計算機網(wǎng)絡與安全 第二章 物理層

本章主要內容：

?數(shù)據(jù)通信基礎。

?計算機網(wǎng)絡的傳輸介質。

?常見的網(wǎng)絡接入技術。

本章理論要求：

?了解L常見的網(wǎng)絡接入技術。

*理解「?數(shù)據(jù)通信的相關知識。

?掌握L常見網(wǎng)絡傳輸介質的特點及適用場合。

本章實訓要求：

,掌握l局域網(wǎng)接入Internet的方法。

?掌握二?制作網(wǎng)線的方法。

2.1物理層概述

物理層(PhysicalLayer)是OSI參考模型的第一層，其主要任務是確定與傳輸媒體接口

的一些特性。物理層不同于物理介質，物理介質是有形的硬件設備，如網(wǎng)線、網(wǎng)絡設備等。物

理層是無形的，主要是確定與傳輸媒體相關的一些特性，并對物理層設備設計與生產(chǎn)提出要求

和提供依據(jù)。物理層的主要功能體現(xiàn)在四個方面：機械特性、電氣特性、功能特性與規(guī)程特性。

(1)機械特性

指明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列等。

(2)電氣特性

指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。

(3)功能特性

指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何意包箜義。

(4)規(guī)程特性

規(guī)程特性-指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

不同物理接口標準在以上四個重要特性上都不盡相同。實際網(wǎng)絡中常用的物理接口標準有

EIA-232C.EIARS-449和CCITT建議的X.21?

下面以EIARS-232c為例，說明物理層的四個特性。

EIARS-232c是由美國電子工業(yè)協(xié)會(ElectronicIndustryAssociation,EIA)在1969年

頒布的一種廣泛的串行物理接口標準。(RecommendedStandard,RS)的意思是“推薦標準”,

232是標識號碼，而后綴“C”表示該推薦標準已被修改過的次數(shù)。

EIARS-232c的機械特性規(guī)定使用一個25芯的標準連接器，并對該連接器的尺寸、針及

孔芯的排列位置進行了詳細說明。

EIARS-232c的電氣特性規(guī)定邏輯"1”的電平為-5?-15V,邏輯“0”的電平為+5?+15V。

日ARS-232CR功能特性定義了25芯標準連接器的20根信號線的作用，分別是2根地線、

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放：100%,非加寬

4根數(shù)據(jù)線、11根控制線、3根定時信號線b,剩下的5根線作備用。

EIARS-232C規(guī)程特性定義其工作過程的先后順序，在DTE-DCE連接情況下，只有當

CD(DTR)和CC(DSR)均為“ON”狀態(tài)時，才具備操作的基本條件。若DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則首先

將CA(RTS)置為“ON”狀，等待CB(CTS)應答信號為“ON”狀態(tài)后，才能在BA(TD)上發(fā)送數(shù)據(jù)。

由于EIARS-232c并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9

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各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同，電腦上較為常見的通訊端口COM1接口和

-------------------------------s---------------------------------------------------------------------------------------------

批注[LISA1]:增力

COM2接口即是DB9類型的連接器，符合日ARS-232c的標準。

說明

2.2數(shù)據(jù)通信基礎

數(shù)據(jù)通信是指用特定信號把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過程。為了保證信息傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

順利進行,通信必須具備三個基本要素，即通信的三要素:信源、通信信道和信宿。信源是信

息產(chǎn)生和出現(xiàn)的發(fā)源地，既可以是人，也可以是計算機等設備；通信信道是信息傳輸過程中承

載信息的傳輸媒體，可以是雙絞線或光纖等有線傳輸介質，也可以是無線電波及等；信宿是接

收信息的目的地，可以是人，也可以是計算機等設備。圖21所示為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要工作

過程如圖2-1所示。

圖2-1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示意圖

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，計算機（或終端）設備起著信源和信宿的作用，通信線路和必要的通

信轉接設備構成了通信信道。

2.2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念

1.數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)（Data）是對所描述對象的符號化記錄，一般可理解為“信息的數(shù)字化形式"或"數(shù)字化

