【专题】计算机网络之物理层

计算机网络体系结构：

1. 物理层的基本概念

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。

• 作用：尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。

• 用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性。

• **机械特性：**指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

• **电气特性：**指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

• **功能特性：**指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。

• **过程特性：**指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般是串行传输的，即逐个比特按照时间顺序传输，因此物理层还要完成传输方式的转换。

2. 数据通信的基本知识

2.1 数据通信系统的模型

一个数据通信系统可以划分为三大部分：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）。

原系统一般包括以下两个部分：

• 源点(source)：源点设备产生要传输的数据，源点又称为源站或信源。

• 发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

目的系统一般包括以下两个部分：

• 接收器：接受传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。

• 终点(destination)：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出，终点又称为目的站或信宿。

常用术语：

• 消息(message)：如话音、文字、图像、视频等。

• 数据 (data)： 运送消息的实体。有意义的符号序列。

• **信号 (signal)：**数据的电气的或电磁的表现。

  1. 模拟信号 (analogous signal)：代表消息的参数的取值是连续的。

  2. 数字信号 (digital signal)：代表消息的参数的取值是离散的。

• **码元：**在使用时间域（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。

  使用二进制编码时，只有两种不同的码元：0 状态，1 状态。

2.2 有关信道的几个基本概念

**信道：**一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

从通信双方信息交互的方式来看，有三种基本方式：

• **单向通信（单工通信）：**只能有一个方向的通信，没有反方向的交互。

• **双向交替通信（半双工通信）：**通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发送（当然也就不能同时接收）。

• **双向同时通信（全双工通信）：**通信的双方可以同时发送和接收信息。

基带信号（即基本频带信号）：

• 来自信源的信号。

• 包含有较多的低频成分，甚至有直流成分。

调制：

• **基带调制：**仅对基带信号的波形进行变换，把数字信号转换为另一种形式的数字信号。把这种过程称为编码 (coding)。

• **带通调制：**使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的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（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

(1) 常用编码方式

**不归零制：**正电平代表 1，负电平代表 0。

电平不需要回到0，存在发送方和接收方的同步问题。

**归零制：**正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。

一个时钟周期内，电平要回归到0位。

**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。

一个时钟周期只可表示一个比特，要两次采样才能确认一个比特。

**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。

依据一个周期的起始位置来判断。

信号频率：

• 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。

自同步能力：

• 不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力）。

• 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。

(2) 基本的带通调制方法

基带信号往往包含有较多的低频成分，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。

• 必须对基带信号进行调制 (modulation)。

• 最基本的调制方法有以下几种：

  1. **调幅(AM)：**载波的振幅随基带数字信号而变化。

  2. **调频(FM)：**载波的频率随基带数字信号而变化。

  3. **调相(PM) ：**载波的初始相位随基带数字信号而变化。

正交振幅调制：

• 正交振幅调制QAM (Quadrature Amplitude Modulation) ；

• 一种多元制的振幅相位混合调制方法，以达到更高的信息传输速率。

2.3 信道的极限容量

• 任何实际的信道都不是理想的，都不可能以任意高的速率进行传送。

• 码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。

• 限制码元在信道上的传输速率的两个因素：

  1. 信道能够通过的频率范围。

  2. 信噪比。

(1) 信道能够通过的频率范围

具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。

码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限。

奈氏准则：

• 在带宽为 W (Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W (码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

• 码元传输的最高速率 = 2W （码元/秒）

(2) 信噪比

信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。

• 即：信噪比(dB) = 10 log10(S/N ) (dB)

(3) 香农公式

信道的极限信息传输速率 C 可表达为：C = W log2(1+S/N) (bit/s)

其中： W 信道的带宽 (Hz)；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。

• 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

• 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

奈氏准则和香农公式的意义不同

• **奈氏准则：**激励工程人员不断探索更加先进的编码技术，使每一个码元携带更多比特的信息量。

• **香农公式：**告诫工程人员，在实际有噪声的信道上，不论采用多么复杂的编码技术，都不可能突破信息传输速率的绝对极限。

(4) 提高信息的传输速率的方法

即用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

3. 物理层下面的传输媒体

传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

传输媒体的两大类别：

• **导引型传输媒体：**电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。

• **非导引型传输媒体：**指自由空间。非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。

3.1 导引型传输媒体

(1) 双绞线

• 最古老但又最常用的传输媒体。

• 把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合 (twist) 起来就构成了双绞线。

• 绞合度越高，可用的数据传输率越高。

双绞线的两大类：

1. 无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair) ：

   • 无屏蔽层。
   • 价格较便宜。

1. 屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)：

   • 带屏蔽层。

   • 都必须有接地线。

(2) 屏蔽双绞线STP

• **x/UTP：**对整条双绞线电缆进行屏蔽。

• **F/UTP (F=Foiled)：**表明采用铝箔屏蔽层。

• **S/UTP (S=braid Screen)：**表明采用金属编织层进行屏蔽。

• **SF/UTP：**表明在铝箔屏蔽层外面再加上金属编织层的屏蔽。

• **FTP 或 U/FTP：**把电缆中的每一对双绞线都加上铝箔屏蔽层。U表明对整条电缆不另增加屏蔽层

• **F/FTP：**在 FTP 基础上对整条电缆再加上铝箔屏蔽层。

• **S/FTP：**在 FTP 基础上对整条电缆再加上金属编织层的屏蔽。

(3) 常用绞合线的类别、带宽和典型应用

绞合线类别	带 宽	线 缆 特 点	典 型 应 用
3	16 MHz	2 对 4 芯双绞线	模拟电话；传统以太网（10 Mbit/s）
5	100 MHz	与 3 类相比增加了绞合度	传输速率 100 Mbit/s （距离 100 m）
5E(超5类)	125 MHz	与 5 类相比衰减更小	传输速率 1 Gbit/s （距离 100 m）
6	250 MHz	改善了串扰等性能，可使用屏蔽双绞线	传输速率 10 Gbit/s（距离 35 ~ 55 m）
6A	500 MHz	改善了串扰等性能，可使用屏蔽双绞线	传输速率 10 Gbit/s（距离100 m）
7	600 MHz	必须使用屏蔽双绞线	传输速率超过 10 Gbit/s，距离 100 m
8	2000 MHz	必须使用屏蔽双绞线	传输速率 25 Gbit/s 或 40 Gbit/s，距离 30 m

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率的升高而增大。

双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。

(4) 同轴电缆

• 由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。

• 具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

(5) 光缆

光纤是光纤通信的传输媒体。通过传递光脉冲来进行通信。其传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

