第3章 物理層接口

1、第第4講物理層接口講物理層接口2引入引入lOSI參考模型層次結(jié)構(gòu)l物理層是七層模型的最底層lRS232C接口lRS449等接口3學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)l描述物理層的功能描述物理層的功能l描述物理層的介質(zhì)描述物理層的介質(zhì)l理解線纜的規(guī)范和連接方式理解線纜的規(guī)范和連接方式l制作和測試線纜制作和測試線纜學(xué)習(xí)完本章，您應(yīng)該能夠：學(xué)習(xí)完本章，您應(yīng)該能夠：4課程內(nèi)容課程內(nèi)容物理層概述物理層概述物理介質(zhì)物理介質(zhì)線纜的規(guī)范和連接線纜的規(guī)范和連接2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字

2、比特流模擬信號模擬信號 正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機6Ethernet802.3V.35 物理層物理層EIA/TIA-232物理層功能物理層功能l物理層的功能：實現(xiàn)在傳輸介質(zhì)上傳輸比特流實現(xiàn)在傳輸介質(zhì)上傳輸比特流l物理層定義了建立、維護和拆除物理鏈路的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)l定義了物理層接口通信的標(biāo)準(zhǔn)，包括：機械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性7物理層功能物理層功能物理層協(xié)議要解決的是主機、工作站等數(shù)據(jù)終端設(shè)備與通信線路上通信設(shè)備之間的接口問題。按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的術(shù)語，將這兩種設(shè)備分別稱為DTEDTE和DCEDCEDTEDTE的基本功能是產(chǎn)生、處理數(shù)據(jù)；的基本功能是產(chǎn)

3、生、處理數(shù)據(jù)；DCEDCE的基本功能是沿傳輸介質(zhì)發(fā)送和接的基本功能是沿傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。收數(shù)據(jù)。 8DTE與與DCEDTEDTE（Data Terminal Equipment）又稱數(shù)據(jù)終又稱數(shù)據(jù)終端設(shè)備端設(shè)備，指數(shù)據(jù)輸入、輸出設(shè)備和傳輸控制器或者計算機等數(shù)據(jù)處理裝置及其通信控制器。DCEDCE（Data Circuit-Terminating Equipment）又稱數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備又稱數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，指自動呼叫設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器（Modem）以及其它一些中間裝置的集合。DTEDTE的基本功能是產(chǎn)生、處理數(shù)據(jù)的基本功能是產(chǎn)生、處理數(shù)據(jù)；DCEDCE的基本的基本功能是沿傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收

4、數(shù)據(jù)功能是沿傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 9機械特性與電氣特性機械特性與電氣特性電氣特性：定了數(shù)據(jù)交換信號以及有關(guān)電路的特性。一般包括最大數(shù)據(jù)傳輸率的說明、表示信號狀態(tài)(邏輯電平，通/斷)的電壓和電流的識別，即什么樣的電壓表示1或0，以及電路特性的說明和與互聯(lián)電線相關(guān)的規(guī)定機械特性：規(guī)定了DTE與DCE實際的物理連接，如接插件的形狀和尺寸、插頭的數(shù)目、排列方式以及插頭和插座的尺寸、電纜的長度以及所含導(dǎo)線的數(shù)目等。10功能與規(guī)程特性功能與規(guī)程特性功能特性：功能特性：說明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。即每一條線的功能分配和確切定義。 通常信號線可分為四類：數(shù)據(jù)線、控制線、同步線和數(shù)據(jù)線、控

5、制線、同步線和地線地線。規(guī)程特性：規(guī)程特性：即通信協(xié)議通信協(xié)議，說明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。即各信號線的工作規(guī)則和先后順序。11課程內(nèi)容課程內(nèi)容物理層概述物理層概述物理介質(zhì)物理介質(zhì)線纜的規(guī)范和連接線纜的規(guī)范和連接12物理介質(zhì)分類物理介質(zhì)分類有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì) 同軸電纜同軸電纜 雙絞線雙絞線 光纖光纖無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)F 衛(wèi)星衛(wèi)星F 微波微波F 紅外線紅外線13同軸電纜同軸電纜10base5 粗同軸電纜粗同軸電纜10base2 10base2 細同軸電纜細同軸電纜14同軸電纜和計算機連接同軸電纜和計算機連接服務(wù)器服務(wù)器客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機客戶機BNC TBNC

6、 T型連接器型連接器 終端終端電阻電阻終端終端電阻電阻15雙絞線雙絞線雙絞線雙絞線RJ-45 和和AUIAttachment Unit Interface各種電纜各種電纜銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜17光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成光源光源是光波產(chǎn)生的根源(激光器或發(fā)光二極管產(chǎn)生)光纖光纖是傳輸光波的導(dǎo)體（單模、多模光纖）光發(fā)送機光發(fā)送機的功能是產(chǎn)生光束,將電信號轉(zhuǎn)變成光信號,再將光信號導(dǎo)入光纖光接收機光接收機的功能負責(zé)接收從光纖上傳輸?shù)墓庑盘?并將它轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)解碼后再

