第2章 物理层.ppt
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1、第2章,物理层,返回,2.1 物理层的基本概念2.2 物理层下面的传输媒体2.3 物理层的设备与冲突域2.4 数据通信的基础知识,本章内容,2.1 物理层的基本概念,返回,2.1.1 什么是物理层?2.1.2 物理层的基本功能2.1.3 物理层的主要任务,2.1 物理层的基本概念,返回,2.1.1 什么是物理层?,物理层位于OSI参考模型的最底层,它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即通信通道);物理层的传输单位为比特(bit),实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体;但是,物理层不是指具体的物理设备,也不是指信号传输的物理媒体,而是指在物理媒体之上为上一层(数据链路层)提供一个传输原始
2、比特流的物理连接。,数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,?,计算机1,计算机2,计算机1向计算机2发送数据的过程(1),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部,成为应用层 PDU,计算机1向计算机2发送数据的过程(2),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部,成为运输层报文,计算机1向计算机2发送数据的过程(3),
3、5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层报文再传送到网络层加上网络层首部,成为 IP 数据报(或分组),计算机1向计算机2发送数据的过程(4),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部,成为数据链路层帧,计算机1向计算机2发送数据的过程(5),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层帧再传送到物理层,物理层把比特流传送到物理媒体,计算机1向计算机2发送数据的过程(6),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计
4、算机 1,AP2,AP1,计算机 2,上述过程被称作“封装”,计算机1向计算机2发送数据的过程(6),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP2,AP1,电信号(或光信号)在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机 2,计算机1向计算机2发送数据的过程(7),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层接收到比特流,上交给数据链路层,计算机1向计算机2发送数据的过程(8),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机1,AP2,AP1,计算机2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分,上交给网络层,计算机
5、1向计算机2发送数据的过程(9),2.1.2 物理层的基本功能,物理层的基本功能,为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成。将数据以比特流的方式传送出去。,物理层考虑的是如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。,物理层的基本功能,A,B,如何把比特流从A传到B ?,2.1.3 物理层的主要任务,2.1.3 物理层的主要任务,确定与传输媒体的接口的一些特性,主要包括以下几方面内容: (1)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。这很像平时常见的各种规格的电源插头的尺寸都有严格的规定。,2.1.3 物理层
6、的主要任务,(1)机械特性:,2.1.3 物理层的主要任务,(2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 (3)功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 (4)规程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,2.2 物理层下面的传输媒体,返回,2.2.1 双绞线2.2.2 光缆2.2.3 同轴电缆2.2.4 无线传输介质,返回,2.2.1,2.2.1 双绞线,双绞线,返回,2.2.1.1 双绞线的结构2.2.1.2 为什么要绞绕?2.2.1.3 双绞线的分类2.2.1.4 双绞线的使用2.2.1.5 双绞线的传输距离2.2.1.6 双绞线的制作和测试,2.2
7、.1 双绞线,目录,2.2.1.1,2.2.1 双绞线,双绞线的结构,2.2.1.1 双绞线的结构 (1),2.2.1.1 双绞线的结构 (2),2.2.1.1 双绞线的结构 (3),绝缘外皮,绝缘外皮,2.2.1.1 双绞线的结构 (4),8根相互绝缘的铜导线 8种颜色:橙白、橙、绿白、绿、蓝白、蓝、棕白、棕,2.2.1.1 双绞线的结构 (5),两两绞绕,返回,2.2.1.2,2.2.1 双绞线,为什么要双绞?,2.2.1.2 为什么要双绞? (1),导线,导线,干扰,电流传输,电流传输,两根平行导线传输电流时,相互之间产生的干扰会影响传输质量。,2.2.1.2 为什么要双绞? (2),把
8、两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可以降低信号干扰的程度。,把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可以降低信号干扰的程度;每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。一般绞的越密,其抗干扰能力就越强。,2.2.1.2 为什么要双绞?(3),总结:,返回,2.2.1.3 双绞线的分类,返回,(1) 按双绞线的结构划分(2) 按双绞线的电气性能分类,2.2.1.3 双绞线的分类(1),不同的双绞线具有不同的性能,用在不同的场合,2.2.1.3 双绞线的分类(1),(1) 按双绞线的结构划分,屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线(Unshiel
