计算机网络基础第二章—

2.1物理层和物理层协议的基本概念

1.物理层的基本服务功能和设置物理层的目的。

●物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

●物理层的主要任务是:保证比特流通过传输介质的正确传输，为数据链路层提供数据传输服务。

●根据所使用传输介质的不同，制定相应的物理层协议,规定数据信号编码方式、传输速率以及相关的通信参数。

●设置物理层的目的是:屏蔽物理层所采用的传输介质、通信设备与通信技术的差异性，使数据链路层只需要考虑如何使用物理层的服务,而不需要考虑物理层的功能具体是使用了哪种传输介质、通信设备与技术实现的。

2.通信子网使用的通信线路的类型。

通信子网使用的通信线路类型有很多种，以下是一些常见的类型：

双绞线：双绞线由两根相互缠绕的铜线组成，常用于局域网中的以太网连接。它可以提供较高的数据传输速度，并且成本相对较低。
同轴电缆：同轴电缆由内导体、绝缘层和外导体组成，常用于有线电视网络和一些早期的局域网。它具有较高的带宽和抗干扰能力。
光纤：光纤是一种使用光信号传输数据的电缆，具有极高的带宽和低信号衰减的特点。光纤常用于长距离、高速的数据传输，如城际网络和数据中心连接。
无线通信：无线通信线路包括无线电波、微波、蓝牙和 Wi-Fi 等技术。它们不需要物理连接，通过空气传播信号，适用于移动设备和无线网络。
卫星通信：卫星通信利用卫星作为中继站，在地球上的发送和接收站之间传输数据。卫星通信可以覆盖广阔的地理区域，但成本较高。
电话线：传统的电话线用于语音通信，但也可以传输数据。它在一些地区仍然被使用，例如 DSL（数字用户线）技术利用电话线提供互联网连接。
电力线通信：利用电力线网络传输数据，通过在电力线上加载信号来进行通信。这种技术在一些智能电网和家庭网络应用中有所使用。
移动通信网络：如 GSM（全球移动通信系统）、CDMA（码分多址）和 4G/5G 等移动通信技术，用于移动电话和数据传输。
这只是一些常见的通信线路类型，实际应用中还可能使用其他专门的通信线路，具体选择取决于网络需求、覆盖范围、传输速度、成本等因素。不同的通信线路类型在带宽、传输距离、抗干扰性和成本等方面可能存在差异，因此在设计和构建通信子网时需要根据具体情况进行选择和优化。

3.本书对物理层与数据链路层知识结构的组织方式。

本书对物理层与数据链路层的处理方法
从能够循序渐进地学习和接受的角度出发,采取分类讨论的方法。
①书中第2章、第3章的内容以广域网的物理层、数据链路层技术为研究背景,第2章讨论了基于点-点通信线路的物理层协议标准与技术,第3章进一步研究基于点点通信线路物理层协议的数据链路层问题。
②第4章以基于广播信道的物理层和数据链路层协议与标准为背景,系统介绍目前广泛应用的IEEE 802. 3 Ethernet与802. 11 Wi-Fi 的原理、结构与应用。
③第5章讨论它们共同使用的网络层的IP。

这样的知识点安排既符合技术特点,又能够适应读者贴近技术发展和循序渐进学习的需要。

4.点对点通信线路的物理层的数据传输过程

点-点通信线路的物理层比特流传输过程，图中给出了用点点通信线路连接起来的网络主机之间数据传输过程示意图。通信线路是由传输介质与通信设备组成的。在如图所示的层次结构中，忽略了通信设备的细节,将点-点通信线路简化为点点传输介质。

点-点传输介质连接着两个相邻通信主机的物理层,如主机A与路由器A、路由器A与路由器B、路由器B与主机B的物理层分别用点-点传输介质连接。那么,主机A的物理层只能够与路由器A的物理层直接传输比特流，而不可能与路由器B直接传输比特流。主机 A要向主机B传输比特流,它只能够先由主机A的物理层将比特流发送到路由器A的物理层,经路由器A的数据链路层与网络层处理之后,再由路由器A的物理层发送到路由器 B的物理层;以此类推,通过多段点-点传输介质连接的物理层之间的协作,共同完成网络中主机A与主机B之间比特流的正确传输。

