带你轻松读懂物理层与数据通信系统

一图看懂数据通信系统的模型：

数据通信系统的模型

传输系统可以是简单的传输线，也可以是复杂的网络系统。

问：根据上图，数据是怎么传输的？

答：先把消息转换成数据，再把数据转换成数字比特流，通过数字比特流和信号来进行传输。传输是靠物理层来实现的。

问：什么是消息？

答：如话音、文字、图像、视频等都是消息。通信的目的是传送消息(message)。

问：什么是数据(data)？

答：数据通常是有意义的符号序列，是运送消息的实体，可用计算机处理或产生。

问：什么是信号？

答：是数据的电气或电磁的表现。

问：信号有哪些类型？

答：根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，可分为：模拟信号和数字信号。

问：什么是模拟信号？

答：模拟信号或连续信号，代表消息的参数的取值是连续的。上图中，用户家中的调制解调器到电话端局之间的用户线上传送的就是模拟信号。

问：什么是数字信号？

答：数字信号或离散信号，代表消息的参数的取值是离散的。上图中，用户家中的PC到调制解调器之间，或在电话网中继线上传送的就是数字信号。

问：什么是用户线和中继线？

答：一图看懂，如下图：

问：上文开头讲到的物理层，它的存在主要是解决什么问题？

答：物理层的意义：在传输媒体上传输数据比特流。

问：怎样才能在传输媒体上传输数据比特流？

答：需要解决两个任务：

一、确定与传输媒体的接口有关的一些特性；

二、转换传输方式。

问：传输媒体有哪些？

答：主要分有线和无线。有线的如架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆；无线的指各种波段的无线信道。

问：与传输媒体的接口有关的特性有哪些？

答：有四个特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。

问：机械特性指的是什么？

答：严格的标准化的规定，指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置，等等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。

问：电气特性指的是什么？

答：电压的范围，指明在接口电缆的各条线路上出现的电压范围。

问：功能特性指的是什么？

答：电压表示何种意义，指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

问：过程特性指的是什么？

答：事件的出现顺序，指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

问：数据的传输方式有哪些？

答：并行传输和串行传输。数据在计算机中多采用并行传输方式，但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输（这是出于经济上的考虑），即逐个比特按照时间顺序传输。

问：物理层的协议有哪些？

答：用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。其实物理层规程就是物理层协议。具体的物理层协议种类较多。这是因为物理连接的方式很多，而传输媒体的种类也非常之多。

问：物理连接方式有哪些？

答：点对点、多点连接、广播连接。

问：什么是宽带？

答：指的是传输速率大，目前“宽带”尚无统一的定义。有人认为只要接入到因特网的速率远大于56kb/s就是宽带。美国联邦通信委员会FCC认为只要双向速率之和超过200kb/s就是宽带。也有人认为数据率要达到1Mb/s以上才能算是宽带。

问：宽带接入媒体有哪些？

答：宽带接入的媒体主要分为两大类：有线宽带和无线宽带。

问：什么是宽带接入技术？

答：用户要连接到因特网，必须先连接到某个 ISP ，以便获得上网所需的 IP 地址。宽带接入技术就是实现连接到因特网的技术。

问：在早期，用户是通过什么接入 ISP 的？

答：在因特网的发展初期，用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP的，经过多年的努力，从电话的用户线接入到因特网的速率最高只能达到56kb/s。

问：宽带接入技术有哪些？

答：ADSL技术、HFC网、FTTx技术。

问：什么是ADSL技术？

答：非对称数字用户线ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

问：为什么叫非对称？

答：由于用户在上网时主要是从因特网下载各种文档，而向因特网发送的信息量一般都不太大，因此ADSL的下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。“非对称”这个名词就是这样得出的。

问：基于 ADSL 的接入网的组成？

答：如图

基于 ADSL 的接入网的组成

ATU：ADSL调制解调器又称为接入端接单元 ATU（Access Termination Unit）。

ATU-C：C代表端局（Central office）。

ATU-R：R代表远端（Remote）。

DSLAM：DSL Access Multiplexer，数字用户线接入复用器 。

电话分离器：电话分离器是无源的，它利用低通滤波器将电话信号与数字信号分开。

ADSL调制解调器，ATU-R：

ADSL调制解调器

电话分离器，有三个RJ-11插口：

电话分离器

问：ADSL的优势和劣势？

答：优势，ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线，不需要重新布线。劣势，虽然ADSL很受居民用户欢迎，但ADSL并不适合于企业。这是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。

问：什么是 HFC 网？

答：光纤同轴混合网（HFC网, HFC是Hybrid Fiber Coax的缩写）是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网，除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

问：HFC 的特点

答：为了提高传输的可靠性和电视信号的质量，HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤（图2-23）。光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)。在光纤结点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。

问：什么是 FTTx 技术？

答：光纤到户 FTTH（Fiber To The Home），就是把光纤一直铺设到用户家庭。只有在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号。这样做就可以使用户获得最高的上网速率。FTTx，表示Fiber To The…。这里字母x可代表不同的光纤接入地点。实际上，FTTx就是把光电转换的地方，从用户家中（这时x就是H），向外延伸到离用户家门口有一定距离的地方。

问：FTTx 都有哪些类型？

答：FTTC、FTTZ、FTTB、FTTF、FTTO、FTTD…… FTTC（光纤到路边，C表示Curb）、FTTZ（光纤到小区，Z表示Zone）、FTTB（光纤到大楼，B表示Building）、FTTF（光纤到楼层，F表示Floor）、FTTO（光纤到办公室，O表示Office）、FTTD（光纤到桌面，D表示Desk），等等。