数字通信基础 ch7_物理层接口及标准

1、第第7章章 物理层接口与标准物理层接口与标准 物理层作用：物理层作用： OSI_RM最低层，涉及网络物理设备之间的最低层，涉及网络物理设备之间的接口，其目的是向高层提供透明的二进制比接口，其目的是向高层提供透明的二进制比特流传输。特流传输。 通信接口标准化的意义通信接口标准化的意义 常用的物理层接口标准常用的物理层接口标准 RS-232/422/485 USB ISDN第第7章章 物理层接口与标准物理层接口与标准 7.1 7.1 物理层概述物理层概述 7.2 RS-2327.2 RS-232 7.3 RS-449/RS-423-A/RS-422-A/RS-4857.3 RS-449/RS-42

2、3-A/RS-422-A/RS-485 7.4 X.217.4 X.21标准标准 7.5 7.5 通用串行总线通用串行总线(USB)(USB) 7.6 ISDN7.6 ISDN接口接口 本章小结本章小结7.1 物理层概述物理层概述 物理层接口定义：位于物理层接口定义：位于DTE和和DCE之间之间的界面，实现不同通信设备之间的互联、的界面，实现不同通信设备之间的互联、互换。互换。 DTE （Data Terminal Equipment) :数据终端数据终端设备设备，是指连接到数据通信网络上的用户设备，是指连接到数据通信网络上的用户设备，它可以作为数据源、数据宿或者两者兼备并按它可以作为数据源、

3、数据宿或者两者兼备并按照某一链路协议来完成数据传送控制。照某一链路协议来完成数据传送控制。 最先，最先，DTE是指哑终端或打印机，现在，它常是指哑终端或打印机，现在，它常用来指计算机、局域网的互联设备（如网桥和用来指计算机、局域网的互联设备（如网桥和路由器）。路由器）。 An end instrument that converts user information into signals for transmission or reconverts the received signals into user information. DTEDCE： Data Circuit-Termin

4、ating Equipment（数据电路终端设备）（数据电路终端设备） , 与与Data Communication Equipment（数据通（数据通信设备）是同义词。信设备）是同义词。 它是用来连接它是用来连接DTE设备到通信网络传输电路或设备到通信网络传输电路或信道（信道（channel)的设备（或功能单元），其功的设备（或功能单元），其功能是建立、保持和释放连接，并且提供任何一能是建立、保持和释放连接，并且提供任何一种代码变换或信号变换所需要的功能。种代码变换或信号变换所需要的功能。DCE（1） DCE位于位于DTE和传输电路（如电话线）之间。和传输电路（如电话线）之间。 当信道上传输

5、的是模拟信号时，当信道上传输的是模拟信号时，DCE常指常指modem；当信道让传输的是数字信号时，；当信道让传输的是数字信号时，DEC常指常指 CSU/DSU (channel service unit/data service unit).DCE（2）DTEDCECSRDTEDCECRSCommunicationNetworkDTE-DCEDTE-DCE之间之间的接口标准化的接口标准化接口标准化接口标准化 DTE-DCE之间的之间的接口标准接口标准：为建立、维：为建立、维护和拆除物理通路提供规范的机械、电护和拆除物理通路提供规范的机械、电气、功能和过程特征：气、功能和过程特征： Mechan

6、ical Characteristics：规定物理连：规定物理连接所使用接插件规格、尺寸、引脚数量和排接所使用接插件规格、尺寸、引脚数量和排列方式等外观特性列方式等外观特性 Electrical Characteristics：规定在物理连：规定在物理连接上传输二进制比特流所使用的电平、匹配接上传输二进制比特流所使用的电平、匹配阻抗、传输速率和距离限制等。阻抗、传输速率和距离限制等。 Functional Characteristics：定义：定义DTE和和DCE之间每条信号线的功能，一般分为之间每条信号线的功能，一般分为data，control, timing and GND etc. Pr

7、ocedural Characteristics：规定信号的：规定信号的时序，即各个信号或电路的动作序列。时序，即各个信号或电路的动作序列。7.2 RS-232 Recommended Standard 1962RS-232 1969RS-232C最后修订最后修订 1987RS-232D 1991RS-232E RS-232-C 是使用最早，应用最多的是使用最早，应用最多的异步串行通信总线 RS-232-C是美国电子工业协会（是美国电子工业协会（EIA）制）制订的。订的。7.2 RS-232 CCITT V.24 V系列接口标准是为在电话网（含电话专线和系列接口标准是为在电话网（含电话专线和电

8、话交换网）中进行数据通信而制订的电话交换网）中进行数据通信而制订的DTE-DCE间的接口标准。间的接口标准。 CCITT对对RS-232-C作了很小的修改后制订出作了很小的修改后制订出的的V系列（系列（V.24和和V.28)7.2 RS-232 7.2.1 7.2.1 RS-232-CRS-232-C电气特性电气特性 7.2.2 RS-232-C7.2.2 RS-232-C机械特性机械特性 7.2.3 RS-232-C7.2.3 RS-232-C功能特性功能特性 7.2.4 RS-232-C7.2.4 RS-232-C过程特性过程特性 7.2.5 7.2.5 RS-232-CRS-232-C的

