第三章物理层(2)

1、03.1数据通信的理论基础数据通信的理论基础3.2数据传输技术数据传输技术3.3通信交换技术通信交换技术3.4物理层接口物理层接口第三章第三章数据通信与物理层（数据通信与物理层（2）13.3 通信交换技术通信交换技术1）通信交换技术的概念通信交换技术的概念2）通信交换技术的分类通信交换技术的分类3）通信交换技术的比较通信交换技术的比较21）通信交换技术的概念）通信交换技术的概念 网络连接的演变过程网络连接的演变过程 全连接方式全连接方式 中心交换方式中心交换方式 多结点互连多结点互连/交换方式交换方式（通信传输子网）（通信传输子网） 通信交换技术需要解决的问题通信交换技术需要解决的问题3全连接

2、方式全连接方式用户用户1用户用户2Point-to-Point4 通信线路的数量通信线路的数量 N个用户个用户 每个用户有（每个用户有（N-1）条线路与其他用户相连）条线路与其他用户相连 一条线路连接一条线路连接2个用户个用户 总共需要总共需要 N(N-1)/2条线路条线路 通信线路的传输距离通信线路的传输距离 - 信号衰减信号衰减 通信网络的运行、管理和维护通信网络的运行、管理和维护完全连接的问题完全连接的问题5中心交换方式中心交换方式交换结点交换结点用户用户1用户用户26中心交换方式的问题中心交换方式的问题 通信线路大大减少（通信线路大大减少（N条）条） 不可靠性大大增加不可靠性大大增加

3、中心交换结点是单一故障点（全网瘫痪）中心交换结点是单一故障点（全网瘫痪） 仍然不能解决传输距离限制问题仍然不能解决传输距离限制问题7多结点互连多结点互连/交换方式交换方式S1S2S3共享信道共享信道用户用户1用户用户28通信传输子网通信传输子网S1S2S3共享信道共享信道HubSDintelIntel Express10/100 Stackable HubChange hub speedPowerCollisionManaged10BASE-T100BASE-TXStatusBla ck - Wiring spe edClass ISolid - D ownloa dAmber (Mgmt)B

4、la ck - ActivitySolid - L inkG reen (vt)123456789101112131415161718192021222324ServerLaser printerWorkstationWorkstationWorkstation9通信交换技术需要解决的问题通信交换技术需要解决的问题 如何通过如何通过通信传输子网通信传输子网实现数据传输实现数据传输通信传输子网由通信线路和通信传输子网由通信线路和交换结点交换结点组成组成 交换结点的功能交换结点的功能连接通信线路连接通信线路实现传输过程中数据的存储实现传输过程中数据的存储/ /转发转发 数据存储：缓存功能数据存储：

5、缓存功能 数据转发：路径选择功能数据转发：路径选择功能102）通信交换技术的分类）通信交换技术的分类 电路交换电路交换（Circuit Switching） 从信源到信宿建立一条物理连接通道从信源到信宿建立一条物理连接通道 报文交换报文交换（Message Switching） 整块数据从源到宿由交换结点逐一中转整块数据从源到宿由交换结点逐一中转 分组交换分组交换（Packet Switching） 将数据拆分成分组，依次从源到宿经交换结将数据拆分成分组，依次从源到宿经交换结点转发点转发11电路交换举例电路交换举例AEFCDBaaaaa独占信道独占信道S1S2S3aaaaaa此时此时F不能与不

6、能与D通话通话A与与E通话通话12电路交换的特性电路交换的特性 建立建立端到端的物理端到端的物理连接连接花费呼叫时间花费呼叫时间 在在保持连接保持连接期间双方独占信道期间双方独占信道 没有冲突没有冲突 有可能浪费信道资源有可能浪费信道资源 直到发出直到发出撤除连接撤除连接申请才会释放被占用申请才会释放被占用的信道资源的信道资源 信道资源的利用效率较低信道资源的利用效率较低13报文交换举例（报文交换举例（1）AEFCDB存储转发存储转发S1S2S3A向向E发送电报发送电报aaaF向向D发送电报发送电报fff14报文交换举例（报文交换举例（2）AEFCDB存储转发存储转发S1S2S3aaaA报文到

