物理层
2.1物理层的基本概念
（1）物理层考虑的是怎样才能链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。
（2）物理层的作用：是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通讯手段的差异
物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性
机械特性
电性特性
功能特性
过程特性
2.2数据通信的基础知识
2.2.1数据通信系统的模型
一个数据通信系统可划分为三大部分：即源系统（或发送端，发送方），传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端，接收方）
通信的目的：传送消息（message）
数据（data）：运送的实体。
信号（signal）：数据的电气或电磁表现。
信号的两大类：
（1） 模拟信号：代表消息参数的取值是连续的。（连续信号）
（2） 数字信号：代表消息的参数的取值是离散的。（离散信号）
码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
2.2.2 有关信道的几个基本概念
信道：用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。
信道的三种基本方式
（1） 单向通信：（单工通信）即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如无限限电广播
（2） 双向交替通信：又称半双工通信，即双方都可以发送信息，但不能同时发送和接收信息
（3） 双向同时通信：又称全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接受信息
基带信号：即基本频带信号，计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
调试：基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为解决这种问题，就必须对基带信号进行调制。
调制的分为两大类：
（1）基带调制：仅仅对基带信号的波形进行交换，使它能够与信道特性相适应，变换后依然是基带信号，编码：由于基带调制是吧数字信号转换成另一种形式的数字信号，因此把这种过程称为编码
不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。
（2）带通调制：使用载波进行调试，把基带信号频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，经过载波调制后的信号称为带通信号，即在一段频率范围内能够通过信道，而使用载波的调制称为带通调制。
基本的带通调制方法
调幅（AM）：即载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频（FM）：即载波的频率随基带数字信号而变化。
调相（PM）：即载波的初始相应随基带数字信号而变化，例如，0或1分别对应0度和180度。
为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法：正交振幅调制QAM。
例如：
可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。总共有 16 种组合，即 16 个码元。
由于 4 bit 编码共有 16 种不同的组合，因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。数据传输率可提高 4 倍。
不是码元越多越好。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难
2.3信道的极限容量
码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重.
从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有两个
信噪比
频率范围
香农公式：信道的极限信息传输速率C
C=W log2（1+S/N）（bit/s）
W为信道的·带宽，S为信道内所传信号的平均功率：
N为信道内部的高斯噪声功率
香农公式表明：信道的带宽或信道中的噪音比越大，信息的极限传输速率就越高。
2.3物理层下面的传输媒体
导引型传输媒体
非导引型传输媒体
1 导引型传输媒体
在导引型传输媒体中，电磁波被
导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播
（1） 双绞线
把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的放法胶合起来构成双绞线。
绞合的作用：减少对相邻导线的电磁干扰。
传输距离：几到几十公里
屏蔽双绞线：金属丝编制的屏蔽层
（2） 同轴电缆
同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。
（3） 光缆
光纤是光纤通信的传输媒体。
由于可见光的频率非常高，约为 108 MHz 的量级，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽
（1）多模光纤
可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤。
（2）单模光纤
若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤。
光纤的优点
通信容量非常大（具有25000-30000GHz的带宽）
传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
抗雷性和电磁干扰行能好。
无串音干扰，保密性好。
体积小，重量轻。
2非导引型传输媒体
利用无线波在*空间的传播称为非导引型传播
分为：短波通信和微波通信
（1） 短波通信（即高频通信）主要是靠电离层的反射，
但短波信道的通信质量较差，传输速率低。
（2）微波在空间主要是直线传播。
传统微波通信有两种方式：
地面微波接力通信
卫星通信
特点：通信距离远，且通信费用和通信距离无关，卫星通信的频带很宽，通信容量很大
2.4信复用技术道
复用：是通信技术中的基本概念。
它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率
复用技术分为：频分复用，时分复用，统计时分复用，码分复用，波分复用。
频分复用：频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
时分复用：在不同的时间占用同样的频带宽度。缺点：利用率不高
统计时分复用：STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率，在每个时隙中还必须有用户的地址信息。
波分复用：波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。密集波分复用（DNDW）：一根光纤上复用十几路或更多路数的光载波信号。
码分复用：也就是码分多址（CDMA）：每一个用户可以在同样的频带进行通信
特点：各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
码片：在CDMA中，每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。
每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。
- 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
- 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。
例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。 - 发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
- 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。