9、应用的应用7.2.1 RS-232-C电气特性电气特性 规定信号电平、匹配阻抗、传输速率和距离限规定信号电平、匹配阻抗、传输速率和距离限制等。制等。 信号电平：信号电平： 负逻辑：负逻辑：RS-232-C (即即RS-232-C采用采用NRZ-L编码）编码） 3-15V “0”-15-(-3)V “1” 正逻辑：正逻辑： TTL：Transistor-Transistor Logic 晶体管晶体管-晶体晶体管逻辑（电路）管逻辑（电路）TTL: 3.3V “1”10V “1” 2.5V “0” RS-232C与与TTL/CMOS信号不能直接连接，信号不能直接连接，必须通过接口电平转换电平转换，否

10、则必须通过接口电平转换电平转换，否则TTL/CMOS电路毁坏！电路毁坏！ MC1488TTL RS-232C MC1499 RS-232CTTL 常用的常用的MAX232MC都集成了都集成了MC1488/MC1499两项功能两项功能 Vmax=20kb/s 信息传输距离短信息传输距离短: Lcable =15m7.2.2 RS-232-C机械特性机械特性 RS-232C标准标准25针针 DB9 com1 com2 DB25 插头：用于插头：用于DTE 插座：用于插座：用于DCE7.2.3 RS-232-C功能特性功能特性 规定了每一个管脚功能、名称并说明相规定了每一个管脚功能、名称并说明相互间

11、操作关系，标准互间操作关系，标准25线，只定义了线，只定义了20条，其中条，其中5条未作规定。条未作规定。RS-232-C功能特性功能特性DTETXDRXDRTSCTSDSRSGNDDCDPGNDDTRRTRxCTxCRS-232C的信号为为两大类：的信号为为两大类： 一类一类DTE与与DCE交换的信息交换的信息 另一类为正确无误地传输上述信息而设计地联另一类为正确无误地传输上述信息而设计地联络信号络信号（1）传送信息信号：）传送信息信号： TxD(Transmitting Data)：由发送端（：由发送端（DTE）向接收端（向接收端（DCE）发送的信息，按串行数据格）发送的信息，按串行数据格

12、式，即先低位后高位的顺序发出。管脚号式，即先低位后高位的顺序发出。管脚号 RxD(Receving Data)：用来接收：用来接收DTE发送端发送端输出的数据，管脚号为输出的数据，管脚号为（2）联络信号：）联络信号： RTS:Request to Send， DTEDCE 当当RTS=1时，表示时，表示DTE请求向请求向DCE发送数据。发送数据。 CTS :Clear to Send DCEDTE，允许发送，允许发送，当当CTS=1时，表示本地时，表示本地DCE响应响应DTE向向DCE发出的发出的RTS信号，且本地信号，且本地DCE准备向远程准备向远程DCE发送数据。发送数据。 DSR: da

13、ta set ready，DCEDTE，指出本指出本地地DCE的工作状态。当的工作状态。当DSR=1时，表示时，表示DCE可以与远程可以与远程DCE建立通道。建立通道。 DTR：data terminal ready，DTEDCE，当当DTR=1时，表示时，表示DTE处于就绪状态，本地处于就绪状态，本地DCE和远和远程程DCE之间建立通信通道。之间建立通信通道。 DCD：Data Carrier Detect，DCEDTE，当，当DCD=1时，表示本地时，表示本地DCE接收到远程接收到远程DCE发来的载发来的载波信号。波信号。 RI：Ring Indication，DCEDTE，当，当RI=1

14、时，表时，表示本地示本地DCE收到远程收到远程DCE振铃信号。振铃信号。 地线地线：由于：由于RS232C非平衡型电路，所有信非平衡型电路，所有信号公用一根号公用一根GND：保护地，可不接：保护地，可不接：信号地，必须接：信号地，必须接7.2.4 RS-232-C过程特性过程特性 以以RS232C在租用线路上进行同步全双在租用线路上进行同步全双工传输接口工作过程为例工传输接口工作过程为例(p196)： 显示传输前的显示传输前的准备准备工作工作 保证四个设备全部准备保证四个设备全部准备就绪就绪，可以进行传，可以进行传送送 在发送和接收在发送和接收MODEM间间建立建立物理连接物理连接 传送数据传

15、送数据 清除清除发送信号发送信号7.2.5 RS-232-C的应用的应用 RS232C主要用在串行通信数据传输中主要用在串行通信数据传输中 使用方式使用方式: (p197-p199) 使用使用MODEM连接连接 DTE之间直接相连之间直接相连 三线连接法三线连接法RS232C的应用的应用 RS232C传送波形图：以传送字符传送波形图：以传送字符x和和y为例，说明为例，说明RS232C信号传送波形图。信号传送波形图。 编码方法：编码方法：非归零二电平码（非归零二电平码（NRZ-L)，负逻，负逻辑辑 传送方法：异步传送模式传送方法：异步传送模式 1为起始位为起始位 2位停止位位停止位 差错控制：奇

