計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理：第四章 物理層接口及其協(xié)議

1、第四章物理層接口及其協(xié)議主要內(nèi)容物理層的定義和功能物理層的特性典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)物理層的定義和功能物理層的定義ISO/OSI 關(guān)于物理層的定義：物理層提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，目的是啟動、維護(hù)和關(guān)閉數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間進(jìn)行比特傳輸?shù)奈锢磉B接。這種連接可能通過中繼系統(tǒng)，在中繼系統(tǒng)內(nèi)的傳輸也是在物理層物理層的功能在兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間提供透明的比特流傳輸研究內(nèi)容物理連接的啟動和關(guān)閉，正常數(shù)據(jù)的傳輸，以及維護(hù)管理物理層的定義和功能（續(xù)）物理層有關(guān)的傳輸方式連接方式（點(diǎn)到點(diǎn)，點(diǎn)到多點(diǎn)）通信方式（單工，半雙工，全雙工）位傳輸方式（串行，并行）物理層的四個重要特性機(jī)械特性 (m

2、echanical characteristics)電氣特性 (electrical characteristics)功能特性 (functional characteristics)規(guī)程特性 (procedural characteristics)物理層的特性機(jī)械特性主要定義物理連接的邊界點(diǎn)，即接插裝置。規(guī)定物理連接時所采用的規(guī)格、引腳的數(shù)量和排列情況標(biāo)準(zhǔn)接口舉例ISO 2110，25芯連接器，EIA RS-232-C，EIA RS-366-AISO 2593，34芯連接器，V.35寬帶MODEMISO 4902，37芯和9芯連接器，EIA RS-449ISO 4903，15芯連接器，X.2

3、0、X.21、X.22物理層的特性（續(xù)）電氣特性規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時，線路上信號的電壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制早期的標(biāo)準(zhǔn)是在邊界點(diǎn)定義電氣特性，例如EIA RS-232-C、V.28；最近的標(biāo)準(zhǔn)則說明了發(fā)送器和接收器的電氣特性，而且給出了有關(guān)對連接電纜的控制CCITT 制訂的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)CCITT V.10/X.26：新的非平衡型電氣特性，EIA RS-423-ACCITT V.11/X.27 ：新的平衡型電氣特性，EIA RS-422-ACCITT V.28：非平衡型電氣特性，EIA RS-232-CCCITT X.21/EIA RS-449物理層的特性（續(xù)）功能特性主要定義各條物理

4、線路的功能線路的功能分為四大類數(shù)據(jù)控制定時地規(guī)程特性主要定義各條物理線路的工作規(guī)程和時序關(guān)系EIA RS-232-C1960年美國電子工業(yè)協(xié)會EIA提出RS-232，1963年提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出RS-232-C。用于DTE/DCE之間的接口機(jī)械特性25芯連接器，DTE為插頭，DCE為插座電氣特性采用非平衡型電氣特性，低于-3V為“1”，高于+4V為 “0”，最大 20Kbps，最長15m非平衡傳輸（unbalanced transmission）：所有電路共享一個公用的地線平衡傳輸（balanced transmission）：每個主要電路需要

5、兩根線，沒有公用的地線EIA RS-232-C（續(xù)）功能特性定義了21條線，許多子集，基本與CCITT V.24兼容規(guī)程特性對不同的功能子集，有不同的規(guī)程 RS-232-C 有14中不同的接口類型，適合于單工，半雙工，全雙工，同步，異步RS-232-C的不足與改進(jìn)不足傳輸性能低，距離短，速率低改進(jìn)重新設(shè)計，X.21以RS-232-C為基礎(chǔ)改進(jìn)，1977年提出RS-449RS232接頭EIA RS-449/422-A/423-AEIA RS-449 是為替代RS-232-C而提出的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口。實(shí)際上是一體化的三個標(biāo)準(zhǔn)主要改進(jìn)改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數(shù)據(jù)傳輸率增加了新的接口功能，

6、例如，回送檢查解決了機(jī)械接口問題機(jī)械特性37芯或9芯連接器EIA RS-449/422-A/423-A（續(xù)）電氣特性與RS-232-C相連，采用非平衡型電氣特性 RS-423-A，20Kbps以下其他情況，采用平衡型電氣特性 RS-422-A ，20Kbps 2Mbps功能特性定義了30條功能線規(guī)程特性基本上以RS-232-C為基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)雙絞線既可用于模擬傳輸，也可用于數(shù)據(jù)傳輸帶寬依賴于線的類型和傳輸距離3類線，5類線，增強(qiáng)型5類線、6類線、7類線 非屏蔽雙絞線UTP（Unshielded Twisted Pair），屏蔽雙絞線STP（Shielded Twisted Pair） 帶有RJ4