2.2数据通信的基本概念

1.数据通信的基本概念

数据源和数据目的地：产生数据的一方称为数据源，接收数据的一方称为数据目的地。
传输介质：用于传输数据的物理通道，如电缆、光纤、无线电磁波等。
协议：规定了数据通信中各方之间的规则和约定，包括数据的格式、编码、差错控制等。
数据传输方式：常见的有串行传输和并行传输。串行传输是按位依次传输，而并行传输则是多位同时传输。
数据速率：单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bps）或波特率来衡量。
差错控制：用于检测和纠正传输过程中可能出现的错误，确保数据的完整性和准确性。
流量控制：协调数据源和数据目的地之间的数据传输速率，避免缓冲区溢出或数据丢失。
拥塞控制：防止网络中过多的数据导致拥塞，保证网络的性能和效率。
路由选择：确定数据在网络中传输的路径，以达到最优的传输效果。
通信模式：包括单工、半双工和全双工等，分别表示单向、双向交替和双向同时通信。
网络拓扑结构：描述了网络中设备之间的连接方式，如总线型、星型、环型、网状等。

2.信息、数据和信号的基本概念及其关系

信息( information )

●信息指有用的知识或消息,通信的目的就是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像。

●计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合。

数据(data )

●为了存储、处理和传输这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示。

●被传输的二进制代码称为“数据”,数据是信息的载体。

信号( signal )

●为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示。

●信号是数据在传递过程中电信号的表示。

信息、数据与信号关系： ●会话双方之间交换的是“信息”,计算机将信息转换为计算机能识别、处理、存储与传输的“数据”，计算机网络物理层之间通过传输介质传输的是“信号”

3.数字信号和模拟信号的概念和特点。

图中给出了模拟信号与数字信号的波形。电平幅度连续变化的电信号称为模拟信号 (analog signal)。人的语音信号属于模拟信号。传统的电话线路是用来传输模拟信号的。计算机产生的电信号是用两种不同的电平表示0、1比特序列电压跳变的脉冲信号,这种脉冲信号称为数字信号(digital signal)。

数据在计算机中是以离散的二进制数字表示的,但是在数据通信过程中，它是以数字信号方式还是以模拟信号方式表示,这将取决于通信线路所允许传输的信号类型。如果通信信道不允许直接传输计算机所产生的数字信号,那么就需要在发送端将数字信号变换成模拟信号,在接收端再将模拟信号还原成数字信号，这个过程称为调制/解调。如果通信线路允许直接传输计算机所产生的数字信号,为了很好地解决收发双方的同步与具体实现中的技术问题，也需要将数字信号进行波形变换。因此,在研究数据通信技术时，首先要讨论数据在传输过程中的表示方式与数据传输类型问题。

4.串行通信和并行通信，单工、半双工和全双工通信

(1)串行通信与并行通信

按照数据通信使用的信道数,它可以分为两种类型:串行通信与并行通信。图中给出了串行通信与并行通信的工作原理示意图。在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据通信中,将表示一个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送的方式称为串行通信;将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送,每次发送一个字符代码的方式称为并行通信。

显然,采用串行通信方式只需在收发双方之间建立一条通信信道;采用并行通信方式在收发双方之间必须建立并行的多条通信信道。对于远程通信来说，在同样的传输速率的情况下,并行通信在单位时间内所传送的码元数是串行通信的n倍(在这个例子中n=8)。由于需要建立多个通信信道,并行通信方式造价较高。因此，在远程通信中一般采用串行通信方式。

(2)单工、半双工与全双工通信

按照信号传送方向与时间的关系,数据通信可以分为三种类型:单工通信、半双工通信与全双工通信。如图中所示分别为单工、半双工与全双工通信。在如图(a)所示的单工通信方式中,信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向。在如图(b)所示的半双工通信方式中,信号可以双向传送,但是必须是交替进行，一个时间只能向一个方向传送。在如图(c)所示的全双工通信方式中,信号可以同时双向传送。

