第9章-物理层和数据链路层.ppt

1、第9章物理层和数据链路层，9.1物理层9.2数据链路层9.3局域网，9.1物理层是开放系统互连参考模型的最下层，与物理信道直接连接，发挥数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口的作用，通信双方之间、9.1.1物理层的功能、物理连接的建立、维护和释放物理服务数据单元的传输物理层管理、9.1.2物理层的特性、物理层的主要任务是确定与传输介质的接口特性，即机械特性：指定接口使用的连接器的形状和大小、导数和配置等电气特性：表示接口电缆各线路出现的电压范围。 功能特性：表示出现在某条线上的某个电压水平表示什么意思。 流程属性：显示关于各种功能的可能的各种事件的发生顺序。 在9.1.3物理层接口标准、计算机网络

2、数据通信中，一些接口标准是常见的并在其上采用。 其通常被称为RS-232、RS-422和RS-485标准。 这些都是串行数据接口标准，最初由电子工业协会(EIA )制定公布。 RS-232接口(也称为EIA RS-232 )是当前最常见的串行通信接口，有关此接口的详细信息，请参见5.2节。 另外，RS-232接口以及9.1.4物理层下面的传输介质(传输信道)也被称为传输介质或传输介质，其是传输系统中的发射机和接收机之间的物理路径。 传输介质可以分为两种，即，导致电磁波沿固体介质传播的有线传输介质(有线信道、转向传输介质)。 例如，双绞线、同轴电缆、光纤无线传输介质(无线信道、非定向传输介质):

3、信号能量以放射电磁波的形式在自由空间中传播。 例如，地面微波、卫星、红外线、一端、有线信道、双绞线屏蔽双绞线电缆STP (Shielded Twisted Pair，串联双绞线电缆STP )、无屏蔽双绞线电缆UTP (Unshielded Twisted Pair，未屏蔽双绞线电缆) 同轴电缆50同轴电缆75同轴电缆单模光纤多模，各线对的扭转目的是使各线对之间的电磁干扰最小化。 双绞线适用于短距离的信号传输，既可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。 铜线、铜线、聚氯乙烯护套、聚氯乙烯护套、屏蔽护套、绝缘层、绝缘层、非屏蔽双绞线UTP、屏蔽双绞线STP、局域网使用的双绞线为护套作为非屏蔽双绞线最

4、常用的双绞线电缆有3种和5种，都由4对双绞线电缆构成，3种双绞线电缆的传输速度达到10bps，5种双绞线电缆的传输速度达到100bps。 这些差异是每单位长度的扭转次数不同。 3种扭转长度为7.5cm10cm 5种扭转长度为0.6cm0.85cm 3种，5种扭转线的最大传输距离为100m。 (2)同轴电缆由内导体铜线芯线(单根中实线或多根绞线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是箔状)和绝缘保护外层组成。 内导体、绝缘层、外导体屏蔽层、绝缘保护外层通常根据特性阻抗而不同，同轴电缆也称为基带同轴电缆，主要用于在数据通信中传输数字信号： 50同轴电缆。 现在几乎被淘汰了。 75同轴电缆：是用

5、于模拟传输的系统，在该电缆上传输的信号是采用频分复用的宽带信号，因此也称作宽带同轴电缆。 有线电视系统CATV使用75同轴电缆。 同轴电缆的分类，(3)光纤、光纤(光纤)是直径8m100m的柔软的能够传输光波的介质。 光纤的制造中，可以使用使用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤，可以使用能够将传输损耗抑制在最小限度的多个玻璃和塑料。在折射率高的1根光纤之外，用折射率低的包层包裹，可以构成1根光纤通道。 光线在光纤中的折射、折射角、入射角、包层(低折射率的介质)、包层(低折射率的介质) 、光纤传输模式以及单模光纤(直径8m10m )多模光纤(通常为50m或62.5m ) 多模光纤和单模光纤、单模光纤

6、多模光纤多模光纤：多模与单模光纤相比，芯径非常大、色散非常大，限制了传送数字信号的频率多模光纤与单模光纤的比较，使得阿卡迪亚以单根光纤的数据传输速度打破了10Tbit/s的极限，2001年4月5日，作为智能光纤网络的世界领先者，阿卡迪亚公司近来发表了两项世界记载阿卡迪亚公司打破了10Tbit/s的第二，阿卡迪亚在300公里的越洋传输中创造了速度达到3 t bit/s (3000 gbit/s )的记录。 另外，光纤不仅具有通信容量非常大的优点，还具有(1)传输损耗小、中继距离长、对远程传输特别经济的优点。 (2)抗雷击和电磁干扰性能好。 这在有大电流脉冲噪声的环境下特别重要。 (3)无串扰干扰

7、，机密性高，不易窃听或截获数据。 (4)体积小，重量轻。 光纤的缺点：光纤对接需要专用设备，光电接口也很高。 光纤的优缺点，范艾克实验，1985年，在国际计算机安全会议上，范艾克(Fan Ettc )使用了数百美元的设备，改造普通的电视机，安装在汽车上，从街上8楼上放置的接收计算机电磁波信息，计算机画面他的示威游行给参加的各国代表带来了很大的震动。 根据海外考试，在1000米以外就能接收和恢复计算机显示终端的信息，而且看得很清楚。 二、利用电磁波在空间中的传播来实现无线信道和无线信道中的信号传输。 无线传输方式有各种各样，这里主要介绍无线电波、微波、卫星三种无线传输介质，它们是无线信道的主要构

