物理层接口及其协议.pptx

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1、19.1 9.1 物理层的定义和功能（物理层的定义和功能（1 1）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。第2页/共35页第1页/共35页29.1 9.1 物理层的定义和功能（物理层的定义和功能（2 2）几点说明连接方式（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

2、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)第3页/共35页第2页/共35页39.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（1 1）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，EIA RS-366-AISO 2593，34芯连接器，V.35宽带MODEMISO 4

3、902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22第4页/共35页第3页/共35页49.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（2 2）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。早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-C、V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。第5页/共35页第4页/共35页59.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（3 3）CCITT 标准化的电气特性标准CCITT V.10/X.26：新的非平衡型电气特性，EI

4、A RS-423-ACCITT V.11/X.27：新的平衡型电气特性，EIA RS-422-ACCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-CCCITT X.21/EIA RS-449第6页/共35页第5页/共35页69.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（4 4）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。第7页/共35页第6页/共35页79.3 9.3 典型的物理层标准接口（典型的物理层标准接口（1 1）9.3.1 EIA RS-232-C1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1

5、963年提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。第8页/共35页第7页/共35页8RS-232-C特性（特性（1）机械特性连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各

6、不相同。下面分别介绍DB-25、DB-9两种连接器。第9页/共35页第8页/共35页9RS-232-C：DB-25（1）DB-25：PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，2220mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）空6个（9，10，11，18，21，25）保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）DB-25型连接器的外形及信号线分配如左图所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持。第10

7、页/共35页第9页/共35页10RS-232-C：DB-9（2）DB-9连接器 在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接DB-9型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m

8、（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。第11页/共35页第10页/共35页11第12页/共35页第11页/共35页12RS-232-C特性特性（2 2）电气特性EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V逻辑0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V 图图1显示了显示了1488和和1489的内部结构和引脚。的内部结构和引脚。图中的左边是微机串行接口电

9、路中的主芯图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片片UART，它是，它是TTL器件，右边是器件，右边是EIA-RS-232C连接器，要求连接器，要求EIA高电压。高电压。第13页/共35页第12页/共35页13远距离通信远距离通信 远距离通信（传输距离大于15m的通信）的例子，故一般要加调制解调器MODEM，因此使用的信号线较多。1、采用Modem(DCE)和电话网通信时的信号连接：若在双方MODEM之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要28号信号线外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个信号线进行联络，如图所示。2、采用专用电话线通信：在通信双方的MODEM之间采用电话线进行通信，则只

10、要使用28号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号RI和DTR信号，其信号线的连接如图那样。第14页/共35页第13页/共35页14近距离通信近距离通信 零Modem 的最简连线（3线制）图是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接），图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。第15页/共35页第14页/共35页15第16页/共35页第15页/共35页169.3 9.3 典型的物理层标准接口（典型的物理层标准接口（2 2）9.3.

11、2 EIA RS-449/422-A/423-ARS-232 C的数据传输不能超过20 Kbps，同时电缆最大长度不能超过15米。这大大限制了其应用能力。后来（1977年），EIA/TIA推出了一个新的标准：RS-449.如图所示。该标准的机械、功能和过程性由RS-449定义，电气接口由两个不同的标准定义。一个标准是RS-423 A，它与RS-232 C相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（unbalanced transmission）。另一个电气标准是RS-422 A，采用平衡传输（balanced transmission），无公共地。RS-422 A能在不超过60米长的电缆上

12、达到2Mbps的数据传输速率。第17页/共35页第16页/共35页17控制台端口控制台端口 很多厂商的各类不同的网络设备都提供了控制台端口（Console Port）对设备进行初始、带外配置。对于Cisco来说，其所有路由、交换设备都提供了控制台端口。很多平台、型号还配有辅助端口（Auxiliary Port），提供了远程维护设备的手段。根据设备类型、型号不同，其控制台端口的接口形式也不同。常见的有两种：采用DB-25的控制台端口和采用RJ-45的控制台端口。它们都符合EIT/TIA 232异步串行接口规范。Cisco的低端设备，一般都提供采用RJ-45的控制台端口。它是DCE端，当我们将其与