5.什么是同步技术，如何实现数据通信的同步。

同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。同步是要求通信双方在时间基准上保持一致的过程。计算机通信过程与人们使用电话通话的过程有很多相似之处。在正常的通话过程中,人们在拨通电话并确定对方是要找的人时,双方就可以进入通话状态。在通话过程中,说话人要讲清楚每个字,讲完每句话需要停顿。听话人也要适应说话人的说话速度,听清对方讲的每个字,并根据说话人的语气和停顿判断--句话的开始与结束,这样才可能听懂对方所说的每句话,这就是人们在电话通信中解决的“同步”问题。如果在数据通信中收发双方同步不良,轻者会造成通信质量下降,严重时甚至造成系统不能工作。

在数据通信过程中,收发双方同样要解决同步问题,但是问题更复杂-一些。数据通信的同步包括以下两种类型:位同步,字符同步。

①位同步

数据通信的双方如果是两台计算机，尽管两台计算机的时钟频率相同(假如都是 330MHz),实际上不同计算机的时钟频率误差是不相同的。这种时钟频率的差异将导致不同计算机发送和接收的时钟周期误差。尽管这种差异是微小的，但在大量数据的传输过程中,其积累误差足以造成接收比特取样周期和传输数据的错误。因此,数据通信首先要解决收发双方的时钟频率一致性问题。解决这个问题的基本方法是:要求接收端根据发送端发送数据的时钟频率与比特流的起始时刻,校正自己的时钟频率与接收数据的起始时刻,这个过程就称为位同步。实现位同步的方法主要有外同步法与内同步法两种。

外同步法是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。

内同步法则是从自含时钟编码的发送信号中提取同步时钟的方法。曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时钟编码方法。

②字符同步

在解决比特同步问题之后，第二个问题解决的是字符同步(character synchronous)问题。标准的ASCII字符是由8位二进制0、1组成的。发送端以8位为一个字符单元来发送,接收端也以8位的字符单元来接收。保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。实现字符同步的方法主要有以下两种:同步传输，异步传输。

采用同步方式进行数据传输称为同步传输(synchronoustransmission)。同步传输将字符组织成组，以组为单位连续传送。每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN,每个数据字符内不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止，以实现同步传输的功能。图中给出了同步传输的工作原理。

采用异步方式进行数据传输称为异步传输(asynchronoustransmission)。异步传输的特点是:每个字符作为一个独立的整体进行发送,字符之间的时间间隔可以是任意的。为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位(逻辑1),字符的最后一位后加1或两位终止位(逻辑0)。图中给出了异步传输的工作原理。在实际问题中,人们也将同步传输称为同步通信,将异步传输称为异步通信。同步通信比异步通信的传输效率要高,因此同步通信更适合于高速数据传输。

6.网络中常用的传输介质有哪些。双绞线和光纤的主要特性。

常用的传输介质有:

●双绞线

●同轴电缆

●光纤电缆

●无线

●卫星通信信道

双绞线

●最常用的传输媒体

●双绞线可以由1对、2对或4对相互绝缘的铜导线组成。

●一对导线可以作为一条通信线路，每对导线相互绞合的目的是为了使通信线路之间的电磁干扰达到最小。

●模拟传输和数字传输都可以使用双绞线, 其通信距离一般为几到十几公里。

●屏蔽双绞线STP (Shielded Twisted Pair)

●带金属屏蔽层

●无屏蔽双绞线UTP (Unshielded Twisted Pair)

光纤的特点:

●光纤信号的衰减极小,可以在6-8km的距离内不使用中继器实现高速数据传输。单模光纤的传输损耗比较小,在2.5Gbps的传输速率下，数十公里传输不需要使用中继器。

●光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响,能在长距离、高速率的传输中保持低误码率。安全性和保密性都很好。

2.3频带传输技术

1.模拟通信信道的特点?

