第3章 物理层接口

1、第第4讲物理层接口讲物理层接口2引入引入lOSI参考模型层次结构l物理层是七层模型的最底层lRS232C接口lRS449等接口3学习目标学习目标l描述物理层的功能描述物理层的功能l描述物理层的介质描述物理层的介质l理解线缆的规范和连接方式理解线缆的规范和连接方式l制作和测试线缆制作和测试线缆学习完本章，您应该能够：学习完本章，您应该能够：4课程内容课程内容物理层概述物理层概述物理介质物理介质线缆的规范和连接线缆的规范和连接2.2.1 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字

2、比特流模拟信号模拟信号 正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC 机6Ethernet802.3V.35 物理层物理层EIA/TIA-232物理层功能物理层功能l物理层的功能：实现在传输介质上传输比特流实现在传输介质上传输比特流l物理层定义了建立、维护和拆除物理链路的规范和标准l定义了物理层接口通信的标准，包括：机械特性电气特性功能特性规程特性7物理层功能物理层功能物理层协议要解决的是主机、工作站等数据终端设备与通信线路上通信设备之间的接口问题。按照国际标准化组织（ISO）的术语，将这两种设备分别称为DTEDTE和DCEDCEDTEDTE的基本功能是产生、处理数据；的基本功能是产

3、生、处理数据；DCEDCE的基本功能是沿传输介质发送和接的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。收数据。 8DTE与与DCEDTEDTE（Data Terminal Equipment）又称数据终又称数据终端设备端设备，指数据输入、输出设备和传输控制器或者计算机等数据处理装置及其通信控制器。DCEDCE（Data Circuit-Terminating Equipment）又称数据电路端接设备又称数据电路端接设备，指自动呼叫设备、调制解调器（Modem）以及其它一些中间装置的集合。DTEDTE的基本功能是产生、处理数据的基本功能是产生、处理数据；DCEDCE的基本的基本功能是沿传输介质发送和接收

4、数据功能是沿传输介质发送和接收数据。 9机械特性与电气特性机械特性与电气特性电气特性：定了数据交换信号以及有关电路的特性。一般包括最大数据传输率的说明、表示信号状态(逻辑电平，通/断)的电压和电流的识别，即什么样的电压表示1或0，以及电路特性的说明和与互联电线相关的规定机械特性：规定了DTE与DCE实际的物理连接，如接插件的形状和尺寸、插头的数目、排列方式以及插头和插座的尺寸、电缆的长度以及所含导线的数目等。10功能与规程特性功能与规程特性功能特性：功能特性：说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。即每一条线的功能分配和确切定义。 通常信号线可分为四类：数据线、控制线、同步线和数据线、控

5、制线、同步线和地线地线。规程特性：规程特性：即通信协议通信协议，说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。即各信号线的工作规则和先后顺序。11课程内容课程内容物理层概述物理层概述物理介质物理介质线缆的规范和连接线缆的规范和连接12物理介质分类物理介质分类有线传输介质有线传输介质 同轴电缆同轴电缆 双绞线双绞线 光纤光纤无线传输介质无线传输介质F 卫星卫星F 微波微波F 红外线红外线13同轴电缆同轴电缆10base5 粗同轴电缆粗同轴电缆10base2 10base2 细同轴电缆细同轴电缆14同轴电缆和计算机连接同轴电缆和计算机连接服务器服务器客户机客户机客户机客户机客户机客户机BNC TBNC

6、 T型连接器型连接器 终端终端电阻电阻终端终端电阻电阻15双绞线双绞线双绞线双绞线RJ-45 和和AUIAttachment Unit Interface各种电缆各种电缆铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆17光纤通信系统的基本构成光纤通信系统的基本构成光源光源是光波产生的根源(激光器或发光二极管产生)光纤光纤是传输光波的导体（单模、多模光纤）光发送机光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再将光信号导入光纤光接收机光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再

