计算机网络通信课件.ppt

《计算机网络通信课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络通信课件.ppt（57页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1物理层 q物理层是网络体系结构的最低层，物理层是网络体系结构的最低层，是唯一是唯一直接直接传输数据的。传输数据的。q内容主要包括传输介质、数据交换内容主要包括传输介质、数据交换技术、物理层的接口及其协议。技术、物理层的接口及其协议。2一、传输介质特性一、传输介质特性2传输特性：使用模拟信号发送还是数字信号传输特性：使用模拟信号发送还是数字信号 发送，发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。调制技术、传输容量及传输的频率范围。1物理描述：说明传输介质的特征。物理描述：说明传输介质的特征。3连通性：点到点或者多点连接。连通性：点到点或者多点连接。4地理范围：网上各点间的最大距离，是在建筑物内、

2、地理范围：网上各点间的最大距离，是在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。建筑物之间或扩展到整个城市。5抗干扰性：防止噪音对传输数据影响的能力。抗干扰性：防止噪音对传输数据影响的能力。6相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础。相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础。31 双绞线(Twisted-Pair，TP)（1）非屏蔽双绞线电缆）非屏蔽双绞线电缆 Unshielded Twisted-Pair，UTP（2）屏蔽双绞线电缆）屏蔽双绞线电缆 Shielded Twisted-Pair，STP4铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层非屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP5UTP

3、线的分类1、2类：语音传输电缆，被第类：语音传输电缆，被第3类电缆取代类电缆取代3类：传输频率最高规定至类：传输频率最高规定至16MHz，用于语音和，用于语音和传输速率为传输速率为10Mbps的数据传输，如的数据传输，如10Mbps以太以太网网(IEEE802.3)4类：传输特性最高规定至类：传输特性最高规定至20MHz，该类系统，该类系统的范例是使用的范例是使用UTP标准的标准的16Mbps令牌环网令牌环网(IEEE 8025)，目前较少使用。，目前较少使用。5类：最高规定至类：最高规定至100MHz，用于语音、图像和，用于语音、图像和最高传输速率为最高传输速率为155Mbps的数据传输，此

4、类系的数据传输，此类系统的范例是使用统的范例是使用UTP的快速以太网以及的快速以太网以及ATM网络。网络。6UTP的特点的特点安装容易：既轻又薄还柔韧安装容易：既轻又薄还柔韧无屏蔽层，电缆外径比较小无屏蔽层，电缆外径比较小采用平衡传输特性采用平衡传输特性,有一定的抗干扰能力有一定的抗干扰能力支持高速数据传输支持高速数据传输具有广泛的标准支持具有广泛的标准支持,在在IEEE802中几乎所有标中几乎所有标准都支持准都支持UTP介质介质标准的布线传输介质标准的布线传输介质传输距离不超过传输距离不超过100m价格相对便宜价格相对便宜7STP的特点的特点价格：大容量价格：大容量STP较较UTP昂贵，但与

5、同轴电缆或光缆相比要昂贵，但与同轴电缆或光缆相比要便宜些便宜些安装难易程度：安装难易程度：STP的安装比的安装比UTP难一些，类似于同轴电缆，难一些，类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器以及相应的安装技术它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器以及相应的安装技术容量：从理论上讲，容量：从理论上讲，STP受外界影响减少，因此它采用的频受外界影响减少，因此它采用的频率会更高，同时也能采用更宽的有效带宽信号技术。它具有率会更高，同时也能采用更宽的有效带宽信号技术。它具有更高的传输速率，更高的传输速率，100米内可以达到米内可以达到500Mbps带宽。但是，带宽。但是，通常使用的数据传输速率不

6、超过通常使用的数据传输速率不超过155Mbps范围内。范围内。衰减：衰减：STP受衰减的影响程度与受衰减的影响程度与UTP相似，当前的技术也只相似，当前的技术也只允许允许STP有效范围在几百米之内有效范围在几百米之内抗电磁干扰性：与抗电磁干扰性：与UTP相比相比STP的最大优点就是抗干扰能力的最大优点就是抗干扰能力增加以及增加以及EMI辐射的降低，然而辐射的降低，然而STP仍会受到一小部分干扰。仍会受到一小部分干扰。8双绞线抗干扰的原理 结论：结论：线径越细，节距越短，抑制感应噪声的效果越明显线径越细，节距越短，抑制感应噪声的效果越明显 耦合+u-u+u-u+u-u总感应电压抵消92u+u-u