传输信号的模拟特性：模拟通信信道传输的是模拟信号，即连续的电压或电流信号。模拟信号可以反映出原始信息的波形和频率等特征，具有较高的保真度。
传输带宽有限：模拟通信信道的带宽有限，这意味着它只能传输一定频率范围内的信号。如果信号的频率超过了信道的带宽，就会出现失真和干扰。
噪声干扰严重：模拟通信信道容易受到噪声干扰的影响，如热噪声、宇宙噪声等。这些噪声会使信号失真，降低通信质量。
传输距离有限：模拟通信信道的传输距离有限，这是因为信号在传输过程中会衰减，而且噪声干扰也会随着距离的增加而增加。
设备复杂：模拟通信信道需要使用模拟电路和模拟信号处理设备，这些设备通常比较复杂，需要较高的技术水平和经验。

总的来说，模拟通信信道具有传输信号的模拟特性、传输带宽有限、噪声干扰严重、传输距离有限、设备复杂等特点。这些特点使得模拟通信信道在某些应用场景下具有一定的局限性，但在某些特定的应用中，模拟通信信道仍然是一种重要的通信方式。

2.什么是调制、解调?

●传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，只适用于传输音频范围( 300Hz ~ 3400Hz )的模拟信号，无法直接传输计算机的数字信号;

●为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据信号的传输,必须首先将数字信号转换成模拟信号;

●将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制,将调制设备称为调制器( modulator );

●将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调,将解调设备称为解调(demodulator );

●同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器( modem )

3. 模拟数据信号编码方法，什么是振幅键控 (ASK) 、移频键控(FSK)、移相键控(PSK)?

调幅(AM):振幅键控ASK

●通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1、 0

振幅键控ASK信号实现容易，技术简单，但抗干扰能力较差。

调频(FM):移频键控FSK

●通过改变载波信号的角频率来表示数字信号1、0

移频键控FSK信号实现容易，技术简单,抗干扰能力较强，是目前最常用的调制方法之一。

调相(PM):移相键控PSK

●通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1 、0

●如果用相位的绝对值表示数字信号0、 1，则称为绝对调相；

●如果用相位的相对偏移值表示数字信号0、 1，则称为相对调相

绝对调相:用相位的绝对值来表示它所对应的数字

相对调相:用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。

两比特信号交接处遇0，载波信号相位不变;

两比特信号交接处遇1 ,载波信号相位偏移π。

4.什么是波特率、比特率?波特率和比特率关系?

波特率的定义

●调制速率(信号每秒钟变化的次数)描述通过模拟线路传输模拟数据信号过程中，从调制解调器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是1/ s ,称为波特 (baud)。

●波特率用单位时间内载波调制状态改变次数来表示。每秒钟发送的码元数(码元的传输速率

●码元:表征数字信号的“0"和“1"的电脉冲。

比特率:每秒钟传送的二进制位数。

●数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数,单位为比特/秒,记做b/s(bps);

●常用的数据传输速率单位有: Kb/s 、Mb/s、 Gb/s与 Tb/s，其中:

●1Kb/s = 1X 10^3 b/s

●1Mb/s = 1x 10^6 b/s

●1Gb/s = 1X 10^9 b/s

●1Tb/s = 1X 10^12 b/s

●数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一;

波特率与比特率的关系

●比特率S (单位为bps )与调制速率B (单位为 baud )之间关系可以表示为: S=Blog₂k

式中k为多相调制的相数。

●log₂k值表示一次调制状态的变化传输的二进制比特数。

2.4基带传输技术

1.基带传输的基本概念

基带传输:利用数字信道直接传输数字信号的方法。

●特点是在基本不改变数字信号频带(即波形)的情况下直接传输数字信号。

●优点是可以达到很高的数据传输速率与系统效率。

基带传输中的数字信号编码方式主要有以下几种:

●非归零码( NRZ )

●曼彻斯特编码

●差分曼彻斯特编码

2.重点掌握三种数字数据编码方法，要求能够画出每一种编码方法的波形

非归零码( NRZ )