7、作相应处理18光纤光纤光纤中心是光传播的玻璃芯芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光纤保持在芯内再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套19单模光纤与多模光纤的比较单模光纤与多模光纤的比较 输入脉冲输出脉冲（a）多模光纤（a）多模光纤（b）单模光纤（b）单模光纤输入脉冲输出脉冲20光缆光缆光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以下优点：频带较宽频带较宽（10G，可达1000G或更高）电磁绝缘性能好电磁绝缘性能好衰减较小衰减较小中继器的间隔较大中继器的间隔较大21常见光纤接头常见光纤接头FCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图SCPC型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图ST-PC

8、型光尾纤接头外形图型光尾纤接头外形图FC/PCSC/PC型光尾纤外形图型光尾纤外形图22常见光接口连接器常见光接口连接器SC/PC型光连接器型光连接器ST型光连接器型光连接器FC/PC型光连接器型光连接器BNC型光连接器型光连接器MTRJ型光连接器型光连接器23无线通信无线通信无线电波：无线电波：传输数据速度为2-6Mbps，适用于短距离微波：微波：地面微波的速度为4-6GHz，卫星微波为11-14GHz红外线：红外线：一个方向16Mbps，多个方向不超过1Mbps 24无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术l电磁波的传播有两种方式： 以无线方式一种是在自由空间中传播； 以有线方式在同轴电缆、双

9、绞线、光纤中传输。l无线方式进行通信的主要有：l无线(radio):传输数据速度为2-6Mbps，适用于短距离l微波(microwave):地面微波速度4-6GHz，卫星为11-14GHzl红外(infrared):一个方向16Mbps，多个方向不超过1Mbps l可见光(visible light) 25（1 1）微波通信）微波通信 l电离层反射地球表面电离层l视距传播26（2 2） 蜂窝无线通信蜂窝无线通信 多址接入方法：l频分多址接入（FDMAFDMA）l时分多址接入（TDMATDMA）l码分多址接入（CDMACDMA） 27（3 3）卫星通信）卫星通信 卫星地球表面卫星发送多点接收多点

10、接收28课程内容课程内容物理层概述物理层概述物理介质物理介质线缆的规范和连接线缆的规范和连接29常见局域网类型常见局域网类型l不同网络类型，物理层规范和标准不同l常见局域网包括：以太网（Ethernet）令牌总线（Token Bus）令牌环网（Token Ring）FDDI（光纤分布式数据接口）lIEEE802.3定义以太网标准，支持多种速率和在多种介质上传输数据10Mbps、100Mbps、1000Mbps同轴电缆、STP、UTP、单模光纤、多模光纤3010Mb/s以太网以太网10Base-T目前使用最广泛的局域网标准之一使用双绞线双绞线作为物理传输介质10Base5曾经广泛应用于主干局域网

11、使用粗同轴电缆作为物理传输介质 10Base2使用细同轴电缆作为物理传输介质5代表传输距离为代表传输距离为500米，米，2代表代表200米米（185m）31100Mb/s以太网以太网又称快速以太网，由IEEE802.3u标准定义100Base-TX物理介质采用5类以上双绞线网段长度最多100米100Base-FX物理介质采用单模光纤，网段长度可达10公里物理介质采用多模光纤，网段长度最多2000米T代表代表Twisted(双绞线双绞线)，F代表代表Fiber(光纤光纤)321000Mb/s以太网以太网由IEEE802.3z和IEEE802.3ab定义1000Base-T物理介质采用5类以上双绞

12、线，网段长度最多100米1000Base-F物理介质采用单模光纤，网段长度最多500米Base代表传输基带信号，曼彻斯特编码代表传输基带信号，曼彻斯特编码335类双绞线的线序类双绞线的线序直连网线直连网线交叉网线交叉网线Side 1Side 2Side 112345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side 212345678123456781=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1=白白/橙橙2=橙橙3=白白/绿绿4=蓝蓝

