中北大学网路net03osi体系结构和物理层名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第三章

OSI体系结构和物理层中北大学电子与计算机科学技术学院SchoolofElectronicsandComputerScienceandTechnology.NUC

交换今日汗水，路由明朝辉煌第1页§3OSI体系结构和物理层本章内容计算机网络体系结构物理层（协议、传输介质、设备）编码与调制技术第2页§3-1计算机网络体系结构计算机网络是由多个互连结点组成，结点之间要不停地交换数据和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个结点都必须恪守一些事先约定好规则。我们把这种由通信双方共同恪守通信语义和通信规则集合称为网络协议。一个网络协议从功效角度讲主要由以下三要素组成：语法：即用户数据与控制信息结构和格式；语义：即需要发出何种控制信息，以及完成动作与做出响应；时序：即对事件实现次序详细说明和速度匹配。第3页计算机网络体系结构网络协议是实现计算机网络必要条件之一。对于一个功效完备计算机网络而言，完整数据交换需要建立一套复杂协议集，复杂网络协议最好组织方式是层次结构模型。这种相关协议集合即组成网络体系结构。世界上第一个网络体系结构是IBM企业于1974年提出SNA（SystemNetworkArchitecture，系统网络体系结构）。第4页OSI和TCP/IP第5页ISO/OSI参考模型国际标准化组织ISO公布标准是ISO/IEC7498，又称为X.200提议。该体系定义了网络互连七层框架结构，即OSI（OpenSystemsInterconnection）开放系统互连参考模型。在这一框架下，ISO又深入详细要求了每一层功效，以实现开放系统环境中互连性（Interconnection）、互操作性（Interoperation）和应用可移植性（Portability）第6页为何要制订OSI模型？多机种计算机之间进行通信时对话非常困难通信软件开发费用相当高唯一可行方法是使计算机生产厂家实现一套共同对话标准OSI是一个定义异种计算机连接标准主体结构“开放”表示它能够连接任何两个恪守参考模型和相关标准异种计算机系统第7页OSI模型好处简化了网络通信设计复杂性。依据所完成处理或技术上显著不一样来划分层次.易于实现技术上更新换代第8页OSI模型中层次之间关系层与层之间关系是上下连接关系，下层对上层提供服务，每层都利用下一层所提供服务实现该层功效。并向上层提供服务。上层无须去详细考虑（也没必要考虑）下层为提供完成所需服务而采取细节（方法、伎俩、路径），能够实现透明传输。下层要确保向上层传输信息质量。包含：错误检验、流量和速度控制，实现成本等。第9页OSI标准三级抽象OSI标准制订过程中采取方法是将整个庞大而复杂问题划分为若干个轻易处理小问题，这就是分层体系结构方法。在OSI中，采取三级抽象：体系结构：定义了开放系统层次结构、层次之间相互关系以及各层所包含可能服务。服务定义：详细说明了各层提供服务。协议规程说明：定义应该发送什么样控制信息，以及应该用怎样过程来解释这个控制信息。第10页OSI层次结构将整个通信功效划分为七个层次，划分层次标准是：网中各结点都有相同层次不一样结点同等层含有相同功效同一结点内相邻层之间经过接口通信每一层使用下层提供服务，并向其上层提供服务不一样结点同等层按照协议实现对等层之间通信服务、接口、协议第11页名词术语解释层次：网络体系结构基本组成部分实体：每层中实现该层某一功效软件或硬件，它也实现与另一个系统中同等实体通信协议同等实体：相互通信一对结点在同一层中相对应实体协议：在某一个详细层次中指导实体之间通信规则在Ｎ层中，Ｎ层协议定义了为实现Ｎ层服务，实体应怎样与另外一个结点中同等实体进行信息交换。句法协议规则定义了所交换信息格式语义规则定义了发送者与接收者所必须完成操作，如：在什么条件下，数据必须重发、回答或拒绝。