8、成要素。 一、无线电波、无线电波主要应用于无线电广播、电视及通信领域。 国际电信联盟的ITU-R将电波的频带分割成几个频带。 在低频和中频的电磁波频带中，电波绕过障碍物容易沿着地表面传播，这种传播方式称为地波传播。 但是，由于能量随着与信号源的距离变大而急剧减少，因此传播距离受到限制，一般在数百公里的范围内。 长波、中波、中短波用这种方式进行无线电广播。 高频和非常高频的频带内的电波在距离地面数十公里到数百公里高度的带电粒子层(电离层)反射，到达更远的地方，这种传播方式称为天线传播。 短波广播最适合以这种形式广播，一般可达数千米以上。 二、微波、微波是电磁波频谱介于超短波与红外线之间的波段，是

9、电波中波长最短(即频率最高)的波段，其频率范围从300 MHz (波长1m )到3000GHz (波长0.1mm )。 高频微波和低频电波不同的重要特征之一不是向所有方向扩散，而是沿着直线传播。 这种传播方式称为视线传播。中继站、地球表面是曲面，天线塔需要进行信号的中继，信号的直接传输距离与天线塔的高度有关，塔越高距离越远。 由于地形和天线的高度限制，两站之间的通信距离一般为50100km，因此在长距离传输时需要中继多个中继站。 三、卫星通信、卫星通信实际上也是微波通信的一种方式，不过是以地球同步卫星为中继站传输微波信号。 卫星通信的优点是能够克服陆地微波通信距离的限制，并且具有传播延迟时间长

10、的缺点。 然而，卫星通信的传播延迟时间与地面站之间的距离无关，并且因此特别适合于长距离通信。 电磁波谱、无线电、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线UHF、SHF、EHF、THF、频带、104105106107108101011011011013101410151016， 100102104108101010141014101410141014101410141014101410141014101410141014101410141016101610181018这是物理层携载原始比特流的功能的增强，并将物理层可能提供的错误的物理连接逻辑化数据链路层的功能，数据链路层的基本功能是为网络层提供透明

11、可靠的数据传输服务。 透明度意味着在该层传输的数据的内容、格式、编码没有限制，也不需要说明信息结构的意义。可靠的传输可以帮助用户消除信息丢失、干扰信息、顺序不准确等担心。数据链路层的信道类别、数据链路层使用的信道主要使用点对点信道广播信道、点对点信道，该信道使用一对一的点对点通信方式。 广域网采用了点对点通道。 中国教育科研修订机网络CERNET骨干拓扑、广播频道，由于该频道使用一对多的广播通信方式，进程复杂。 由于连接到广播信道的主机很多，因此需要使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据传输。 以前的局域网通常采用广播信道，然后改进的局域网采用点对点信道，总线网，9.2.1数据链路层的基本

12、功能，1，帧同步功能2，差错控制3， IP数据图，1010 0110，帧，取出，数据链路层，网络层，链路，节点a，节点b， (1)如何识别帧的起始和终止；(2)在介入的增强发送的数据帧中，当接收和重发数据帧时，接收站可以识别帧是新的数据帧还是被标识为重发帧帧同步技术允许接收方从未完全排序的比特流中精确地分离每帧的开始和结束，并标识重发帧。 中的组合图层性质变更选项。 封装到帧中时，会在一个数据的前后分别添加标题和末尾，构成一个帧。 第一个和最后一个重要的作用之一是进行帧边界。、帧结束、帧报头、IP数据报、帧的数据部分、帧末尾、MTU、数据链路层的帧长度、传输开始、帧开始、最大传输单元MTU、各

13、种物理网络、以及可移动到每帧的一个物理网络的MTU 根据物理网络的不同，MTU通常也不同。 以控制字符进行帧边界的方法的示例： SOH、帧中的数据部分、帧、帧开始字符、帧结束字符、发送前、EOT、SOH和EOT是控制字符的名称。 在ASCII代码中，十六进制代码分别为01 (二进制为00000001 )和04 (二进制为00000100 )。 第二，错误控制受诸如物理链路的性能和网络通信环境等的因素的影响，在数据通信期间不可避免地发生一些传输错误。 为了确保数据通信的准确性，这些错误发生的概率尽可能低。 数据链路层通过“错误控制”技术实现这一功能。错误控制功能、位错误的二进制数据在传输中有可能

14、发生位错误： 1有可能为0，0有可能为1。 在一定时间内，将传输差错率在传输的比特总数中所占的比例称为差错率。 差错率与信噪比有很大关系。 通信系统必须具有发现(即检测)错误的能力，并采取纠正它的措施，将错误控制在尽可能小的范围内。 这是一个差错控制过程，也是数据链路层的主要功能之一。 (1)改进线路质量并增强线路自身的抗干扰性是减少错误的最基本方法。 但是，这种改善以巨大的投入为代价。 (2)检测错误并对传输数据进行抗干扰编码，从而检测和校正传输中的错误。 在数据链路层使用循环冗馀校验(CRC )，其中CRC是一种非常强的检错码，用于实现编码和编码检测的电路相对简单。 三、流量控制，一般来说

15、，我们总是希望数据传输更快。 但是，如果发送方发送过多的数据，接收方就赶不上接收，可能会丢失数据。 流量控制(flow control )是指发送端的发送速率不太快，接收端能够接收。 四、链路管理、数据链路层的“链路管理”功能包括数据链路的建立、维护和释放三个主要方面。 网络中的两个节点进行通信时，数据的发送方需要确认接收方是否准备好接收。 为了进行这种通信，首先需要交换必要的信息，建立基本的数据链路。 在数据传输时维持数据链路，在通信完成时解除数据链路。 五、参照MAC地址、下一个“以太网地址”的相关内容，六、区分数据和控制信息，数据和控制信息都在相同的信道上传输，接收方通常在相同的帧中，因为接收方区分它们， 传输到上层时必须只能传输数据信息，七、透明传输、“透明