13、5=白白/蓝蓝6=绿绿7=白白/棕棕8=棕棕1 2 3 4 5 6 7 8 橙 绿 蓝 棕白 白 白 白橙 绿 蓝 棕1=1=白白/ /绿绿2=2=绿绿 3=3=白白/ /橙橙4=4=蓝蓝5=5=白白/ /蓝蓝6=6=橙橙7=7=白白/ /棕棕8=8=棕棕34设备连接方式设备连接方式主机主机路由器路由器交换机交换机MDIX交换机交换机MDI集线器集线器主机主机交叉交叉直连N/A直连路由器路由器交叉交叉直连N/A直连交换机交换机MDIX直连直连交叉直连交叉交换机交换机MDIN/AN/A直连交叉直连集线器集线器直连直连交叉直连交叉35WAN物理层规范物理层规范lWAN物理层协议定义了DTE和DCE

14、之间的接口规范和标准l包括：EIA/TIA232、V.24、V.35等DTEDTEDTEDTEWANWANDCEDCEDCEDCE36RS-232-C接口RS-232-CRS-232-C是美国电子工业协会（ EIA）于1973年提出的串行通信接口标准串行通信接口标准。 RS-232-CRS-232-C是用于数据终端设备（DTE）与数据电路端接设备（DCE）之间的接口标准。 RS-232-CRS-232-C与CCITT 的V. 28建议很相近。 RS-232-CRS-232-C接口标准所定义的内容属于国际标准化组织 ISO所制订的开放式系统互联（ OSI）7层参考模型中的最低层物理层所定义的内容

15、。37机械特性RS-232-CRS-232-C的机械接口类型：9 9针、针、1515针、针、2525针针。标准的 RS-232-CRS-232-C接口使用使用 2525针的针的DBDB连接器连接器（插头、插座）。注意：在针式结构和孔式结构的插头插座中引针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的排列顺序（顶视）是不同的脚号的排列顺序（顶视）是不同的。38电气特性内容：规定了发送端驱动器与接收端驱动器的信号电平、负载容限、传输速率及传输距离。39电气特性缺陷参考地（信号地）问题参考地（信号地）问题：1、发送端和接收端的逻辑地可能不一致2、为减少地电位对信号的影响，使用较高的传送电压。电缆电容问题电缆电

16、容问题： EIAEIA标准标准规定在数据传输率为20Kbps时，被驱动电路的电容（包括所连电缆电容）必须小于2500pf。对于一个多芯电缆来说，每英尺电容为4050pf，限制了传输距离。40RS - 232RS - 232传输距离传输距离传输率距离20Kbps50英尺（15.24 m）1200 bps3000英尺9600bps20英尺。41功能特性内容：内容：对接口各引脚的功能和连接关系作出定义对接口各引脚的功能和连接关系作出定义。 RS-232-CRS-232-C接口在不同的应用场合所用到的信号线接口在不同的应用场合所用到的信号线是不同的是不同的。例如，在异步传输时，不需要定时信号线；在非交

17、换应用中则不需要某些控制信号；在不使用备用信道操作时，则可省去5个反向信号线。42EIA-232/V.24信号定义信号定义43过程特性接口进行数据交换的工作过程：接口进行数据交换的工作过程：设备加电；发出连接请求；接受连接请求；建立连接；数据交换；发出断开请求；接受断开请求。1.保证通信的基本要求：传输速度、组成数据包的位数、包的起始位 /停止位、奇偶校验以及半双工 /全双工等协调一致。44空空Modem概念：直接通过RS-232-C接口将两个DTE连接起来的方法称为空空ModemModem（nullnull modemmodem）连接）连接方式方式。注意：空空ModemModem连接连接不同

18、于一般标准RS-232-C连接电缆，标准标准RS-232-CRS-232-C电缆由于两端的连接器不电缆由于两端的连接器不同，因而它有方向性同，因而它有方向性。 而空空ModemModem连接没有方向性连接没有方向性，其任一端均可与计算机或终端等DTE设备相连，而计算机或终端的接口均和原来与Modem连接时的接口相同。45异步传输的空异步传输的空ModemModem接线接线异步传输的空异步传输的空ModemModem简单连接简单连接46异步传输异步传输空空ModemModem接线图接线图47同步传输同步传输空空ModemModem接线图接线图（一个DTE具有时钟源时的连接）48同步传输同步传输空空Mode