第12页名词术语解释服务：为上层提供技术基础和通信伎俩被高层看得见功效服务访问点SAP：在网络同一个结点中，相邻两层实体，相互作用地方。每个实体经过SAP与它上、下层中实体通信第13页开放系统互连参考模型结构第14页物理层物理层主要作用是产生并检测电压发送和接收带有数据电气信号。物理层不提供数据纠错服务，但在物理层上能对数据传输速度作一定控制，并能监测数据犯错率。物理层传输电气信号载体被称为位流或比特流第15页数据链路层数据链路层位于OSI模型第二层，数据链路层主要作用是把从网络层接收到数据分割成能够被物理层传输帧，数据链路层直接控制着网络层与物理层通信。第16页数据链路层经过数据链路层协议，在不太可靠物理链路上实现可靠数据传输。第一个有意义层次。有很强纠错功效（CRC校验）。差错恢复：方法是通知发送方重发出现错误报文。流量控制：为了使网络中信息尽快流动，以防止整个网络或用户过载。提供串行通信中字符和帧同时，该层必须产生和识别帧边界。数据链路层由下面物理层提供支持，它在物理上相互连接结点间为上一层提供显然没有差错链路。第17页网络层网络层位于OSI模型第三层，网络层主要负责将分组从源端传输到目标端，这可能要跨越多个网络（链路）。传输层负责将完整报文进行端到端传输，而网络层则确保每一个分组能够从它源端抵达目标端。第18页网络层为数据分组进行路由选择，并负责通信子网流量控制、拥塞控制。网络层协议设计就是要确保发送端传输层所传下来数据分组能准确无误地传输到目标站传输层。网络层数据单元为分组。对于一个通信子网，各结点只包含到网络层为止低三层协议，对于分组交换网络，只有经过网络层才能实现两个系统间通信。第19页传输层传输层负责将报文能准确、可靠、次序地进行源端到目标端（端到端，end-to-end）传输。第20页传输层基本功效：提供端到端（进程-进程）可靠通信，即向高层用户屏蔽通信子网细节，提供通用传输接口。主要功效：把传输地址映射为网络地址把端到端传输连接复用到网络连接上传输连接管理端到端次序控制、差错检测及恢复、分段处理及QoS监测，加速数据传送传输协议简单/复杂决定于子网服务多少第21页会话层会话层作用主要是在网络中不一样用户、节点之间建立和维护通信通道，同时两个节点之间会话，决定通信是否被中止以及中止时决定从何处重新发送。会话层责任主要有：对话控制、同时第22页表示层表示层为开放系统两个进程之间传送数据提供格式变换服务，以使应用层能了解所交换数据意义。数据格式化、数据压缩、数据加密第23页应用层应用层直接面对用户进程，主要功效是为应用系统提供访问OSI环境接口和服务。第24页OSI七层参考模型4.传输层2.数据链路层3.网络层1.物理层5.会话层

6.表示层

7.应用层面向用户应用面向数据传输OSI关键思想是两个终端用户在远程通讯网络中通讯能够分成层，每层有自己功效集。层与层之间相互独立而又相互依靠第25页协议数据单元协议数据单元（PDU，ProtocolDataUnit）是指某层对等实体之间通信时，该层协议所操纵数据单元。在OSI参考模型中，每一层都有特定协议数据单元PDU，是一定格式固定长度或可变长度信息包。第26页层间服务关系第27页层间数据格式SAP第28页附：服务原语OSI模型中，将服务原语划分为四类：请求(request)：由服务用户发往服务提供者，请求它完成某项工作，如发送数据。指示(indication)：由服务提供者发往服务用户，指示发生了一些事件。比如说，接收到一个远地送来数据。这些事件往往是由服务提供者远地对等实体应远地服务用户请求采取一些动作而发生。响应(response)：由服务用户发往服务提供者，作为对前面发生指示响应。确认(confirm)：由服务提供者发往服务用户，作为对前面发生请求证实。第29页四类服务原语间关系确认服务：要使用请求、指示、响应和证实四类原语。非确认服务：只使用请求和指示两类原语。第30页对等通信在发送/接收端同一层次中实体，称为同等实体，在概念上能够认为信息是在同等实体之间进行传输。