7、达报文到达S1fffF报文到达报文到达S315报文交换举例（报文交换举例（3）AEFCDB存储转发存储转发S1S2S3aaaA报文到达报文到达S2fffF报文到达报文到达S216报文交换举例（报文交换举例（4）AEFCDB存储转发存储转发S1S2S3aA报文到达报文到达S3aafffF报文到达报文到达S317报文交换举例（报文交换举例（5）AEFCDB存储转发存储转发S1S2S3aA报文到达报文到达EaaaF报文到达报文到达Efff18报文交换的特性报文交换的特性 整块数据逐站存储转发整块数据逐站存储转发 对报文的长度没有限制，对于大块数据对报文的长度没有限制，对于大块数据 占用存储空间大占用

8、存储空间大 占用信道时间长占用信道时间长 延迟较大，不能实现交互式通信延迟较大，不能实现交互式通信19分组交换举例分组交换举例AEFCDBaaafafa共享信道共享信道S1S2S3aaaaafaaffffffffffA向向E发送数据发送数据F向向D发送数据发送数据affaaffaa20分组交换的特性分组交换的特性 分组的长度有上限控制，各自独立传输分组的长度有上限控制，各自独立传输 占用信道时间短占用信道时间短 占用缓存空间小占用缓存空间小 信道共享信道共享 可充分利用信道资源可充分利用信道资源 有可能发生资源（信道和结点）占用冲突有可能发生资源（信道和结点）占用冲突213）通信交换技术的比较

9、）通信交换技术的比较 分组交换的优点分组交换的优点比报文交换的延迟小比报文交换的延迟小比电路交换的效率高比电路交换的效率高适于计算机网络通信适于计算机网络通信 分组交换的缺点分组交换的缺点仍然有延迟，不能满足实时多媒体通信的服务质量仍然有延迟，不能满足实时多媒体通信的服务质量需要解决冲突检测、拥塞控制和纠错重发等问题需要解决冲突检测、拥塞控制和纠错重发等问题223.4 物理层接口物理层接口1）物理层接口的地位和作用物理层接口的地位和作用2）传输媒体传输媒体3）局域网接口局域网接口4）广域网接口广域网接口5）物理层网络设备物理层网络设备6）网络连接举例网络连接举例23 将数据帧转换为将数据帧转换

10、为适于某种传输媒适于某种传输媒体传输比特流的体传输比特流的接口。接口。物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层应用层应用层比特流比特流传输媒体传输媒体（通信信道）（通信信道）物理层接口物理层接口1）物理层接口的地位和作用）物理层接口的地位和作用242）传输媒体）传输媒体 有线传输有线传输 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 无线传输无线传输 微波微波 卫星卫星 移动通信移动通信25双绞线双绞线 用于话音传输用于话音传输 1类：只能用于话音的模拟传输类：只能用于话音的模拟传输 2类：可用于数据传输，速率达类：可用于数据传输，速率达1 Mbps 用于计算机局域网的数据传输用于

11、计算机局域网的数据传输 3类类 （10Mbps） 4类（类（20Mbps） 5类（类（100Mbps） 6类（类（1000Mbps）UTP26同轴电缆同轴电缆 75 （CATV) 用于模拟传输（用于模拟传输（FDM），称为宽带电缆），称为宽带电缆 50 (10Base5/10Base2) 用于数字传输，称为基带电缆用于数字传输，称为基带电缆 粗缆：粗缆：10Mbps, 500m, 100站点站点 细缆：细缆：10Mbps, 185m, 30站点站点 价格贵价格贵 局域网使用被双绞线取代局域网使用被双绞线取代 长途传输被光纤取代长途传输被光纤取代27光纤光纤 多模多模 光纤在介质内部以不同反射角