7、2u共模干扰vu+v-u+v2u2u02u+v0共模干扰v2u+v 结论：结论：双绞线要采用平衡方式传输双绞线要采用平衡方式传输102.同轴电缆 50W基带电缆，用于数字传输75W宽带电缆，用于模拟传输同轴电缆的带宽取决于电缆长度，同轴电缆的带宽取决于电缆长度，1km的基的基带电缆可以达到带电缆可以达到10Mbps的数据传输速率。的数据传输速率。外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆11传输特性传输特性描述同轴电缆的最为重要的电参数就是它的特性描述同轴电缆的最为重要的电参数就是它的特性阻抗。电缆特性阻抗的大小与内外导体的几何尺阻抗。电缆特性阻抗的大小与内外导体的几何尺寸、绝缘层介质常数相

8、关。寸、绝缘层介质常数相关。同轴电缆的主要传输特征同轴电缆的主要传输特征:电缆的内外导体半径越大，其衰减也就越小。电缆的内外导体半径越大，其衰减也就越小。同一型号的电缆中，绝缘物外径越粗，对电波的同一型号的电缆中，绝缘物外径越粗，对电波的损耗就越小损耗就越小，同轴电缆呈低通特性。，同轴电缆呈低通特性。电缆的传输信号衰减与温度有关。随着温度增高电缆的传输信号衰减与温度有关。随着温度增高其衰减也增加。其衰减也增加。12基带系统和宽带系统的区别基带系统和宽带系统的区别基带系统基带系统电缆上只有一个信道电缆上只有一个信道，传输距离相对较短，传输距离相对较短，可双向传输可双向传输宽带系统宽带系统可传输多

9、个信道，覆盖区域广，单向传输可传输多个信道，覆盖区域广，单向传输13宽带系统覆盖的区域广宽带系统覆盖的区域广，传输距离可以达到，传输距离可以达到100公里公里，在传输过程中通常需要模拟放大器周期性地加强信号。在传输过程中通常需要模拟放大器周期性地加强信号。这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则数据就不能在计算机间逆向传输。大器，则数据就不能在计算机间逆向传输。为什么宽带系统只能单向传输为什么宽带系统只能单向传输？双向放大的系统不稳定14宽带系统双向通信的实现：双缆系统和单缆系统双缆系统和单缆系统双缆系统和单缆系统双缆系统和单

10、缆系统 15光导纤维光导纤维 光纤通信的特点：光纤通信的特点：光纤通信采用频率很高的光波作为载波光纤通信采用频率很高的光波作为载波光纤通信采用光纤作为传输媒质光纤通信采用光纤作为传输媒质光纤通信优点：光纤通信优点：1.传输频带很宽，通信容量大传输频带很宽，通信容量大2.中继距离长中继距离长3.免电磁干扰免电磁干扰 4.保密性好，无串话干扰保密性好，无串话干扰5.自然界有大量的二氧化硅，从而可节约有色金自然界有大量的二氧化硅，从而可节约有色金属和原材料属和原材料6.线径细，重量轻；抗化学腐蚀线径细，重量轻；抗化学腐蚀16光纤传输的原理光纤传输的原理 包层较纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率包层

11、较纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射高折射率(纤芯)低折射率(包层)17输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤光纤光纤 分类分类18光传输系统由光传输系统由3个部分组成，除了作为传输介质个部分组成，除了作为传输介质的光导纤维，还有光源和检测器。的光导纤维，还有光源和检测器。在光纤系统中使用两种不同类型的光源

12、：发光在光纤系统中使用两种不同类型的光源：发光二极管二极管LED(Light Emitting Diode)和注入式激和注入式激光二极管光二极管ILD(Injection Laser Diode)。在接收端用来将光变换成电能的检测器是光电在接收端用来将光变换成电能的检测器是光电二极管。有两种固态器件：二极管。有两种固态器件：PIN检测器和检测器和APD检测器。检测器。19光纤接口环路光纤接口环路20光纤接口结构光纤接口结构光传输方向光传输方向光纤光纤铜导线铜导线连计算机连计算机光纤光纤光接收器光接收器光发送器光发送器信号再生器信号再生器21非导向传输媒体媒体非导向（无线）传输媒体都不需要架设无

13、线）传输媒体都不需要架设或铺埋电缆或光纤，而通过大气传输，或铺埋电缆或光纤，而通过大气传输，目前主要有三种技术：微波，红外线和目前主要有三种技术：微波，红外线和激光。激光。22优点：不需要铺设电缆，对于连接不同优点：不需要铺设电缆，对于连接不同建筑物内的局域网特别有用。建筑物内的局域网特别有用。缺点：这三种技术对环境气候较为敏感，缺点：这三种技术对环境气候较为敏感，例如：雨，雾和雷电。例如：雨，雾和雷电。23卫星通信卫星通信优点：容量大，距离远；优点：容量大，距离远；缺点：是传播延迟时间缺点：是传播延迟时间长。从发送站通过卫星长。从发送站通过卫星转发到接收站的传播延转发到接收站的传播延迟时间约