16、校验差错控制：奇校验例题；传例题；传X=58H=0101 1000低位低位高位高位异步通信中，停止位和空闲位的电平与逻辑“1”的电平相同，在负逻辑中，为低电平Time起始位(逻辑值“0”)停止位奇偶校验位传传Y=59H=0101 1001低位低位高位高位7.3 RS-449/423/422/485 RS-232-C作为应用广泛的串行接口总线，作为应用广泛的串行接口总线，有着明显的缺陷：有着明显的缺陷： 速度慢：速度慢：Vmax=20kb/s 信息传输距离短信息传输距离短: Lcable =15m 使用非平衡发送器，电气性能不佳使用非平衡发送器，电气性能不佳 信号之间容易产生码间串扰信号之间容易

17、产生码间串扰 推出了新的串行接口总线标准推出了新的串行接口总线标准449/423/422/485以及以及USB等等7.3 RS-449/423/422/485 7.3.1 7.3.1 RS-449RS-449 7.3.2 RS-423-A/RS-422-A7.3.2 RS-423-A/RS-422-A 7.3.3 RS-485 7.3.3 RS-4857.3.1 RS-449 RS449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、功能和过程特性接口由它的机械、功能和过程特性接口由RS449定义，而电气特性接口由两个不同的标准定义，而电气特性接口由两个不同的标准定义：定

18、义： RS422A：用于平衡电路：用于平衡电路 V.11/X.27 RS423A：用于非平衡电路：用于非平衡电路 V.10/X.26 RS449与与RS232C相比：相比： 增加了增加了10条接口引脚，从表条接口引脚，从表7.3可以看出可以看出 传送速率高，传送距离长传送速率高，传送距离长 100kb/s1200m 接口连接器采用接口连接器采用37针和针和9针（安排辅助信道针（安排辅助信道的管脚）的管脚） 接口管脚大致分为五大类：接口管脚大致分为五大类： 公共地公共地 数据数据 控制控制 定时线定时线 辅助信道辅助信道7.3.2 RS-423A/RS-422-A RS449的两个子集，的两个子

19、集，RS422采用平衡电路，采用平衡电路，RS423采用非平衡电路采用非平衡电路 负逻辑，且参考电平为地：负逻辑，且参考电平为地： 1: -6v0: +6v RS422规定了差分平衡的电气接口，即在较规定了差分平衡的电气接口，即在较长距离明显地提高数据传输速率长距离明显地提高数据传输速率 100kb/s1000m 10Mb/s10m R423规定了差分平衡的电气接口规定了差分平衡的电气接口7.3.3 RS-485 RS485是工业控制过程中的串行接口总线，是工业控制过程中的串行接口总线，它由它由RS422变型而来，实际上它们的差别变型而来，实际上它们的差别在于：在于： RS422全双工全双工R

20、S485半双工半双工 RS422采用两对平衡差分信号线，而采用两对平衡差分信号线，而RS485只只需需1对对 RS485更适合于多站互联，一个发送驱动更适合于多站互联，一个发送驱动器最多可连接器最多可连接32个负载设备个负载设备TxD使能使能TxDRxDRxD使能使能485连接电路，半双工通信，某一个时刻只能有一个站连接电路，半双工通信，某一个时刻只能有一个站可以发送数据；另一个只能接收，发送电路由使能控制可以发送数据；另一个只能接收，发送电路由使能控制422连接电路，全双工通信，任一个时刻连接电路，全双工通信，任一个时刻同时进行发送和接收同时进行发送和接收TxD使能使能TxDRxDRxD使能

21、使能7.4 X.21X.21标准标准 CCITT对对DTE和和DCE之间接口标准有之间接口标准有X系列系列和和V系列两大类建议：系列两大类建议： Vseries: V是为在电话网（含电话专线和电话交是为在电话网（含电话专线和电话交换网）中进行数据通信而制订的换网）中进行数据通信而制订的DTE-DCE间的间的接口标准接口标准 Xseries:公用公用数字交换网络数字交换网络中中DTE和和DCE之间的之间的接口标准接口标准7.4 X.21X.21标准标准 7.4.1 7.4.1 X.21X.21建议建议 7.4.2 X.217.4.2 X.21功能特性功能特性 7.4.3 X.217.4.3 X.

22、21过程特性过程特性 7.4.4 X.217.4.4 X.21电气特性电气特性 7.4.5 X.217.4.5 X.21机械特性机械特性 7.4.6 7.4.6 X.21bisX.21bis建议建议7.4.1 X.21建议建议 DTE和和DCE之间交换信号的接口标准，设之间交换信号的接口标准，设计目标就是允许接口在更长的传输距离间计目标就是允许接口在更长的传输距离间进行更高速率的数据传输。进行更高速率的数据传输。 DTE和和DCE：300m 同步半双工或全双工时：同步半双工或全双工时：10Mb/s 欧洲网络多使用欧洲网络多使用X.21接口接口7.4.2 7.4.2 X.21X.21功能特性功能

23、特性 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地GT T 发送：发送：T T线上的信号是线上的信号是DTEDTE送往送往DCEDCE的数信号和呼叫控制信号。的数信号和呼叫控制信号。 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定

