物理层接口及其协议学习教案.pptx

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1、会计学1物理层接口物理层接口(ji ku)及其协议及其协议第一页，共35页。29.1 9.1 物理层的定义物理层的定义(dngy)(dngy)和功能（和功能（1 1）n n物理层的定义物理层的定义n nISO/OSI ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供关于物理层的定义：物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，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能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。是在物理

2、层的。n n物理层的功能物理层的功能n n在两个网络设备之间提供透明的比特流传在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。输。n n研究内容研究内容(nirng)(nirng)n n物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。以及维护管理。第2页/共35页第1页/共35页第二页，共35页。39.1 9.1 物理层的定义物理层的定义(dngy)(dngy)和功和功能（能（2 2）n n几点说明几点说明n n连接方式（点到点，点到多点）连接方式（点到点，点到多点）n n通信方式（单工，半双工，全双工）通信方式（单工，半双工，全双工）n n位传输方式（串行，

3、并行）位传输方式（串行，并行）n n物理层的四个重要特性物理层的四个重要特性n n机械特性机械特性(mechanical characteristics)(mechanical characteristics)n n电气电气(dinq)(dinq)特性特性(electrical characteristics)(electrical characteristics)n n功能特性功能特性(functional characteristics)(functional characteristics)n n规程特性规程特性(procedural characteristics)(procedura

4、l characteristics)第3页/共35页第2页/共35页第三页，共35页。49.2 9.2 物理层的特性物理层的特性(txng)(txng)（1 1）n n机械特性机械特性n n主要定义物理连接的边界点，即接插装置主要定义物理连接的边界点，即接插装置(zhungzh)(zhungzh)。规。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。n n常用的标准接口常用的标准接口n nISO 2110ISO 2110，2525芯连接器，芯连接器，EIA RS-232-CEIA RS-232-C，EIA RS-366-AEIA RS-366-

5、An nISO 2593ISO 2593，3434芯连接器，芯连接器，V.35V.35宽带宽带MODEMMODEMn nISO 4902ISO 4902，3737芯和芯和9 9芯连接器，芯连接器，EIA RS-449EIA RS-449n nISO 4903ISO 4903，1515芯连接器，芯连接器，X.20X.20、X.21X.21、X.22X.22第4页/共35页第3页/共35页第四页，共35页。59.2 9.2 物理层的特性物理层的特性(txng)(txng)（2 2）n n电气特性电气特性n n规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、规定传输二进制位时，线路上信号的电压高

6、低、阻抗匹配、传输速率和距离传输速率和距离(jl)(jl)限制。限制。n n早期的标准是在边界点定义电气特性，例如早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-CEIA RS-232-C、V.28V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而；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。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页第五页，共35页。69.2 9.2 物理层的特性物理层的特性(txng)(txng)（3 3）n nCCITT 标准化的电气(dinq)特性标准n nCCITT V.10/X.26：新的非平衡型

7、电气(dinq)特性，EIA RS-423-An nCCITT V.11/X.27：新的平衡型电气(dinq)特性，EIA RS-422-An nCCITT V.28：非平衡型电气(dinq)特性，EIA RS-232-Cn nCCITT X.21/EIA RS-449第6页/共35页第5页/共35页第六页，共35页。79.2 9.2 物理层的特性物理层的特性(txng)(txng)（4 4）n n功能特性功能特性n n主要定义各条物理主要定义各条物理(wl(wl)线路的功能。线路的功能。n n线路的功能分为四大类：线路的功能分为四大类：n n数据数据n n控制控制n n定时定时n n地地n

8、n规程特性规程特性n n主要定义各条物理主要定义各条物理(wl(wl)线路的工作规程和时序关系。线路的工作规程和时序关系。第7页/共35页第6页/共35页第七页，共35页。89.3 9.3 典型典型(dinxng)(dinxng)的的物理层标准接口（物理层标准接口（1 1）9.3.1 EIA RS-232-C9.3.1 EIA RS-232-C19601960年美国电子工业协会年美国电子工业协会EIAEIA提出提出RS-232RS-232，19631963年提出年提出RS-RS-232-A232-A，19651965年提出年提出RS-232-BRS-232-B，19691969年提出年提出RS