但同等实体之间，并不存在直接物理连接，所以这种传输称为虚拟传输。同等实体之间信息交换详细是由下边层次实际传输来完成。同等实体之间协议作用是使同等实体在接收到下层信息以后，能够进行正确操作。即：同等实体之间，使用共同标准或约定，来封装和拆装信息，以确保双方能够相互了解对方信息含义。第31页层次结构模型中数据通信过程物理通信设备A设备B中间节点中间节点应用层7-6层接口表示层6-5层接口会话层5-4层接口传输层4-3层接口网络层3-2层接口数据链路层2-1层接口物理层应用层7-6层接口表示层6-5层接口会话层5-4层接口传输层4-3层接口网络层3-2层接口数据链路层2-1层接口物理层7654321对等协议（第7层）对等协议（第6层）对等协议（第5层）对等协议（第4层）网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层第3层第2层第1层第3层第3层第2层第1层第2层第1层第32页数据封装传输层数据链路层物理层网络层数据数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头0101110101001000010表示层应用层会话层报文Segment分组Packet比特Bit数据帧Frame第33页数据通信过程7654321L7数据L7数据H6L6数据H5L5数据H4L4数据H3L3数据H2010101000011110000101010T27654321L7数据L7数据H6L6数据H5L5数据H4L4数据H3L3数据H2010101000011110000101010T2传输媒体第34页数据拆封数据网络层报头+传输层报头+数据数据链路层报头传输层报头+数据网络层报头数据传输层报头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层第35页OSI参考模型中PDU传输过程第36页对OSI参考模型评价OSI参考模型是国际标准化组织ISO制订一个国际标准，不过，它并没有成为实际上国际标准，取而代之是TCP/IP协议。实际上OSI参考模型和TCP/IP参考模型二者之间有着共同之处，即都采取层次模型结构，在一些层次上有着相同功效。但二者都存在着本身缺点，都不是完美。OSI作为一个国际标准出台，却没有成为实际中标准，究其原因有两方面：历史原因本身缺点第37页TCP/IP协议栈协议栈：利用一组协议完成OSI所实现功效；TCP/IP协议栈：是一组由不一样协议组合在一起组成。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层Internet层网络接口层第38页TCP/IP协议体系按照层次结构思想，TCP/IP协议分布于不一样层次，组成了一组从上到下单向依赖协议栈或协议簇。第39页TCP/IP协议特点开放协议标准，能够无偿使用，而且独立于特定计算机硬件和操作系统；独立于特定网络硬件，能够运行在局域网、广域网，更适应于互联网中；统一网络地址分配方案，将整个TCP/IP网际设备地址实现唯一编址；标准化高层协议，能够提供各种可靠用户服务。第40页TCP/IP协议体系第41页应用层协议分类依赖于面向连接TCP协议，主要有：文件传送协议FTP电子邮件协议SMTP超文本传输协议HTTP依赖于面向连接UDP协议，主要有：简单网络管理协议SNMP简单文件传输协议TFTP；既依赖于TCP协议，也能够依赖于UDP协议：域名服务DNS第42页§3-2物理层在OSI参考模型当中，物理层为数据链路层提供了一个物理连接，结构了一个透明通信信道来传输各种数据比特流。第43页物理层模型大多数网络体系结构物理层协议使用模型DTE（DataTerminalEquipment，数据终端设备）：泛指网络中信源或信宿设备，即网络中用户端设备，如主机、终端、各种I/O设备等；DCE（DataCommunicationEquipment，数据通信设备）：是对网络设备通称，是用户端设备入网连接点，如调制解调器、多路复用器等。DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）数据电路端接设备第44页DTE经过DCE与通信传输线路相连DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线通信环境通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境第45页物理层协议OSI参考模型中物理层协议是关于DTE和DCE或其它通信设备之间接口一组约定，主要处理网络结点物理链路怎样连接问题。DTE和DCE之间接口必须高度协调工作，这需要对DTE和DCE接口进行标准化，这种接口标准就是所谓物理层协议。所以，物理层协议也常称为物理层接口协议。第46页物理层物理层关心是以下一些内容：接口和媒体物理特征位表示传输速率位同时线路配置：设备与媒体连接物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑等等传输模式：单工、半双工或全双工。第47页物理层功效OSI参考模型物理层定义为：

在物理信道实体之间合理地经过中间系统，为比特传输所需物理连接建立、维持和拆除提供机械、电气、功效性和规程性伎俩。由此能够看出，物理层主要有以下三个基本功效：物理层连接建立、维持和拆除比特传输物理层管理第48页物理层接口特征物理层协议要求了DTE/DCE接口标准四个特征：机械特征电气特征功效特征规程特征依据这些接口标准特征，不一样计算机和设备制造厂家能够各自独立制造设备，并使各个不一样厂家产品能够相互兼容。第49页机械特征DTE和DCE接口问题首先包括到机械问题，即要求机械上分界方法。DTE和DCE之间有许多条线路，通常采取连接器实现机械上互连，即一个设备（如DTE）引出导线连接插头，另一个设备（如DCE）引出导线连接插座，然后经过插头和插座将二者设备连接起来。为了使不一样厂家生产DTE和DCE设备便于互连，物理层机械特征对于连接器几何参数，包含连接器引脚数量、排列方式、几何尺寸等作出详细要求。第50页常见连接器标准标准几何参数适用范围兼容标准(EIA)引脚排列两端固定点间距ISO-21102513/1246.91~47.17mm音频调制解调器232、366AISO-2593349/8/9/842.67~43.08mmV.35提议宽带调制解调器无ISO-490237919/185/463.37~63.63mm24.87~25.12mm音频和宽带调制解调器449ISO-4903158/733.20~33.45mmX.20/X.21/X.22提议公共数据接口第51页ConnectionsattheCSU/DSURouterconnectionsEIA/TIA-232EIA/TIA-449EIA-530V.35X.21EnduserdeviceServiceProviderDTEDCE第52页电气特征物理层电气特征是相关电气接口方面详细要求，主要包含两个方面：电气接口连接方式和电气参数RS-232标准电气特征接口电路方式单端驱动非差分接收电路速率上限20kb/s距离上限15m输出阻抗Ro＜300Ω输入阻抗Ri＝3～7kΩ逻辑“1”－15～－5V负电平逻辑“0”5～15V正电平第53页功效特征物理层功效特征是对连接器各芯线含义、功效以及和各信号之间对应关系要求。EIA-RS-232为例，RS-232功效特征定义了ISO-2110标准25芯接口线中20根信号线，剩下5根中2根作为保留线，以供测试用，3根未作定义。20根接口信号线按功效分为5类：

A类为接地线；B类为数据线；C类为控制线；