S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
扩频：假定S站要发送信息的数据率为 b bit/s。由于每一个比特要转换成 m 个比特的码片，因此 S 站实际上发送的数据率提高到 mb bit/s，同时 S 站所占用的频带宽度也提高到原来数值的 m 倍。
扩频分为两大类：直接序列扩频(DSSS)和调频扩频（FHSS）
CDMA 的重要特点、
每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交 (orthogonal)。
在实用的系统中是使用伪随机码序列。
正交：两个向量的积都是零
令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。
（1）两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积 (inner product) 等于 0：
（2）任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是 1
(3)一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。
2.5数字传输系统
数字传输标准：同步光纤网（SONEF），SONEF为光线输入系统定义了同步传输的线路速率等级结构。
同步数字系列SDH：ITU-T以美国SONEF为基础，制定出国际标准同步数字系列SDH。
SDH/SONEF标准的制定：这是第一次真正实现了数字传输*上的世界性标准。现在SDH/SONEF已成为公认的新一代理想传输网*，因而对世界电信网络的发展具有重大的意义。SDH标准也适用于微波和卫星传输的技术*。
2.6宽带接入技术
从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类：
- 有线宽带接入
- 无线宽带接入
这一章主要讨论有线宽带接入，主要有三种技术
（1） 非对称数字用户线技术ADSL。
（2） 光纤同轴混合网（HTC网）
（3） FTTx技术（光纤到x ， Fiber To The x）
一：非对称数字用户线技术ADSL。
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。
ADSL 技术把 0~4 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。
ADSL的传输距离：
ADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。
ADSL 所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。
ADSL的特点
（1） 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。
（2） ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 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（离散多音调调制）技术：
（1）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。
（2） 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
高频上网
基于ADSL的接入网组成
1：数字用户接入复用器DSLAM) 2用户线 3用户家中的一些设施
数字用户接入复用器：包括许多ADSL调制解调器（又称为接入端接单元ATU）分别记为ATU-C(C代表端局：电话端)和ATU-R(R代表远端，用户家)
第二代 ADSL
通过提高调制效率得到了更高的数据率。
- ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mbit/s、上行 800 kbit/s的速率。
- ADSL2+ 则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至 2.2 MHz，下行速率可达 16 Mbit/s（最大传输速率可达 25 Mbit/s），而上行速率可达 800 kbit/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。
ADSL技术中关于企业的变型：
（1） 对称DSL即SDSL：它把带宽平均分配到下行和上行两个方向，很适合企业使用
（2） 使用一对或两对线的对称DSL叫做HDSL（高速数字用户线）：数据速率可达768kbit/s或1.5Mbit/s，距离为2.7-3.6km。
比ADSL更快的甚高速数字用户线VDSL(very high speed DSL)
Xdsl:短距离超高速接入：目标：使用单对铜线在100m的距离内能够提供超过500Mbit/s的接入速率，我国华为公司积极参与了此标准的制定工作，在龙国柱博士的领导下，华为于2012年首先研制成功了Giga DSL样机，实现了超高速的DSL接入。
2.2.2光纤同轴混合网（HFC网）
HFC (Hybrid Fiber Coax) 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。用处： 调频广播、模拟和数字电视、数据业务
现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。HFC 网对 CATV 网进行了改造
HFC 网的主干线路采用光纤
HFC 网将原 CATV 网中的同轴电缆主*分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。 在模拟光纤中采用光的振幅调制AM，这比使用数字光纤更为经济。 模拟光纤从头端连接到光纤结点 (fiber node)，即光分配结点 ODN (Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆
用户接口盒 UIB (User Interface Box) 要提供三种连接，即：
- 使用同轴电缆连接到机顶盒 (set-top box)，然后再连接到用户的电视机。
- 使用双绞线连接到用户的电话机。
- 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。
电缆调制解调器：
电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。
电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。 - 下行速率一般在 3 ~ 10 Mbit/s之间，最高可达 30 Mbit/s。
- 上行速率一般为 0.2 ~ 2 Mbit/s，最高可达 10 Mbit/s。
电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，并且不是成对使用，而是只安装在用户端。
若出现大量用户同时上网，那么每个用户实际的上网速率可能会低到难以忍受的程度。
2.6.3FTTx技术
FTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带光纤接入方式。FTTx 表示 Fiber To The…（光纤到…），例如： - 光纤到户 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭，可能是居民接入网最后的解决方法。
- 光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
- 光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：光纤铺到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。
光线配网ODN:在光纤干线和广大用户之间，铺设的一段转换装置
光线路终端OLT是连接到光纤干线的终端设备
为了有效的利用光资源，在光纤干线和用户之间广泛使用五元光网络PON。无源光网络无需配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行的无源光网络是以太往无源光网络EPON和吉比特无源光网络GPON.