9、-232-CRS-232-C。用。用于于DTE/DCEDTE/DCE之间的接口。之间的接口。RS-232CRS-232C标准中所提到的标准中所提到的“发送发送”和和“接收接收”，都是站在，都是站在DTEDTE立场上，而不是站在立场上，而不是站在DCEDCE的立场来定义的。由于在计的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是算机系统中，往往是CPUCPU和和I/OI/O设备之间传送信息，两设备之间传送信息，两者都是者都是DTEDTE，因此，因此(ync(ync)双方都能发送和接收。双方都能发送和接收。目前在目前在IBM PCIBM PC机上的机上的COM1COM1、COM2COM2接口，就是接口，

10、就是RS-232CRS-232C接接口。口。第8页/共35页第7页/共35页第八页，共35页。9RS-232-C特性特性(txng)（1）n n机械机械(jxi)(jxi)特性特性n n连接器：由于连接器：由于RS-232CRS-232C并未定义连接器的物理并未定义连接器的物理特性，因此，出现了特性，因此，出现了DB-25DB-25、DB-15DB-15和和DB-9DB-9各各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。n n下面分别介绍下面分别介绍DB-25DB-25、DB-9 DB-9两种连接器。两种连接器。第9页/共35页第8页/共35页第九页，共35

11、页。10RS-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(dngy)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页/共35页第9页/共35页第十页，共35页。11RS-232-C

12、：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(shyng)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(shyng)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(shyng)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（50

13、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页第十一页，共35页。12第12页/共35页第11页/共35页第十二页，共35页。13RS-232-C特性特性(txng)（2）电气特性电气特性EIA-RS-232CEIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能线功能(gngnng)(gngnng)都作了规定。都作了规定。在在TxDTxD和和RxDRxD上：上：逻辑逻辑1(MARK)=-3V1(MARK)=-3V-15V-15V逻辑逻辑0(SPACE)=+30(SPACE)=+315V15V在在RTSRTS

14、、CTSCTS、DSRDSR、DTRDTR和和DCDDCD等控制线上：等控制线上：信号有效（接通，信号有效（接通，ONON状态，正电压）状态，正电压）+3V+3V+15V+15V信号无效（断开，信号无效（断开，OFFOFF状态，负电压状态，负电压)=-3V)=-3V-15V 15V 图图1显示显示(xinsh)了了1488和和1489的内部结的内部结构和引脚。构和引脚。图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片UART，它是，它是TTL器件，右边是器件，右边是EIA-RS-232C连连接器，要求接器，要求EIA高电压。高电压。第13页/共35页第12页/共35

15、页第十三页，共35页。14远距离通信远距离通信(tng xn)远距离通信（传输距离大于远距离通信（传输距离大于15m15m的通信）的通信）的例子，故一般要加调制解调器的例子，故一般要加调制解调器MODEMMODEM，因此使用的信号线较多。，因此使用的信号线较多。1 1、采用、采用Modem(DCE)Modem(DCE)和电话网通信时的和电话网通信时的信号连接：信号连接：若在双方若在双方(shungfng)MODEM(shungfng)MODEM之间采用之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要普通电话交换线进行通信，除了需要2 28 8号信号线外还要增加号信号线外还要增加RI(22RI(22号号

16、)和和DTR(20DTR(20号号)两个信号线进行联络，如图所示。两个信号线进行联络，如图所示。2 2、采用专用电话线通信：、采用专用电话线通信：在通信双方在通信双方(shungfng)(shungfng)的的MODEMMODEM之之间采用电话线进行通信，则只要使用间采用电话线进行通信，则只要使用2 28 8号信号线进行联络与控制。不需要电话机号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号、振铃信号RIRI和和DTRDTR信号，其信号线的连信号，其信号线的连接如图那样。接如图那样。第14页/共35页第13页/共35页第十四页，共35页。15近距离通信近距离通信(tng xn)零零Modem M