D类为定时线；S类为次信道信号线。第54页规程特征物理层规程特征是对接口界面上进行信号传输控制过程和控制步骤要求。是DTE和DCE为建立、维持、释放线路连接等过程中，所要求各控制信号改变协调关系。不一样接口标准，其规程特征不一样。规程特征对于不一样网络、不一样通信设备、不一样通信方式、不一样应用，各自有不一样规程特征。第55页物理层协议在物理层，OSI参考模型采纳了各种现成协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5物理层协议。RS-232RS-449第56页EIA-RS-232EIA-RS-232是美国电子工业协会EIA于1962年颁布，并于1963年修改为RS-232A，1965年修改为RS-232B，1969年修改为RS-232C，1987年修改为RS-232D，1991年又修订为EIA-232-E。统称为EIA-RS-232标准。机械特征：DB-25（13＋12引脚）；电气特征：负逻辑逻辑0相当于对信号地线有+5～+15V电压，表示数据0或控制线接通状态；逻辑1相当于对信号地线有－5～－15V电压，表示数据1或控制线断开状态；电缆长度不超出15米，数据传输率不超出20kbps。第57页EIA-RS-232接口功效特征RS-232功效特征定义了ISO-2110标准25芯接口线中20根信号线，剩下5根中2根作为保留线，以供测试用，3根未作定义。20根接口信号线按功效分为5类：A类为接地线；B类为数据线；C类为控制线；D类为定时线；S类为次信道信号线。表2-4EIA-RS-232接口功效特征引脚编号线路名称功效说明线路类型方向1AA保护地地线2BA发送数据数据线DTE→DCE3BB接收数据数据线DCE→DTE4CA请求发送控制线DTE→DCE5CB允许发送控制线DCE→DTE6CC数据通信设备就绪控制线DCE→DTE7AB信号地地线8CF载波检测控制线DCE→DTE9－（保留供测试用）10－（保留供测试用）11（未定义）12SCF次信道载波检测次信道控制线DCE→DTE13SCB次信道去除发送次信道控制线DCE→DTE14SBA次信道发送数据次信道数据线DTE→DCE15DB发送器定时定时信号DCE→DTE16SBB次信道接收数据次信道数据线DCE→DTE17DD接收器定时定时信号DCE→DTE18（未定义）19SCA次信道请求发送次信道控制线DTE→DCE20CD数据终端就绪控制线DTE→DCE21CG信号质量检测控制线DCE→DTE22CE振铃指示控制线DCE→DTE23CH/CI数据信号速率选择控制线DCE→DTEDTE→DCE24DA发送器定时定时信号DTE→DCE25（未定义）第58页EIA-RS-232规程特征CD数据终端就绪DTE→DCECC数据通信设备就绪DCE→DTECA请求发送DTE→DCECB允许发送DCE→DTE第59页EIA-232/V.24信号定义在一些情况下，能够只用9个引脚（振铃指示不用）。这么就能够使用9根引脚插座。第60页利用虚MOEM连接两台计算机插头插头插座插座计算机虚调制解调器计算机（1）保护地（2）发送（3）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE就绪（22）振铃指示（1）保护地（2）发送（3）接收（4）请求发送（5）允许发送（6）DCE就绪（7）信号地（8）载波检测（20）DTE就绪（22）振铃指示第61页EIA-RS-232兼容标准许多产品厂商都声称自己串行接口是“与EIA-RS-232标准兼容”，这只是说，该产品电气特征和机械特征与接口RS-232标准没有矛盾。第62页RS-449接口标准EIA-RS-232是取得广泛使用串行通信接口标准，但也存在缺点，主要表现为：数据传输速率和传输距离有限，其速率限于20kb/s，距离为15m；采取单端驱动非差分接收电路，电气性能不佳，易受干扰；每个信号只有一根导线，两个传输方向共用一个信号地线，各信号成份之间易产生串扰。为处理以上问题，EIA于1973年开始着手对RS-232进行修改，并在1977～1979年间颁布RS-449、RS-423A和RS-422A系列标准。第63页RS-449系列协议RS-449采取了ISO-4902标准37芯连接器和9芯连接器两种物理接口，在电气方面则应用了集成电路技术。