的信息形式;在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡中存儲、處理和傳輸?shù)亩?/p>

進制數(shù)字編碼。

2.信息

信息（Information）是“消除不確定因素的消息”，是對特定事物的描述、解釋、說明，是數(shù)

據(jù)的內涵，是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態(tài)。

例如，98100081無論是寫在紙上還是存儲到計算機中都是就是一個數(shù)據(jù)項,而表示某學

批注[LISA2]:原*

生計算機網(wǎng)絡技術的課程的成績?yōu)?8分，這就是一個信息，這時的98分就具有了一定含義。

不太好，修改后的

3.信號

信號（Signal）是對特定信息的物理表述，是數(shù)據(jù)在傳輸中的電信號表示形式，按在傳輸介

質上傳輸?shù)男盘栴愋停址譃槟M信號和數(shù)字信號兩種，如圖2-2所示。

圖2-2模擬信號與數(shù)字信號示意圖

（1）模擬信號（Analog）是指隨時間連續(xù)變化的電磁波。采用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)時，往往

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ft:100%,非加寬

只占據(jù)有限的頻譜，對應數(shù)字的基帶傳輸將其稱為頻帶傳輸。

(2)數(shù)字信號(Digital)是指用離散狀態(tài)(即所謂的“二進制信號”)表示的信號。也就是說

時間上不連續(xù)的離散量，即電壓(電平)的脈沖序列。終端設備把數(shù)字信號轉換成脈沖電信號

時，這個原始的電信號所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡稱基帶。

4.帶寬

帶寬(Bandwidth)有以下兩種不同的意義：

(1)帶寬，原是通訊和電子技術中的一個術語，是指某個信號具有的頻帶寬度。信號的帶

寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。例如，在傳統(tǒng)的通信線路上傳送

的電話信號的標準帶寬是3.1kHz(從300Hz到3.4kHz卜這種意義的帶寬的單位是赫(或千

赫、兆赫、吉赫等卜在過去很長一段時間，通信的主干線路傳送的是模擬信號。因此，表示某

信道允許通過的信號頻帶范圍就稱為該信道的帶寬。

(2)在計算機網(wǎng)絡中，帶寬是指每秒發(fā)送的比特數(shù)，是在一定時間內能夠通過一定空間最

大的比特數(shù)。無論采用什么方式發(fā)送報文，無論采用什么樣的物理介質，帶寬都是有限的，這

是由傳輸介質的物理性質決定的。在本書中提到的帶寬，主要是指這個意思。這種意義的帶寬

的單位是bit/s,即比特每秒。

在計算機網(wǎng)絡中，另一個容易與“帶寬”混淆的名詞是“寬帶’「寬帶”表示可通過較高數(shù)據(jù)率的

線路，這是一個相對的概念，目前對于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說，每秒傳送幾個兆比特

就可以算是寬帶速率。

5.吞吐量

吞吐量(Throughout)是指在特定時段內使用某路由傳輸一個文件時所獲得的實際帶寬。

由于諸多原因，吞吐量往往小于傳輸使用介質所能達到的最大帶寬。

6.誤碼率

誤碼率是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸過程中被傳錯的概率。它是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內傳輸