17、odem 的最简连线（的最简连线（3 3线制）线制）图是零图是零MODEMMODEM方式的最简单连接（即三线连接），方式的最简单连接（即三线连接），图中的图中的2 2号线与号线与3 3号线交叉连接是因为在直连方式时，号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信把通信(tng xn)(tng xn)双方都当作数据终端设备看待，双方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，通信都可发也可收。在这种方式下，通信(tng xn)(tng xn)双方的双方的任何一方，只要请求发送任何一方，只要请求发送RTSRTS有效和数据终端准备好有效和数据终端准备好DTRDTR有效就能开始发送和接收。有效

18、就能开始发送和接收。第15页/共35页第14页/共35页第十五页，共35页。16第16页/共35页第15页/共35页第十六页，共35页。179.3 9.3 典型典型(dinxng)(dinxng)的物理层的物理层标准接口（标准接口（2 2）9.3.2 EIA RS-449/422-A/423-A9.3.2 EIA RS-449/422-A/423-ARS-232 CRS-232 C的数据传输不能超过的数据传输不能超过20 Kbps20 Kbps，同时电缆最，同时电缆最大长度不能超过大长度不能超过1515米。这大大限制了其应用能米。这大大限制了其应用能力。后来（力。后来（19771977年），年

19、），EIA/TIAEIA/TIA推出了一个新推出了一个新的标准：的标准：RS-449.RS-449.如图所示。如图所示。该标准的机械该标准的机械(jxi)(jxi)、功能和过程性由、功能和过程性由RS-449RS-449定定义，电气接口由两个不同的标准定义。一个标义，电气接口由两个不同的标准定义。一个标准是准是RS-423 ARS-423 A，它与，它与RS-232 CRS-232 C相似，所有的电路相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（共享一个公共地，称为非平衡传输（unbalanced unbalanced transmissiontransmission）。）。另一个电气标准是

20、另一个电气标准是RS-422 ARS-422 A，采用平衡传输，采用平衡传输（balanced transmissionbalanced transmission），无公共地。），无公共地。RS-422 ARS-422 A能在不超过能在不超过6060米长的电缆上达到米长的电缆上达到2Mbps2Mbps的数据传的数据传输速率。输速率。第17页/共35页第16页/共35页第十七页，共35页。18控制台端口控制台端口 n n很多厂商的各类不同很多厂商的各类不同(b tn(b tn)的网络设备都提供了控制台端口的网络设备都提供了控制台端口（Console PortConsole Port）对设备进行初

21、始、带外配置。对于）对设备进行初始、带外配置。对于CiscoCisco来说，其来说，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（有辅助端口（Auxiliary PortAuxiliary Port），提供了远程维护设备的手段。），提供了远程维护设备的手段。n n根据设备类型、型号不同根据设备类型、型号不同(b tn(b tn)，其控制台端口的接口形式，其控制台端口的接口形式也不同也不同(b tn(b tn)。常见的有两种：采用。常见的有两种：采用DB-25DB-25的控制台端口和采用的控制台端口和采用RJ-45R

22、J-45的控制台端口。它们都符合的控制台端口。它们都符合EIT/TIA 232EIT/TIA 232异步串行接口规范。异步串行接口规范。n nCiscoCisco的低端设备，一般都提供采用的低端设备，一般都提供采用RJ-45RJ-45的控制台端口。它是的控制台端口。它是DCEDCE端，当我们将其与调试工作站的串行接口（端，当我们将其与调试工作站的串行接口（COM1COM1、COM2COM2）相连时，必须使用相连时，必须使用EIT/TIA 232EIT/TIA 232到到RJ-45RJ-45的转换器和反转电缆。的转换器和反转电缆。n n第18页/共35页第17页/共35页第十八页，共35页。19

23、辅助辅助(fzh)端口端口 n n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，一般可以达到高的速率上运行，一般可以达到115200bps.115200bps.n n辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供(tgng)(tgng)了可能，如图所示。了可能，如图所示。尽管尽管(jn gun)速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口。在主链速率有限，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

