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1、第3章 物理层计算机网络案例教程课件北京大学出版社 2008年 7月2教学要求教学要求 知识要点能力要求相关知识传输介质会制作直连网线，知道直连网线与交叉网线的区别，了解同轴电缆、光缆及无线传输的特点双绞线分类、网线制作方法，同轴电缆、光缆及无线传输物理接口与协议了解DTE与DCE的概念，掌握物理接口协议的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性的内容广域网物理层，物理层接口协议物理层协议能充分理解物理层协议RS-232等标准中的物理层特性实现，知道常用的接口标准RS-232、RS-449、V.24、V.35及RJ-45标准3引例引例 作为五层模型的最底层物理层涉及通信，要在信道上传输二进制比特
2、流，必须保证一方发出二进制“1”时，另一方收到的也是“1”，而不是“0”；按照功能设计，物理层面临的问题是：(1) 多少电压值表示“1”，多少电压值表示“0”。(2) 一个比特持续多少微秒。(3) 传输是否在两个方向上同时进行。(4) 最初的连接如何建立，通信后如何终止连接。(5) 网络接插件有多少个引脚，每个引脚的用途是什么。这些问题是怎样解决的，就是这一章我们要研究解决的。4教学提示教学提示传输介质无线传输物理层接口与协议物理层相关设备举例5传输介质传输介质n物理层的目的是将二进制比特流从一台机器传输到另一台机器。有多种物理介质可用于实际传输，每一种物理介质在带宽、延迟、成本和安装维护难度
3、上都不相同。介质可以大致地分为有导线介质例如，铜线和光纤及无导线介质红外线和微波。6双绞线双绞线 n按线的制作方式分成直连线与交叉线n根据EIA/TIA568标准的规定，双绞线每条都有特定的颜色与编号。B序序12345678橙白橙白橙橙绿白绿白蓝蓝蓝白蓝白绿绿棕白棕白棕棕A序序12345678绿白绿白绿绿橙白橙白蓝蓝蓝白蓝白橙橙棕白棕白棕棕7直连线直连线 n在直连线中实际上只使用了1、2、3、6 这4根缆线来连接以太网（Ethernet）设备。但这只能是Ethernet使用的，不能用于其他的网络。集线器/交换机1236主机1236n直连线用来实现下列连接：n主机到交换机或集线器n路由器到交换机
4、或集线器8交叉线交叉线 n与直连线一样，交叉线也使用4根同样的缆线，但是要将不同的插脚引线连接起来。即将1与3、2与6连接起来。n交叉线用来实现如下连接：n交换机到交换机n集线器到集线器n主机到主机1236集线器/交换机集线器/交换机1236n集线器到交换机n路由器到主机9应用案例（一）应用案例（一）n红宇公司是一个5人左右的小公司，要组建局域网，以便资源共享。网络带宽为100M，其拓扑图如图所示。网络工作人员接受了制作网线的任务。交换机网线计算机10应用案例（二）应用案例（二）n任务单1 确定方案2 确定工具和材料3 制作网线4 测试网线的连通性11应用案例（三）应用案例（三）1.确定方案
5、因公司所需的是局域网，网络带宽为100M，因此采用5类双绞线，制成直连以太网线。2.确定工具和材料结果： 压线钳、测试仪、网线、水晶头。3制作以太网线准备工作： RJ45压线钳一把、水晶头若干、双绞线若干米、测试仪一部。12应用案例（四）应用案例（四）n制作网线： 具体方法分为“剥”、“理”、“插”、“压”四步剥线的长度为13mm15mm，不宜太长或太短13应用案例（五）应用案例（五）n制作网线： 具体方法分为“剥”、“理”、“插”、“压”四步理线的顺序：白/橙 橙 白/绿 蓝 白/蓝 绿 白/棕 棕14应用案例（六）应用案例（六）n制作网线： 具体方法分为“剥”、“理”、“插”、“压”四步
6、一定要平行插入到顶端以免触不到金属片；线的外皮必须伸入接头一小部分以增强线的强度。15应用案例（七）应用案例（七）n制作网线： 具体方法分为“剥”、“理”、“插”、“压”四步将水晶头放入压线钳，用力压紧16同轴电缆同轴电缆n50同轴电缆用于数字传输，因此，50同轴电缆又称为基带同轴电缆。根据同轴电缆中导体的直径大小分为粗缆和细缆。n75同轴电缆（如有线电视电缆）用于模拟信号的传输。这种电缆被称为宽带同轴电缆。“宽带”这个词来源于电话业，指比4kHz宽的频带。然而在计算机网络中，“宽带电缆”却指任何使用模拟信号进行传输的电缆网。17光缆光缆n光纤的结构 18光线在光纤中的折射光线在光纤中的折射
7、折射角入射角 包层（低折射率的媒体） 包层（低折射率的媒体） 纤芯（高折射率的媒体） 包层纤芯19光纤的工作原理光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射20输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与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21教学提示教学提示传输介质无线传输物理层接口与协议物理层相关设备举例223.1.4 无线传输无线传输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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 10
8、8 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱23教学提示教学提示传输介质无线传输物理层接口与协议物理层相关设备举例24物理层接口与协议物理层接口与协议n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，即： n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、固定和锁定装置等等。n电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。n功能特性 指明某条线上出现的某一