14、为迟时间约为270ms，且，且这个传播延迟时间是和这个传播延迟时间是和两站点间的距离无关的。两站点间的距离无关的。24物理层接口及协议国际标准化组织国际标准化组织ISO 定义：“物理层为启动、维护和释放数据链路实体之物理层为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、间二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的电气的、功能的和规程的 特性。这种物理连接特性。这种物理连接可以通过中间系统，每次都在物理层内进行中可以通过中间系统，每次都在物理层内进行中继的二进制位传输。这种物理连接允许进行全继的二进制位传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制

15、位流传输。双工或半双工的二进制位流传输。物理服务数据单元物理服务数据单元(即二进制位即二进制位)的传输可以通的传输可以通过同步方式或异步方式进行。过同步方式或异步方式进行。”251物理层主要负责在物理链路上传输非结构的位流。2提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。定义的要点：定义的要点：26物理层的特性物理层的特性 1.机械特性物理层的机械特性规定了物理连接时所采用的可接插连接器的规格的尺寸、连接器中引脚的数量和排列情况等。272.电气特性1-非平衡型输入输出发送器接收器282.电气特性2-半平衡型（新的非平衡型）输入输出发送器差分接收器292.电气特性3-

16、平衡型输入输出差分接收器差分发送器303功能特性物理层的功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口上的信号线一般可以分为几类：数据，控制，定时和地线。314规程特性物理层的规程特性定义了利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程，即各信号线的工作的规则和先后顺序。32物理层接口标准物理层接口标准不同的物理层接口标准有不同的基本特性。在实际的网络中使用比较广泛的物理层接口标准物理层接口标准有有EIA RS232-C、EIA RS-449422-A423-A和和CCITT建议的建议的X21。33EIA RS-232接口标准EIA RS-232是美国电子工业协会EIA制定的著名

17、物理层标准。它最早在1962年制定的标准RS-232。RS表示EIA的一种“推荐标准”。1969年修订为第三版，为RS-232-C。1987 年修订为RS-232-D。1991年修订为RS-232-E。lRS-232C定义的是DTE和DCE之间的接口标准。34DCE(数据通信设备)和DTE(数据终端设备)DCE(data communication equipment)是位于数据终端设备(DTE)和传输线路之间的中介通信设备。DTE只有有限的数据传输能力，很少直接接到传输线路或网络设施，而是将DCE作为中介设施。DCE负责发送和接收在传输介质上的信号。35DTE 通过 DCE 与通信传输线路相

18、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36RS-232C特性（1）电气特性:电压范围0(空号，space)+3V+25V1（传号，mark）-3V-25V传输距离小于15米传输速度小于20kbps 37（2）机械特性机械特性标准规定采用标准规定采用DB-25插座，但现在常用插座，但现在常用DB-9插插座。座。DB25与与DB9插座之间的转换见表。插座之间的转换见表。引脚号引脚号功能描述功能描述缩写缩写来自来自DCE指向指向DCE1保护地保护地(屏蔽屏蔽)GND2发送数据发送数据TDX3接收数据接收数据RDX4请求发送请求发送

19、RTSX5清除发送清除发送CTSX6DCE就绪就绪DSRX7公共地公共地SGXX8接收线路信号检测接收线路信号检测DCDX20数据终端设备数据终端设备(DTE)就绪就绪DTRX22振铃指示器振铃指示器RIXRS-232C引脚分配引脚分配 38功能功能DB-9DB25载波检测载波检测18接收数据接收数据23发送数据发送数据32数据终端就绪数据终端就绪420信号地信号地57数据装置就绪数据装置就绪66请求发送请求发送74清除发送清除发送85振铃指示振铃指示922DB-9和和DB-25信号对照信号对照 39（3）功能特性功能特性DTE和和DCE之间的连接必须包含数据传输引线、之间的连接必须包含数据传

20、输引线、信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能，信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能，这就是这就是RS232C的功能。的功能。在在25个插脚的个插脚的RS232C接口中，每个引脚按功能被分成接口中，每个引脚按功能被分成以下四大类：接地，数据，控制和定时。以下四大类：接地，数据，控制和定时。40（4）规程特性规程特性DTE-A向DTE-B(1)当DTE-A要和DTE-B进行通信时，就将引脚20“DTE就绪”置为ON，同时通过引脚2“发送数据”向DCE-A传送电话号码信号。(2)DCE-B将引脚22“振铃指示”置为ON，表示通知DTE-B有人呼叫信号到达(在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均