• **发送端：**要有光源，在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。

**光源：**发光二极管，半导体激光器等。

• **接收端：**要有光检测器，利用光电二极管做成，在检测到光脉冲时还原出电脉冲。

光波在纤芯中的传播：

• 光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。

• 当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。如果入射角足够大，就会出现全反射，光也就沿着光纤传输下去。

光波在纤芯中的传播：

• 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射。

多模光纤与单模光纤：

• 多模光纤

  1. 可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。

  2. 光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，只适合于近距离传输。

• 单模光纤

  1. 其直径减小到只有一个光的波长（几个微米），可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

  2. 制造成本较高，但衰耗较小。

  3. 光源要使用昂贵的半导体激光器，不能使用较便宜的发光二极管。

光纤通信中使用的光波的波段：

• 常用的三个波段的中心：

  • 850 nm，

  • 1300 nm，

  • 1550 nm。

这三个波段都具有 25000~30000 GHz 的带宽，通信容量非常大。

光缆：

• 必须将光纤做成很结实的光缆。

  1. 数十至数百根光纤，

  2. 加强芯和填充物，

  3. 必要时还可放入远供电源线，

  4. 最后加上包带层和外护套。

• 使抗拉强度达到几公斤，完全可以满足工程施工的强度要求。

光纤的优点：

1. 通信容量非常大

2. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。

3. 抗雷电和电磁干扰性能好。

4. 无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。

5. 体积小，重量轻。

现在已经非常广泛地应用在计算机网络、电信网络和有线电视网络的主干网络中。

3.2 非导引型传输媒体

利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信，因此将自由空间称为"非导引型传输媒体"。

• 无线传输所使用的频段很广： LF ~ THF （30 kHz ~ 3000 GHz）。

(1) 无线电微波通信

无线电微波通信占有特殊重要的地位。

微波频率范围：

• 300 MHz~300 GHz（波长1 m ~ 1 mm）。

• 主要使用：2 ~ 40 GHz。

在空间主要是直线传播。

• 地球表面：传播距离受到限制，一般只有 50 km左右。

• 100 m 高的天线塔：传播距离可增大到 100 km。

(2) 多经效应

• 基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射，从多条路径、按不同时间等到达接收方。多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真，这就是所谓的多径效应。

(3) 误码率

误码率（即比特错误率）不能大于可容许的范围。

• 对于给定的调制方式和数据率，信噪比越大，误码率就越低。

• 对于同样的信噪比，具有更高数据率的调制技术的误码率也更高。

• 如果用户在进行通信时不断改变自己的地理位置，就会引起无线信道特性的改变，因而信噪比和误码率都会发生变化。

(4) 远距离微波通信

微波接力：中继站把前一站送来的信号放大后再发送到下一站。

微波接力主要特点：

1. 微波波段频率很高，频段范围很宽，其通信信道的容量很大。

2. 工业干扰和天电干扰对微波通信的危害小，微波传输质量较高。

3. 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快，易于实施。

微波接力主要缺点：

1. 相邻站之间必须直视（常称为视距 LOS (Line Of Sight)），不能有障碍物，存在多径效应。

2. 有时会受到恶劣气候的影响。

3. 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。

4. 对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人力和物力。

(5) 卫星通信

卫星通信通信容量大，通信距离远，通信比较稳定，通信费用与通信距离无关。

• 卫星通信传播时延较大：在 250~300 ms 之间。

• 保密性相对较差。造价较高。

卫星信道的传播时延较大"并不等于"用卫星信道传送数据的时延较大。

低轨道卫星通信系统（卫星高度在 2000 公里以下）已开始使用。目前，大功率、大容量、低轨道宽带卫星已开始在空间部署，并构成了空间高速链路。如"星链"、鸿雁卫星星座通信系统等。

(6) 无线局域网使用的 ISM 频段

无线局域网：使用无线信道的计算机局域网。

无线电频段：通常必须得到无线电频谱管理机构的许可证。

ISM 频段：可以自由使用。

4. 信道复用技术

4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用

复用 (multiplexing) ：允许用户使用一个共享信道进行通信。

(1) 频分复用

频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing) ，是最基本的。

• 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

• 所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）资源。

(2) 时分复用

时分复用TDM (Time Division Multiplexing)，将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。

• 每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。

• 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的。

• TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。

• 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

时分复用会导致信道利用率不高。

(3) 频分多址与时分多址

频分多址：

• 可让 N 个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这 N 个频带。这种方式称为频分多址接入 FDMA (Frequency Division Multiple Access)。

时分多址：

• 可让 N 个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这 N 个时隙。这种方式称为时分多址接入 TDMA (Time Division Multiple Access)。

(4) 复用器和分用器

复用器 (multiplexer) 和分用器 (demultiplexer)成对使用。

(5) 统计时分复用

统计时分复用 STDM (Statistic TDM)。

• STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙，因此可以提高线路的利用率。

4.2 波分复用

波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing) 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。

4.3 码分复用

码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)

• 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

• 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。

• 当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。

CDMA的工作原理：

• 将每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。

• 为每个站指派一个唯一的 m bit 码片序列。

  • 发送比特 1：发送自己的 m bit 码片序列。

  • 发送比特 0：发送该码片序列的二进制反码。

CDMA 的重要特点：

• 每个站分配的码片序列：各不相同，且必须互相正交 (orthogonal)。

• 正交：向量 S 和 T 的规格化内积 (inner product) 等于 0：

• 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 。

• 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 --1。

码片序列实现扩频：

• 要发送信息的数据率 = b bit/s，实际发送的数据率 = mb bit/s，同时，所占用频带宽度也提高到原来的 m 倍。

• 扩频通常有 2 大类：

  1. 直接序列扩频 DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) 。

  2. 跳频扩频 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。

5. 数字传输系统

早期，电话网长途干线采用频分复用 FDM 的模拟传输方式。

目前，大都采用时分复用 PCM 的数字传输方式。

现代电信网业务括话音、视频、图像和各种数据业务。因此需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。

在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。

早期数字传输系统的缺点：

• **速率标准不统一。**两个互不兼容的国际标准：

  1. 北美和日本的 T1 速率（1.544 Mbit/s）

  2. 欧洲的 E1 速率（2.048 Mbit/s）。

• 不是同步传输。主要采用准同步方式。

  • 各支路信号的时钟频率有一定的偏差，给时分复用和分用带来许多麻烦。

同步光纤网：

• 同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network)

• 各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

• 为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构：

  1. 传输速率以 51.84 Mbit/s 为基础。对电信信号称为第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)，对光信号则称为第 1 级光载波 OC-1 (Optical Carrier)。

  2. 现已定义了从 51.84 Mbit/s (即 OC-1) 到 9953.280 Mbit/s (即 OC-192/STS-192) 的标准。

同步数字系列：

• 同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

• ITU-T 以美国标准 SONET 为基础制订的国际标准。

• SONET 的主要不同：SDH 的基本速率为 155.52 Mbit/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。

