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1、现场总线技术物理层与链路层协议物理层与链路层协议OSI参考模型示意图参考模型示意图分组帧位流TPDUSPDUPPDUAPDU应用协议表示协议会话协议传输协议网络协议数据链路协议物理协议端到端端到端点到点点到点一、物理层协议概述一、物理层协议概述l用于物理层的协议也常称为物理层用于物理层的协议也常称为物理层规程规程(procedure)。l可可以以将将物物理理层层的的主主要要任任务务描描述述为为确确定定与与传传输媒体的接口的一些特性，即：输媒体的接口的一些特性，即：l（1）机械特性。）机械特性。l（2）电气特性。）电气特性。l（3）功能特性。）功能特性。l（4）规程特性。）规程特性。l在物理连接
2、上的传输方式一般都是在物理连接上的传输方式一般都是串行传输串行传输，即一个比特一个比特地按，即一个比特一个比特地按照时间顺序传输。但是，有时也可以采照时间顺序传输。但是，有时也可以采用多个比特的用多个比特的并行传输并行传输方式。方式。物理层下面的传输媒体l传传输输媒媒体体也也称称为为传传输输介介质质或或传传输输媒媒介介，它它就就是是数数据据传传输输系系统统中中在在发发送送器器和和接接收收器器之之间间的的物理通路物理通路。l传传输输媒媒体体可可分分为为两两大大类类，即即导导向向传传输输媒媒体体和和非导向传输媒体。非导向传输媒体。l导向传输媒体导向传输媒体1双绞线双绞线l把两根互相绝缘的铜导线并排
3、放在一把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法起，然后用规则的方法绞合绞合(twist)起来起来就构成了双绞线。就构成了双绞线。l从用户电话机到交换机的这段线称为从用户电话机到交换机的这段线称为用户线用户线或或用户环路用户环路(subscriber loop)。双绞线双绞线2同轴电缆同轴电缆l同同轴轴电电缆缆由由内内导导体体铜铜质质芯芯线线(单单股股实实心心线线或或多多股股绞绞合合线线)、绝绝缘缘层层、网网状状编编织织的的外外导导体体屏屏蔽蔽层层(也也可可以以是是单单股股的的)以以及及保护塑料外层所组成。保护塑料外层所组成。l通通常常按按特特性性阻阻抗抗数数值值的的不不同同，将将同
4、同轴轴电电缆分为两类：缆分为两类：l（1）50 同轴电缆同轴电缆l50 同轴电缆又称为同轴电缆又称为基带同轴电缆基带同轴电缆。l在传输基带数字信号时，可以有多种不在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编码方法。下图画的是未经编码的原同的编码方法。下图画的是未经编码的原基带数字信号和在计算机网络中常用的两基带数字信号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：种编码方法，即：曼彻斯特曼彻斯特(Manchester)编编码码和和差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码。l（2）75 同轴电缆同轴电缆l75 同同轴轴电电缆缆又又称称为为宽宽带带同同轴轴电电缆缆。 在在计计算算机机通通信信中中，“宽宽带带系系统统
5、”是是指指采采用用了了频频分分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。l双双电电缆缆系系统统的的示示意意图图如如图图3-9(a)所所示示。头头端端(headend)的的作作用用是是将将各各计计算算机机从从发发送送电电缆缆发发过过来来的的信信息息转转换换到到接接收收电电缆缆，使使得得各各计计算算机机能能从从接接收收电电缆缆上上收收到到发发送送给给它它们们的的信信息息。l图图3-9(b)为为单电缆系统单电缆系统。3光缆光缆l光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细
6、，其直径只有柱体。纤芯很细，其直径只有8 100 m。正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角于入射角(如图如图3-10所示所示)。l下图画出了光波在纤芯中传播的示意图。l只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。角大于某一个临界角度，就可产生全反射。因此，可以存在许多条不同角度入射的光线因此，可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这
7、种光纤就称为在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光多模光纤纤(如图如图3-12(a)所示所示)。若光纤的直径减小到只。若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤就称为反射。这样的光纤就称为单模光纤单模光纤(图图3-12(b)。l光光纤纤不不仅仅具具有有通通信信容容量量非非常常大大的的优优点点，而且还具有其他的一些特点：而且还具有其他的一些特点：l（1）传传输输损损耗耗小小，中中继继距距离离长长，对对远距离传输特别经济。远距离传输特别经济。l（2）