24、，保持连通性。如图所示。路失败的时候，拨号到目的网络，保持连通性。如图所示。第19页/共35页第18页/共35页第十九页，共35页。20异步、同步异步、同步(tngb)串行（广串行（广域网）接口域网）接口 n n异步串行接口：异步串行接口：n n异步串行接口的缺异步串行接口的缺省封装是省封装是SLIPSLIP，还，还可以是可以是PPPPPP。取决。取决于使用的电缆，异于使用的电缆，异步串行接口的速度步串行接口的速度最高可达最高可达128K.128K.n nCiscoCisco模块化路由器模块化路由器可以接入多种异步可以接入多种异步接口网络接口网络(w(w nglu)nglu)模块，如模块，如8

25、A8A、16A16A、32A32A。图给出了异。图给出了异步接口网络步接口网络(w(w nglu)nglu)模块模块NM-NM-32A32A的照片。的照片。第20页/共35页第19页/共35页第二十页，共35页。21异步、同步异步、同步(tngb)串行（广串行（广域网）接口域网）接口 n n同步同步(tngb)(tngb)串行接口串行接口 ：n n同步同步(tngb)(tngb)串行接口的缺省串行接口的缺省封装为封装为HDLCHDLC（CiscoCisco私有），私有），还可以是还可以是PPPPPP、FRAME-FRAME-RELAYRELAY、X.25X.25等。缺省速度为等。缺省速度为T1

26、-1.544Mbps.T1-1.544Mbps.不同电缆最高速不同电缆最高速度不同，度不同，EIA/TIA 232EIA/TIA 232为为115.2Kbps115.2Kbps，EIA/TIA 449EIA/TIA 449、X.21X.21为为2Mbps2Mbps等。等。n n典型的同步典型的同步(tngb)(tngb)串行串行接口卡如：接口卡如：WIC-1T.WIC-1T.图给出了图给出了广域网接口卡广域网接口卡WIC-1TWIC-1T的照片。的照片。第21页/共35页第20页/共35页第二十一页，共35页。22异步、同步异步、同步(tngb)串行（广串行（广域网）接口域网）接口 n n异步

27、异步/同步串行接口同步串行接口 ：n n异步异步/同步串行接口可以提供同步串行接口可以提供(tgng)(tgng)串行异步或同步连串行异步或同步连接。在异步模式时，最高速接。在异步模式时，最高速度可达度可达115.2Kbps115.2Kbps，在同步模，在同步模式时，可以达到式时，可以达到128Kbps.128Kbps.n n典型的异步典型的异步/同步串行接同步串行接口模块如：口模块如：2A/S2A/S、8A/S8A/S等。等。图给出了异步图给出了异步/同步串行接口同步串行接口网络模块网络模块NM-8A/SNM-8A/S的照片。的照片。第22页/共35页第21页/共35页第二十二页，共35页。

28、23异步、同步异步、同步(tngb)串行（广串行（广域网）接口域网）接口 n n远程访问接入（异步）模块远程访问接入（异步）模块 ：n nCiscoCisco也提供集成远程访问接入也提供集成远程访问接入网络模块，如网络模块，如8AM8AM、16AM.16AM.该网该网络模块将模拟调制解调器集成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。该网络模块提供了间及投资。该网络模块提供了816816个个RJ-11RJ-11接口接口(ji k(ji k u)u)，我，我们可以将电话线直接接入远程们可以将电话线直

29、接接入远程访问模块。如图所示，给出了访问模块。如图所示，给出了模拟调制解调器接入模块模拟调制解调器接入模块NM-NM-8AM8AM的照片。的照片。第23页/共35页第22页/共35页第二十三页，共35页。249.4 9.4 传输传输(chun sh)(chun sh)介质（介质（1 1）RJ45RJ45接口接口RJ45RJ45是网络设备的标准是网络设备的标准接口，指的是由接口，指的是由IEC603-7IEC603-7标准化，使用由国际性的标准化，使用由国际性的接插件标准定义的接插件标准定义的8 8个位置个位置(wi zhi)(wi zhi)（4 4或或8 8针）的模块针）的模块化插孔或者插头。

