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1、第4章 物理层接口及其协议 1 主要内容 4.1 物理层的定义和功能 4.2 物理层的特性 4.3 典型的物理层标准接口 4.4 传输介质 4.5 其它网络传输技术 2 4.1 物理层的定义和功能 物理层的定义 -ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机械 的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、 维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理 连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内 的传输也是在物理层的。 物理层的功能 -在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。 研究内容 -物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以 及维护管理。 3 4.1 物理层的定义和功能 几点说明 -连接
2、方式（点到点，点到多点） -通信方式（单工，半双工，全双工） -位传输方式（串行，并行） 物理层的四个重要特性 -机械特性 (mechanical characteristics) -电气特性 (electrical characteristics) -功能特性 (functional characteristics) -规程特性 (procedural characteristics) 4 4.2 物理层的特性 机械特性 -主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规 定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列 情况。 -常用的标准接口 ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232- C
3、，EIA RS-366-A ISO 2593，34芯连接器，V.35宽带 MODEM ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS -449 ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21 、X.22 5 4.2 物理层的特性 电气特性 -规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低 、阻抗匹配、传输速率和距离限制。 6 4.2 物理层的特性 功能特性 -主要定义各条物理线路的功能。 -线路的功能分为四大类： 数据 控制 定时 地 规程特性 -主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系 。 7 DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端 设备，是具有一定的数据处
4、理能力和发送、接收 数据能力的设备。 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据电 路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和 编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接 。 DTE/DCE 概念 8 DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTE DCEDCE 串行比特传输 信号线与控制线用户环境 通信环境 用户设施 通信设施 DTE 信号线与控制线 用户设施 用户环境 9 4.3 典型的物理层标准接口 4.3.1 EIA RS-232-C 1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年 提出RS-232-A，1
5、965年提出RS-232-B，1969年提出 RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。 机械特性 -25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 电气特性 -采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”，高于 +4V为 “0”，最大 20Kbps，最长15m。 10 4.3 典型的物理层标准接口 -非平衡传输（unbalanced transmission）： 所有电路共享一个公用的地线。 -平衡传输（balanced transmission）：每个主 要电路需要两根线，没有公用的地线。 功能特性 -定义了21条线，许多子集，基本与CCITT V.24 兼容 规程特性 -对不同的功能子集，
6、有不同的规程。 - RS-232-C 有14中不同的接口类型，适合于单 工，半双工，全双工，同步，异步 11 4.3 典型的物理层标准接口 RS-232-C的不足与改进 -不足 传输性能低，距离短，速率低。 -改进 重新设计，X.21； 以RS-232-C为基础改进，1977年提出 RS-449 12 (1) 保护地 (2) 发送数据 (3) 接收数据 (4) 请求发送 (5) 允许发送 (6) DCE 就绪 (7) 信号地 (8) 载波检测 (20) DTE 就绪 (22) 振铃指示 DTEDCE 计算机 或 终端 调制解调器 13 利用虚调制解调器 与两台计算机相连 插头插头插座插座 计算
7、机虚调制解调器计算机 （1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示 （1）保护地 （2）发送 （3）接收 （4）请求发送 （5）允许发送 （6）DCE 就绪 （7）信号地 （8）载波检测 （20）DTE 就绪 （22）振铃指示 14 RS232接头 15 4.3 典型的物理层标准接口 4.3.2 EIA RS-449/422-A/423-A EIA RS-449 是为替代RS-232-C而提出的物理层标准 接口。实际上是一体化的三个标准。 主要改进 -改善了性能，加长了接口电缆距离