精確性的指標，誤碼率=傳輸中的錯誤碼元數(shù)/所傳輸?shù)目偞a元數(shù)*100%。

7.基帶傳輸

基帶(Baseband)傳輸是指信號以其固有的基本形態(tài)進行傳輸，一般是采用數(shù)字信道所特

有的矩形電脈沖或光波的亮與不亮等信號形態(tài)對應二進制代碼的0和1直接進行傳輸，該信號

按照信道的既定頻率，獨占其整個頻帶的帶寬，不能復用，因此也稱窄帶(Narrowband)傳輸。

8.寬帶傳輸

寬帶(Broadband)傳輸是指在一條傳輸介質上通過多路復用技術實現(xiàn)多路獨立信號的傳

輸。寬帶傳輸要求信道的可利用帶寬要遠高于其子信道的帶寬，因此常以同軸電纜作為傳輸介質。

同軸電纜傳輸模擬信號時，其頻率可達500MHz,距離能到100km。通常再將其劃分成若

干獨立信道，如CATV(CableTelevision)就是采用6MHz傳輸一路模擬電視信號的頻道方式，

使一條電纜能同時傳輸上百個頻道的電視節(jié)目。

9.頻帶傳輸

頻帶傳輸是指把數(shù)字信號調制成能在公共電話線上傳輸?shù)囊纛l模擬信號后再發(fā)送和傳輸，

到達接收端后，再把音頻信號解調成原來的數(shù)字信號。計算機的遠程通信常采用頻帶傳輸。

2.2.2模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式

信道是傳輸特定信號的通路，是通信媒介。信道由傳輸介質及相應的中間通信設備組成，

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放:100%,非加貢

傳輸信道可以是有線或無線，傳輸信號可以是電信號也可以是光信號等。模擬信道是指傳輸模

擬信號的信道，數(shù)字信道是指傳輸數(shù)字信號的信道。

通信是參與者按照預先的某種約定進行互通消息的過程，如語言交流、文字信函、網(wǎng)絡傳輸?shù)?/p>

都是通信。模擬通信是指用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)的通信，數(shù)字通信是指用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)的通信。

由于數(shù)據(jù)信號分為模擬信號和數(shù)字信號，信道又分為模擬信道和數(shù)字信道，這樣就構成了

四種數(shù)據(jù)的傳輸形式。

1.模擬數(shù)據(jù)的模擬通信（見圖2-3）

典型例子是語音信號在普通的電話系統(tǒng)中的傳輸。

圖2-3模擬數(shù)據(jù)的模擬通信

2.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字通信（見圖2-4）

典型例子是打IP電話。

圖2-4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字通信

3.數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬通信（見圖2-5）

圖2-5數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬通信

典型例子是用調制解調器（Modem）上網(wǎng)。

①調敏Modulator)是指在發(fā)送端把待發(fā)送的數(shù)字信號轉換成頻率范圍在300-3400Hz

的模擬信號，以便在模擬的電話線路上傳送。

②解調(Demodulator):是指把電話用戶線上傳送過來的模擬信號再轉換成數(shù)字信號，

以便計算機使用。

調制解調器(Modem)既具有調制的功能，又具有解調的功能。

4.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字通信(見圖2-6)

典型例子是局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。

圖2-6數(shù)字信號數(shù)超的數(shù)字通信

注意：

波特(Baud)和比特(bit)是兩個不同的概念。

波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?每秒傳輸多少個碼元)。碼元傳輸速率即調制速率。比特是信

息量的單位。信息的傳揄速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上卻存在一定的關

系。

若1個碼元只攜帶1bit的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上是相等的。

若1個碼元攜帶nbit的信息量，則似Baud的碼元傳輸速率所對應的信息傳輸速率為Mxn

bit/s。

2.2.3數(shù)據(jù)的編碼技術

編碼(Encoding)是將數(shù)據(jù)表示成適當?shù)男盘栃问剑员銛?shù)據(jù)的傳輸和處理。數(shù)據(jù)編碼是

指二進制數(shù)字信息在傳輸過程中所采用的編碼方式，即如何表示0,如何表示1。也就是將計

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ft:100%,非加寬

算機的0和1轉換為某種實際物理的信號表現(xiàn)形式，如電脈沖、光脈沖或電磁脈沖等，每個脈

沖代表一個離散的信號單元，也稱碼元。表示二進制數(shù)字的碼元的形式不同，便產(chǎn)生出四種不

同的編碼方案：數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼、模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼、數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編

碼和模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼。

1.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼批注[LISA3]:從芒

如圖27所示，數(shù)據(jù)在傳輸時,發(fā)送方將數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字信號，并按照編碼方案對信