RS-423A：要求电气特征为非平衡传输，有公共地，电缆长度10米，最大数据率为300kbps;RS-422A：要求电气特征为平衡传输，无公共地，电缆长度超出60米，最大数据率为2Mbps电气特征RS-422ARS-423A机械特征RS-449功效特征规程特征第64页X.21提议书EIA-232是为在模拟信道上传输数据而制订一个接口标准。在1976年CCITT经过了数字信道接口标准提议书X.21。X.21要求了用户DTE在建立和释放一个呼叫时应该和DCE交换哪些信息。数字信道当然不需要使用调制解调器。所以这里DCE不再表示调制解调器，而是DTE和网络接口一个设备。机械特征：15根引脚功效特征：8条信号线第65页X.21使用8条信号线DTEDCET（发送）C（控制）

R（接收）

I（指示）S（位定时）B（字节定时，可选）Ga（DTE公共回线）G（地）第66页X.21bis提议为了使基于现行接口标准EIA-232/V.24设备易于向X.21标准过分，CCITT又制订了一个X.21bis提议书。X.21bis接口与X.21相同，但数据网使用是模拟信道，而DCE是同时工作调制解调器。主叫DTEDCEC接通，T=0R=“++...+”T=被叫地址R=呼叫进行信号R=1，I接通T=数据C断开，T=0R=0，I断开建立连接拆除连接第67页补充：CCITT物理层协议我们知道，计算机网络最早使用是模拟电话信道。所以，国际电报与电话咨询委员会CCITT较早地开发和建立了适合于电话网标准，这些标准与当前最流行EIA系列标准相兼容，作为DTE和DCE之间模拟接口标准，其应用非常广泛。V系列 针对以电话网作为基础模拟通信设备X系列 针对以公共数据网为基础数字通信设备I系列（针对综合业务数字网ISDN）第68页传输介质第69页RJ-45直通线交叉线跳线DTE：网络终端设备Computer、RouterDCE：网络通信设备Switch、Modem第70页5类双绞线线序直连网线交叉网线Side1Side2Side112345678123456781=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕Side2Side1Side2Side1Side212345678123456781=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/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕第71页常见设备接口QuidwayR系列路由器第72页V.35规程机械特征DB34（外接网络端）--DB50（路由器端）DTE端为34针型插头DCE端为34孔型插头第73页常见光纤接头FC－PC型光尾纤接头外形图SC－PC型光尾纤接头外形图ST-PC型光尾纤接头外形图FC/PC－SC/PC型光尾纤外形图第74页物理层设备-中继器负责在两个节点物理层上按位传递信息，完成信号复制、调整和放大功效，以此来延长网络长度。第75页中继器功效第76页中继器作用用中继器可扩大网络范围用中继器可增加网络节点数目用中继器可互连不一样传输介质光电转换器第77页使用中继器注意事项中继器无路径检测和交换功效，不能过滤网络业务，只是将全部经过数据都转发到全部输出段，而不论它是否需要去那里，致使网络上有过多无效业务量，增加了网络负载；不具备检错和纠错功效，犯错数据单元仍被传递；中继器还会引入设备时延。所以，中继器只有当网络负载很轻和网络延时要求不高条件下才能使用。使用中继器应该注意两点：不能形成环路，环路将造成广播风暴而使网络瓦解；考虑到网络传输延迟和负载情况，不能无限制地使用中继器。第78页以太网5-4-3法则示意第79页物理层设备-集线器集线器Hub是中继器一个扩展形式，是一个多端口中继器，属于OSI参考模型物理层网络连接设备。集线器是以星形拓扑结构连接网络结点一个中枢网络设备。