8、抗抗雷雷电电和和电电磁磁干干扰扰性性能能好好。这这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。l（3）无无串串音音干干扰扰，保保密密性性好好，也也不不易被窃听或截取数据。易被窃听或截取数据。l（4）体积小，重量轻。）体积小，重量轻。l当当采采用用光光纤纤连连网网时时，常常常常将将一一段段段段点点到到点点的的链链路路串串接接起起来来构构成成一一个个环环路路，通通过过T形接头连接到计算机。形接头连接到计算机。lT形形接接头头有有两两种种：无无源源的的和和有有源源的的。无无源源的的T形形接接头头由由于于完完全全是是无无源源的的，因因此非常可靠。此非常可靠。l有有源源的的T
9、形形接接头头实实际际上上就就是是一一个个有有源源转发器转发器(如图如图3-14所示所示)。l 非导向传输媒体非导向传输媒体1无线传输无线传输2地面微波接力通信地面微波接力通信l其其主主要要特特点点是是：微微波波波波段段频频率率很很高高，其其频频段段范范围围也也很很宽宽，因因此此其其通通信信信信道道的的容容量量很很大大；因因为为工工业业干干扰扰和和天天电电干干扰扰的的主主要要频频谱谱成成分分比比微微波波频频率率低低得得多多，对对微微波波通通信信的的危危害害比比对对短短波波和和米米波波通通信信小小得得多多，因因而而微微波波传传输输质质量量较较高高；与与相相同同容容量量和和长长度度的的电电缆缆载载波
10、波通通信信比比较较，微波接力通信建设投资少，见效快。微波接力通信建设投资少，见效快。l微波接力通信缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差； 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。3卫星通信卫星通信l卫星通信的最大特点是通信距离远，卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。且通信费用与通信距离无关。l卫星通信的另一特点就是具有卫星通信的另一特点就是具有较大的较大的传播时延传播时延。二、数据链路层协议二、数据
11、链路层协议l链路链路(link)就是一条无源的点到点的物理线路就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。段，中间没有任何其他的交换结点。l数据链路数据链路(data link)则是另一个概念。这是因则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要通须有一条物理线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据的传输信协议来控制这些数据的传输(这将在后面讨这将在后面讨论论)。l也有人采用另外的术语。这就是将链路分为也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所物理链
12、路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。是物理链路加上必要的通信协议。1. 数据链路层需要解决的问题数据链路层需要解决的问题1）为网络层提供的服务）为网络层提供的服务2）成帧）成帧3）差错控制）差错控制4）流量控制）流量控制如何在有差错的线路上，进行无差错传输。数据链路层协议数据链路层协议1）为网络层提供的服务）为网络层提供的服务l将源端网络层的数据传输给宿端网络层。将源端网络层的数据传输给宿端网络层。比比特特流流保证数据流的顺序保证数据流的顺序源源宿宿2）成帧（）成帧（Framing）l为了
13、给网络层提供服务，需要使用物理层提为了给网络层提供服务，需要使用物理层提供的服务（比特流的透明传输）供的服务（比特流的透明传输）l使用物理层服务的方法：使用物理层服务的方法：把比特流分成离散的帧把比特流分成离散的帧通过帧的校验和检错，采取相应措施通过帧的校验和检错，采取相应措施l成帧的方法成帧的方法标识帧的首尾标识帧的首尾字符流举例字符流举例帧头：说明帧的字符数帧头：说明帧的字符数控制字符传输错误控制字符传输错误出现差错带来的问题出现差错带来的问题 无法确定下一帧的帧头位置无法确定下一帧的帧头位置 无法确定重传帧的帧头位置无法确定重传帧的帧头位置位填充的首尾标识法举例位填充的首尾标识法举例帧首
14、帧首011111100111110110111110001111110帧尾帧尾数据数据带填充位的首尾标志法（面向位）带填充位的首尾标志法（面向位） ：HDLC填充位填充位 数据链路层协议的基本功能数据链路层协议的基本功能比比特特流流发送方发送方A接收方接收方Bfrom_network_layerfrom_physical_layerto_network_layerto_physical_layerframe物理传输通道物理传输通道packet arrivalframe arrival帧的一般格式帧的一般格式帧头帧头来自发送方网络层来自发送方网络层from_network_layer帧帧frame: s区分数据帧区分数据帧/控制帧控制帧分组分组packet