24、时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地GR R线上的信号是线上的信号是DCEDCE送往送往DTEDTE的的数据信号和呼叫控制信号。数据信号和呼叫控制信号。 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地GON状态表示在进行数据传输，状态表示在进行数据传输，OFF状态表示数据传输阶段已经结束状态表示数据传输阶段已经结束。 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特

25、性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地G告知告知DTE码元的开始和结束码元的开始和结束,每个控制序列开始至少加上每个控制序列开始至少加上SYN字符字符 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地G表示表示DTE一个字节的开始和结束，

26、一个字节的开始和结束，它是任选项。它是任选项。 机械特性：机械特性：DB-15连接头连接头 功能特性：功能特性： DB-15中仅定义了中仅定义了8条接口线条接口线DTEDCE发送发送T控制控制C接收接收R指示指示I位定时信号位定时信号S字节定时信号字节定时信号(任选任选)B信号地信号地SG保护地保护地G0 表示表示ON， 1 表示表示OFF，用来控制通话过程用来控制通话过程7.4.3 7.4.3 X.21X.21过程特性过程特性 过程特性：过程特性： 空闲和静止阶段：接口不工作（没有通话）空闲和静止阶段：接口不工作（没有通话） 控制阶段：包括呼叫建立和清除阶段。控制阶段：包括呼叫建立和清除阶段

27、。 数据传送阶段：通信双方交换数据。数据传送阶段：通信双方交换数据。7.4.4 7.4.4 X.21X.21电气特性电气特性 电气特性：电气特性： X系列接口地电气特性，采用的是系列接口地电气特性，采用的是v.10/x.26 v.11/x.27的接口标准，这两种标准在的接口标准，这两种标准在接收端接收端均采用均采用差动输入差动输入，从而有效地减少了逻辑地电，从而有效地减少了逻辑地电位以及外界干扰信号的影响。位以及外界干扰信号的影响。TRv.10/x.261: OFF， T相对于相对于R为负为负0: ON， T相对于相对于R为正为正TxDRxDv.11/x.271: OFF， T相对于相对于R为

28、负为负0: ON， T相对于相对于R为正为正接收端接收端1或或0取决于取决于T和和R端的相互端的相互关系，而不是地关系，而不是地DTEDCEDTEDCECommunicationNetwork数字交换网络数字交换网络模拟交换网络模拟交换网络7.4.5 X.217.4.5 X.21机械特性机械特性 X X系列接口采用系列接口采用ISO 4903ISO 4903规定，采用规定，采用1515针标针标准连接器代替原先的准连接器代替原先的2525针连接器，如图针连接器，如图7.197.19所示。所示。1 屏 蔽 地 ， 也 叫 保 护 地 2， 9 传 输 数 据 和 控 制 3， 10 控 制 4，

29、11 接 收 数 据 和 控 制 5， 12 指 示 6， 13 信 号 基 准 时 钟 7， 14 字 节 时 钟 15 保 留7.4.6 X.21bis7.4.6 X.21bis建议建议 1.出台原因出台原因 基于基于X.21X.21的电路交换网络的实施需要新技术，许的电路交换网络的实施需要新技术，许多国家多国家不具备安装相应设备的条件不具备安装相应设备的条件，而且，更新，而且，更新业已存在的设备也需要相当长的过程。业已存在的设备也需要相当长的过程。 即使有了采用即使有了采用X.21X.21标准的网络，标准的网络，用户仍然保持旧用户仍然保持旧的基于的基于V.24V.24（与（与RS-232

30、-CRS-232-C相似，只是在某些很少相似，只是在某些很少使用的电路上稍有区别）的设备。使用的电路上稍有区别）的设备。 向向X.21X.21转变要付出昂贵的代价转变要付出昂贵的代价。针对这种情况，。针对这种情况，CCITTCCITT又提出了又提出了X.21bisX.21bis建议。建议。 2.过度方案过度方案 X.21bisX.21bis描述一种描述一种DTE-DCEDTE-DCE接口，接口，允许采用允许采用先前技术的先前技术的V.24V.24接口和调制解调器的接口和调制解调器的DTE DTE 与与X.21X.21网络一道工作网络一道工作，也就是说，使用，也就是说，使用X.21bisX.21

31、bis接口，接口，DTEDTE可以与同步可以与同步V V系列调制解系列调制解调器接口。调器接口。V V系列建议描述通过电话网的数系列建议描述通过电话网的数据传送，其中据传送，其中V.24V.24规定了规定了DTEDTE和电话网络的和电话网络的接口，即从接口，即从DTEDTE控制控制MODEMMODEM的方式。的方式。 3.原理电路原理电路 工作原理工作原理 图中与图中与DTEDTE相连的相连的MODEMMODEM将数字信号转换成将数字信号转换成模拟信号，而与模拟信号，而与DSEDSE（数字交换设备）连接（数字交换设备）连接的的MODEMMODEM又将模拟信号转换成数字信号。直又将模拟信号转换成

