(*长期更新)软考网络工程师学习笔记——Section 3 宽带接入技术和导引型传输媒体


一、宽带接入技术

(一)xDSL技术

1、xDSL技术的简介

xDSL技术是利用电话线中的高频信息进行传输数据,传输距离越近,其速率越高,不过缺点是高频信号损耗大,且易受噪声干扰
xDSL技术可根据其线路的对称性,分为对称和不对称两种线路。
根据不对称分为ADSL(非对称数字用户线路)和VDSL(甚高速数字用户线路),其上、下行速率受距离影响有变化,ADSL采用的复用技术是频分复用,而VDSL采用的复用技术是QAM(正交振幅键控)和DMT(离散多音频调制技术)。
根据对称分为HDSL(高数数字用户线路)和GSHDSL(对称的高比特数字用户环路),其上、下行速率受距离影响有变化,HDSL和GSHDSL采用的都是时分复用技术。

2、常见的ADSL接入方式

常见的ADSL接入方式有虚拟拨号和专线接入两种:
虚拟拨号采用PPPoE协议,拨号后由服务器检验,用户输入用户名和密码后建立一条高速的数字用户线路并分配相应的动态IP。
专线接入是在用户配置好ADSL MODEM(调制解调器)后,PC设定固定的IP地址、掩码、网关后,就可以和局端自动建立一条线路。
这里要详细说一下ADSL MODEM(调制解调器),通俗的来说它也就是所说的“猫”,它是在发送端通过调制器调制将数字信号转换为模拟信号,并在接收端通过解调器解调再将模拟信号转换为数字信号的一种装置,如下图:
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(二)HFC混合光纤——同轴电缆

HFC,即混合光纤——同轴电缆,它通常是由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成。
电缆调制解调器终端系统(CMTS)从合成器和分离器发送信号至光收发器,光收发器将该信号变为光信号在光纤干线上传输,再经光电转换节点转换为电信号,由分配器分配后由同轴电缆并经过放大器放大传输至用户端,经电缆调制解调器(Cable Modem)接口至PC。
下面是一个HFC网络结构:
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要使现有的模拟电视机能够收到数字电视信号,首先需要一个机顶盒,它用于同轴电缆和用户的电视机之间。
另外为了使用户能够通过HFC网接入互联网,以及在上行信道中传送交互数字电视所需的信息,还需要电缆调制解调器,它是有线电视网络用户端必须安装的设备,一般可以作为内置式,并安装在机顶盒内部。
其在下行方向接收来自电缆调制解调器终端系统(CMTS)发送来的64QAM(正交幅度调制)信号,解调后传送给PC的以太网接口。在上行方向把PC发送的以太帧封装在时隙中,经过QPSK(正交相移键控,也可称为4PSK)调制后,通过上行数据通路传送给CMTS。

(三)FTTx技术

1、FTTx的定义

我们常说的光纤到户,其实就是FTTH,它运用了FTTx技术,机将光纤一直铺设到用户家庭内部,只有光纤接入用户家庭后,光信号才转换为电信号,这样使用户得到最高的上网速率。
FTTx技术是Fiber To The x的缩写,即光纤线路到x(x为某处),其也称为各种光纤通讯网络的总称。
FTTx技术用于接入网络光纤化,其运用范围从区域电信机房到用户终端设备(DTE),局部设备为光线路终端(OLT),它是连接到光纤干线的终端设备,用户端设备为光网络单元(ONU)或光网络终端(ONT)。

FTTC为目前最主要的服务形式,主要是为住宅区的用户作服务,将ONU设备放置于路边机箱,利用ONU出来的同轴电缆传送CATV信号或双绞线传送电话及上网服务。FTTC的传输速率为155Mb/s。FTTC与交换局之间的接口采用ITU-T制定的接口标准V5。

2、FTTx的分类

虽然直接光纤到户方式更好,但由于一般不需要这么高的数据速率,且价格较贵,所以就有了多种的宽带光纤接入方式。
可按光纤到用户的距离可分为:
光纤到交换箱(FTTCab)、光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)和光纤到户(FTTH)等等服务形态。
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另外其中为了有效利用光纤资源,可在光纤干线和所有用户之间,铺设一段中间转换装置,即光配线网(ODN),这样就可以使数十个用户共享一根光纤线,光配线网采用波分复用,其上行和下行使用不同的波长。

3、无源光纤网络技术

无源的光配线网称为PON,即无源光纤网络技术,它指光配线网中不含有任何电子器件和电子电源,全部由光分路器等无源器件组成。一个无源光纤网络包括一个安装在中心控制站的光线路终端(OLT)和安装在用户的光网络单元(ONU),其传输距离可达20km,OLT和ONU之间包括光纤、无源分光器和无源耦合器,即通过不同的光分支器,分配给不同的光网络单元。
PON运用主要有以太网无源光网络(EPON)和吉比特无源光网络(GPON)。
EPON中,其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,与现有的以太网相比,其兼容性好、成本低,且扩展性强,管理方便。
GPON中,它采用的是通用封装方法(GEM),可承载多种业务类型。