●该方法可以规定用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1"。也可以有其他方法。

●NRZ码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步;

●为保证收发双方的同步, 必须在发送NRZ码的同时，用另-个信道同时传送同步信号;

●如果信号中“1"与“0"的个数不相等时,存在直流分量。

曼彻斯特编码

●每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分;

●通过前T/2传送该比特的反码,通过后T/2传送该比特的原码;

●曼彻斯特编码的优点:

●每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时间间隔可以是T/2或T ;

●利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号;

●曼彻斯特编码信号又称做“自含钟编码”信号，发送曼彻斯特编码信号时无需另发同步信号。

差分曼彻斯特编码

●是对曼彻斯特编码的改进;

●差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同点主要是:

●每比特的中间跳变仅做同步之用;

●每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定;

●一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不发生跳变表示传输二进制1 。

3.理解脉冲编码调制编码方法

●由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除了计算机直接产生的数字以外语音、图像信息的数字化已成为发展的必然趋势。

●脉冲编码调制( PCM )是模拟数据数字化的主要方法。

●PCM技术的典型应用是语音数字化。 PCM操作包括采样、量化与编码3部分内容。

4.掌握奈奎斯特准则和香农定理，能够通过公式计算出信道的最大传输速率

2.5多路复用技术

1.理解和掌握多路复用技术的分类及工作原理

●多路复用可分为:

●时分多路复用( TDM ) : 信道传输时间

●频分多路复用( FDM ) : 信道频率

●波分多路复用( WDM )

●码分多址(CDMA)正交频分复用(OFDM)

多路复用技术是一种将多个信号组合到一条传输线路上的技术，以提高传输效率和资源利用率。多路复用技术的工作原理是将多个信号的数据和控制信息进行时分复用、频分复用、码分复用等处理，以实现在一条传输线路上传输多个信号。

时分复用是将多个信号的数据和控制信息在时间上进行分配，每个信号在不同的时间片内传输。时分复用可以提高传输线路的利用率，但需要保证信号之间的同步。

频分复用是将多个信号的数据和控制信息在频率上进行分配，每个信号在不同的频率上传输。频分复用可以提高传输线路的带宽利用率，但需要保证信号之间的隔离。

码分复用是将多个信号的数据和控制信息在码型上进行分配，每个信号使用不同的码型进行传输。码分复用可以提高传输线路的安全性，但需要保证信号之间的码型匹配。

多路复用技术可以提高传输效率和资源利用率，但需要根据实际应用场景选择合适的复用方式和技术。

2.多路复用技术的分类

●把许多信号在单一的传输线路上用单一的传输设备来进行传输, 即一个信道同时传输多路信号，可以大大节省电缆的安装和维护费用。

●多路复用可分为:

●时分多路复用( TDM ) : 信道传输时间

●频分多路复用( FDM ) : 信道频率

●波分多路复用( WDM )

●码分多址(CDMA)正交频分复用(OFDM)

3.什么是多路复用技术，为什么要研究多路复用技术。

研究多路复用技术的原因主计算机网络(第4版) 要有两点:一是用于通信线路架设的费用相当高,需要充分利用通信线路的容量;二是网络中传输介质容量都会超过单--信道所需要的带宽,例如一条线路的带宽为10Mbps,而两台计算机通信所需要的带宽为100kbps一条信道。如果这两台计算机独占了10Mbps的线路,那么将浪费大量的带宽。为了充分利用传输介质的带宽,需要在- -条物理线路上建立多条通信信道。使用多路复用技术，发送端可以将多个用户的数据通过复用器(multiplexer) 汇集,并将汇集的数据通过一条通信线路传送到接收端;接收端通过分用器(demultiplexer) 将数据分离成各路数据,分发给接收端的多个用户。具备复用器与分用器功能的设备称为多路复用器。多路复用器在一条物理线路上可以划分出多条通信信道。

4.时分多路复用的概念、分类及工作原理。

时分多路复用的基本概念

时分多路复用将信道用于传输的时间划分为若千个时间片,每位用户分得-一个时间片, 用户在其占有的时间片内使用信道的全部带宽。目前，应用最广的时分多路复用方法是贝尔系统的T1载波。T1载波系统是将24路音频PCM编码器信号复用在一条通信线路。

图中给出了时分多路复用工作原理示意图。时分多路复用可以分为:同步时分多路复用与统计时分多路复用。

5.时分多路复用、频分多路复用和波分多路复用的适用范围是什么?