32、数字信号。直接呼叫设施避免使用通常由接呼叫设施避免使用通常由DTEDTE提供的地址提供的地址选择信号，网络将这种呼叫请求信号解释选择信号，网络将这种呼叫请求信号解释成建立与由用户请求的单个目标地址连接成建立与由用户请求的单个目标地址连接的指令。的指令。 可以认为，可以认为，X.21bisX.21bis是是X.21X.21的暂时过渡版本，的暂时过渡版本，它是对它是对X.21X.21的补充，保持了的补充，保持了V.24V.24的物理接的物理接口。口。7.5 通用串行总线通用串行总线( (USB)USB) USB:universal serial bus 种类繁多的种类繁多的USB外设：外设： Us

33、b 闪存、移动硬盘、键盘、鼠标、闪存、移动硬盘、键盘、鼠标、scanner, digital camera, modem, printer, cd_rom Real PnP: plug and play并且可以带电热插拔。并且可以带电热插拔。7.5 通用串行总线通用串行总线( (USB)USB) 7.5.1 7.5.1 USBUSB规范规范 7.5.2 USB7.5.2 USB体系结构体系结构 7.5.3 7.5.3 USBUSB的应用的应用7.5.1 7.5.1 USBUSB规范规范 USB Compaq, Digital, IBM, Intel, MS 等等8八家公八家公司共同开发地一种新

34、的设备接口总线技术司共同开发地一种新的设备接口总线技术 1995年年 usb1.0 1.5Mbps12Mbps低速外设低速外设 2000年年 usb2.0 对对1.0完全兼容完全兼容 480Mbps高速外设高速外设 USB主要特点：主要特点： 速度快：速度快：1.512480Mbps 连接简单：提供了单一的标准连接形式连接简单：提供了单一的标准连接形式 接口采用了统一的标准接口采用了统一的标准 支持支持 PnP和热插拔和热插拔 支持多达支持多达127台物理设备的连接台物理设备的连接 占有主机资源（占有主机资源（I/O端口地址、中断）少端口地址、中断）少 接口内置电源：为外设提供电源接口内置电源

35、：为外设提供电源 是一种基于信息的协议总线是一种基于信息的协议总线 IEEE1394:“Fire wire” 13941394a1394b 主要特点：主要特点： 高速数据传送：高速数据传送： 100 200 400 Mbps (1394,1394a) 800 Mbps 1.6 3.2Gbps (1394b) 实时性：传送视频和音频数据实时性：传送视频和音频数据 高自由度连接拓扑结构高自由度连接拓扑结构 支持支持 PnP和热插拔和热插拔连接新一代的高速外设和信息家电设备连接新一代的高速外设和信息家电设备Usb &1394性能性能IEEE1394USB数据传输速度数据传输速度100/200

36、/4001.5/12可连接结点数可连接结点数63127结点间距离结点间距离4.5m5m同步传送模式同步传送模式支持支持支持支持信号线条数信号线条数6(p:2 s:4)4(p:2 s:2)编码方式编码方式DSLinkNRZI（差分码）（差分码）7.5.2 USB体系结构体系结构 主要包括主要包括总线拓扑结构总线拓扑结构、物理接口物理接口、总线协总线协议、系统配置议、系统配置等。等。 1.总线拓扑结构总线拓扑结构：USB主机和主机和USB设备的连设备的连接模型。接模型。USB的物理连接是的物理连接是星型星型结构结构 USB体系中只能有一个主机，主机上的体系中只能有一个主机，主机上的USB接接口称为

37、主控制器。口称为主控制器。 USB主控制器是硬件、固件或软件的联合体。主控制器是硬件、固件或软件的联合体。 根集线器是集成在主机系统中的，它可以提供根集线器是集成在主机系统中的，它可以提供一个或多个接入端口。一个或多个接入端口。主机主机主控制器主控制器根hubHub1设备1设备2Hub2设备3设备2USB主机：主机：只能有一个只能有一个USB设备：设备： HUB: 功能设备：功能设备： #1 #2 #3 Port Port PortUpstream Port HUB Port #4 Port Port Port #7 #6 #5一个典型的USB集线器2.USB的物理接口的物理接口 电气特性：电

38、气特性： Usb总线电缆：总线电缆：4根线，其中根线，其中2根线提供设根线提供设备工作所需的电源，另外备工作所需的电源，另外2根线用于传输数根线用于传输数据据 特性阻抗为特性阻抗为90ohm 信号差分输入信号差分输入 传输速度：传输速度：1.512480MbpsUSB的物理接口的物理接口 机械特性：机械特性： 连接器形式分为连接器形式分为A和和B两种两种 引脚：引脚： 1， 4（+5.0v GND） 2(white)， 3 （V+ V-）USB电缆电缆电源线，红色，提供5V电压，数据线D+绿色D-白色A A系列系列B B系列系列USB连接器连接器2种常见类型的正视图种常见类型的正视图nA系列：

39、上行端口（用于USB设备与集线器相连）nB系列：下行端口3.USB总线协议总线协议 总线上的所有处理都包括最多总线上的所有处理都包括最多三个分组三个分组的的传输传输 每一个处理操作开始时，都由每一个处理操作开始时，都由usb主控制器主控制器根据一个计划的步骤，发送一个用于描述处根据一个计划的步骤，发送一个用于描述处理类型和方向、理类型和方向、usb设备地址、端点号的设备地址、端点号的usb分组即分组即令牌分组令牌分组 发送发送数据分组数据分组 “握手分组握手分组”：传送是否成功？：传送是否成功？ 上述上述USB总线上的这种主机和设备端点之间的总线上的这种主机和设备端点之间的数据传送模型称为数据