9、电平的电压表示何种意义。n规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 25DTE与与DCE接口接口nDTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。nDCE (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。n物理层接口协议实际上是DTE与DCE或其他设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。 26DTE 通过通过 DCE与通信传输线路相连与通信传输线
10、路相连 27DTE 通过通过 DCE与通信传输线路相连与通信传输线路相连 DTEDCEDCE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28(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物理层协议举例物理层协议举例 nEIA-232/V.24 的信号定义29DTE与与 DCE进行通信进行通信EIA-232/ V.24 接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/ V
11、.24 接口调制解调器网 络EIA-232/ V.24 外观30虚调制解调器与计算机相连虚调制解调器与计算机相连 插头插头插座插座计算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31其它接口标准其它接口标准 nRS-449 由 3 个标准组成。nRJ45标准nV.24接口标准 n V.35接口标准 用于物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的
12、一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。 32教学提示教学提示传输介质无线传输物理层接口与协议物理层相关设备举例33物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC） PCI总线网卡34物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC） 32bit CardBus接口网卡35物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC） USB接口网卡36物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC）
13、 RJ45端口的网卡37物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC） BNC端口的网卡 38物理层相关设备举例物理层相关设备举例n网卡（Network Interface Card，NIC）无线网卡 39物理层相关设备举例物理层相关设备举例n中继器（Repeater）中继器 40物理层相关设备举例物理层相关设备举例n集线器（HUB） 集线器 41应用案例应用案例例：通过交叉线使两台计算机互联。任务单1确定互联方案2确定网络连接图3制作交叉线4安装网卡、网卡驱动并连接两台计算机5网络协议安装配置6验证结果42应用案例应用案例1 确定互联方案
14、利用RJ-45连接器(水晶头)制作一条交叉线，把两块具有RJ-45端口的网卡分别插在两台安装了Windows 98以上操作系统的计算机扩展槽内，通过交叉线把两台主机网卡连接起来，安装驱动等软件完成互联。2确定网络连接图43应用案例应用案例2确定网络连接图44应用案例应用案例3制作交叉线(1) 使用的材料、工具包括压线钳、专用测试仪、网线、水晶头。(2) 网线一端采用T568B标准，橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕的线序按照“剥”、“理”、“插”、“压”四步连好水晶头；网线另一端采用绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕的线序(即1、3对调，2、6对调)按照“剥”、“理”、“插”、“压”四
15、步连好水晶头。(3) 通过专用测试仪测试其连通性。45应用案例应用案例4安装网卡、网卡驱动并连接两台计算机 打开主机机箱，把网卡插入扩展槽，固定好网卡装好机箱。分别在两台计算机中运行随机配送的驱动程序中的Setup.exe程序。选择安装路径为默认或指定目录。46应用案例应用案例5网络协议安装配置1) 配置IP地址 在IP地址指示位置PC1输入，PC2输入；子网掩码指示位置输入。【本地连接属性】对话框 【Internet协议属性】对话框47应用案例应用案例2) 设置网络标识 为了让对方能看到，每台计算机必须要有一个唯一的名字。工作组名必须相同，具体操作如下：右击【网上邻居】图标，在打开的【网络连
16、接】对话框中，选择【高级】选项，选择【网络标识】命令即可命名或更改计算机名和工作组名。48应用案例应用案例6验证结果 重新启动计算机，在主机中共享驱动器或目录。打开我的电脑，右击【欲共享的驱动器或目录】选项，选择【共享】选项。在另一台主机中，打开【网络邻居】图标可以得到网络上计算机的列表。双击欲访问的计算机，即可正常访问。 49本本 章章 小小 结结n本章首先由直连网线的制作方法引入，介绍了直连网线与交叉网线的区别，直连网线与交叉网线所连接的设备条件。对同轴电缆、光缆与无线传输进行了说明。n物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体的影响，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只考虑本层的协议和服务，而不考虑网络具体的传输媒体是什么。物理层的协议规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，这些特性包括机械的、电气的、功能性的、规程性的四个方面。这些特性确保物理层能通过物理信道在相邻网络之间正确地收、发比特流信息，即确保比特流能送上物理信道，并且能在另一端取到。n在广域网的物理层定义了数据终端设备(DTE)和数据电路端接设备(DCE)之间的接口规范和标准。n物理层协议都可以从机械特性、电气特性、功能特性及规程特性这四个方面来理解。