21、为OFF状态)。DTE-B就将其引脚20“DTE就绪”置为ON。DCE-B接着产生载波信号，并将引脚6“DCE就绪”置为ON，表示已准备好接收数据。41(3)当DCE-A检测到载波信号时，将引脚8“载波检测”和引脚6“DCE就绪”都置为ON，以便使DTE-A知道通信电路已经建立。DCE-A还可通过引脚3“接收数据”向DTE-A发送在其屏幕上显示的信息。(4)接着，DCE-A向DCE-B发送其载波信DCE-B将其引脚8“载波检测”置为ON。(5)当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发送”置为ON。DCE-A作为响应将引脚5“允许发送”置为ON。然后DTE-A通过引脚2“发送数据”来发送其数

22、据。DCE-A将数字信号转换为模拟信号向DCE-B发送过去。(6)DCE-B将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚3向DTE-B发送。42利用虚调制解调器与两台计算机相连 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43计算机与计算机通过RS232C通信的最简连线（采用（采用DB9插座）插座）44收发器IC型号：MAX23

23、2,ICL232等45RS-232C的缺点的缺点1.距离限制距离限制RS-232C的主要缺点是距离限制在的主要缺点是距离限制在15米。如果不是米。如果不是采用最高传输速率，电缆长度还可以再长些。采用最高传输速率，电缆长度还可以再长些。2.速度限制速度限制RS-232C的另一个限制是最大传输速率不能超过的另一个限制是最大传输速率不能超过20kbps。3.接地限制接地限制如果电缆两端的地电位存在一个差值如果电缆两端的地电位存在一个差值(这种情况多见这种情况多见于远距离传输于远距离传输)，那么，那么0与与l信号之间的过渡区将变窄，信号之间的过渡区将变窄，遇到这种情况，就有可能出现信号识别出错的现象。

24、遇到这种情况，就有可能出现信号识别出错的现象。46RS-232C距离和速度受限制的原因距离和速度受限制的原因RS-232C发送器产生的+5V到+25V之间的电压代表信号0，而在-5V到-25V之间则代表信号1。当信号从一个状态改变到另一状态时，规定这个过渡时间(也即非工作区域的时间)要限制在信号的5以内。这个要求也就决定了电缆所允许的寄生电容的极限值。因为寄生电容限制了信号的上升时间(过渡时间)。RS-232C规定这个电容不能超过2500pF，而RS-232C所用的电缆一般是4050pF英尺，所以限制了RS-232C电缆长度应为50英尺(250050=50)，约15米。47EIA RS-449

25、 RS-449实际上是一个一体化的三个标准：实际上是一个一体化的三个标准：它的机械、功能和过程性的接口由它的机械、功能和过程性的接口由RS-449定义，而电气接口由两个不同的标准定义，而电气接口由两个不同的标准定义：新的非平衡型由定义：新的非平衡型由RS-423标准定义；标准定义；平衡型由平衡型由RS-422标准所定义。标准所定义。4849RS-422标准标准RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用双线平衡传输，别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。抗串扰能力大大

26、增强。电压范围电压范围0（空号，（空号，space）UA-UB -0.2V1（传号，（传号，mark）UA-UB 0.2V传输距离与速度的关系传输距离与速度的关系距离距离(m)1060100200400600速度速度(bps)6M1M600K300K150K100K50RS-485标准标准RS-485标准最初由标准最初由EIA于于1983年制订并发布年制订并发布,它是由它是由RS-422发展而来，发展而来，RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆。驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆。51单

27、片机通过RS485通讯RS-485标准是一种多点、半双工通信链路标准是一种多点、半双工通信链路 电气性能同电气性能同RS-422。收发器IC型号：MAX485,SN75176等525354单片机通过RS485通讯RS-485标准是一种多点、半双工通信链路标准是一种多点、半双工通信链路 电气性能同电气性能同RS-422。收发器IC型号：SN75176,MAX485,MAX1487等5556该电路的关键是RS485收发器传输方向RE、DE的控制，不考虑两端同时发送数据，分2种情况讨论：1.RS485端口向RS232端口发送数据：此时RS232接口处于接收状态，TD=1，RE=DE=0，RS485收发器处于接收状态，RS485端口的数据传送到RS232端口。572.RS232端口向RS485端口发送数据：（1）RS232发送0，RE=DE=1，RS485收发器处于发送状态，D=0，VA=0V，VB=5V，RS485接口状态为0（2）RS232发送1，RE=DE=0，接收状态，A、B端高阻态，但由于上拉电阻、下拉电阻作用，VA=5V，VB=0V