號進行編碼；信號到達接收方時蟹進廷解碼,重新生成數(shù)字數(shù)據(jù)」基涯如圖”所丕。

數(shù)字數(shù)據(jù)」數(shù)字編碼數(shù)字一號_

><NRZ,?懶I潛等）（數(shù)字信道廣

圖2-7數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字信號，最簡單的方法就是用兩種不同的電平脈沖序列來表示，如高電

平為1,低電平為0。常用的數(shù)字數(shù)據(jù)編碼有三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特

編碼三種，如圖2-8所示。

帶格式的：字體:

圖2-8數(shù)字數(shù)據(jù)編碼示意圖

(1)不歸零碼(Non-ReturntoZerocode,NRZ)

在不歸零碼中，高電平表示1,低電平表示0o其特點是：

①無法判斷一位的開始與結束，數(shù)據(jù)的收發(fā)雙方不易保持同步。

②如果信號中1與0的個數(shù)不相等，就會產(chǎn)生直流分量，不利于數(shù)據(jù)的傳輸。

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放：100%,非加寬

(2)曼徹斯特編碼(Manchestercode)

曼徹斯特編碼是目麻應用早期低速以太網(wǎng)上最廣泛的編碼方法之一。其特點編碼規(guī)則是：

每比特的1/2周期處要發(fā)生跳變是每一位二進制信號的中間都有跳變：，從高電平跳變到低電平

為1,從低電平跳變到高電平為0。但也可以反過平定義。

其該編碼規(guī)則的優(yōu)點是能實現(xiàn)信息的自同步,它既包括盒數(shù)據(jù)信息，也具有包含時鐘同步

信息，同時抗干擾能力也較強。該編碼規(guī)則的其缺點是編碼規(guī)則較復雜，與不歸零碼相比系統(tǒng)

開銷加倍加倍，有效編碼是50%。

(3)差分曼徹斯特編碼(DifferenceManchestercode)

差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進.，其編碼規(guī)則是：每比特的1/2周期處要發(fā)生(帶格式的：字體：孑

-------?---___--------------―

跳變，在每比特的起始位置發(fā)生跳變表示“0”，不發(fā)生跳變表示"1’：特點是每一位三進制信號的

碼元開始處有跳變表示o,無跳變表示1，即發(fā)送1時，間隔開始時刻電平不跳變，發(fā)送o時，

間標始時刻電平會跳變T該編碼規(guī)則主要的應用于早期的領域為令牌環(huán)網(wǎng)。

2.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

在現(xiàn)實中有些情況下，只能得到模擬信號。由于數(shù)字信號傳輸?shù)馁|量好、價格低、便于數(shù)

據(jù)的交換和處理，通常需要把模擬信號轉換成數(shù)字信號來傳輸。如圖2-9所示，對模擬數(shù)據(jù)的

數(shù)字信號編碼常用的是脈沖編碼調制技術(PulseCodeModulation,PCMb

模擬數(shù)據(jù)脈沖編碼調制數(shù)字信號

(PCM)(財徐道5

圖2-9模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

PCM基于的采樣定理是：如果在規(guī)定時間間隔內，以有效信號/(r)最高頻率的兩倍或兩

倍以上的速率對信號進行采樣，則這些采樣值包含便于分離的全部原始信號信息，當需要時可

不失真地從這些采樣值中重新構造出有效信號/([bPCM技術的典型應用是語音數(shù)字化。在

發(fā)送端通過PCM編碼器將語音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語音信號，通過通信信道傳送到接收方，