30、化插孔或者插头。通过通过RJ45RJ45接入到局域网，接入到局域网，用户可以远程访问用户可以远程访问T20T20投影投影机，实现远程开关机，远机，实现远程开关机，远程设置投影机参数等操作；程设置投影机参数等操作；用户还可以通过网络随用户还可以通过网络随时查询投影机灯泡使用时时查询投影机灯泡使用时间、使用状态等信息。间、使用状态等信息。第24页/共35页第23页/共35页第二十四页，共35页。25RJ45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

31、算机HUB，HUB（交换机）上连第25页/共35页第24页/共35页第二十五页，共35页。269.4 9.4 传输传输(chun sh)(chun sh)介质介质（2 2）n n基带同轴电缆基带同轴电缆n n5050欧姆欧姆(u m(u m)，用，用于数据传输；于数据传输；n n宽带同轴电缆宽带同轴电缆n n7575欧姆欧姆(u m(u m)，用，用于模拟传输，于模拟传输，n nCable TVCable TV技术，技术，300MHz300MHz或或450MHz450MHz第26页/共35页第25页/共35页第二十六页，共35页。27第27页/共35页第26页/共35页第二十七页，共35页。2

32、89.4 9.4 传输传输(chun sh)(chun sh)介质（介质（3 3）n n光纤光纤n n光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，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。一根光缆中包含有多条光纤。n n2020世纪世纪8080年代初期，光缆开始进入网络布线。年代初期，光缆开始进入网络布线。n n与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。与铜质介质相比，光纤具有一些明显的优势。n n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

33、很大络无论是在安全性、可靠性，还是网络性能方面都有了很大的提高。的提高。n n光纤分类：单模光纤和多模光纤光纤分类：单模光纤和多模光纤n n光源发出的光进入光纤后，入射角度光源发出的光进入光纤后，入射角度(ji(ji od)od)小的光被反射，小的光被反射，并沿着光纤传播，其他光被周围介质吸收，能够反射的角度并沿着光纤传播，其他光被周围介质吸收，能够反射的角度(ji(ji od)od)有多个，这种形式的传播称为多模。多模光纤适于有多个，这种形式的传播称为多模。多模光纤适于短距离传输。短距离传输。第28页/共35页第27页/共35页第二十八页，共35页。299.4 9.4 传输传输(chun s

34、h)(chun sh)介质介质（4 4）n n当光纤半径减小到波长的当光纤半径减小到波长的数量级时，只有一个角度数量级时，只有一个角度（或者一个模式）的光线（或者一个模式）的光线可以进入可以进入(jnr)(jnr)，这种形，这种形式的传播称为单模。单模式的传播称为单模。单模光线适于长距离传输。光线适于长距离传输。n n单模和多模都支持同时传单模和多模都支持同时传输几个不同波长的光线，输几个不同波长的光线，支持波分复用。支持波分复用。第29页/共35页第28页/共35页第二十九页，共35页。30第30页/共35页第29页/共35页第三十页，共35页。319.4 9.4 传输传输(chun sh)

35、(chun sh)介质（介质（5 5）-光网络(wnglu)-组网方式-点到点：四根线（两根用于保护倒换）-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页第三十一页，共35页。32Optical fiber cables connected to an ATM switch.Optical fiber cables connected to an ATM switch.第32页/共35页第31页/共35页第三十二页，共35页。33接入接入ATMATM网络接口的光纤网络接口的光纤第33页/共35页第32页/共35页第三十三页，共35页。34光纤和连接器，黑色套子光纤和连接器，黑色套子(to zi)(to zi)在连接器不用的时在连接器不用的时候保护连接器候保护连接器第34页/共35页第33页/共35页第三十四页，共35页。第35页/共35页第34页/共35页第三十五页，共35页。