7、作相應(yīng)處理18光纖光纖光纖中心是光傳播的玻璃芯芯外面包圍著一層折射率比芯低的玻璃封套，以使光纖保持在芯內(nèi)再外面的是一層薄的塑料外套，用來保護封套19單模光纖與多模光纖的比較單模光纖與多模光纖的比較 輸入脈沖輸出脈沖（a）多模光纖（a）多模光纖（b）單模光纖（b）單模光纖輸入脈沖輸出脈沖20光纜光纜光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì),它有以下優(yōu)點：頻帶較寬頻帶較寬（10G，可達1000G或更高）電磁絕緣性能好電磁絕緣性能好衰減較小衰減較小中繼器的間隔較大中繼器的間隔較大21常見光纖接頭常見光纖接頭FCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖SCPC型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖ST-PC

8、型光尾纖接頭外形圖型光尾纖接頭外形圖FC/PCSC/PC型光尾纖外形圖型光尾纖外形圖22常見光接口連接器常見光接口連接器SC/PC型光連接器型光連接器ST型光連接器型光連接器FC/PC型光連接器型光連接器BNC型光連接器型光連接器MTRJ型光連接器型光連接器23無線通信無線通信無線電波：無線電波：傳輸數(shù)據(jù)速度為2-6Mbps，適用于短距離微波：微波：地面微波的速度為4-6GHz，衛(wèi)星微波為11-14GHz紅外線：紅外線：一個方向16Mbps，多個方向不超過1Mbps 24無線與衛(wèi)星通信技術(shù)無線與衛(wèi)星通信技術(shù)l電磁波的傳播有兩種方式： 以無線方式一種是在自由空間中傳播； 以有線方式在同軸電纜、雙

9、絞線、光纖中傳輸。l無線方式進行通信的主要有：1.無線(radio):傳輸數(shù)據(jù)速度為2-6Mbps，適用于短距離2.微波(microwave):地面微波速度4-6GHz，衛(wèi)星為11-14GHz3.紅外(infrared):一個方向16Mbps，多個方向不超過1Mbps 4.可見光(visible light) 25（1 1）微波通信）微波通信 l電離層反射地球表面電離層l視距傳播26（2 2） 蜂窩無線通信蜂窩無線通信 多址接入方法：l頻分多址接入（FDMAFDMA）l時分多址接入（TDMATDMA）l碼分多址接入（CDMACDMA） 27（3 3）衛(wèi)星通信）衛(wèi)星通信 衛(wèi)星地球表面衛(wèi)星發(fā)送多點

10、接收多點接收28課程內(nèi)容課程內(nèi)容物理層概述物理層概述物理介質(zhì)物理介質(zhì)線纜的規(guī)范和連接線纜的規(guī)范和連接29常見局域網(wǎng)類型常見局域網(wǎng)類型l不同網(wǎng)絡(luò)類型，物理層規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不同l常見局域網(wǎng)包括：以太網(wǎng)（Ethernet）令牌總線（Token Bus）令牌環(huán)網(wǎng)（Token Ring）FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）lIEEE802.3定義以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，支持多種速率和在多種介質(zhì)上傳輸數(shù)據(jù)10Mbps、100Mbps、1000Mbps同軸電纜、STP、UTP、單模光纖、多模光纖3010Mb/s以太網(wǎng)以太網(wǎng)10Base-T目前使用最廣泛的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一使用雙絞線雙絞線作為物理傳輸介質(zhì)10Base5曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于主

11、干局域網(wǎng)使用粗同軸電纜作為物理傳輸介質(zhì) 10Base2使用細同軸電纜作為物理傳輸介質(zhì)5代表傳輸距離為代表傳輸距離為500米，米，2代表代表200米米（185m）31100Mb/s以太網(wǎng)以太網(wǎng)又稱快速以太網(wǎng)，由IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)定義100Base-TX物理介質(zhì)采用5類以上雙絞線網(wǎng)段長度最多100米100Base-FX物理介質(zhì)采用單模光纖，網(wǎng)段長度可達10公里物理介質(zhì)采用多模光纖，網(wǎng)段長度最多2000米T代表代表Twisted(雙絞線雙絞線)，F(xiàn)代表代表Fiber(光纖光纖)321000Mb/s以太網(wǎng)以太網(wǎng)由IEEE802.3z和IEEE802.3ab定義1000Base-T物理介質(zhì)采用5類

12、以上雙絞線，網(wǎng)段長度最多100米1000Base-F物理介質(zhì)采用單模光纖，網(wǎng)段長度最多500米Base代表傳輸基帶信號，曼徹斯特編碼代表傳輸基帶信號，曼徹斯特編碼335類雙絞線的線序類雙絞線的線序直連網(wǎng)線直連網(wǎng)線交叉網(wǎng)線交叉網(wǎng)線Side 1Side 2Side 112345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍藍5=白白/藍藍6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side 212345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠4=藍藍5=白白/藍藍6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/綠綠

