物理层接口和标准课件

1、第四讲物理层接口和标准引入OSI参考模型层次结构物理层是七层模型的最底层2学习目标描述物理层的功能描述物理层的介质理解线缆的规范和连接方式制作和测试线缆学习完本章，您应该能够：3课程内容五层协议的体系结构物理层概述物理介质线缆的规范和连接4一、五层协议的体系结构应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层5计算机 1 向计算机 2 发送数据5432154321计算机

2、 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU6计算机 1 向计算机 2 发送数据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文TCP segment（报文段、段）UDP datagram（数据报）IP datagram /fragment of an IP datagram（数据报或数据报分片）各层名称分析7计算机 1 向计算机 2 发送数据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）IP datagram /f

3、ragment of an IP datagram（数据报或数据报分片）8计算机 1 向计算机 2 发送数据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧9计算机 1 向计算机 2 发送数据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体10计算机 1 向计算机 2 发送数据应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 211计算

4、机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层12计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层13计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层14计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层15计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1

5、AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程16计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！17计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部18

6、计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据19H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据20H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1A

7、P2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层21H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层22应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程23计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！24五层协议

8、的体系结构物理层概述物理介质线缆的规范和连接25Ethernet802.3V.35 物理层EIA/TIA-232二、物理层概述物理层的功能：实现在传输介质上传输比特流，将原始的位流从一台机器传输到另一台机器上物理层定义了建立、维护和拆除物理链路的规范和标准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26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数据通信设备之间的接口问题。DTE的基本功能是产生、处理数据；DCE的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。 按照国际标准化组织（ISO）的术语，将这两种设备分别称为DTE和DCE。27DTE与DCEDTE（Data

9、Terminal Equipment）又称数据终端设备，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。DCE（Data Circuit-Terminating Equipment）又称数据通信设备，指多路复用器、数字设备、调制解调器（Modem）以及其它一些中间装置的集合。DTE的基本功能是产生、处理数据；DCE的基本功能是沿传输介质发送和接收数据。 28机械特性机械特性：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。29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

10、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RS-232C接口的电气特性 电平状态负电平正电平逻辑状态10信号状态传号空号功能状态OFF（断）ON（通）电器信号表示 30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、同步线和地线。引脚号信号线功能说明信号线型连接方向1AA保护地线（GND）地线2BA发送数据（TD）数据线DCE3BB接收数据（RD）数据线DTE4CA请求发送（RTS）控制线DCE5CB清除发送（

11、CTS）控制线DTE6BB数据设备就绪（DSR）控制线DTE7AB信号地线（Sig.GND）地线8CF载波检测（CD）控制线DTE20CD数据终端就绪（DTR）控制线DCE22CE振铃指示（RI）控制线DTE31规程特性规程特性：即通信协议，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。32课程内容五层协议的体系结构物理层概述物理介质线缆的规范和连接33物理介质分类有线传输介质 同轴电缆 双绞线 光纤无线传输介质 卫星 微波 红外线34同轴电缆10base5 粗同轴电缆10base2 细同轴电缆以硬铜线为芯，外包一层绝缘材料。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又

12、覆盖一层保护性材料。有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，用于模拟传输。35同轴电缆和计算机连接服务器客户机客户机客户机BNC T型连接器 终端电阻终端电阻36细缆以太网1)硬件配置(1)网络接口适配器:网络中每个结点需要一块提供BNC接口的以太网卡、便协式适配器或PCMCIA卡。(2)BNC-T型连接器:细缆Ethernet上的每个结点通过T型连接器与网络进行连接,它水平方向的两个插头用于连接两段细缆,与之垂直的插口与网络接口适配器上的BNC连接器相连。(3)电缆系统:用于连接细缆以太网的电缆系统包括: 细缆(

13、RG-58 A/U):直径为5毫米,特征阻抗为50欧姆的细同轴电缆。BNC连接器插头:安装在细缆段的两端。BNC桶型连接器:用于连接两段细缆。BNC 终端匹配器:BNC 50欧姆的终端匹配器安装在干线段的两端,用于防止电子信号的反射。干线段电缆两端的终端匹配器必须有一个接地。 (4)中继器:对于使用细缆的以太网,每个干线段的长度不能超过185米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五个干线段电缆。 372)技术参数最大的干线段长度:185米。最大网络干线电缆长度:925米。每条干线段支持的最大结点数:30。BNC-T型连接器之间的最小距离:

14、0.5米。 38粗缆以太网1)硬件配置(1)网络接口适配器:网络中每个结点需要一块提供AUI接口的以太网卡、便提式适配器或PCMCIA卡。(2)收发器(Transceiver):粗缆以太网上的每个结点通过安装在干线电缆上的外部收发器与网络进行连接。在连接粗缆以太网时,用户可以选择任何一种标准的以太网(IEEE802.3)类型的外部收发器。(3)收发器电缆:用于连接结点和外部收发器,通常称为AUI电缆。(4)电缆系统:连接粗缆以太网的电缆系统包括: 粗缆(RG-11 A/U):直径为10毫米,特征阻抗为50欧姆的粗同轴电缆,每隔2.5米有一个标记。N-系列连接器插头:安装在粗缆段的两端。N-系列