SONET / SDH 标准的意义：

• 定义了标准光信号，规定了波长为 1310 nm 和 1550 nm 的激光源。

• 在物理层定义了帧结构。

• 使北美、日本和欧洲这三个地区三种不同的数字传输体制在 STM-1 等级上获得了统一。

• 已成为公认的新一代理想的传输网体制。

• SDH 标准也适合于微波和卫星传输的技术体制。

6. 宽带接入技术

宽带：标准在不断提高。

美国联邦通信委员会 FCC 定义：宽带下行速率达 25 Mbit/s，宽带上行速率达 3 Mbit/s。

从宽带接入的媒体来看，划分为 2 大类：

• 有线宽带接入。

• 无线宽带接入。

6.1 ADSL 技术

• 非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 技术：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 ITU 的标准：G.992.1（或称 G.dmt）。

• 非对称：下行（从 ISP 到用户）带宽远大于上行（从用户到 ISP）带宽。

(1) ADSL 调制解调器

采用离散多音调 DMT（Discrete Multi-Tone）调制技术。

DMT 调制技术采用频分复用 FDM 方法。

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。

ADSL 不能保证固定的数据率。

(2) ADSL 的组成

ADSL由三大组成部分：数字用户线接入复用器 DSLAM（DSL Access Multiplexer），用户线 和用户家中的一些设施。

ADSL 最大好处：可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。

(3) 第二代ADSL

第二代ADSL主要改进：

1. 通过提高调制效率得到了更高的数据率。

2. 采用了无缝速率自适应技术 SRA (Seamless Rate Adaptation)。

3. 改善了线路质量评测和故障定位功能。

ADSL 并不适合于企业，因为企业往往需要使用上行信道发送大量数据给许多用户。

(4) xDSL

• SDSL (Symmetric DSL)：对称数字用户线

• HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线

• VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线

• Giga DSL：超高速数字用户线

  • 华为公司于 2012 年首先研制成功样机。

  • 使用时分双工 TDD (Time Division Duplex)和 OFDM 技术

6.2 光纤同轴混合网（HFC 网）

HFC (Hybrid Fiber Coax) 网基于有线电视网 CATV 网。

改造方法：把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤。

• HFC 网具有双向传输功能，扩展了传输频带。

机顶盒与电缆调制解调器（set-top box）：

• 机顶盒（set-top box）：

  • 连接在同轴电缆和用户的电视机之间。

  • 使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号。

• 电缆调制解调器（cable modem）：

  • 将用户计算机接入互联网。

  • 在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。

  • 不需要成对使用，而只需安装在用户端。

  • 复杂，必须解决共享信道中可能出现的冲突问题。

6.3 FTTx技术

FTTX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)：在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号。

• 光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)

• 光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)

• 光纤到小区 FTTZ (Fiber To The Zone)

• 光纤到办公室 FTTO (Fiber To The Office)

• 光纤到桌面 FTTD (Fiber To The Desk) 等。

光配线网:

• 光配线网 ODN (Optical Distribution Network)：位于光纤干线和广大用户之间。

• 无源的光配线网常称为无源光网络 PON (Passive Optical Network)。

• 采用波分复用 WDM，上行和下行分别使用不同的波长。

• 2种最流行的无源光网络 PON (Passive Optical Network)：

  • 以太网无源光网络 EPON (Ethernet PON)
  1. 在链路层使用以太网协议，利用 PON 的拓扑结构实现以太网的接入。
  1. 与现有以太网的兼容性好，并且成本低，扩展性强，管理方便。
  • 吉比特无源光网络 GPON (Gigabit PON)
  1. 采用通用封装方法 GEM (Generic Encapsulation Method)，可承载多业务，且对各种业务类型都能够提供服务质量保证，总体性能比EPON好。
  1. 成本稍高。

7. 补充

• 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

  物理层是计算机网络OSI模型中最低的一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。以下是对物理层需要解决的问题及其主要特点的详细阐述：

  物理层需要解决的问题：

  1. 屏蔽物理差异：物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体、通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，而只考虑完成本层的协议和服务。

  2. 物理连接与比特流传输：物理层需要为服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）提供支持。为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

  3. 标识数据电路：物理层需要在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

  物理层的主要特点：

  1. 信号与介质：物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。简而言之，物理层的主要工作内容就是"信号和介质"。

  2. 转换与传输：物理层负责将比特流转化为电信号、光信号、无线电波等形式，并通过特定的传输媒介进行传输。这包括利用调制技术将比特流转换为适合在传输频带内传输的信号，以及选择适当的传输链路等。

  3. 物理特性：物理层需要确定与传输媒体的接口有关的一些物理特性，包括机械特性（如接口形状、尺寸等）、电气特性（如电压、电流等）、功能特性（如接口功能、信号传输方式等）以及规程特性（如信号编码、传输协议等）。

  4. 性能指标：物理层具有时延、带宽、传输速率等性能指标。其中，带宽是指每秒钟内能通过的比特数，它决定了物理层能够支持的最大数据传输速率。

  5. 沿用已存在的物理规程：由于在OSI模型制定之前，许多物理规程或协议已经制定出来，并且在数据通信领域中已被许多商品化的设备所采用，因此物理层沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。

  综上所述，物理层在计算机网络中扮演着至关重要的角色，它负责解决物理设备和传输媒体之间的差异问题，为数据传输提供可靠的物理环境和传输媒体，并确保数据能够在各种物理媒体上正确、高效地传输。