12、传播。采用发光二极光纤在介质内部以不同反射角传播。采用发光二极管作为光源产生莹光（可见光），定向性较差，在管作为光源产生莹光（可见光），定向性较差，在给定波长上，通过反射，以多种模式进行传输，多给定波长上，通过反射，以多种模式进行传输，多模光纤的传输距离一般在模光纤的传输距离一般在2km以内。以内。 单模单模 光线在介质内部无反射。采用注入型激光二级管作光线在介质内部无反射。采用注入型激光二级管作为光源产生激光，激光的定向性强，在给定的波长为光源产生激光，激光的定向性强，在给定的波长上，只能以单一的模式进行传输，其传输距离可达上，只能以单一的模式进行传输，其传输距离可达100km28光纤系统的

13、特点光纤系统的特点 传输速度极快，大容量的传输数据。传输速度极快，大容量的传输数据。 可靠性高，抗干扰能力强，差错率低。可靠性高，抗干扰能力强，差错率低。 光纤是非金属介质材料，具有很强的抗电磁干扰能力。光纤是非金属介质材料，具有很强的抗电磁干扰能力。 安全性保密性好。安全性保密性好。 光信号束缚在光纤芯子中传输，在芯子外很快衰减，这样不会光信号束缚在光纤芯子中传输，在芯子外很快衰减，这样不会产生光纤间的串光现象。产生光纤间的串光现象。 体积小、重量轻、柔软便于铺设。体积小、重量轻、柔软便于铺设。 例如：例如：18芯的光缆每公里约重芯的光缆每公里约重150kg，而，而18芯同轴电缆每公芯同轴电

14、缆每公里约重里约重11吨。吨。 原材料丰富原材料丰富29微波微波 沿直线传播，用微波塔中继沿直线传播，用微波塔中继 微波在计算机网络中的作用微波在计算机网络中的作用 广域网广域网 长途电信主干（逐渐被光纤取代）长途电信主干（逐渐被光纤取代） 园区网或城域网园区网或城域网 网络互连物理传输手段之一网络互连物理传输手段之一 要求两个端点之间的直视距离上无任何遮挡物要求两个端点之间的直视距离上无任何遮挡物 与光纤互补与光纤互补30卫星卫星 地球同步卫星地球同步卫星 C波段波段 36Mbit/s Ku波段波段 54Mbit/s 低轨道卫星低轨道卫星 适用于大覆盖范围以及地形复杂的边远适用于大覆盖范围以

15、及地形复杂的边远地区通信，与地面传输网络互补地区通信，与地面传输网络互补31无线无线/移动移动 目前主要用于话音通信目前主要用于话音通信 技术发展技术发展 第一代：模拟集群第一代：模拟集群 第二代：数字集群（第二代：数字集群（CDPD和和GSM） GPRS 速度：速度：115.2Kbit/s 第三代：第三代：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA 速度：速度：473Kbit/s 在计算机网络中的应用在计算机网络中的应用 移动接入移动接入323）局域网接口）局域网接口 局域网接口的基本概念局域网接口的基本概念 局域网接口举例局域网接口举例 同轴电缆接口同轴电缆接口 双绞线接口双绞线接口

16、光纤接口光纤接口33局域网接口的基本概念局域网接口的基本概念数据链路层数据链路层物理层物理层802.2LLCETHERNET802.3802.5FDDI34同轴电缆接口同轴电缆接口Ethernet举例：举例： BNC 主机连接细缆（主机连接细缆（10Base2）的接口标准）的接口标准 AUI(Attachment Unit Interface) 主机连接粗缆（主机连接粗缆（10Base5）的接口标准）的接口标准 MAU(Media Access Unit) ,连接连接粗缆的部件，称为收发器粗缆的部件，称为收发器transceiver35同轴电缆与同轴电缆与BNC接口接口36双绞线接口双绞线接口