8、，加大了数 据传输率； -增加了新的接口功能，例如，回送检查； -解决了机械接口问题。 机械特性 -37芯或9芯连接器。 16 4.3 典型的物理层标准接口 电气特性 -与RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性 RS -423-A，20Kbps以下 -其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A ， 20Kbps 2Mbps 功能特性 -定义了30条功能线。 规程特性 -基本上以RS-232-C为基础。 17 4.3 典型的物理层标准接口 4.3.3 CCITT X.21 X.21：在公共数据网PDN中进行同步操作的 DTE/DCE之间的通用接口。 机械特性 -15针连接器，ISO 49
9、03。 18 4.3 典型的物理层标准接口 电气特性 -采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性。 -传输速率：600，2400，4800，9600， 48000bps -DTE使用非平衡型电气特性和平衡型电气特性 ；DCE使用平衡型电气特性 功能特性 -定义了8条功能线。 规程特性 -分成四个工作阶段: 空闲，呼叫控制，数据传 送，清除 19 4.4 传输介质 磁介质 -磁带，软盘，硬盘 -“Never underestimate the bandwidth of a station wagon full of tapes hurtling down the highway.” 双绞线 -既可用
10、于模拟传输，也可用于数据传输； -带宽依赖于线的类型和传输距离； -3类线，5类线，增强型5类线、6类线、7类线 -非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair），屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair） 20 带有RJ45接头的双绞线 21 具有以太网卡的计算机背面 22 一个10/100M双绞线以太网接口，指示灯的状态显示接口 连接在一个10M以太网上 23 4.4 传输介质 基带同轴电缆 -50欧姆，用于数据传输； 宽带同轴电缆 -75欧姆，用于模拟传输， -Cable TV技术，300MHz或450MHz 24 4.4 传输介质 光纤 -目前
11、，在实验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纤 传输已经实用； -光纤分类：单模光纤和多模光纤 光源发出的光进入光纤后，入射角度小 的光被反射，并沿着光纤传播，其他光被周围 介质吸收，能够反射的角度有多个，这种形式 的传播称为多模。多模光纤适于短距离传输。 25 输入脉冲 输出脉冲单模光纤 多模光纤与单模光纤 输入脉冲 输出脉冲 多模光纤 26 4.4 传输介质 当光纤半径减小到波长的数量级时，只 有一个角度（或者一个模式）的光线可以进入 ，这种形式的传播称为单模。单模光线适于长 距离传输。 单模和多模都支持同时传输几个不同波 长的
12、光线，支持波分复用。 27 4.4 传输介质 -常用的三个波长窗口（光纤波段） 850 nm：衰减（attenuation)大，传输 速率和距离受限制，但价格便宜； 1310 nm：衰减小，无色散（ dispersion）补偿、功率放大情况下，最大传 40km（最坏情况） 1550 nm：衰减小，无色散补偿、功率 放大情况下，最大传80km（最坏情况） -光缆 28 29 4.4 传输介质 -光网络 组网方式 Y点到点：四根线（两根用于保护倒换） Y环：两根线（一根用于保护倒换） 中继器：光 电 光，全光 全光网，光因特网论坛 OIF 30 31 Caption: Optical fiber
13、cables connected to an ATM switch. 32 接入ATM网络接口的光纤 33 光纤和连接器，黑色套子在连接器不用的时候保护连接器 34 无线传输介质（Wireless Transmission） 电磁频谱 无线电传输 微波传输 红外线和毫米波 光波传输(激光) 4.4 传输介质 35 4.4 传输介质 无线电微波红外线 可见光紫外线 X射线 射线 双绞线 同轴电缆 卫星 地面微波 调幅 无线电 调频 无线电 海事 无线电 光纤 电视 (Hz)f (Hz)f LFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF 波段 104 105 106 107 108 109 101
14、0 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动 无线电 36 4.5 其它网络传输技术 4.5.1 电话系统（PSTN） 1876，Alexander Graham Bell 37 4.5 其它网络传输技术 电话系统的基本构成： -本地回路（双绞线，模拟信号传输） -干线（光纤或微波，数字信号传输） -交换局（端局、长途局） 38 4.5 其它网络传输技术 利用Modem拨号通信 39 4.5 其它网络传输技术 ADSL Bandwidth versus
15、 distanced over category 3 UTP for DSL 40 4.5 其它网络传输技术 ADSL Operation of ADSL using discrete multitone modulation 41 ATU-C ATU-C ATU-R ATU-C 用户线 电话 分路器 区域宽带网 至 ISP 居民家庭 基于 ADSL 的接入网 端局或远端站 DSLAM至本地电话局 PS PS 数字用户线接入复用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer) 接入端接单元 ATU (Access Termination Unit) ATU-C（C 代表端局 C
16、entral Office） ATU-R（R 代表远端 Remote） 电话分路器 PS (POTS Splitter) 42 4.5 其它网络传输技术 4.5.3 SONET/SDH 标准 -1985年，Bellcore提出SONET（ Synchronous Optical NETwork）标准。 -1989年，CCITT提出SDH（Synchronous Digital Hierarchy）标准，与 SONET 有微小差 别。 -SONET主要用于北美和日本，SDH主要用于 欧洲和中国。 43 4.5 其它网络传输技术 4.5.3 SONET/SDH 同步数字系列SDH出现以前 ,沿用的数字传
