吐血整理《計算機網絡五層協議之物理層（上）》

吐血整理《計算機網絡五層協議之物理層（中）》
絕知此事要躬行！

物理層（下篇）

• • 1.數字傳輸系統
  • 1.1PCM的基本原理
  • • 1.2 歐洲E1標準
    • 1.3 北美T1標準
    • 1.4同步光纖網 SONET 和同步數字系列 SDH
    • • 1.4.1 同步光纖網 SONET (Synchronous Optical Network)
      • 1.4.2同步數字系列 SDH
      • 1.4.3同步數字系列 SDH 的特點
  • 2.物理層設備
  • • 2.1中繼器
    • • 2.1.1 中繼器的特點
      • 2.1.2中繼器的適用場合
    • 2.2集線器
    • • 2.2.1集線器的一些特點
      • 2.2.2集線器的配置
      • 2.2.3用集線器擴展以太網

1.數字傳輸系統

現在的長途干線的數字傳輸系統均采用脈沖編碼調制 PCM (Pulse Code Modulation)體制。 PCM最初是為了使電話局間的一條中繼線可傳送幾十路電話。

PCM的兩個國際標準

• 歐洲的30路的PCM（E1），中國采用歐洲體制的E1標準，E1的速率是2.048Mb/s。
• 北美的24路的PCM（T1），美國和日本等國采用北美的T1標準，T1的速率是1.544Mb/s

1.1PCM的基本原理

**? 采樣：**為了將模擬信號轉變為數字信號，必須對電話信號進行采樣。根據奈氏準則，只要采樣 頻率不低于電話

信號最高頻率的2倍（標準的電話信號的最高頻率為3.4kHz，為方便起見，選 取采樣頻率為8kHz），就可以從

采樣脈沖信號無失真地恢復信號，相當于每秒采8000個樣本， 即每個樣本的采樣周期為125us；

? 量化：連續的電話信號經采用后成為離散脈沖信號，其振幅對應于采樣時刻電話信號的數字。

? 編碼：我國采用的PCM體制中，采用8bit編碼，即采樣后的模擬電話信號可量化為28=256個不 同等級中的一個。

一個話路的模擬信號，經A/D轉換，就變成每秒8000個脈沖信號，每個信號再編碼為8bit二進制 碼元，因此一個話路的PCM信號速率為8000樣本/s×8bit/樣本=64kbps。

1.2 歐洲E1標準

E1的一個時分復用幀（T=125us）共劃分為32個相等的時隙，時隙的編號為CH0-CH31 ，共 256bit。

時隙CH0用作幀同步，時隙CH16 用來傳送信令（如用戶的撥號信令）。

用戶使用的話路是CH1---- CH15，CH17-----CH31，共30個時隙傳輸話音。每秒傳送8000個幀，因 此PCM一次群E1的數據

就是:

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

或者：256bit/125us=2.048Mb/s

1.3 北美T1標準

北美使用的T1系統共有24個話路。每個話路采樣脈沖用7bit編碼，然后再加上1位信令碼元， 因此一個話路也是

占用8bit。幀同步是在24路的編碼之后加上1bit，這樣每幀共有193bit。 因此T1一次群的數據率為： 800

0幀/s×193bit/幀=1544000bit/s=1.544Mb/s。

或者用： 193bit/125us=1.544Mb/s。

1.4同步光纖網 SONET 和同步數字系列 SDH

舊的數字傳輸系統存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個方面：

• 速率標準不統一。

如果不對高次群的數字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數據傳輸就很難實現。

• 不是同步傳輸。

在過去相當長的時間，為了節約經費，各國的數字網主要是采用準同步方式

1.4.1 同步光纖網 SONET (Synchronous Optical Network)

同步光纖網 SONET (Synchronous Optical Network)的各級時鐘都來自一個非常精確的主 時鐘。

SONET為光纖傳輸系統定義了同步傳輸的線路速率等級結構，第 1 級同步傳送信號 STS-1 (Synchronous

Transport Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。

對應的光信號則稱為第 1 級光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。

1.4.2同步數字系列 SDH

• ITU-T 以美國標準 SONET 為基礎，制訂出國際標準同步數字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。
• 一般可認為 SDH 不 SONET 是同義詞。
• SDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當于 SONET 體系中的 OC-3 速率。