接收方再通過PCM解碼器還原成模擬語音信號。PCM的工作過程分為采樣、量化和編碼三步。

①采樣(sample):模擬信號數(shù)字化的第一步是在時間上對信號進行寓散化處理，即將時

間上連續(xù)的信號處理成時間上離散的信號，這一過程稱之為采樣，如圖2-10所示。

②量化(quantification):量化就是把信號在幅度域上連續(xù)取值變換為幅度域上離散取值

的過程。脈沖編碼調制信號量化示意圖如圖2-11所示。

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相帶格式的：字體顏

放:ME加貪

帶格式的：字體:，

帶格式的：字體：，

（b）梟林點在M度城上的連城取值變換為晨散取值

圖2?10脈沖編碼調制信號采樣示意圖圖2?11脈沖編碼調制信號量化示意圖批注[W4]:補充（

批注[nz5]:已補為

③編碼（code）:最后將量化后的采樣樣本電平對應成相應的二進制數(shù)值，如8bit就是使

其在256種狀態(tài)中取值。

3.數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼

數(shù)字傳輸需要使用低通通道，如果只有帶通通道，只能選擇模擬傳輸。但數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬

信道上傳輸時，需要進行信號的轉換，如圖2-12所示。將數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成模擬信號的過程稱為

數(shù)字調制；反過來，將模擬信號還原成數(shù)字數(shù)據(jù)的過程稱為數(shù)字解調。具備調制與解調功能的

設備稱為調制解調器（modem卜

模擬信號

雯字臂A調制

（ASK、隧、PSK等）（模擬信道）

圖2-12數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼

將基帶數(shù)字信號的頻譜變換成適合在模擬信道中傳輸?shù)念l譜，一般通過以下三種不同載波特

性的調制方法對數(shù)字數(shù)據(jù)進行調制，分別是移幅鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying\移頻鍵控

FSK(FrequencyShiftKeying)和移相鍵控PSK(PhaseShiftKeying),如圖2-13所示。

圖2-13基帶信號的調制方式

①移幅鍵控ASK:指載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。用兩種不同的幅度來表示二進

制的1和0,通常1對應有載波輸出，0對應無載波輸出。調幅方式的特點是實現(xiàn)容易，設備

簡單，但抗干擾能力差。

②移頻鍵控FSK:指載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。它是用載波信號的兩種不同頻率

來表示二進制的1和0。調頻方式的特點是實現(xiàn)簡單，抗干擾能力優(yōu)于調幅方式，廣泛應用于

高頻的無線電傳輸，甚至也能應用于較高頻率的局域網(wǎng)。

③移相鍵控PSK:指載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化?？捎?對應于相位0。，1

對應于相位180%此外，還有相對移相鍵控(DPSK),即0對應于相位發(fā)生變化，而1對應

于相位不變化。由于檢測相位的變化要比檢測相位本身的數(shù)值更加容易，因此DPSK具有更好

的抗干擾性。

為達到更高的信息傳輸速率，常采用技術上更復雜的多元制的振幅相位混合調制方法。

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4.模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼

如果模擬信號是低通信號，在帶通帶寬的傳輸介質中，傳輸前就需要調制，如圖2-14所示。

例如，無線電臺分配的是基帶帶寬，生成的信號都是同一頻率范圍內的低通信號，為了能收聽

到不同的電臺，需要將低通信號平移，使信號對應不同的頻率范圍。模擬信號的調制有調幅

(AmplitudeModulation,AM(調頻(FrequencyModulation,FM)和調相(PhaseModulation,

PM)3種技術。

模擬數(shù)據(jù)一|蔬模報信號一

1(AM、/M、11M等)|(.模擬信道)”

圖2-14模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼

①調幅AM:指載波信號的振幅隨著調制信號的振幅變化而變化。用兩種不同的幅度來表

示二進制的1和0,通常1對應有載波輸出，0對應無載波輸出。此時，載波信號的頻率和相

位不發(fā)生變化，只用振幅的變化來表示傳輸信息的變化。

②調頻FM:指載波信號的頻率隨著調制信號的頻率變化而變化。它是用載波信號的兩種

不同頻率來表示二進制的1和0o此時，載波信號的振幅和相位不發(fā)生變化，只用頻率的變化

來表示傳輸信息的變化。

③調相PM:指載波信號的相位隨著調制信號的相位變化而變化?？捎?對應于相位0。，

1對應于相位180%此時，載波信號的振幅和頻率不發(fā)生變化，只用相位的變化來表示傳輸信

息的變化。

2.2.4數(shù)據(jù)信道的復用技術批注[LISA6]:職

更準確

多路復用的原理是在發(fā)送端多路復用器將N個輸入信號合并后再進行發(fā)送到接收端后，

多路復用器通過譯碼，從復合信號中分離出各原始信號，如圖2-15所示。

圖2-15多路復用原理示意圖

常用的信道復用方式有頻分復用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing卜時分復用TDM

(TimeDivisionMultiplexing卜波分復用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)和碼分復