7、5接頭的雙絞線具有以太網(wǎng)卡的計算機(jī)背面一個10/100M雙絞線以太網(wǎng)接口，指示燈的狀態(tài)顯示接口連接在一個10M以太網(wǎng)上傳輸介質(zhì)（續(xù)）基帶同軸電纜50歐姆，用于數(shù)據(jù)傳輸 寬帶同軸電纜75歐姆，用于模擬傳輸Cable TV技術(shù)，300MHz或450MHz傳輸介質(zhì)（續(xù)）光纖目前，在試驗(yàn)室中光纖帶寬超過70Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps， 32 40 Gbps的光纖傳輸系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)用光纖分類：單模光纖和多模光纖光源發(fā)出的光進(jìn)入光纖后，入射角度小的光被反射，并沿著光纖傳播，其他光被周圍介質(zhì)吸收，能夠反射的角度有多個，這種形式的傳播稱為多模。多模光纖適于短距離傳輸

8、當(dāng)光纖半徑減小到波長的數(shù)量級時，只有一個角度（或者一個模式）的光線可以進(jìn)入，這種形式的傳播稱為單模。單模光纖適于長距離傳輸單模和多模都支持同時傳輸幾個不同波長的光線，支持波分復(fù)用傳輸介質(zhì)（續(xù)）常用的三個波長窗口（光纖波段）850 nm：衰減（attenuation)大，傳輸速率和距離受限制，但價格便宜1310 nm：衰減小，無色散（dispersion）補(bǔ)償、功率放大情況下，最大傳40km（最壞情況）1550 nm：衰減小，無色散補(bǔ)償、功率放大情況下，最大傳80km（最壞情況）光纖和光纜傳輸介質(zhì)（續(xù)）光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式點(diǎn)到點(diǎn)：四根線（兩根用于保護(hù)倒換）環(huán)：兩根線（一根用于保護(hù)倒換）中繼器：光 電

9、光，全光全光網(wǎng)，光因特網(wǎng)論壇 OIFCaption: Optical fiber cables connected to an ATM switch. 接入ATM網(wǎng)絡(luò)接口的光纖光纖和連接器，黑色套子在連接器不用的時候保護(hù)連接器網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)光纖傳輸移動電話網(wǎng)絡(luò)無線傳輸通信衛(wèi)星公共交換電話網(wǎng)絡(luò)有線電視網(wǎng)絡(luò) SONET/SDH標(biāo)準(zhǔn)1985年，Bellcore提出SONET（Synchronous Optical NETwork）標(biāo)準(zhǔn)1989年，CCITT提出SDH（Synchronous Digital Hierarchy）標(biāo)準(zhǔn)，與 SONET 有微小差別SONET主要用于北美和日本，SDH主要用于

10、歐洲和中國SONET/SDH，采用TDM技術(shù)，是同步系統(tǒng)，由主時鐘控制，時鐘精度10-9秒SONET路徑路徑（path），線路（line），段（section）SONET/SDH結(jié)構(gòu)SONET/SDH幀基本SONET幀810 字節(jié)/125us，所以傳輸速率為 810 8 /（125 10-6）= 51.84 Mbps基本SONET信道稱為STS-1（Synchronous Transport Signal-1）SONET幀格式SONET/SDH幀（續(xù)）SONET/SDH復(fù)用復(fù)用復(fù)用是基于字節(jié)的OC-3 與 OC-3c的區(qū)別c（concatenated）表示級聯(lián)，非復(fù)用OC-3 表示一個155.

11、52 Mbps的載波是由三個單獨(dú)的OC-1載波復(fù)用構(gòu)成的OC-3c 表示一個單獨(dú)的155.52 Mbps的載波SONET/SDH復(fù)用速率SONET/SDH復(fù)用（續(xù)）SONET/SDH復(fù)用（續(xù)）移動電話網(wǎng)絡(luò)單方向的尋呼系統(tǒng)尋呼過程打電話給尋呼公司，輸入尋呼機(jī)號碼尋呼公司的計算機(jī)收到請求，通過線路傳到高處（山頂）的天線天線直接廣播信號（本地尋呼），或傳遞給衛(wèi)星（異地尋呼），衛(wèi)星再廣播單向系統(tǒng)需要很小的帶寬移動電話網(wǎng)絡(luò)（續(xù)）蜂窩電話 第一代：模擬蜂窩電話，只能傳送話音第二代：數(shù)字蜂窩電話，主要傳送話音，GSM，CDMA3G / 4G：可以傳送話音和數(shù)據(jù)模擬蜂窩電話早期用于軍事通信，push-to-talk system，一個信道，半雙工60年代，IMTS（Improved Mobile Telephone System），雙頻，全雙工移動電話網(wǎng)絡(luò)（續(xù)）1982年，AMPS（Advanced Mobile Phone System）使用小的蜂窩（cell）在附近（不相鄰）的蜂窩中重用傳輸頻率發(fā)射功率小，設(shè)備小而便宜當(dāng)某個蜂窩內(nèi)的用戶超過系統(tǒng)容量時，將蜂窩劃分成幾個更小的蜂窩，以便重用頻率，并將發(fā)射功率減弱在蜂窩中心，有一個基站（base station），基站包括一個計算機(jī)和與天線相連的收發(fā)器所有的基站通過包交換網(wǎng)絡(luò)與MTSO（Mobile Telephone Sw