40、传送模型称为“管道管道”，共有两种类型的，共有两种类型的管道：管道：USB总线协议总线协议 流管道：没有确定的流管道：没有确定的usb帧结构帧结构 消息管道：有确定的消息管道：有确定的usb帧结构帧结构 只要只要USB设备上电（即完成配置）后，就会存设备上电（即完成配置）后，就会存在一个控制管道在一个控制管道0，用来提供对设备配置、状，用来提供对设备配置、状态和控制信息的访问。态和控制信息的访问。4.USB系统配置系统配置 插入插入USB设备设备 每个每个USB设备都通过集线器上特定接口接入设备都通过集线器上特定接口接入USB总线。总线。 集线器在各端口的状态中指出集线器在各端口的状态中指出U

41、SB设备的接入设备的接入和拆除，主机通过控制管道，使用默认的和拆除，主机通过控制管道，使用默认的USB地址来使连接了地址来使连接了USB设备的端口可用，并对设备的端口可用，并对USB设备进行寻址设备进行寻址。 拆除拆除 当当USB设备从集线器上移出时，集线器会自动设备从集线器上移出时，集线器会自动废除该端口并向主机发出设备移出指示。而主废除该端口并向主机发出设备移出指示。而主机会从主机数据结构中删除该机会从主机数据结构中删除该USB设备的信息。设备的信息。USB系统配置系统配置 总线枚举总线枚举 总线枚举是指对总线上接入的总线枚举是指对总线上接入的USB设备进行设备进行识别和寻址操作以及总线上

42、设备移出的发现识别和寻址操作以及总线上设备移出的发现和处理操作。和处理操作。 USB的总线枚举是一种持续执行的工作。的总线枚举是一种持续执行的工作。（动态工作）（动态工作）5.USB数据传送方式数据传送方式 控制方式控制方式双向传送，主要用于命令双向传送，主要用于命令/状态操作。状态操作。USB系统软件主要用来进行查询、配置和给系统软件主要用来进行查询、配置和给USB设备发送通用的命令。设备发送通用的命令。 同步方式同步方式单向传输，提供确定的带宽和间隔时间。单向传输，提供确定的带宽和间隔时间。用于时间严格并具有较强容错性的流数据传用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或用于要求恒定数据传

43、送率的即时应用输，或用于要求恒定数据传送率的即时应用中。中。USB数据传送方式数据传送方式 中断方式中断方式支持那些偶然需要相对少量数据进行通信，支持那些偶然需要相对少量数据进行通信，但服务时间却受限的设备但服务时间却受限的设备 批量方式批量方式支持那些在不同的时刻需要传输相对数据量支持那些在不同的时刻需要传输相对数据量较大的数据，并且传输可以推迟到有可用带较大的数据，并且传输可以推迟到有可用带宽时再进行的设备。打印机和扫描仪属于这宽时再进行的设备。打印机和扫描仪属于这种类型。种类型。7.5.3 USB7.5.3 USB的应用的应用 1. USB1. USB使用环境使用环境 USBUSB需要主

44、机需要主机硬件硬件、操作系统操作系统和和外设外设三个方三个方面的支持才能工作。面的支持才能工作。主板上有支持主板上有支持USBUSB功能的控制芯片组，功能的控制芯片组，并安装有并安装有USBUSB接口插座。接口插座。7.5.3 USB7.5.3 USB的应用的应用 1. USB1. USB使用环境使用环境 USBUSB需要主机需要主机硬件硬件、操作系统操作系统和和外设外设三个方三个方面的支持才能工作。面的支持才能工作。Windows 98, Windows ME,Windows 98, Windows ME,Windows 2000Windows 2000， Windows XPWindows

45、 XP等。等。7.5.3 USB7.5.3 USB的应用的应用 1. USB1. USB使用环境使用环境 USBUSB需要主机需要主机硬件硬件、操作系统操作系统和和外设外设三个方三个方面的支持才能工作。面的支持才能工作。如数字照相机、计算机电话、如数字照相机、计算机电话、数字音箱、数字游戏杆、数字音箱、数字游戏杆、打印机、扫描仪、键盘、鼠标等打印机、扫描仪、键盘、鼠标等。2. 2. 主机和主机和USBUSB设备的连接设备的连接 采用星形连接。采用星形连接。 USBUSB连接器分连接器分A A系列和系列和B B系列（见图系列（见图7.247.24）。）。 用级联方法延长连接距离，但最多只能支用级

46、联方法延长连接距离，但最多只能支持五级。最长扩展连接距离不得超过持五级。最长扩展连接距离不得超过30 m30 m。 多可以接多可以接127127个个USBUSB设备，但是，这只是理设备，但是，这只是理论数据，目前也只做到论数据，目前也只做到111111个个USBUSB设备同时设备同时工作。但这个数字已够大了，一般电脑连工作。但这个数字已够大了，一般电脑连接的周边外设很少超过接的周边外设很少超过1010个。个。7.6 ISDN接口接口 ISDN: Integrated Services Data Network综合业务数据网综合业务数据网 它向用户提供端到端连接，支持语音、数它向用户提供端到端连