1.4.3同步數字系列 SDH 的特點

SDH簡化了復用和分用技術，需要時可直接接入到低速支路，而丌經過高速到低速的逐級分用。

SDH采用自愈混合環形網結構，提高了通信網的靈活性和可靠性。

光纖信道的帶寬充裕，SDH可在幀結構中使用較多比特位用于管理，增強了通信網的運行、維 護、監控和管理功能。

SDH標準也適合于微波和衛星傳輸。

2.物理層設備

主要包括中繼器（轉發器） 集線器

2.1中繼器

• 線路上傳輸的信號功率由于存在損耗會逐漸衰減，衰減到一定程度時信號失真會導 致接收錯誤。中繼器就是解決這一問題而設計的。
• 中繼器完成物理線路的連接，放大衰減信號，保持不原數據相同。
• 一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的傳輸介質，但 有的中繼器也可以完成丌同傳輸介質的轉接
• 中繼器工作在物理層，是最簡單的網絡互連設備。
• 中繼器不關心數據的格式和含義，它只負責復制和增強通過傳輸介質傳 輸的表示“1”和“0”的信號。
• 中繼器的主要功能是擴展一個工作站或一組工作站不網絡中其他部分的 功能。
• 中繼器又叫轉發器，是兩個網絡在物理層上的連接，用于連接具有相同 物理層協議的局域網LAN，是LAN互連的最簡單的設備。

2.1.1 中繼器的特點

中繼器的特點 中繼器可以將局域網LAN的一個網段和另一個網段相連，而且可以連接丌同類 型的介質，

如10Base2和10Base5。

由于中繼器只是一種信號放大設備，它不能連接兩種不同類型的局域網。 中繼器只是一種物理層網絡設備，它不能識別數據鏈層幀的格式和內容，也不 能將數據鏈路層報頭類型轉換成另一種形式。

2.1.2中繼器的適用場合

• 中繼器適用于較小地理范圍內的相對較小的局域網（少于100個節 點），如一棟建筑物。 由于中繼器不能阻隔局域網網段間的通信，
• 所有的數據都能雙向通過 中繼器（不 能過濾任何數據），所以不能用它連接負載重的局域網。
• 中繼器在以太網中用來擴展物理介質的作用范圍。 可以在兩個LAN之間串接4個中繼器/5個網段，其中3個網段可用來連接主機結點， 另有2個網段丌能用來連接結點，只能用于延伸距離

2.2集線器

2.2.1集線器的一些特點

集線器是使用電子器件來模擬實際電纜線的工作，因此整 個系統仍然像一個傳統的以太網那樣運行。

使用集線器的以太網在邏輯上仍是一個總線網，各工作站 使用的還是 CSMA/CD 協議，并共享邏輯上的總線。

集線器很像一個多端口的轉發器，工作在物理層

集線器使用了大規模集成電路芯片，因此這樣的硬件設備 的可靠性已大大提高了。

集線器也叫Hub或Concentrator,是基于星形拓撲網絡的連接點。

集線器的基本功能是信息分發，它把一個端口接收的信號向所有其他端 口分發出去。

2.2.2集線器的配置

星型配置的以太網是最流行的以太網組網方式。線纜 使用RJ45連接頭，一端連接設備的網卡，另一端連接 集線器的端口。

通常使用5類雙絞線連接

由于集線器的出現和雙絞線大量用于局域 網，星形以太網以及多級星形結構獲得廣 泛應用。

用多個集線器可連成更大的局域網

2.2.3用集線器擴展以太網

優點

使原來屬于不同碰撞域的局域網上的計算機能夠進 行跨碰撞域的通信

擴大了局域網覆蓋的地理范圍。

缺點

碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。 如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那么就不能 用集線器將它們互連起來。

如果不同的碰撞域使用不同的數據率，那么就不能 用集線器將它們互連起來。

總結

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