用CDM(CodeDivisionMultiplexing)四種。

1.頻分多路復用

頻分多路復用FDM是多個信號調制在不同的載波頻率上，從而在同一介質上實現(xiàn)同時傳

送多路信號，即將信道的可用頻帶(帶寬)按頻率分割多路信號的方法劃分為若干互不交疊的

頻段，每路信號占據(jù)其中一個頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當?shù)臑V波器將多路

信號分開，分別進行解調和終端處理，如圖2-16所示。

例如CATV(CommunityAntennaTelevision)就將400MHz頻帶分成若干6MHz的頻段

來傳輸多路電視信號。

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時分多路復用TDM又分為同步時分復用STDM(SynchronousTimeDivisionMultiplexing)

和異步時分復用ATDM(AsynchronousTimeDivisionMultiplexing卜

(1)同步時分復用

STDM采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段

(一個周期),再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)

字信號，各路數(shù)字信號在每一時段都順序地分配到相應時隙，如圖2-17所示。

要發(fā)送的數(shù)據(jù)接收到的數(shù)據(jù)

圖2-17時分多路復用原理示意圖

要從時間上確保傳輸?shù)募皶r、準確，就需要進行同步。

由于在同步時分復用方式中，時隙預先分配且固定不變，無論時隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都

占有該時隙，形成浪費，導致時隙的利用率很低。

(2)異步時分復用

異步時分復用也稱統(tǒng)計時分復用(StatisticalTDM,STDM),又稱動態(tài)時分復用，它能動

態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。當某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙

分配給它。當用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，則不給它分配時隙。電路的空閑時隙可用于其他用戶的數(shù)

據(jù)傳輸，如圖2-18所示。

圖2-18統(tǒng)計時分多路復用原理示意圖

在所有的數(shù)據(jù)幀中，除最后一個幀外，其他所有幀均不會出現(xiàn)空閑的時隙，從而提高了資

源的利用率，也提高了數(shù)據(jù)傳輸速率。

3.波分多路復用

波分多路復用WDM也稱光波的頻分復用。指在同一根光纖上同時傳送多個波長不同的光載

波，光載波間隔僅為0.8nm或1.6nm0這樣,第二代波分復用系統(tǒng)已做到在一根光纖上復用

80T60個光載波信號,每個波道的數(shù)據(jù)傳輸速率高達10Mbit/So在工程上，一根光纜中可捆扎

100根以上的光纖，得到的總數(shù)據(jù)率達4Tbit/s。波分復用原理如圖2-19所示。

帶格式的：字體顏

帶格式的：字體顏

mu加盍

批注［W7］：三角光

批注［nz8］:三角開

別表示光復用器和

帶格式的：字體」

帶格式的：字體:，

在圖2-19中，光纖1和光纖1，、光纖2和光纖2,的波譜范圍相同，光纖1和光纖2的波

譜范圍不同且不重疊，共享光纖的波譜范圍是光纖1與2的總和。光載波信號被數(shù)字信號調

批注［W9］:?