47、接，支持语音、数字、图像、传真等广泛业务，用户可以通字、图像、传真等广泛业务，用户可以通过一组有限的标准的多用途用户网络接口过一组有限的标准的多用途用户网络接口来访问。来访问。 其基本特性：其基本特性： 支持端到端的数字连接，它是一个全数字化的支持端到端的数字连接，它是一个全数字化的网络。网络。 一切信号均以数字形式进行传输和交换，即不论原一切信号均以数字形式进行传输和交换，即不论原始信号是语音、文字、数据还是图像，都必须现在始信号是语音、文字、数据还是图像，都必须现在终端转换成数字信号，然后通过数字信道传送到终端转换成数字信号，然后通过数字信道传送到ISDN网络，再由网络将这些数字信号传输到

48、通信网络，再由网络将这些数字信号传输到通信的另一方的终端设备。的另一方的终端设备。 提供综合的通信业务。提供综合的通信业务。语音语音 非语音非语音 提供标准的入网接口，即不同的业务和终端可提供标准的入网接口，即不同的业务和终端可经过同一接口入网。经过同一接口入网。 借助这一多功能接口，借助这一多功能接口，ISDN的所有业务都可采用的所有业务都可采用单一的单一的ISDN号码。号码。7.6 ISDN接口接口 7.6.1 7.6.1 ISDNISDN用户用户/ /网络接口的结构网络接口的结构 7.6.2 ISDN7.6.2 ISDN用户用户/ /网络接口的配置网络接口的配置 7.6.3 ISDN7.

49、6.3 ISDN标准标准 7.6.4 ISDN7.6.4 ISDN用户接口协议用户接口协议 7.6.5 7.6.5 ISDNISDN的连接方式的连接方式7.6.17.6.1 ISDNISDN用户用户/ /网络接口结构网络接口结构 两种结构类型的两种结构类型的ISDN用户网络接口结构：用户网络接口结构： 基本速率接口基本速率接口 2B+D（B:64kbps传数据信息传数据信息 D: 16kbps传信令消息）传信令消息） 该接口能够满足大部分单个用户的需要该接口能够满足大部分单个用户的需要 无需改造现有的电话线，只需交换机提供无需改造现有的电话线，只需交换机提供ISDN功功能；利用现有的电话线通过

50、能；利用现有的电话线通过ISDN网络进行语音和网络进行语音和多种形式的数据通信多种形式的数据通信 基群速率接口基群速率接口 一次群接口；主要用于装有一次群接口；主要用于装有PBX(private Branch Exchange专用分组交换机专用分组交换机)或具有召开电视会议用或具有召开电视会议用的高速信道等需要很大业务量的用户。的高速信道等需要很大业务量的用户。 提供提供1544kbps和和2048kbps两种速率的传输能力。两种速率的传输能力。 结构可根据用户通信的不同需求可以作出多种安排。结构可根据用户通信的不同需求可以作出多种安排。一种典型的安排：一种典型的安排：nB+D 高速信道：高速

51、信道：mH0+D H11+D 或或H12+D nB+mH0+D 三种物理接口速率：三种物理接口速率： 144kbps1544kbps（T1）2048kbps(E1)7.6.27.6.2 ISDN用户用户/网络接口配置网络接口配置 TE1 ISDN标准终端标准终端 TE2 非标准的非标准的ISDN终端终端 TA 终端适配器（非终端适配器（非ISDN 标准终端标准终端 ISDN 网络网络） NT1 网络终端网络终端1，它是用户传输线路装置（物理层），它是用户传输线路装置（物理层） NT2 网络终端网络终端2，智能终端（物理层、数据链路层和高，智能终端（物理层、数据链路层和高层功能）层功能）TE1T

52、E2TAISDN开关NT1NT2STUR物理参考结点物理参考结点7.6.3 7.6.3 ISDNISDN标准标准 ITU-TITU-T于于19851985年提出了关于年提出了关于ISDNISDN的一些标准的一些标准（称做（称做II系列建议）。系列建议）。 （1 1）ISDNISDN总体概念及结构建议总体概念及结构建议I.100I.100 （2 2）ISDNISDN业务服务能力业务服务能力I.200I.200 （3 3）ISDP4ISDP4网络特性和功能网络特性和功能I.300I.300 （4 4）ISDNISDN用户用户- -网络接口网络接口I.411/412/420I.411/412/420

53、 （5 5）ISDNISDN协议层说明协议层说明I.430/440/441/450/451I.430/440/441/450/451 ISDNISDN的基本特征：的基本特征： （1 1）ISDNISDN应从现有的电话网发展起来，发展过程中应首应从现有的电话网发展起来，发展过程中应首 先将模拟电话网演变为先将模拟电话网演变为IDNIDN网。网。 （2 2）ISDNISDN所提供的新业务应与数字交换的基本速率所提供的新业务应与数字交换的基本速率 64kbit/s64kbit/s相兼容。相兼容。 （3 3）ISDNISDN应同时支持语音和非语音服务业务。应同时支持语音和非语音服务业务。 （4 4）为