第80页集线器分类Hub分类端口数量8口、16口、24口带宽10Mb/s、100Mb/s、10/100M/ps配置形式独立式、堆叠式、模块式管理方式切换式、共享式、堆叠共享式工作方式被动无源、主动有源、智能、交换第81页独立式集线器最简单集线器经过逻辑以太网总线网络或令牌环网提供着中央网络连接，以在物理上以星形形式连接起来。这种集线器普通提供固定端口数（通常是4、8、12或24个端口），用于一个计算机工作组，适合于较小独立部门，如家庭、办公室或试验室环境。这种集线器很多没有管理软件或协议来为我们提供网络管理功效。它能够是无源，也能够是有源，有源集线器使用更多。第82页堆叠式集线器堆叠式集线器类似于独立式集线器，但它有一个特殊高速端口能够把集线器堆叠起来以取得更加好效果。从逻辑上来看，堆叠式集线器代表了一个大型集线器。也就是说，集线器能够堆放在一起（也被称为堆栈式集线器）。第83页堆叠－菊花链第84页堆叠-主从式第85页模块式集线器模块式集线器也被称为底盘集线器，它能够经过底盘上主板和插槽提供大量可选接口选项，能够插入不一样适配器。其中一些集线器带有冗余底板和电源，还有风扇。同时，有些模块允许我们无须关闭整个集线器便可替换那些有缺点模块。集线器底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块能够用于多个不一样段，如以太网、快速以太网、FDDI和ATM中。有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。第86页智能型集线器智能型集线器能够处理数据、监视数据传输并提供故障排除信息。因为能够在网络中任何地方对其实施管理，智能型集线器又被称作管理型集线器。要注意是，含有网络管理能力独立式、堆叠式或模块式集线器都能够认为是智能设备。第87页集线器使用第88页计算机和集线器连接第89页§3-3编码与调制技术在OSI参考模型当中，物理层为数据链路层提供了一个物理连接，结构了一个透明通信信道来传输各种数据比特流。第90页模拟传输和数字传输话音电话模拟数字Modem模拟模拟CODEC数字数字数字传输数字模拟数据,模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号第91页1、数字数据编码为数字信号在数据通信设备内部，因为各电路功效模块之间以及模块内部元器件之间距离很短，且工作环境能够经过各种办法加以保护，所以通常将原始二进制并行或串行数据直接进行传输。而在远程传输数据时，为了便于同时,降低在传输媒质中传输损耗和提升抗环境干扰能力，需要将传输数据进行编码。数字信号是离散、非连续性电压脉冲序列。一个脉冲就是一个信号元素。数据传输是经过把全部数据比特编码成信号码元来完成。从数据比特到信号码元映射关系，就是编码机制。第92页基本概念单极性码和双极性码不归零码和归零码同时差分波特率→比特率第93页常见编码波形第94页常见数字信号编码不归零电平NRZ-L0=高电平1=低电平不归零1制NRZ10=在间隔起始位置没有跳变1=在间隔起始位置跳变双极性AMI0=没有线路信号1=正电平或负电平，连续比特1在这二者间交替伪三进制码0=正电平或负电平，连续比特0在这二者间交替1=没有线路信号曼彻斯特编码0=在间隔中间位置由高向低跳变1=在间隔中间位置由低向高跳变差分曼彻斯特编码在间隔中间位置总有一次跳变0=在间隔起始位置跳变1=在间隔起始位置没有跳变第95页常见数字信号编码不归零电平NRZ-L0=高电平1=低电平不归零1制NRZ10=在间隔起始位置没有跳变1=在间隔起始位置跳变双极性AMI0=没有线路信号1=正电平或负电平，连续比特1在这二者间交替伪三进制码0=正电平或负电平，连续比特0在这二者间交替1=没有线路信号曼彻斯特编码0=在间隔中间位置由高向低跳变1=在间隔中间位置由低向高跳变差分曼彻斯特编码在间隔中间位置总有一次跳变0=在间隔起始位置跳变1=在间隔起始位置没有跳变第96页⑴不归零码传输数字信号时最惯用、最简单方法就是使用两个不一样电平来表示二进制数字。