17、 RJ插头（插头（Registered jack connector） 常用常用RJ插头插头 RJ-45：以太网网卡的接口：以太网网卡的接口 RJ-11：电话机接口：电话机接口37双绞线与双绞线与RJ45接口接口38双绞线的连接 RJ-45连接器是八芯的接头，里面有八个位置可供连接。与双绞线连接时，两边的线序必须一致。 使用的时候只用了其中的四根芯即1、2、3、6。39布线标准 TIA/EIA 568 B红白 红 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 TIA/EIA 568 A绿白 绿 红白 蓝 蓝白 红 棕白 棕40双绞线的连接 当两个Hub相连接时，应用交叉线，如下图所示：Hub1Hub2发送接收

18、发送接收568B标准568A标准568B标准568A标准41双绞线用于HUB串联 Hub有一个专门的集电口（UP），两个Hub连接时，应把一个Hub的集电口和另一个Hub的普通口相连接，如下图所示。42光纤接口光纤接口FDDI举例：举例：FDDIDASDACSASSASSAS双连站双连站单连站单连站双连集中器双连集中器43光纤与光纤跳线接口光纤与光纤跳线接口444）广域网接口）广域网接口 广域网接口的基本概念广域网接口的基本概念 广域网连接设备的定义广域网连接设备的定义 广域网接口举例广域网接口举例 EIA/TIA-232与与V.24 EIA/TIA-449 V.35 G.703 X.2145

19、广域网接口的基本概念广域网接口的基本概念数据链路层数据链路层物理层物理层拨号拨号SDLCHDLCX.25FRATMISDNPPPV.24EIA/TIA-232EIA-530G.703HSSIV.35EIA/TIA-44946广域网连接设备的定义广域网连接设备的定义CSU/DSUDTE数据终端设备数据终端设备与广域网连接的用与广域网连接的用户末端设备户末端设备DCE数据电路终接设备数据电路终接设备广域网通信设施向用户广域网通信设施向用户提供服务的末端设备提供服务的末端设备EIA/TIA-232V.35X.21其他其他CSU：信道服务单元：信道服务单元DSU：数据服务单元：数据服务单元47EIA/

20、TIA-232与与V.24 也称也称RS-232C 异步传输，异步传输，DTE与与DSU（调制解调器）的接口（调制解调器）的接口 机械特性：机械特性：25针连接器针连接器 电气特性电气特性 符合符合CCITT-V.28，非平衡传输，非平衡传输 最大传输速率最大传输速率20kbps，最长可驱动电缆，最长可驱动电缆15m 功能特性功能特性 管脚定义管脚定义（常用其中的（常用其中的9针）针）48RS-232C常用管脚定义常用管脚定义1保护接地保护接地12发送数据发送数据23接收数据接收数据34请求发送请求发送45允许发送允许发送56DCE 就绪就绪67信号地信号地78载波检测载波检测820DTE 就

21、绪就绪20DTE计算机计算机终端终端DCE调制解调制解调器调器49终端终端连接方式终端终端连接方式DTE计算机计算机终端终端DTE计算机计算机终端终端发送数据发送数据接收数据接收数据信号地信号地23523550EIA/TIA-449 对对EIA/TIA-232的改进，也称的改进，也称RS-449 /EIA-530 采用两个电气标准采用两个电气标准 RS-423-A 非平衡传输（共享公共地）非平衡传输（共享公共地） RS-422-A 平衡传输，主线路双线，无公共地平衡传输，主线路双线，无公共地 60m长电缆的最大传输速率为长电缆的最大传输速率为2Mbps 机械特性机械特性 37针针/9针针51V

22、.35 ITU-T标准标准 DTE与与DSU（数据网络）（数据网络）的的接口，通常接口，通常用于连接基带调制解调器用于连接基带调制解调器 同步传输模式同步传输模式52G.703 ITU-T 标准标准 传输速率达传输速率达 E1（2.048Mbps） 53X.21 ITU-T标准（标准（CCITT建议）建议） DTE与与DSU（如（如X.25）的接口）的接口 同步传输模式同步传输模式545）物理层网络设备）物理层网络设备 中继器中继器Repeater 集线器集线器HubPhysi calD ata Li nkN etw orkTransportSessi onPresentati onA ppl i cati onR R e ep pe ea at te er r / /H H u ub b L Le