计算机网络 | 物理层下 传输媒介、信道复用技术，带宽接入技术

3. 物理层下面的传输媒介

传输媒介是发送器和接收器之间的物理通路

可以分为引导型传输媒介，非导引型传输媒介

3.1 导引型传输媒介

啥叫引导型

就是电磁波被引导着在固体传播

可以理解为我们常常称作的有线传输

常见的有

1 双绞线

将铜导线相互绞合，减少电磁干扰

又可以分为

• 屏蔽双绞线

• 无屏蔽双绞线

之前常常用作电话线，目前也用于一些计算机网络数据传输

2 同轴电缆

由最内层铜导体+绝缘层+屏蔽层组成

他的减少电磁干扰方式和双绞线不同是通过外层保护实现的

局域网初期使用，目前都用双绞线替代了，有看到的是有限电视网居民小区中

3 光缆

内部由光纤组成

由于光频率非常高，所以带宽很高，传播速率也块

​ 不同入射角 不同的模式，

​ 多模光纤 多条光线，多个入射角

​ 单模光纤 单条光线，只有一个入射角

单模光纤比多模光纤带宽高，速率也高

目前光纤越来越便宜，用到的也越来越多

3.2 非导引型传输媒介

可以理解为无线

1 无线电微波通信

​ 频率范围300MHz到300GHz

​ 直线传播，所以传播距离有限，一般只有50Km，如果使用100m高的天线塔，则传播距离可以增大到100km

​ 应用比较广，实际中，往往需要微波接力，即涉及多个中继站，一点一点将信号传输过去

2 短波通信

​ 主要靠电离层的反射，但电离层反射不稳定，以及多径效应，使得短波通信质量较差

3 卫星通信

​ 卫星通信频带宽，容量大，但是传播时延较大

无线局域网使用的ISM频段

4 信道复用技术

我们可以想象，如果信道只能一人占有，那么我们每个人通信前都需要建立一个独有信道，该多么麻烦，可能建立起来黄花菜也凉了，所以信道服用技术非常关键

信道复用

用于将多个信号或数据流合并到一个共享传输介质上，以便通过同一通信通道传输它们。复用技术允许多个信号共享有限的通信资源，从而提高了通信系统的效率和资源利用率

复用方式有以下三种

1. 频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）：

   • 原理：在FDM中，不同信号或数据流通过在不同的频率带宽范围内传输来进行复用。
   • 实现方式：每个信号分配一个特定的频率范围，因此它们可以在同一传输介质上并行传输。
   • 应用：电视广播和有线电视系统是FDM的常见示例，其中不同频道在不同频率上传输。

   对于光而言，实际上叫做波分复用

2. 时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）：

   • 原理：TDM将不同信号或数据流分配到不同的时间段上进行复用。

• 实现方式：在每个时间段内，只有一个信号进行传输。

  • 应用：音频电话网络中的TDM是一个典型的应用，其中每个电话通话被分配到独立的时间槽。

  以上两种方式，比较成熟应用较多

  我们发现，如果对于频分复用而言，越多用户，每个用户分到的带宽就越少，而对于时分复用，越多用户不会影响他的带宽

3. 码分复用（Code Division Multiplexing，CDM或者CDMA）：

   • 原理：CDM使用不同的编码序列对信号进行复用，使它们能够在同一时间和频率上传输。
   • 实现方式：每一个接收方被指派一个m个bit的序列，根据正交等运算实现，比较抽象，看下面的例子
   • 应用：CDMA（Code Division Multiple Access）手机通信就是一个使用CDM的例子。

   例：

   假设S站向T站发送信号

   S站的分配到的序列（0，0,0,1，1,0,1,1）》转换为 （-1，-1，-1,1，，1，-1,1,1）

   T站如何知道S站是否有发送信息给自己

   可以将收到的总信号（是很多发送方的叠加）点乘S站的序列号即可以得到

   

5 数字传输系统

5.1 旧的数字系统

最早 频分复用FDM

较早前 时分复用PCM ，PDH（异步时分复用）准同步数字序列

缺点

​ 速率不统一，不是同步传输

5.2 新数字系统

​ 基于光缆的同步数字序列SDH（同步时分复用），和WDM，波分复用

6 带宽接入技术

用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP（互联网服务提供商），以便获得上网所需要的IP

最开始的时候，通过使用电话的用户线通过调制解调连接到ISP的，为了提高上网速率，提出了多种带宽接入技术

大体分为两类，无线接入和有线接入

这里重点讲有线接入

6.1 DSL（数字用户线）

有线宽带接入技术

DSL利用标准的电话线路来传输数字数据，同时允许用户在不影响电话通信的情况下同时使用互联网

分为多种类型：DSL有多个变种，包括以下几种：

• ADSL（Asymmetric DSL）：ADSL提供不对称的上行和下行速度（上行指用户到ISP，下行指ISP到用户，下行更快），通常下载速度较快，适用于普通家庭用户。ADSL的传输距离取决于数据率和用户线路径

  对于ADSL的调制解调，我国采用离散多音调DMT技术

  ​ DMT技术

  频分复用，上行信道少，下行信道多

  最高传输速率取决于信噪比，传输距离

  对于ADSL接入

  关键设备是ADSL猫

  

• SDSL（Symmetric DSL）：SDSL提供对称的上行和下行速度，适用于需要对等上传和下载速度的业务用户，如一些企业

• VDSL（Very High Bitrate DSL）：VDSL提供更高的传输速度，适用于需要更高带宽的用途，如高清视频流和在线游戏。

6.2HFC 光纤同轴混合网

HFC是在有线电视网基础上开发的一种居民接入技术

它结合了光纤和同轴电缆两种不同的传输媒介。

频分复用，双向传输

6.2.1 接入

每个家庭要安装一个用户接口盒UIB

UIB提供三种连接，分别用于不同的应用场合

1 同轴电缆连接到机顶盒（因为要使得模拟电视机接收数字信号，所以用机顶盒），然后再连接到用户电视机

2 使用双绞线连接到用户的电话机

3 使用电缆调制解调器（一般在机顶盒内部集成）连接到用户的计算机

6.3 FTTx技术

FTTx是一种广泛用于提供高速互联网连接的技术，它利用光纤到户

“x” 代表不同的变种，包括FTTH（光纤到家）、FTTC（光纤到路边）和FTTB（光纤到大楼）。

对于普通居民而言，就是FTTH啦

FTTH是一种光纤接入技术，其中光纤被延伸到用户家庭的终端。这意味着数据通过光纤传输到用户家庭内部，提供了高速、稳定的互联网连接。FTTH通常提供对称的上行和下行速度，适用于需要大带宽的应用，如高清视频流、在线游戏和远程工作。

而我们知道，一个用户无法用完一条光纤的资源，所以设置了光配线网（ODN）目前常常使用的是下图的无源光配线网络PON，使得数十个家庭用户能够共享一个干线

其中注意一点，无源是指PON不用电源

无源光网络PON

观察上图可知

PON组成

1 局端 中心控制站

2 用户端 光网络单元ONU（又叫做光猫）

3 光配线网

而AON是有源，维护难度大

PON接入

光猫

家庭主流接入方式

可以看到从ONU出来后

有线部分可以接计算机

无线部分可以连手机WIFI之类的