9、ded Twisted Pair,UTP),2.2.1.3 双绞线的分类(2),屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair,STP),电缆的外层由铝铂包裹,以减小辐射,2.2.1.3 双绞线的分类(3),屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属层蔽层。屏蔽层可减少辐射,可阻止外部电磁干扰的进入。屏蔽双绞线电缆具有比较强的抗外界电磁干扰的能力,一般用于电磁干扰比较厉害的地点。,2.2.1.3 双绞线的分类(4),屏蔽双绞线 STP,非屏蔽双绞线电缆的双绞线与外层绝缘封套之间没有金属层蔽层,因而非屏蔽双绞线在线径上要明显比屏蔽双绞线细。,2.2.1.3 双绞线的分类(5),非屏蔽
10、双绞线 UTP,2.2.1.3 双绞线的分类(6),(2)按双绞线的电气性能分类,1/2/3/4/5/6/7,衰减 衰减是沿链路的信号损失度量。衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加。衰减和信号频率也有关系。,2.2.1.3 双绞线的分类(7),电气性能?,2.2.1.3 双绞线的分类(8),1类线 7类线,1类线:主要用于传输语音(一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆),不用于数据传输。2类线:传输频率为1MHz,用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输。3类线:该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输。,2.2.1.3
11、双绞线的分类(9),1类线 7类线,4类线:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。5类线:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输。,2.2.1.3 双绞线的分类(10),1类线 7类线,超五类线:是用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆,传输频率也为100 MHz,传输速度也可达到100 Mbps。与五类线缆相比,超五类在近端串扰、串扰总和、衰减和信噪比4个主要指标上都有较大的改进。,2.2.1.3 双绞线的分类(11),1类线 7类线,6类线:主要应用于百兆位快速
12、以太网和千兆位以太网中。因为它的传输频率可达200250 MHz,是超五类线带宽的2倍,最大速度可达到1000 Mbps,能满足千兆位以太网需求。,2.2.1.3 双绞线的分类(12),1类线 7类线,7类线:是ISO 7类/F级标准中最新的一种双绞线,它主要为了适应万兆位以太网技术的应用和发展。但它不再是一种非屏蔽双绞线了,而是一种屏蔽双绞线,所以它的传输频率至少可达500 MHz,是六类线和超六类线的2倍以上,传输速率可达10 Gbps。,返回,2.2.1.4 双绞线的使用,返回,双绞线的使用,制作标准 交叉线和直连线,双绞线在使用时,电缆两端都必须安装RJ-45插头,俗称水晶头,以便插在
13、网卡、交换机等网络设备的RJ-45接口上。双绞线网线的制作就是把双绞线的4对8芯网线按一定规则插入到水晶头中。,制作标准,线序是谁规定的?,TIA(Telecommunication Industry Association,美国通信工业协会)EIA(Electronic Industries Alliance,美国电子工业协会),目前,在北美,乃至全球,在双绞线标准中应用最广的是EIA/ TIA-568A和EIA/TIA-568B,这两个标准最主要的不同就是芯线序列的不同,,1.3.3 线序是谁规定的?,插脚编号 作用 1 输出数据 (+) 2 输出数据 (-) 3 输入数据 (+) 4 保
14、留为电话使用 5 保留为电话使用 6 输入数据 (-) 7 保留为电话使用 8 保留为电话使用,这边是1号针脚,1 TX+(传输) 白绿 2 TX-(传输) 绿 3 RX+(接收) 白橙 4 没有使用 蓝 5 没有使用 白蓝 6 RX-(接收) 橙 7 没有使用 白棕 8 没有使用 棕,EIA/TIA568A标准,1 TX+(传输) 白橙 2 TX-(传输) 橙 3 RX+(接收) 白绿 4 没有使用 蓝 5 没有使用 白蓝 6 RX-(接收) 绿 7 没有使用 白棕 8 没有使用 棕,EIA/TIA568B标准,EIA/TIA568B标准,布线时应采用同一标准,交叉线与直连线,双绞线两端水晶
15、头的线序相同,全是T568A或全是T568B,直连线:,双绞线两端水晶头的线序不相同,一端是T568A,另一端是T568B。,交叉线:,什么时候用到交叉线?,什么时候用到交叉线?,1.3.4 交叉线与直连线,冲突,发送,接收,发送,接收,发送,接收,接收,发送,什么时候用到直连线?,发送,接收,接收,发送,接收,发送,接收,发送,1,2,3,4,5,6,8,7,1,2,3,4,5,6,8,7,设备1,设备2,同层设备之间互连 交叉线不同层设备之间互连 直连线,总结,当以下设备互联时,需使用直连线:将交换机或HUB与路由器连接;计算机与交换机或HUB连接;交换机与交换机之间通过UPLINKS口连
16、接。,总结,而这些设备互联时,则需使用交叉线:1. 计算机与路由器连接;2. 交换机与交换机连接;3. HUB与HUB之间连接;4. 两台PC直接相连;,总结,生产网络设备的厂商研发了一种叫做线序自适应的功能(端口MDI/MDIX自动适应),通过这个功能可以自动检测连接到自己接口上的网线类型,能够自动进行调节。也就是说,若某网络设备端口支持线序自适应功能,则连在此端口的网线既可以是直连线,也可以是交叉线。,端口MDI/MDIX自动适应,返回,按标准办事,问题:,不按照标准制作双绞线的接头,会有什么问题?,双绞线的传输距离,返回,双绞线的传输距离,(1)原理:信号的衰减(2)标准值:100米。,
17、双绞线接头的制作,返回,压线钳,双绞线制作总结:,先抽出一小段线,然後先把外皮剥除一段将双绞线反向缠绕开根据标准排线序铰齐线头插入插头用压线钳夹紧使用测试仪测试,问题:,传输距离超过100米,怎么办?,2.2.2 认识光缆,返回,光缆值钱吗?,问题:,2.2.2.1 光缆的结构,2.2.2.1 光缆的结构 (1),黑色外皮通常直径1cm左右内含金属加强筋,强度大通常包含多股纤芯,偶数室外使用,光缆结构特点,2.2.2.1 光缆的结构 (2),光纤:光导纤维,细如头发的玻璃丝。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心,外包有护套,有的还包覆外护层,用以实现光信号传输的一种通信线路。,光缆和光纤,
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