这种策略中一个比特周期内其电平恒定，没有改变。NRZ–L、NRZ1不归零码能有效利用带宽，也最轻易实现。但因为含有直流成份，缺乏同时能力，很轻易因为收发设备间定时漂移而造成失去同时。所以普通用于数据磁统计，而并不适合网络信号传输。差分：在复杂传输结构下，检验信号跳变要比检验信号正负显得更为可靠。第97页⑵多电平二进制这种编码使用了多于两个信号电平双极性AMI（交替反转）和伪三进制码在双极性AMI情况下，没有信号表示二进制0，而二进制1由正脉冲和负脉冲交替表示。使用这种方法使得即使发送数据是较长1比特串，依然不会失去同时，信号中每一个1都将造成电平跳变，确保了收发双方同时建立与维护。只是在出现较长0比特串时依然是个问题。伪三进制码使用情况与这类似，只是在表示时，正负交替电平表示是比特0，而没有信号时表示比特1第98页⑶双相位要求信号在每一个传输比特周期内都要最少完成一次电平跳变，有时要完成两次跳变。所以它最大调制率是NRZ两倍，对应需要更大带宽。曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码因为双相位编码在每个比特时间周期内均存在预知跳变，所以接收器能够依据跳变来建立同时，实现内同时双相位编码技术在数据传输中使用广泛，曼彻斯特编码应用于IEEE802.3标准，用于实现基于同轴电缆和双绞线总线式以太网；而差分曼彻斯特编码在IEEE802.5要求屏蔽双绞线令牌环网中也有定义。第99页补充：局域网编码技术发展用户感兴趣通信速率是从应用层次对通信做出描述。为提升通信速率，有两个路径能够考虑：一是提升线缆系统传输性能，由此决定了带宽；另外是选择适当编码系统，从而决定由波特率到比特率转换因子。适当编码系统能够取得更高通信速率。波特率→比特率第100页4B/5B-NRZ1第101页4B/5B-NRZ1NRZ-L使用一个信号电平来表征一个比特，数据传输率是信道带宽2倍。但因为信号电平改变无法预测，而造成缺乏同时；NRZ1使用是差分技术，能够提升可靠性，但一样缺乏同时；曼彻斯特编码自带时钟信息，确保同时，但这种信号效率只有50%；4B/5B编码能够提升效率。在这种方案中，数据中每4位比特被编码到一个5位码组中，这么100Mbps只需要125Mbaud，效率为80%。我们能够注意到编组时32种模式中只需要16种表示数据，选择依据是码组中最少有两次改变，信号中不允许一行中连续超出3个0，确保了同时。4B/5B-NRZ1编码是同时技术和差分技术结合表达。第102页MLT-34B/5B-NRZ1因为信号集中产生线路辐射原因，即使在光纤上是高效，但不适合双绞线。100Base-TX和双绞线上FDDI采取MLT-3编码。MLT-3编码输出每个二进制都有改变，用三级信号表示：正电压+V、负电压-V和零电压0编码规则以下：假如下一比特是0，则输出值与前面值相同假如下一比特是1，则输出值就要有一个转变：假如前面输出值是+V或-V，则下一输出为0；假如前面输出值是0，则下一输出值与上一个非0值符号相反。第103页MLT-3示例假如下一比特是0，则下一个输出值与前面值相同假如下一比特是1，则下一输出值就要有一个转变：假如前面输出值是+V或-V，则下一输出为0；假如前面输出值是0，则下一输出值与上一个非0值符号相反。第104页技术探讨当前有两种基本编码系列。第一个是每N位添加一个同时位，以使同时成为可能(如当N=1时，为Manchester编码；当N=4时，为4B5B编码)，但这需要一个比原来更大带宽。而且同时位越多，带宽需要越大。为了减小带宽，采取每7位添加一个同时位(即7B8B编码)编码系统是可能，但随之而来是，当传输较长一串相同类型位流时，同时就变得非常困难了。另一个编码系列是经过增加电平个数以减小带宽，电平数越多，带宽需要越少。然而，当传输一长串由0编码后得到连续信号时，同时就变得几乎不可能了。如，当我们采取5个电平数时候就需要4个比较器，而且每个比较器都应该有其适当公差范围。这就是说，当我们选择电平