54、）为ISDNISDN的用户提供全数字化连接。的用户提供全数字化连接。 （5 5）支持各种交换连接和非交换连接及其相互间的联系。）支持各种交换连接和非交换连接及其相互间的联系。 （6 6）ISDNISDN应具有智能化功能，以便于实现维护、系统控应具有智能化功能，以便于实现维护、系统控 制和网络管理。制和网络管理。 （7 7）针对各种接入配置采用一组功能分层的总体方案。）针对各种接入配置采用一组功能分层的总体方案。 数字通信信道：数字通信信道： （1 1）B B通道（通道（64 kbit/s64 kbit/s）。）。 （2 2）D D通道（通道（16 kbit/s16 kbit/s）。）。 （3

55、3）A A通道（通道（4kHz4kHz模拟）。模拟）。 （4）C通道（8kbit/s或16 kbit/s）。基本用户通道，用于基本用户通道，用于PCMPCM数字语音、数字语音、电路交换和分组交换的数字数据电路交换和分组交换的数字数据以及低速率业务的混合。以及低速率业务的混合。 数字通信信道：数字通信信道： （1 1）B B通道（通道（64 kbit/s64 kbit/s）。）。 （2 2）D D通道（通道（16 kbit/s16 kbit/s）。）。 （3 3）A A通道（通道（4kHz4kHz模拟）。模拟）。 （4）C通道（8kbit/s或16 kbit/s）。完成在用户与网络之间完成在用户

56、与网络之间交换控制信息和交换控制信息和提供低速率数字数据传输两大功能。提供低速率数字数据传输两大功能。 数字通信信道：数字通信信道： （1 1）B B通道（通道（64 kbit/s64 kbit/s）。）。 （2 2）D D通道（通道（16 kbit/s16 kbit/s）。）。 （3 3）A A通道（通道（4kHz4kHz模拟）。模拟）。 （4）C通道（8kbit/s或16 kbit/s）。用于用于ISDNISDN过渡期间过渡期间传输模拟语音信号。传输模拟语音信号。 数字通信信道：数字通信信道： （1 1）B B通道（通道（64 kbit/s64 kbit/s）。）。 （2 2）D D通道（

57、通道（16 kbit/s16 kbit/s）。）。 （3 3）A A通道（通道（4kHz4kHz模拟）。模拟）。 （4）C通道（8kbit/s或16 kbit/s）。与与A A通道一起形成混合接入通道。通道一起形成混合接入通道。8 kbit/s8 kbit/s用于美国，用于美国，16kbit/s16kbit/s用于日本。用于日本。7.6.47.6.4 ISDN用户接口协议用户接口协议 ISDNISDN的体系结构采用分层次的模型，是参照的体系结构采用分层次的模型，是参照OSIOSI参考模型参考模型而建立起来的，因此它也分为七个层次，而且每一层的功而建立起来的，因此它也分为七个层次，而且每一层的功

58、能与能与OSIOSI（Open System InterconnectionOpen System Interconnection）参考模型完全）参考模型完全一致。一致。7.6.47.6.4 ISDN用户接口协议用户接口协议 物理层物理层 定义了用户终端（定义了用户终端（TE）到网络终端（）到网络终端（NT）之间的物理）之间的物理接口。接口。 同步控制：同步控制：bit byte channel 数据链路层数据链路层 在物理层的基础上提供数据链路的建立、维持和释放在物理层的基础上提供数据链路的建立、维持和释放的手段。的手段。 D信道链路接入协议信道链路接入协议LAPD(Link Access

59、Procedure on the D channel) LAPD操作：证实操作和无证实操作操作：证实操作和无证实操作 网络层网络层 利用数据链路层提供的信息传递服务，在用利用数据链路层提供的信息传递服务，在用户与网络之间发送、接收各种控制信息，并户与网络之间发送、接收各种控制信息，并根据用户要求对链路连接的建立、保持和释根据用户要求对链路连接的建立、保持和释放进行控制。放进行控制。 控制控制分为两类：控制控制分为两类： 电路交换呼叫控制：在终端与网络之间通过电路交换呼叫控制：在终端与网络之间通过D信信道交换信令信息，利用道交换信令信息，利用B信道建立电路交换的连信道建立电路交换的连接，并传送用

60、户信息。接，并传送用户信息。 分组交换呼叫控制：通过分组交换呼叫控制：通过D信道来实施，但分组信道来实施，但分组数据信息可以通过数据信息可以通过B/D信道信道7.6.5 ISDN连接方式连接方式 ISDN提供了各种终端的连接方式。提供了各种终端的连接方式。n对于用户来说，对于用户来说，ISDN提供了在一根电话线上实现提供了在一根电话线上实现128kbps的数据传送，可以同时处理语音、文字、的数据传送，可以同时处理语音、文字、数字和图像等多种信息。数字和图像等多种信息。ISDN网络接口数字电话数字电话计算机计算机可视图文可视图文高速传真高速传真ISDNNT1数字电话数字电话计算机计算机(内置内置ISDN