时分多路复用（TDM）：适用于数字信号的传输，特别是在传输速率较高的情况下。TDM 将时间划分为多个时隙，每个时隙分配给一个信号，从而实现多个信号在同一信道上的传输。它常用于数字通信系统、电话网络和计算机网络等领域。
频分多路复用（FDM）：主要适用于模拟信号的传输，或者在数字信号传输中需要同时传输多个频率不同的信号。FDM 将信道的频率范围划分为多个子频段，每个子频段用于传输一个信号。它常用于广播电视、无线通信和卫星通信等领域。
波分多路复用（WDM）：专门用于光纤通信，特别是在长距离高速光通信中。WDM 将光的波长划分为多个通道，每个通道对应一个信号。它在光通信网络、数据中心互连和长途通信等领域有广泛应用。

选择使用哪种多路复用技术取决于多种因素，包括信号类型、传输媒介、带宽需求、成本考虑等。在实际应用中，可能会根据具体情况结合使用多种复用技术，以满足不同的通信需求。

例如，在光纤通信中，WDM 常与 TDM 结合使用，以进一步提高光纤的带宽利用率。此外，随着技术的发展，还有其他多路复用技术如正交频分复用（OFDM）和空分多路复用（SDM）等也得到了广泛应用。

需要注意的是，具体的适用范围可能会因技术发展和应用需求的变化而有所不同。在实际应用中，应根据具体情况进行评估和选择最适合的多路复用技术。

2.6接入技术

1.接入技术的分类

2.数字用户线xDSL技术、光纤同轴电缆混合网HFC 技术和光纤接入技术的概念和特点。

数字用户线xDSL技术的基本概念

数字用户线(digital subscriber line, DSL)技术就是为了达到这个目的而对传统电话线路改造的产物。数字用户线是指从用户家庭、办公室到本地电话交换中心的 - -对电话线。用数字用户线实现通话与上网有多种技术方案，如非对称数字用户线 (asymmetric DSL, ADSL)、高速数据用户线(high speed DSL, HDSL)、甚高速数据用户线 (very high speed DSL, VDSL)等，因此人们通常使用前缀x来表示不同的数据用户线技术方案,统称为xDSL。

ADSL技术的特点主要表现在以下三个方面：

(1)ADSL在电话线上同时提供电话与Internet接人服务 ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电话交换网，以不干扰传统模拟电话业务为前提,同时能够提供高速数字业务。数据业务包括Internet在线访问、远程办公、视频点播等。由于用户不需要专门为获得ADSL服务而重新铺设电缆，因此运营商在推广 ADSL技术时用户端的投资相当小,推广容易。

(2) ADSL提供的非对称带宽特性

ADSL系统在电话线路上划分出三个信道:语音信道、上行信道与下行信道。ADSL 在电话线路上为不同信道划分的带宽如图2-35所示。在5km的范围内，上行信道的速率为16kbps~ 640kbps,下行信道的速率为1. 5Mbps~9.0Mbps。用户可以根据需要选择上行和下行速率。

(3) ADSL结构

ADSL用户端的分路器(splitter)实际上是一组滤波器，其中低通滤波器将低于4000Hz 的语音信号传送到电话机,高通滤波器将计算机传输的数据信号传送到ADSLModem。家庭用户的个人计算机通过Ethernet网卡、100Base-T非屏蔽双绞线与ADSLModem连接。由于分路器设计成无源的,因此即使用户端停电也不会影响电话的使用。