幅傳輸一段距離后就會衰減，一般用摻銀光纖放大器(ErbiumDopedFiberAmplifiejEDFA)

批注［nz10］:摻餌

放大，兩光纖放大器之間的線路長度可達120km.光纖放大器的名稱

中文名稱

新的密集波分復用(DenseWavelengthDivisionMultiplexing,DWDM)可傳輸40路帶格式的：字體:(

體，10磅，字體顏

際)

2.5Gbit/s波長信號即可達100Gbit/s更有一條光纖復用80路或更多路數(shù)光載波信號的WDM。TimesNewR

4.碼分復用

碼分復用技術最常用的是碼分多址(CodingDivisionMultiplexingAccess,CDMA>>CDMA

也是一種共享信道的技術，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信，但使用基于碼型

的分割信道方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干

擾，抗干擾能力強。其有用信號的功率大大高于干擾信號的功率，從而可依據(jù)功率來區(qū)分信號。

2.2.5數(shù)據(jù)的交換技術

交換就是將輸入端口收到的數(shù)據(jù)幀從特定端口轉發(fā)到目的鏈路的過程。

在通信系統(tǒng)中，為了節(jié)省線路的費用，并不是任意兩個結點之間都有直通線路。要實現(xiàn)兩

個結點之間的通信，往往需要另外一些結點的轉接，就像電話交換機為通話雙方接通線路一樣，

這個過程被稱為轉接。轉接也稱交換，實現(xiàn)結點之間通信所需要的轉接工作稱為數(shù)據(jù)交換。計

算機網(wǎng)絡中主要采用的交換方式有三種：電路交換、報文交換和分組交換。

1.電路交換

交換設備在通信雙方找出一條實際的物理線路的過程。最早的電路交換連接是由電話接線

員通過插塞建立的，現(xiàn)在則由計算機化的程控交換機實現(xiàn)。

電路交換的特點是數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路，即呼叫一建立連接一傳輸一掛

斷。

電路交換的優(yōu)點是建立連接后，傳輸延遲小。缺點是：建立連接的時間長；一旦建立連接

就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制。

2.報文交換

整個報文作為一個整體一起發(fā)送。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲，待

信道空閑時再轉發(fā)出去，一級一級中轉，直到目的地，這種數(shù)據(jù)傳輸技術稱為存儲-轉發(fā)。其

缺點是：報文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復雜；大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長；出錯后整

個報文全部重發(fā)。

3.分組交換

分組交換(PacketSwitching)與報文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在干

分組交換網(wǎng)中要限制所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位的長度。分組交換試圖兼有報文交換和線路交換的優(yōu)點。

分組交換技術對各分組的管理主要有兩種方法：數(shù)據(jù)報和虛電路。在數(shù)據(jù)報中，每個數(shù)據(jù)包被

獨立地處理，就像在報文交換中每個報文被獨立地處理那樣，每個結點根據(jù)一個路由選擇算法，

帶格式的：字體顏

約I帶格式的：字體顏

ft:100%,非加寬

為每個數(shù)據(jù)包選擇一條路徑，使它們的目的地相同。虛電路中的數(shù)據(jù)在傳送前，發(fā)送和接收雙

方在網(wǎng)絡中建立起一條邏輯上的連接，但它并不是像電路交換中那樣有一條專用的物理通路，

該路徑上各個結點都有緩沖裝置，服從于這條邏輯線路的安排，也就是按照邏輯連接的方向和

接收的次序進行輸出排隊和轉發(fā)，這樣每個結點就不需要為每個數(shù)據(jù)包進行路徑選擇判斷，就

好像收發(fā)雙方有一條專用信道一樣。

4.三種交換方式的比較

圖2-20所示為三種交換方式的比較。

圖2-20

從圖2-20可以看出線路交換在數(shù)據(jù)傳送之前需建立一條物理通路在線路被釋放之前，

該通路將一直被這一對用戶完全占有，速度快；報文交換，報文從發(fā)送方傳送到接收方采用存

儲轉發(fā)的方式；分組交換，此方式與報文交換類似，但報文被分組傳送，并規(guī)定了分組的最大

長度，到達目的地后需重新將分組組裝成完整報文。

2.3計算機網(wǎng)絡的傳輸介質

傳輸介質是通信網(wǎng)絡中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，是網(wǎng)絡連接設備間的中間介質，也是