二、导引型传输媒体

(一)双绞线

双绞线,是将两根互相绝缘的铜导线并排在一起通过绞合构成的。其线序标准有568A和568B两种,只是其线序排列不同,
568A标准线序为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕;
568B标准线序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。
而在实际应用中,大多数采用的是568B的标准,认为该标准的电磁干扰的屏蔽更好。根据568A和568B的标准,RJ-45连接头(也称为水晶头)其各触点在网络连接中,对传输信号来说它们有以下作用:根据两种标准的线序,1、2端用于发送,3、6端用于接收,4、5、7、8端是双向线。

另外交叉线是指一端采用568A标准,另一端采用568B标准的双绞线;直连线是指两端都采用568A或568B标准的双绞线。
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双绞线分为一、二、三、四、五、超五、六、超六、七、类线,它们以CATx(x代表数字)来表示,常见的双绞线有三类线、五类线、超五类线和六类线,随着数字的增加,线径越来越粗,且七技术更先进,带宽也越宽,其价格也越昂贵。

在综合布线中,性能指标有以下:
衰减量,指沿链路的信号损失度量,以db为单位,表示传送端与接收端的信号强度比率,无论哪种类别的双绞线,其衰减随着频率的升高而增大,使用更粗的导线可以降低衰减。
串扰,分为近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT),一般主要测量近端串扰。
特性阻抗,主要测量电阻以及电感阻抗和电容阻抗。
回波损耗,即测量传输线端口的反射波功率与入射波功率之比,以db为单位,它是反映信号反射性能的参数。

1、非屏蔽双绞线

非屏蔽双绞线(UTP)由八根不同的铜导线分成4对绞合在一起,成对绞合的作用是尽可能地减少电磁辐射与外部电磁干扰的影响。按其电气特征可分为三类线、四类线、五类线、超五类线、六类线,网络中常用的是五类线、超五类线、六类线,其类数的不同是根据其绞合度分的。

2、屏蔽双绞线

如果在双绞线的外面加上一层用金属丝编织而成的屏蔽层,这种双绞线称为屏蔽双绞线,即STP,它提高了双绞线抗电磁干扰的能力,且价格比UTP贵一些。屏蔽双绞线分为STP和FTP两种屏蔽方式,前者是指每条铜线都有各自屏蔽层,后者是采用整体的屏蔽方式。

屏蔽只在整个电缆有屏蔽装置,且两端接地的情况下才有作用,即要求整个系统全部都是屏蔽器件,包括电缆、插座、连接头和配线架等等,同时建筑物要有良好的地线系统。

(二)同轴电缆

同轴电缆由以里到外,中心铜线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层网状外导体屏蔽层塑料外层四层组成,电流传导与中心铜线和网状导体屏蔽层形成回路,其中心铜线和网状导体屏蔽层为同轴关系,且由于网状导体屏蔽层的作用,使同轴电缆有很好的抗干扰特性,所以被广泛用于传输较高速率的数据。

另外从用途上,同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆,也称为网络同轴电缆和视频同轴电缆。

(三)光纤

1、光纤的定义

光导纤维,简称光纤,其介质为玻璃纤维或透明塑料外包一层比玻璃折射率低的材料,接入光纤的光波在两种材料上形成全反射,然后不断地传播下去,也就是利用光导纤维来传递光脉冲来进行传输。
光波在光纤中的传播模式与芯线和包层的相对折射率、芯线的直径以及工作波长有关,
有光脉冲时相当于1,没有则相当于0,由于可见光的频率很高,所以其传输带宽大于目前所有悄然各种传输媒体的带宽。
光纤通信中,发送端采用发光二极管或半导体激光器作为光源,在电脉冲的作用下产生光脉冲,接收端利用光电二极管做成光检测器,使其检测到光脉冲时还原出电脉冲。

2、光纤的分类

光纤可分为单模光纤和多模光纤,若光纤的直径小到光波波长时,光纤就像一根波导一样,一直向前传播下去,这种光纤称为单模光纤;而当光纤中存在多条不同角度入射的光线传输时,这种光纤称为多模光纤,每种光线有不同的传播模式,其波长不同或反射路径不同等等。
单模光纤和多模光纤对比来说,单模的纤芯很细,其制造成本较高,同时单模光纤的光源要用昂贵的半导体激光器,但其传输衰耗较小;单模的光源波长比多模大些,但纤芯与包层直径较多模小。
另外在传输速率为1000Mbps时,通常多模的传输距离只有500m左右,而单模的传输距离为500m到几十千米。
光纤布线系统测试指标包括最大衰减限值、波长窗口参数和回波损耗限值。

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