ADSL Modem又称为接人端接单元( access termination unit, ATU)。ADSL Modem 是成对使用的。用户端ADSL Modem称为远端ATU,记为ATU-R;电话局端ADSL Modem称为局端ATU,记为ATU-C。ATU-R将用户计算机发送的数据信号通过上行信道发送;接收则从下行信道传输给计算机的数据信号。

本地电话局端入口同样可以用分路器将语音信号直接接入电话交换机,实现正常的电话功能。ATU-C配合ATU-R通过上行信道接收用户计算机发送的数据信号,通过下行信道向用户计算机发送数据信号。

多路用户计算机的数据信号由电话局ADSL复用器(digital subscriber line access multiplexer , DSLAM)处理。一个DSLAM可以支持500~1000个用户,每个用户按平均数据交换量6Mbps计算,那么一个DSLAM应该具有6Gbps的数据交换能力。

HFC接入技术的基本概念

(1)HFC技术的本质是用光纤取代有线电视网络中的干线同轴电缆，光纤接到居民小区的光纤结点之后,小区内部接人用户家庭仍然使用同轴电缆,这样就形成了光纤与同轴电缆混合使用的传输网络。传输网络形成以头端为中心的星状结构。

(2)在光纤传输线路上采用波分复用的方法,形成上行和下行信道,在保证正常电视节目播放与交互式视频点播VOD节目服务的同时，为家庭用户计算机接入Internet提供服务。

(3)从头端向用户传输的信道称为下行信道,从用户向头端传输的信道称为上行信道。下行信道又需要进一步分为传输电视节目的下行信道与传输计算机数据信号的下行信道。

(4)我国的有线电视网的覆盖面很广,通过对有线电视网络的双向传输改造,可以为很多的家庭宽带接入Internet提供一种经济、便捷的方法。因此,HFC已成为一种极具竞争力的宽带接入技术。

HFC接入技术的特点

(1) HFC下行信道与上行信道频段划分有多种方案,既有下行信道与上行信道带宽相! 同的对称结构，也有下行信道与上行信道带宽不同的非对称结构。图中给出了典型的 HFC非对称的下行信道与上行信道频段划分方案示意图。

(2)用户端。用户端的电视机与计算机分别接到线缆调制解调器(Cable Modem)。 CableModem与人户的同轴电缆连接。CableModem将下行有线电视信道传输的电视节目传送到电视机;将下行数据信道传输的数据传送到计算机;将上行数据信道传输的数据传送到头端。

(3)头端。HFC系统的头端又称为电缆调制解调器终端系统。一般的文献中仍然沿用传统有线电视系统“头端”的名称。

头端的光纤结点设备对外连接高带宽主干光纤,对内连接有线广播设备与连接计算机网络的HFC网关(HFC gateway,HGW)。有线广播设备实现交互式电视点播与电视节目播放。HGW完成HFC系统与计算机网络系统的互连，为接入HFC的计算机提供访问 Internet服务。

(4)小区光纤结点将光纤干线和同轴电缆相互连接。光纤结点通过同轴电缆下引线可以为几千个用户服务。HFC采用非对称的传输速率，上行信道速率最高可以达到10Mbps。下行信道速率最高可以达到36Mbps,减去各种开销之后的有效净荷能够达到27Mbps.M。

(5) HFC对上行信道与下行信道的管理是不相同的。由于下行信道只有一个头端，因此下行信道是无竞争的。上行信道是由连接到同一个同轴电缆的多个CableModem共享。如果是10个用户共同使用，则每个用户可以平均获得1Mbps的带宽,因此上行信道属于有竞争的信道。图中给出了HFC的上行信道与下行信道工作示意图。

光纤接入的基本概念

光纤接入是指局端与用户端之间完全以光纤作为传输介质的接入方式。光纤接入可以分为有源光网络(activeopticalnetwork,AON)接人与无源光网络(passiveoptical network,PON)接人两类。同步光纤网(SONET)属于有源光网络,Internet的接人主要采用无源光网络接人方式,在局端与用户端之间没有任何有源电子设备,通过无源的光器件构成光传输网络。

光纤接入的特点