信號的傳輸媒體。傳輸介質可分為兩類：有線傳輸介質和無線傳輸介質，有線傳輸介質是指利用

電纜或光纜等充當傳輸導體的傳輸介質，例如雙絞線、同軸電纜和光導纖維等；無線傳輸介質是

指利用電波或光波充當傳輸導體的傳輸介質，例如無線電波、微波、紅外線等。傳輸介質的分類

關系如圖2-21所示°

圖2-21傳輸介質分類

由于傳輸介質是計算機網(wǎng)絡最基礎的通信設施，因此其性能好壞對網(wǎng)絡的影響較大。衡量傳

輸介質性能優(yōu)劣的主要技術指標有傳輸距離、傳輸帶寬、衰減、抗干擾能力、連通性和價格等。

2.3.1有線傳輸介質

1.雙絞線

雙絞線(TwistedPairwire,TP)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質，由8根不同

顏色的線分成4對絞合在一起，成對扭絞的作用是盡可能減少電磁輻射與外部電磁的干擾，兩

兩扭絞在一起也是其叫雙絞線的原因。雙絞線可用于電話通信中的模擬信號傳輸，也可用于數(shù)

字信號的傳輸。雙絞線按其是否外加金屬網(wǎng)絲套的屏蔽層而分為屏蔽雙絞線(ShieldedTwisted

帶格式的：字體顏

約I帶格式的：字體顏

ft:100%,非加寬

Pair,STP)和非屏蔽雙絞線((UnshieldedTwisted-PairCable,UTP)兩種,非屏蔽雙絞線

因為少了屏蔽網(wǎng)，所以價格便宜些，使用得也更多些。

(1)非屏蔽雙絞線

非屏蔽雙絞線是目前有線局域網(wǎng)中最常使用的一種傳輸介質。它的頻率范圍對于傳輸數(shù)據(jù)

和聲音都很適合,一般在100Hz?5MHz之間。

(2)屏蔽雙絞線

由金屬導線包裹,然后再將其包上橡膠外皮，比無屏蔽雙線線的抗干擾能力更強，傳送數(shù)

據(jù)更可靠，但生產(chǎn)的成本較高，與非屏蔽雙線線相比，該線的價格較高。

(3)雙絞線的線序

在使用時，雙絞線的兩頭需要按一定的線序壓在RJ45水晶頭內，這時就稱其為網(wǎng)線。為

了使網(wǎng)線的通信效果更好，減少串擾，同時為了便于網(wǎng)線制作的統(tǒng)一及網(wǎng)絡的管理和維護，美

國電子工業(yè)協(xié)會和電信工業(yè)協(xié)會制定了日A/TIA568B標準和EIA/TIA568A標準。它們的具體

線序如圖2-22所示。

T568A線序：12345678

白綠，綠，白橙，藍，白藍，橙，白棕，棕

T568B線序：12345678

白橙，橙，白綠，藍，白藍，綠，白棕，棕

整

對i

--

線

線

對

對21

一

一一

:」1.

-

，

1—

一|234

授

檢

綠

6藍

橙

-白

插

座

T568A接線T568B接線

圖2-22雙線線線序

注意：在10BASE-T網(wǎng)絡中，使用了1、3和2、6:4、5供電話線路使用；7、8目前沒

有用，供開發(fā)其他業(yè)務來用，如果有了新的業(yè)務要用到，則不用再重新布線，在100BASE-T

網(wǎng)絡中該8根線都到了應用。

試想，在制作RJ45水晶頭時，如果沒有這個標準，那么當一根由別人制作的網(wǎng)線的一端

水晶頭出現(xiàn)問題時，你還得去看看另一端的線序再回來做這端的RJ45水晶頭，這是件多么麻

煩的事，而且也很有可能由于沒有使用正確的線對而造成串擾，線序的制定對網(wǎng)絡綜合布線起

到了重要的指導作用，便于網(wǎng)絡的管理與維護。

（4）雙絞線的種類及用途

根據(jù)雙絞線兩端水晶頭線序的不同，雙絞線可以分為三類。

①直通線：兩端都按T568B線序標準壓制，或兩端都按T568A線序標準壓