15、桶型连接器:用于连接两段粗缆。N-系列终端匹配器:N-系列50欧姆的终端匹配器安装在干线电缆段的两端,用于防止电子信号的反射。干线电缆段两端的终端匹配器必须有一个接地。 (5)中继器:对于使用粗缆的以太网,每个干线段的长度不超过500米,可以用中继器连接两个干线段,以扩充主干电缆的长度。每个以太网中最多可以使用四个中继器,连接五段干线段电缆。 392)技术参数最大干线段长度:500米。最大网络干线电缆长度:2500米。每条干线段支持的最大结点数:100。收发器之间最小距离:2.5米。收发器电缆的最大长度:50米。 40双绞线双绞线RJ-45 和AUIAttachment Unit Interf

16、ace41双绞线STP双绞线UTP双绞线双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。42双绞线的模拟信号带宽可以达到250KHz，数据信号的数据速率随距离而不同。如，在100米距离内，速率可达到100Mbps。当距离很短,并且采用特殊的电子传输技术时,传输率可达100Mbps155Mbps。Side 1Side 2Side 112345678123456781=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side

17、212345678123456781=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕1=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕1=白/绿2=绿 3=白/橙4=蓝5=白/蓝6=橙7=白/棕8=棕43双绞线规格型号计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种型号如下：1、第一类：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不用于数据传输。2、第二类：传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。3、第三类:该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbp

18、s的数据传输，主要用于10base-T。（现在大多数电话系统的标准电缆）4、第四类:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T。5、第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100base-T和10base-T网络，这是最常用的以太网电缆。 44三种快速以太网标准 ：100BASE-T4、100BASE-TX、100BASE-FX。100BASE-TX支持全双工模式。 使用的是两对抗阻为100

19、欧姆的5类非屏蔽双绞线，最大传输距离是100米。其中一对用于发送数据，另一对用于接受数据。100BASE-TX采用的是4B/5B编码方式。 100BASE-TX采用的物理拓扑结构为星型，在目前的组网方法中，使用最多的是100BASE-TX标准的网卡，只支持RJ-45标准，它多用于主干网。100BASE-TX标准的出现对促进网络结构化布线技术的发展起到了关键的作用。100Base-TX连接器引脚下分配表引脚号信号名电缆编码1发送+白色/橙色2发送-橙色/白色3接收+白色/绿色4保留5保留6接收-绿色/白色7保留8保留45IEEE802.3定义了两个类别：基带和宽带。基带类使用数字信号传输数据；宽

20、带类使用模拟信号传输数据。IEEE将基带划分为5个不同的标准：10base5、 10base2、 10base-T、 1base5 、100base-T。这些标准开头数字（10,1,100）指明了以Mbps为单位的数据传输速率；最后的数字或字母（5,2,T）指明了最大电缆长度或电缆的类别；base指明是基带传输，broad是指宽带传输。10base5、 10base2、 10base-T、 1base5 、100base-T中的（10,1,100）、 base、（5,2,T）各指什么？46光纤通信系统的基本构成光源是光波产生的根源(激光器或发光二极管产生)光纤是传输光波的导体（单模、多模光纤）

21、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,经解码后再作相应处理47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48光缆光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它有以个优点：频带较宽（10G，可达1000G或更高）电磁绝缘性能好衰减较小中继器的间隔较大49常见光纤接头FCPC型光尾纤接头外形图SCPC型光尾纤接头外形图50常见光接口连接器SC/PC型光连接器ST型光连接器FC/PC型光连接器BNC型光连接器MTRJ型光连接器51

22、无线通信无线电波：传输数据速度为2-6Mbps，适用于短距离微波：地面微波的速度为4-6GHz，卫星微波为11-14GHz红外线：一个方向16Mbps，多个方向不超过1Mbps 52无线与卫星通信技术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、双绞线、光纤中传输。无线方式进行通信的主要有：无线(radio):传输数据速度为2-6Mbps，适用于短距离微波(microwave):地面微波速度4-6GHz，卫星为11-14GHz红外(infrared):一个方向16Mbps，多个方向不超过1Mbps 可见光(visible light) 53（1）微波通信

23、电离层反射视距传播54（2）卫星通信 55课程内容五层协议的体系结构物理层概述物理介质线缆的规范和连接56常见局域网类型不同网络类型，物理层规范和标准不同常见局域网包括：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）IEEE802.3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5710Mb/s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作为物理传输介质10Base5曾经广泛应用于主干局域网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500米，2代表200米（185m），10指以Mbps数据传输速率，。58100Mb/s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，