• 规程与协议有什么区别？

  规程与协议在工作和生活中是两个常见的概念，它们虽然都是为了达成某种共识或目标而制定的一系列规定，但具体含义和用途有所不同。以下是规程与协议的主要区别：

  一、定义与性质

  1. 规程：

     • 定义：规程是指制定出来并公布的一种行为准则或者操作步骤，它是为了规范某一特定领域内的行为而制定的一系列规定。

     • 性质：规程更多的是针对具体的操作流程或行为规范，是组织或机构内部的行为准则，用于规范成员之间的行为和关系。

  2. 协议：

     • 定义：协议是指双方或多方就某一事项达成一致意见，形成的书面文件或口头约定。

     • 性质：协议更多的是针对双方或多方的合作意向或者约定，是不同组织或机构之间达成的一种共识或约定，用于规范彼此之间的关系和合作。

  二、适用范围与约束力

  1. 规程：

     • 适用范围：通常适用于某一特定的行业、组织或单位，具有一定的强制性和普遍性。

     • 约束力：规程由相关管理部门或组织制定并公布，具有一定的权威性和强制性，成员需要遵守。

  2. 协议：

     • 适用范围：适用范围相对较窄，通常只适用于相关当事人之间。

     • 约束力：协议由相关当事人自行协商并达成一致意见，形成的书面文件或口头约定，具有一定的灵活性和可变性。依法成立的协议对当事人才具有法律约束力。

  三、内容与目的

  1. 规程：

     • 内容：通常包括具体的操作步骤、行为规范、管理制度等内容。

     • 目的：主要目的是为了规范和统一行为，保证工作的有序进行。

  2. 协议：

     • 内容：更多的是针对特定事项的约定，内容更多的是涉及到双方或多方的权利、义务、责任等内容。

     • 目的：主要目的是为了明确双方的权益和义务，规范双方的行为。

  四、制定与修改

  1. 规程：

     • 制定：通常由相关管理部门或组织负责制定和公布。

     • 修改：修改过程相对较为规范，需要经过一定的程序和审批。

  2. 协议：

     • 制定：由相关当事人自行协商并达成一致意见。

     • 修改：修改过程相对灵活，可以根据双方或多方的意愿进行修改。

  综上所述，规程与协议虽然在某些方面有相似之处，但实际上却有着明显的区别。规程更多的是针对行为规范和操作流程的统一，而协议则更多的是针对双方或多方在特定事项上的约定。在实际操作中，我们需要根据具体的情况来正确理解和使用这两个概念，以便更好地指导和规范工作和生活。

• 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。

  数据通信系统的模型是一个复杂而有序的系统，它主要由以下几个主要组成构件构成，每个构件都发挥着不可或缺的作用。以下是数据通信系统模型及其主要组成构件的详细说明：

  一、数据通信系统模型概述

  数据通信系统模型描述了数据从发送方到接收方的整个传输过程，包括数据的编码、传输、解码等关键步骤。这个模型确保了数据能够在发送方和接收方之间准确、高效地传输。

  二、主要组成构件及其作用

  1. 发送方（Sender/Source）

     • 作用：发送方是数据通信系统的起始点，负责将原始数据转化为适合传输的格式，并将数据发送到通信信道中。发送方通常包括源点（产生数据的设备或程序）和发送器（将原始数据转化为适合传输的信号）。

  2. 接收方（Receiver/Destination）

     • 作用：接收方是数据通信系统的终点，负责从通信信道中接收数据，并将其转化为原始格式以供使用。接收方通常包括终点（接收并处理数据的设备或程序）和接收器（将接收到的信号转化为原始数据）。

  3. 通信信道（Communication Channel）

     • 作用：通信信道是连接发送方和接收方的桥梁，负责将发送方发送的数据传输到接收方。通信信道可以是有线的（如电缆、光纤）或无线的（如无线电波），它们的选择取决于传输距离、传输速度、成本等因素。

  4. 编码（Encoding）与解码（Decoding）

     • 编码：将原始数据转化为适合传输的格式的过程。这可以包括将原始数据转化为数字信号或模拟信号，并添加额外的控制信息以提高数据传输的可靠性和效率。

     • 解码：将接收到的数据转化为原始数据格式的过程。这包括从数字信号或模拟信号中提取原始数据，并去除传输过程中添加的控制信息。

  5. 错误检测和纠正（Error Detection and Correction）

     • 作用：在数据传输过程中，由于各种原因（如噪声、干扰等）可能会导致数据出错。错误检测和纠正技术能够检测和修复这些传输错误，确保数据的完整性和准确性。

  6. 协议（Protocol）

     • 作用：协议是一组规则和约定，用于在发送方和接收方之间进行有效的数据通信。它定义了数据传输的格式、速率、错误检测和纠正方法等。常见的数据通信协议包括TCP/IP、HTTP、FTP等。

  7. 数据终端设备（Data Terminal Equipment, DTE）

     • 作用：数据终端设备是数据通信系统的起点和终点，用于产生和接收数据。例如，计算机、打印机、终端等设备都可以作为数据终端设备。它们通过通信线路与数据传输设备相连，实现数据的发送和接收。

  8. 数据传输设备（Data Communication Equipment, DCE）

     • 作用：数据传输设备负责在数据终端设备之间传输数据。它们将二进制"0"、"1"信号转换为适合于在频分制电话线路上传输的模拟信号，以及在接收端将混入干扰的模拟信号解调为二进制的"0"和"1"信号输出。常见的数据传输设备包括调制解调器、集线器、交换机等。

  9. 通信控制器

     • 作用：通信控制器用于连接数据传输设备和中央处理机设备，完成它们之间的通信控制功能。它负责数据的缓存、串/并转换、误码检测和控制等任务，以减轻中央计算机的负担并提高数据传输的效率。

  三、总结

  数据通信系统的模型是一个由多个关键构件组成的复杂系统。这些构件相互协作，共同实现了数据的编码、传输、解码和错误检测与纠正等功能。通过遵循特定的协议和规则，数据通信系统能够确保数据在发送方和接收方之间准确、高效地传输。

• 试解释以下名词:数据、信号、模拟数据、模拟信号、基带信号、带通信号、数字数据、数字信号、码元、单工通信、半双工通信、全双工通信、串行传输、并行传输。

  以下是您所要求解释的一系列名词的详细解释：

  数据：

  数据（data）是事实或观察的结果，是对客观事物的逻辑归纳，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材。数据可以是连续的值，比如声音、图像，称为模拟数据；也可以是离散的，如符号、文字，称为数字数据。在计算机系统中，数据以二进制信息单元0、1的形式表示。

  信号：

  信号是传递信息的一种物理量变化，比如电压、电流、光强度等，可以代表各种状态或消息。信号是信息的载体，通过信号的传输可以将信息从一个地方传递到另一个地方。信号可以是模拟信号（连续变化）或数字信号（离散变化），根据不同的传输介质和用途来选择使用哪种信号。

  模拟数据：

  模拟数据（Analog data）也称为模拟量，相对于数字量而言，指的是取值范围是连续的变量或者数值。模拟数据是指在某个区间产生的连续值，例如声音、图像、温度、压力等。

  模拟信号：

  模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模拟信号传输过程中，先把信息信号转换成几乎"一模一样"的波动电信号（因此叫"模拟"），再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接收下来后，通过接收设备还原成信息信号。

  基带信号：

  基带信号是指发送端未经连续波调制，或在接收端已经解调的数字信号，又称低频信号。特点是其能量或功率主要集中在零频率附近，并具有一定的频率范围，即带宽。基带信号有两种类型：连续信号、离散信号。

  带通信号：

  带通信号是指信号在一定频率范围内存在能量，而在其他频率范围内则不存在或能量很小的信号。在通信系统中，带通信号可用于信号调制和解调的过程中，对信号进行传递和处理。带通信号通常指的是模拟信号，它的定义可以从信号和频谱两个角度来理解。从信号的角度，带通信号是指信号的能量在某一频率范围内存在，而在其他频率范围内不存在或很小。从频谱的角度，带通信号是指信号在频率轴上呈现为一个宽度有限的频带，频带内有能量，频带外则近似为零。

