接设备的网卡，另一端连接 集线器的端口。

通常使用5类双绞线连接

由于集线器的出现和双绞线大量用于局域 网，星形以太网以及多级星形结构获得广 泛应用。

用多个集线器可连成更大的局域网

2.2.3用集线器扩展以太网

优点

1. 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进 行跨碰撞域的通信
2. 扩大了局域网覆盖的地理范围。

缺点

1. 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能 用集线器将它们互连起来。
2. 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能 用集线器将它们互连起来。