13、4=藍藍5=白白/藍藍6=綠綠7=白白/棕棕8=棕棕1 2 3 4 5 6 7 8 橙 綠 藍 棕白 白 白 白橙 綠 藍 棕1=1=白白/ /綠綠2=2=綠綠 3=3=白白/ /橙橙4=4=藍藍5=5=白白/ /藍藍6=6=橙橙7=7=白白/ /棕棕8=8=棕棕34設(shè)備連接方式設(shè)備連接方式主機主機路由器路由器交換機交換機MDIX交換機交換機MDI集線器集線器主機主機交叉交叉直連N/A直連路由器路由器交叉交叉直連N/A直連交換機交換機MDIX直連直連交叉直連交叉交換機交換機MDIN/AN/A直連交叉直連集線器集線器直連直連交叉直連交叉35WAN物理層規(guī)范物理層規(guī)范lWAN物理層協(xié)議定義了DTE

14、和DCE之間的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)l包括：EIA/TIA232、V.24、V.35等DTEDTEDTEDTEWANWANDCEDCEDCEDCE36RS-232-C接口RS-232-CRS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）于1973年提出的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232-CRS-232-C是用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備（DCE）之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232-CRS-232-C與CCITT 的V. 28建議很相近。 RS-232-CRS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)所定義的內(nèi)容屬于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO所制訂的開放式系統(tǒng)互聯(lián)（ OSI）7層參考模型中的最低層物理層所定

15、義的內(nèi)容。37機械特性RS-232-CRS-232-C的機械接口類型：9 9針、針、1515針、針、2525針針。標(biāo)準(zhǔn)的 RS-232-CRS-232-C接口使用使用 2525針的針的DBDB連接器連接器（插頭、插座）。注意：在針式結(jié)構(gòu)和孔式結(jié)構(gòu)的插頭插座中引針式結(jié)構(gòu)和孔式結(jié)構(gòu)的插頭插座中引腳號的排列順序（頂視）是不同的腳號的排列順序（頂視）是不同的。38電氣特性內(nèi)容：規(guī)定了發(fā)送端驅(qū)動器與接收端驅(qū)動器的信號電平、負載容限、傳輸速率及傳輸距離。39電氣特性缺陷參考地（信號地）問題參考地（信號地）問題：1、發(fā)送端和接收端的邏輯地可能不一致2、為減少地電位對信號的影響，使用較高的傳送電壓。電纜電容問

16、題電纜電容問題： EIAEIA標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在數(shù)據(jù)傳輸率為20Kbps時，被驅(qū)動電路的電容（包括所連電纜電容）必須小于2500pf。對于一個多芯電纜來說，每英尺電容為4050pf，限制了傳輸距離。40RS - 232RS - 232傳輸距離傳輸距離傳輸率距離20Kbps50英尺（15.24 m）1200 bps3000英尺9600bps20英尺。41功能特性內(nèi)容：內(nèi)容：對接口各引腳的功能和連接關(guān)系作出定義對接口各引腳的功能和連接關(guān)系作出定義。 RS-232-CRS-232-C接口在不同的應(yīng)用場合所用到的信號線接口在不同的應(yīng)用場合所用到的信號線是不同的是不同的。例如，在異步傳輸時，不需要定時信號線

17、；在非交換應(yīng)用中則不需要某些控制信號；在不使用備用信道操作時，則可省去5個反向信號線。42EIA-232/V.24信號定義信號定義43過程特性接口進行數(shù)據(jù)交換的工作過程：接口進行數(shù)據(jù)交換的工作過程：1.設(shè)備加電；2.發(fā)出連接請求；3.接受連接請求；4.建立連接；5.數(shù)據(jù)交換；6.發(fā)出斷開請求；7.接受斷開請求。l保證通信的基本要求：傳輸速度、組成數(shù)據(jù)包的位數(shù)、包的起始位 /停止位、奇偶校驗以及半雙工 /全雙工等協(xié)調(diào)一致。44空空Modem概念：直接通過RS-232-C接口將兩個DTE連接起來的方法稱為空空ModemModem（nullnull modemmodem）連接）連接方式方式。注意：空

18、空ModemModem連接連接不同于一般標(biāo)準(zhǔn)RS-232-C連接電纜，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)RS-232-CRS-232-C電纜由于兩端的連接器不電纜由于兩端的連接器不同，因而它有方向性同，因而它有方向性。 而空空ModemModem連接沒有方向性連接沒有方向性，其任一端均可與計算機或終端等DTE設(shè)備相連，而計算機或終端的接口均和原來與Modem連接時的接口相同。45異步傳輸?shù)目债惒絺鬏數(shù)目誐odemModem接線接線異步傳輸?shù)目债惒絺鬏數(shù)目誐odemModem簡單連接簡單連接46異步傳輸異步傳輸空空ModemModem接線圖接線圖47同步傳輸同步傳輸空空ModemModem接線圖接線圖（一個DTE具有時鐘源時的連接）48同步傳輸同步傳輸空空ModemMod