  数字数据：

  数字数据是指将模拟数据转换成数字形式后的数据。在计算机科学中，数字数据通常以二进制数表示。

  数字信号：

  数字信号是离散取值的信号，通常用0和1表示，易于计算机处理和存储。数字信号是在模拟信号的基础上经过采样、量化和编码而形成的。常见的例子是二进制电信号。

  码元：

  码元是数字信号的基本单元，例如在数字电话系统中，每个特定的电平变化被称为一个码元，它代表1或0。码元是数字信号中的最小元素，用来表示二进制信息。

  单工通信：

  单工通信只允许信息在一个方向上传输，发送者和接收者之间无法同时进行双向通信。例如，广播电台就是典型的单工通信系统，听众只能接收广播内容，无法向广播电台发送信息。

  半双工通信：

  半双工通信允许双方都可以发送信息，但一次只能由一方接收另一方发送，不能同时进行双向传输。例如，对讲机就是半双工通信系统，当一方说话时，另一方只能听，不能同时说话。

  全双工通信：

  全双工通信允许发送方和接收方同时进行信息交换，是最高效的通信模式。例如，电话通信就是全双工通信系统，双方可以同时说话而不互相干扰。

  串行传输：

  串行传输是指数据按顺序逐位从一个设备传送到另一个设备，一条线路只能沿一个方向传输数据。串行传输常用于远程通信和I/O连接。例如，串口通信就是一种典型的串行传输方式。

  并行传输：

  并行传输是指多个数据位同时通过多条线路传输，接收端同时并行处理所有数据。并行传输的效率比串行高，但在硬件支持方面有要求。例如，并口通信就是一种典型的并行传输方式。

• 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？

  物理层的接口具有以下几个方面的特性，每个特性都包含了特定的内容：

  一、机械特性

  机械特性主要描述了接口的物理形态和尺寸规格，包括：

  • 接线器的形状和尺寸：规定了接口所使用的接线器（如插头、插座）的具体形状和尺寸，以确保不同设备之间的接口能够正确对接。

  • 引线数目和排列：明确了接口中引线的数量以及它们的排列方式，这有助于确保信号能够按照预定的路径进行传输。

  • 固定和锁定装置：提供了用于固定和锁定接口连接器的装置，以确保在数据传输过程中接口的稳定性和可靠性。

  二、电气特性

  电气特性描述了接口在电气连接方面的特性，包括：

  • 电压范围：规定了接口电缆各条线上可能出现的电压范围，以确保信号在传输过程中不会因电压过高或过低而受损。

  • 电路特性：包括接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明等。这些特性确保了信号在传输过程中的完整性和准确性。

  • 电气参数：如发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等，这些参数对于确保信号在接口之间的正确传输至关重要。

  三、功能特性

  功能特性主要描述了接口信号引脚的功能和作用，包括：

  • 信号线的功能：规定了接口中每条信号线的具体功能，如数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线等。

  • 信号的意义：指明了某条线上出现的某一电平的电压所表示的具体意义，这有助于接收端正确解析和识别传输的信号。

  四、规程特性（有时也称为过程特性）

  规程特性描述了通信过程中各种可能事件的出现顺序，包括：

  • 事件顺序：指明了在物理连接建立、维持和交换信息时，发送方和接收方在各自电路上的动作序列。这有助于确保双方能够按照预定的顺序进行通信，从而避免通信冲突和错误。

  • 数据传输方式：规定了信号在接口之间的传输方式和协议，如串行传输或并行传输等。这些规定有助于确保信号能够按照预定的方式进行传输，从而提高通信的效率和可靠性。

  综上所述，物理层的接口具有机械特性、电气特性、功能特性和规程特性等四个方面的特性。这些特性共同确保了数据在物理层传输时的准确性、可靠性和高效性。

• 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？"比特/秒"和"码元/秒"有何区别？

  数据在信道中的传输速率受多种因素的限制，同时信噪比并不能任意提高。以下是对这些问题的详细解答：

  数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？

  数据在信道中的传输速率主要受以下因素的限制：

  1. 信道带宽：信道带宽是指信道能传输的信号的最高频率与最低频率之差。带宽越大，信息传输速率越高。因此，信道的带宽是限制数据传输速率的重要因素之一。

  2. 信噪比：信噪比是信道中信号功率与噪声功率之比。信噪比越高，信息的极限传输速率越高。但是，信噪比不能任意提高，因为信号的噪声是由信道本身和外部干扰引起的，而信号的强度是有限的。

  3. 码元传输速率：码元传输速率也称为波特率，它表示单位时间内传输的码元个数。在数据传输中，每个码元可以携带多个比特的信息，因此码元传输速率也限制了数据传输速率。

  4. 传输介质和接口：传输介质的物理特性和接口标准也会影响数据传输速率。例如，不同材质的线材、接口类型（如USB、RS232等）以及附加位（为纠错和同步添加的附加位）等都会对数据传输速率产生影响。

  信噪比能否任意提高？

  信噪比不能任意提高。因为信噪比与信号和噪声的功率有关，而信号功率是有限的，噪声功率是无限制的。当信噪比提高到一定程度后，再提高信噪比对传输速率的提升就非常有限了。此外，提高信噪比需要增加信号功率或降低噪声功率，这在实际应用中可能会受到技术、成本或环境等方面的限制。

  香农公式在数据通信中的意义是什么？

  香农公式是通信理论中的核心概念，由美国科学家克劳德·香农在1948年提出。它揭示了信道带宽、信噪比与信息传输速率之间的关系，是计算数字通信中的最大数据传输速率（即信道容量）的重要公式。香农公式的意义在于，只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率（由香农公式计算得出），就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。因此，香农公式为数据通信系统的设计提供了重要的理论依据。

  "比特/秒"和"码元/秒"有何区别？

  "比特/秒"（bps）和"码元/秒"（波特或Baud）是描述数据传输速率的两种不同单位，它们之间存在以下区别：

  1. 定义不同：比特/秒是指单位时间内传输的二进制位数，而码元/秒则是指单位时间内传输的码元个数。码元是数据传输中的基本单元，它可以携带一个或多个比特的信息。

  2. 关系：若1个码元只携带1 bit的信息量，则比特/秒和码元/秒在数值上是相等的。但若使1个码元携带n bit的信息量，则M码元/秒的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n比特/秒。

  综上所述，数据在信道中的传输速率受多种因素的限制，信噪比不能任意提高，香农公式为数据通信系统的设计提供了重要的理论依据，而"比特/秒"和"码元/秒"则是描述数据传输速率的两种不同单位。