13、调试工作站的串行接口（COM1、COM2）相连时，必须使用EIT/TIA 232到RJ-45的转换器和反转电缆。第18页/共35页第17页/共35页18辅助端口辅助端口 辅助端口是标准的异步串行设备，有着标准串行设备的所有功能，如流量控制。因此可以在较高的速率上运行，一般可以达到115200bps.辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供了可能，如图所示。尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口。在主链路失败的尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口。在主链路失败的时候，拨号到目的网络，保持连通性。如图所示。时候，拨号到目的网络，保持连通性。如图所示。第19页/共35页第18

14、页/共35页19异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 异步串行接口：异步串行接口的缺省封装是SLIP，还可以是PPP。取决于使用的电缆，异步串行接口的速度最高可达128K.Cisco模块化路由器可以接入多种异步接口网络模块，如8A、16A、32A。图给出了异步接口网络模块NM-32A的照片。第20页/共35页第19页/共35页20异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 同步串行接口：同步串行接口的缺省封装为HDLC（Cisco私有），还可以是PPP、FRAME-RELAY、X.25等。缺省速度为T1-1.544Mbps.不同电缆最高速度不同，EIA/TIA

15、 232为115.2Kbps，EIA/TIA 449、X.21为2Mbps等。典型的同步串行接口卡如：WIC-1T.图给出了广域网接口卡WIC-1T的照片。第21页/共35页第20页/共35页21异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 异步/同步串行接口：异步/同步串行接口可以提供串行异步或同步连接。在异步模式时，最高速度可达115.2Kbps，在同步模式时，可以达到128Kbps.典型的异步/同步串行接口模块如：2A/S、8A/S等。图给出了异步/同步串行接口网络模块NM-8A/S的照片。第22页/共35页第21页/共35页22异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广

16、域网）接口 远程访问接入（异步）模块：Cisco也提供集成远程访问接入网络模块，如8AM、16AM.该网络模块将模拟调制解调器集成到远程访问接入模块中从而节省了外接调制解调器占用的空间及投资。该网络模块提供了816个RJ-11接口，我们可以将电话线直接接入远程访问模块。如图所示，给出了模拟调制解调器接入模块NM-8AM的照片。第23页/共35页第22页/共35页239.4 9.4 传输介质（传输介质（1 1）RJ45接口RJ45是网络设备的标准接口，指的是由IEC603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置（4或8针）的模块化插孔或者插头。通过RJ45接入到局域网，用户可以远程访问

17、T20投影机，实现远程开关机，远程设置投影机参数等操作；用户还可以通过网络随时查询投影机灯泡使用时间、使用状态等信息。第24页/共35页第23页/共35页24RJ45双绞线的接法双绞线的接法12345678计算机计算机，HUBHUB，交换机交换机1，3交换2，6交换RJ45的引脚功能：数据发送+数据发送-数据接收+未用未用数据接收-未用未用12345678计算机HUB，HUB（交换机）上连第25页/共35页第24页/共35页259.4 9.4 传输介质（传输介质（2 2）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第2

18、6页/共35页第25页/共35页26第27页/共35页第26页/共35页279.4 9.4 传输介质（传输介质（3 3）光纤光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。20世纪80年代初期，光缆开始进入网络布线。与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。因为光纤不会向外界辐射电子信号，所以使用光纤介质的网络无论是在安全性、可靠性，还是网络性能方面都有了很大的提高。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。第28页/共35页

19、第27页/共35页289.4 9.4 传输介质（传输介质（4 4）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光线，支持波分复用。第29页/共35页第28页/共35页29第30页/共35页第29页/共35页309.4 9.4 传输介质（传输介质（5 5）-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，全光全光网第31页/共35页第30页/共35页31Optical fiber cables connected to an ATM switch.第32页/共35页第31页/共35页32接入ATM网络接口的光纤第33页/共35页第32页/共35页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第34页/共35页第33页/共35页第35页/共35页第34页/共35页35感谢您的观看！第35页/共35页