• 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？

  常用的传输媒体主要有以下几种，它们各自具有独特的特点：

  一、双绞线

  • 特点：

    • 成本低：相对于其他传输媒体，双绞线的价格较为低廉。

    • 易于安装和维护：双绞线的安装过程相对简单，且后期维护成本也较低。

    • 抗电磁干扰：能够在一定程度上抵抗电磁干扰，保证信号的稳定传输。

    • 适用范围：适用于短距离传输，如局域网内的数据传输。

  二、同轴电缆

  • 特点：

    • 传输速度快：同轴电缆具有较高的数据传输速率。

    • 抗干扰能力强：由于同轴电缆的结构特点，它能够有效地抵抗外部电磁干扰。

    • 价格较高：相对于双绞线，同轴电缆的价格较高。

    • 适用范围：适用于长距离传输，如电视信号传输、宽带网络传输等。

  三、光纤

  • 特点：

    • 传输速度快：光纤的传输速率非常高，是目前最快的传输媒体之一。

    • 信号损耗小：光纤传输过程中信号损耗非常小，能够保持信号的完整性。

    • 抗干扰能力强：光纤不受电磁干扰的影响，因此传输质量非常稳定。

    • 安全性高：由于光纤传输的特殊性，它很难被窃听或截取数据，因此具有较高的安全性。

    • 价格较高：相对于其他传输媒体，光纤的价格较高，但考虑到其传输性能和稳定性，这一价格是合理的。

    • 适用范围：适用于远距离、高速率的数据传输，如互联网骨干网、数据中心内部连接等。

  四、无线电波

  • 特点：

    • 无需布线：无线电波传输不需要物理线路，因此具有高度的灵活性。

    • 移动性强：无线电波传输可以支持移动设备的通信，如手机、无线局域网等。

    • 易受干扰：无线电波传输容易受到其他电磁信号的干扰，导致信号质量下降。

    • 适用范围：适用于远距离、移动性强的数据传输，如移动通信网络、无线局域网等。

  五、其他传输媒体

  除了上述四种常用的传输媒体外，还有一些其他传输媒体也被广泛应用于不同的领域。例如：

  • 红外线：适用于近距离的数据传输，如遥控器、红外通信等。

  • 微波：具有与无线电波相似的特点，但传输距离更远，适用于微波通信、卫星通信等。

  • 卫星传输：利用卫星进行数据传输，具有广域覆盖和抗干扰能力强的优点，适用于跨国、跨洲的数据传输。

  • 电力线传输：利用电力线路进行数据传输，适用于宽带传输和家庭网络等场景。

  综上所述，不同的传输媒体具有各自独特的特点和适用范围。在选择传输媒体时，需要根据具体的应用场景和需求进行综合考虑。

• 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

  使用信道复用技术的原因及常用的信道复用技术如下：

  一、使用信道复用技术的原因

  1. 提高带宽利用率：在有限的带宽资源条件下，通过信道复用技术可以让多个用户共享同一物理信道，从而更高效地利用可用的带宽资源。这样可以避免单一信道只服务于单个用户的情况，减少资源浪费。

  2. 支持并发通信：许多现代网络应用和服务需要同时支持多个并发连接。例如，Web服务器需要同时处理来自不同用户的多个请求。信道复用技术使得一个服务器能够同时与多个客户端通信成为可能。

  3. 减少网络拥堵：如果没有使用信道复用技术，每一个通信都需要单独的物理连接，这不仅成本高昂，而且容易导致网络拥堵。通过复用，多个信号可以在一条物理链路上进行传输，减少了网络中的物理连接数量，从而减少了网络拥塞的可能性。

  4. 简化网络管理：使用信道复用技术可以简化网络设备的管理和配置。例如，路由器和交换机只需要管理较少的物理接口，而不是大量的单独连接。

  5. 支持多种服务类型：不同的应用程序和服务可能有不同的服务质量要求（如延迟、带宽、可靠性等）。信道复用技术可以通过优先级分配等方式支持不同的服务类型，确保关键应用获得足够的带宽和质量保证。

  二、常用的信道复用技术

  1. 频分复用（FDM）：

     • 原理：通过将不同信号分配到不同的频率带宽上（传送媒体的总频带划分为多个子频带），实现了信号的同时传输和共享通信媒介的目的。

     • 特点：每个信号使用的频率带宽应足够宽以容纳信号的频率范围，且彼此不重叠。接收端根据预先确定的频率范围来解调不同的信号，以恢复原始数据。

     • 应用：广泛用于各种通信系统，如无线通信、有线通信和卫星通信等。

  2. 时分复用（TDM）：

     • 原理：通过按照时间片段划分，将不同信号以轮流的方式共享同一个通信媒介进行传输。在时分复用中，每个信号被分配给特定的时间段，称为时间片或时隙。每个信号在其对应的时间片中进行传输，按照预定的顺序依次进行。接收端按照相同的时间序列来解调和还原各个信号。

     • 特点：时分复用的各用户所对应的时隙就构成了时分复用帧（TDM帧）。用户占用的时隙是周期性的，其周期为TDM帧的长度。时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带。

     • 应用：可用于各种通信系统，如电话网络、数字传输系统等。

  3. 波分复用（WDM）：

     • 原理：实际上为光的频分复用。通过将不同信号调制到不同的光波长上，实现了信号的同时传输和共享光纤通信媒介的目的。在波分复用中，不同的信号使用不同的光波长来传输。每个信号使用的光波长应该是独立的且不重叠的，典型的光波长范围是纳米级（nm）。

     • 特点：可在一根光纤上同时传输多个频率（波长）相近的光载波信号，实现基于光纤的频分复用技术。光信号在光纤中传输的损耗较小，抗干扰能力较强。

     • 应用：广泛应用于光纤通信系统，包括长距离光纤传输、数据中心互连和光网络等领域。

  4. 码分复用（CDM）：

     • 原理：也称为码分多址（CDMA）。通过在发送端将不同信号编码为不同的伪随机码序列，然后在接收端使用相同的伪随机码序列来解码和分离各个信号。它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种无线通信技术。

     • 特点：各个用户使用经过特殊挑选的不同码型进行通信，各用户之间并不会造成干扰。系统发送的信号有很强的抗干扰能力。

     • 应用：广泛用于民用移动通信和无线局域网等领域。

  综上所述，信道复用技术是提高网络资源利用率、支持并发通信、减少网络拥堵和简化网络管理的重要手段。不同的信道复用技术具有各自的特点和应用场景，可以根据实际需求选择适合的复用技术。

• 试写出下列英文缩写的全称，并进行简单的解释。FDM，FDMA，TDM，TDMA，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48.

  以下是您提供的英文缩写的全称及简单解释：

  1. FDM (Frequency Division Multiplexing)

     • 全称：频分复用

     • 解释：一种将物理信道的总带宽分割成若干个子频带（或称子信道），每个子信道传输一路信号的技术。频分复用技术使得多个信号可以同时在同一条物理信道上传输，互不干扰。

  2. FDMA (Frequency Division Multiple Access)

     • 全称：频分多址

     • 解释：一种多址接入技术，它将通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称为信道），分配给不同的用户使用。每个用户占用一个频道进行通信，互不干扰。

  3. TDM (Time Division Multiplexing)

     • 全称：时分复用

     • 解释：一种将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙，每个时隙传输一路信号的技术。时分复用技术使得多个信号可以轮流在同一条物理信道上传输。

  4. TDMA (Time Division Multiple Access)

     • 全称：（虽然TDMA不是常见的术语，但基于TDM的概念，可以解释为）时分多址

     • 解释：（假设性解释）一种多址接入技术，将时间分割成多个时隙，每个时隙分配给不同的用户使用。每个用户在自己的时隙内发送和接收信号。

  5. STDM (Statistical Time Division Multiplexing)

     • 全称：统计时分复用

     • 解释：一种改进的时分复用技术，它根据用户实际需要的带宽来动态分配时隙，而不是像传统的时分复用那样固定分配。这可以提高带宽的利用率。

  6. WDM (Wavelength Division Multiplexing)

     • 全称：波分复用

     • 解释：一种在光通信中使用的复用技术，它将不同波长的光信号复合在一条光纤中进行传输。波分复用技术可以大大提高光纤的传输容量。

  7. DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)

     • 全称：密集波分复用

     • 解释：一种波分复用技术的改进版本，它在同一根光纤中传输更多更密集的光波长信号，从而进一步提高了光纤的传输容量。

  8. CDMA (Code Division Multiple Access)

     • 全称：码分多址

     • 解释：一种多址接入技术，它使用不同的编码序列来区分不同的用户。每个用户都有一个唯一的编码序列，这使得多个用户可以在同一时间、同一频率上同时通信而不相互干扰。

  9. SONET (Synchronous Optical Network)

     • 全称：同步光纤网络

     • 解释：一种用于传输语音、数据和视频信号的光纤传输标准。SONET定义了物理接口、复用结构和传输协议，使得不同厂商的设备可以互连互通。

  10. SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

      • 全称：同步数字体系

      • 解释：一种用于数字通信网络的分层结构标准。SDH定义了数字信号的复用、传输和交换的标准，使得不同厂商的设备可以互连互通，并且提供了强大的网络管理功能。

  11. STM-1 (Synchronous Transport Module - Level 1)

      • 全称：同步传输模块-1级

      • 解释：SDH体系中的一个基本传输模块，其速率为155.52Mbps。STM-1是SDH网络中最小的传输单元，可以容纳多个数字信号。

  12. OC-48 (Optical Carrier - 48)

      • 全称：光载波-48

      • 解释：SONET/SDH体系中的一个传输速率等级，其速率为2.488Gbps（或2488.32Mbps）。OC-48是SONET/SDH网络中常用的一种高速传输速率。

  以上是对您提供的英文缩写的全称及简单解释。请注意，有些缩写（如TDMA）可能不是常见的术语，因此解释可能带有一定的假设性。

• 码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰？这种复用方法有何优缺点？

  码分多址（CDMA）之所以能够使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰，关键在于其独特的编码和信号处理技术。

  不互相干扰的原因

  1. 正交编码：

     • 在CDMA系统中，每个用户被分配一个唯一的、相互正交的码片序列。这种正交性确保了不同用户的信号在接收端可以相互区分。

     • 当接收端想要接收某个特定用户的信号时，它会使用与该用户相对应的码片序列进行内积运算。由于正交性，只有该用户的信号会产生非零的内积结果，而其他用户的信号则会被过滤掉。

  2. 扩频通信：

     • CDMA采用扩频通信技术，将原始信号扩展到较宽的频带上进行传输。这使得信号在信道中的功率密度降低，类似于隐蔽在噪声中，从而提高了抗干扰能力。

     • 扩频通信还使得CDMA系统具有抗衰落能力，因为即使在信道条件较差的情况下，接收端仍然可以通过解码恢复出原始信号。

  优缺点

  优点：

  1. 容量大：

     • 由于采用了扩频技术和正交编码，CDMA系统可以支持更多的用户同时通信，提高了频谱利用率和通信系统的容量。

  2. 抗干扰能力强：

     • CDMA系统的信号具有类似于白噪声的频谱特性，这使得其具有很强的抗干扰能力，能够在高噪声环境下保证通信质量。

  3. 保密性强：

     • 由于每个用户都有唯一的编码序列，因此CDMA系统具有较高的保密性，不易被窃听或干扰。

  4. 话音质量好：

     • CDMA系统采用了高效的话音编码技术，如OCELP等，使得话音质量得到了显著提升。

  缺点：

  1. 系统实现复杂：

     • CDMA系统需要高精度的时钟和快速运算器来支持正交编码和扩频通信的实现，这增加了系统的复杂性和成本。

  2. 网络规划困难：

     • 由于所有基站都使用相同的频率，因此CDMA系统的小区规划需要特别小心，以避免基站之间的干扰。这增加了网络规划和优化的难度。

  3. 用户数量受限：

     • 虽然CDMA系统可以支持多个用户同时通信，但当用户数量过多时，网络容易出现拥塞和干扰问题。因此，在实际应用中需要合理控制用户数量以保证通信质量。

  综上所述，CDMA技术通过正交编码和扩频通信等独特手段实现了多用户在同一时间、同一频带上的无干扰通信。虽然该技术具有诸多优点，但也存在一些挑战和限制。在实际应用中，需要根据具体场景和需求进行权衡和选择。

• 试比较 ADSL, HFC 以及 FTTx 接入技术的优缺点。

  ADSL、HFC以及FTTx是三种常见的宽带接入技术，它们各自具有独特的优缺点。以下是对这三种技术的详细比较：

  ADSL（非对称数字用户线路）：

  优点：

  1. 利用现有资源：ADSL可以利用现有的电话线路进行宽带接入，无需重新布线，降低了安装成本。

  2. 速率可调：用户可以根据自己的需求选择不同的宽带接入速率，并按带宽付费，提供了灵活的计费方式。

  3. 并行通信：ADSL实现了高速上网和电话通信的并行进行，提高了线路的利用率。

  缺点：

  1. 线路质量要求高：ADSL对线路的质量有较高的要求，如果用户住宅距离电话交换局较远或线路噪声较大，宽带接入的速率可能会降低。

  2. 速率上限较低：尽管ADSL可以提供较高的速率，但与光纤接入相比，其速率上限仍然较低。

  3. 动态IP地址：ADSL通常使用动态IP地址，不适用于需要固定IP地址的场景，如搭建服务器。

  HFC（混合光纤同轴电缆）：

  优点：

  1. 覆盖面广：HFC网络覆盖面广，可以覆盖较大的地理区域。

  2. 带宽高：HFC网络具有较高的带宽，适合传输高清视频和大数据量文件。

  3. 成本低：与光纤接入相比，HFC的线路设备成本较低。

  缺点：

  1. 需要改造：现有的单向传输有线电缆需要改造为可双向通信的电缆，增加了改造成本。

  2. 双向传输性能不佳：HFC网络的双向传输性能相对较差，可能不适合需要高速上传的应用场景。

  3. 放大器需求：为了解决信号传输时的衰减问题，有线电缆中需要每隔一定距离加入一个放大器，增加了维护成本。

  4. 机顶盒需求：用户家中需要增加一个机顶盒来观看电视和传送上行信号。

  FTTx（光纤到x）：

  优点：

  1. 速率极高：FTTx技术可以提供非常高的传输速率，如FTTH（光纤到户）可以提供1Gbps甚至更高的速率。

  2. 带宽充足：光纤的带宽非常充足，可以满足未来高速数据传输的需求。

  3. 通信质量好：光纤通信具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，提供了高质量的通信服务。

  缺点：

  1. 成本高：FTTx技术的建设和维护成本相对较高，需要铺设大量的光纤线路和设备。

  2. 技术复杂：FTTx技术相对较为复杂，需要专业的技术人员进行安装和维护。

  3. 需要重新布线：对于已经建成的建筑或小区，需要重新布线才能实现光纤接入，增加了安装难度和成本。

  综上所述，ADSL、HFC和FTTx三种宽带接入技术各有优缺点。在选择接入方式时，用户应根据自己的实际需求和预算进行权衡。例如，对于需要高速上网和电话通信并行的用户，ADSL可能是一个合适的选择；对于需要传输高清视频和大数据量文件的用户，HFC可能更具优势；而对于追求极高传输速率和通信质量的用户，FTTx则是更好的选择。

• 在ADSL技术中，为什么在不到1MHz的带宽中却可以使传送速率高达每秒几个兆比特？

  在ADSL（非对称数字用户线路）技术中，能够在不到1MHz的带宽中实现高达每秒几个兆比特的传送速率，主要归因于以下关键技术：

  一、先进的编码技术

  ADSL采用了先进的编码技术，如离散多音频（DMT）编码。这种编码技术使得每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。具体来说，DMT技术将整个带宽划分为多个子信道（或称为子载波），每个子信道使用不同的频率进行传输。通过对每个子信道进行自适应调制，即根据子信道的信噪比（SNR）来选择合适的调制方案，使得每个码元可以携带不同数量的比特。在信噪比较高的子信道上，可以选择更高的调制阶数，使得每个码元携带更多的比特；而在信噪比较低的子信道上，则选择较低的调制阶数，以保证传输的可靠性。

  二、频分多载波并行传输

  ADSL还采用了频分多载波并行传输技术。这种技术将整个带宽划分为多个并行的子信道，每个子信道都使用不同的载波频率进行传输。由于每个子信道都是独立的，因此它们可以同时传输数据，从而大大提高了整体的传输速率。此外，由于每个子信道的带宽相对较窄，因此它们更容易受到噪声和干扰的影响。但是，通过自适应调制技术和纠错编码等技术，ADSL可以有效地克服这些影响，保证数据的可靠传输。

  三、高效的频谱利用

  ADSL技术通过高效的频谱利用，使得在有限的带宽内能够传输更多的数据。具体来说，ADSL通过优化调制方案、提高频谱效率和降低噪声干扰等手段，实现了在不到1MHz的带宽中传输高达每秒几个兆比特的数据速率。这种高效的频谱利用不仅提高了传输速率，还降低了能耗和成本。

  综上所述，ADSL技术能够在不到1MHz的带宽中实现高达每秒几个兆比特的传送速率，主要得益于其先进的编码技术、频分多载波并行传输技术以及高效的频谱利用。这些技术使得ADSL成为了一种高效、可靠且经济的宽带接入方式。

• 什么是EPON和GPON？

  EPON和GPON都是无源光网络（PON）技术的重要类型，它们各自具有独特的特点和优势。以下是对EPON和GPON的详细介绍：

  EPON（以太网无源光网络）

  EPON是基于以太网的PON技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。EPON系统主要由光线路终端（OLT）、光配线网络（ODN）和光网络单元（ONU）组成。

  • 优点：

    • 低成本：由于采用无源分光器和单根光纤进行传输，降低了材料和安装成本。

    • 高带宽：能够提供较高的传输速率，满足用户对高速互联网接入的需求。

    • 与以太网兼容：与现有的以太网技术兼容，易于集成和部署。

  • 应用：

    • EPON技术被广泛应用于家庭宽带接入、企业网络接入以及视频监控等领域。

    • 它特别适合于需要高带宽、低成本和灵活性的应用场景。

  GPON（吉比特无源光网络）

  GPON是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围和用户接口丰富等优点。GPON系统同样由OLT、ODN和ONT/ONU组成。

  • 特点：

    • 高带宽：下行速率高达2.5Gbps，上行速率可达1.25Gbps，能够满足用户对高速数据传输的需求。

    • 高效率：采用先进的调制编码技术和时分复用技术，提高了频谱效率和传输效率。

    • 大覆盖范围：支持长距离传输和多个用户接入，降低了网络部署的复杂性。

    • 丰富的用户接口：支持多种业务接口，如Ethernet、PSTN、ATM等，能够满足不同用户的需求。

  • 优点：

    • 全业务接入能力：能够同时承载语音、数据、视频等多种业务，提供QoS保障。

    • 强大的网络管理功能：支持OAM（操作、管理和维护）功能，便于网络监控和管理。

    • 技术成熟：经过多年的发展和完善，GPON技术已经相对成熟，具有较高的可靠性和稳定性。

  • 应用：

    • GPON技术被广泛应用于家庭宽带接入、企业网络接入、视频监控以及FTTH（光纤到户）等领域。

    • 它特别适合于需要高带宽、高质量服务和多业务接入的应用场景。

  总结

  EPON和GPON都是先进的无源光网络技术，它们各自具有独特的特点和优势。EPON以低成本和高带宽为特点，与以太网兼容性好，适用于家庭和企业网络接入等场景。而GPON则具有更高的带宽、更广泛的覆盖范围和更丰富的用户接口，能够满足用户对高速数据传输和多业务接入的需求。在选择EPON或GPON时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡和选择。