物理層接口及其協(xié)議

1、66-66-1 1第4章物理層接口及其協(xié)議66-66-2 2主要內(nèi)容4.1 物理層的定義和功能物理層的定義和功能4.2 物理層的特性物理層的特性4.3 典型的物理層標準接口典型的物理層標準接口4.4 傳輸介質傳輸介質4.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術其它網(wǎng)絡傳輸技術66-66-3 34.1 物理層的定義和功能 物理層的定義物理層的定義- ISO/OSI 關于物理層的定義關于物理層的定義：物理層提供機械的、：物理層提供機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，目的是啟動、維護電氣的、功能的和規(guī)程的特性，目的是啟動、維護和關閉數(shù)據(jù)鏈路實體之間進行比特傳輸?shù)奈锢磉B接和關閉數(shù)據(jù)鏈路實體之間進行比特傳輸?shù)奈锢磉B接。這種

2、連接可能通過中繼系統(tǒng)，在中繼系統(tǒng)內(nèi)的傳。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的。輸也是在物理層的。 物理層的功能物理層的功能- 在兩個網(wǎng)絡設備之間提供透明的比特流傳輸。在兩個網(wǎng)絡設備之間提供透明的比特流傳輸。 研究內(nèi)容研究內(nèi)容- 物理連接的啟動和關閉，正常數(shù)據(jù)的傳輸，以及維物理連接的啟動和關閉，正常數(shù)據(jù)的傳輸，以及維護管理。護管理。66-66-4 44.1 物理層的定義和功能 幾點說明幾點說明- 連接方式（點到點，點到多點）連接方式（點到點，點到多點）- 通信方式（單工，半雙工，全雙工）通信方式（單工，半雙工，全雙工）- 位傳輸方式（串行，并行）位傳輸方式（串行，并行） 物

3、理層的四個重要特性物理層的四個重要特性- 機械特性機械特性 (mechanical characteristics)- 電氣特性電氣特性 (electrical characteristics)- 功能特性功能特性 (functional characteristics)- 規(guī)程特性規(guī)程特性 (procedural characteristics)66-66-5 54.2 物理層的特性 機械特性機械特性- 主要定義物理連接的邊界點，即接插裝置。規(guī)定主要定義物理連接的邊界點，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)量和排列情物理連接時所采用的規(guī)格、引腳的數(shù)量和排列情況。況。- 常用的標準

4、接口常用的標準接口 ISO 2110，25芯連接器，芯連接器，EIA RS-232-C，EIA RS-366-A ISO 2593，34芯連接器，芯連接器，V.35寬帶寬帶MODEM ISO 4902，37芯和芯和9芯連接器，芯連接器，EIA RS-449 ISO 4903，15芯連接器，芯連接器，X.20、X.21、X.2266-66-6 64.2 物理層的特性 電氣特性電氣特性- 規(guī)定傳輸二進制位時，線路上信號的電壓高低、規(guī)定傳輸二進制位時，線路上信號的電壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制。阻抗匹配、傳輸速率和距離限制。66-66-7 74.2 物理層的特性 功能特性功能特性- 主要定義

5、各條物理線路的功能。主要定義各條物理線路的功能。- 線路的功能分為四大類：線路的功能分為四大類： 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 控制控制 定時定時 地地 規(guī)程特性規(guī)程特性- 主要定義各條物理線路的工作規(guī)程和時序關系。主要定義各條物理線路的工作規(guī)程和時序關系。66-66-8 8 DTE (Data Terminal Equipment) 是數(shù)據(jù)終端是數(shù)據(jù)終端設備，是具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接設備，是具有一定的數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設備。收數(shù)據(jù)能力的設備。 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是數(shù)據(jù)電是數(shù)據(jù)電路端接設備，它在路端接設備，它在 DTE 和傳輸

6、線路之間提供信號變換和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的功能，并且負責建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的和編碼的功能，并且負責建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。連接。 DTE/DCE 概念66-66-9 9DTE 通過 DCE 與通信傳輸線路相連 DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環(huán)境通信環(huán)境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線用戶設施用戶環(huán)境66-66-10104.3 典型的物理層標準接口4.3.1 EIA RS-232-C 1960年美國電子工業(yè)協(xié)會年美國電子工業(yè)協(xié)會EIA提出提出RS-232，1963年年提出提出RS-232-A，1965年提出年提出RS-232-B，1969年提年提出

7、出RS-232-C。用于。用于DTE/DCE之間的接口。之間的接口。 機械特性機械特性- 25芯連接器，芯連接器，DTE為插頭，為插頭，DCE為插座。為插座。 電氣特性電氣特性- 采用非平衡型電氣特性，低于采用非平衡型電氣特性，低于-3V為為“1”，高于，高于+4V為為 “0”，最大，最大 20Kbps，最長，最長15m。66-66-11114.3 典型的物理層標準接口- 非平衡傳輸（非平衡傳輸（unbalanced transmission）：所有）：所有電路共享一個公用的地線。電路共享一個公用的地線。- 平衡傳輸（平衡傳輸（balanced transmission）：每個主要）：每個主要

8、電路需要兩根線，沒有公用的地線。電路需要兩根線，沒有公用的地線。 功能特性功能特性- 定義了定義了21條線，許多子集，基本與條線，許多子集，基本與CCITT V.24兼容兼容 規(guī)程特性規(guī)程特性- 對不同的功能子集，有不同的規(guī)程。對不同的功能子集，有不同的規(guī)程。- RS-232-C 有有14中不同的接口類型，適合于單工，中不同的接口類型，適合于單工，半雙工，全雙工，同步，異步半雙工，全雙工，同步，異步66-66-12124.3 典型的物理層標準接口RS-232-C的不足與改進的不足與改進- 不足不足 傳輸性能低，距離短，速率低。傳輸性能低，距離短，速率低。- 改進改進 重新設計，重新設計，X.2

9、1； 以以RS-232-C為基礎改進，為基礎改進，1977年提出年提出RS-44966-66-1313(1) 保護地(2) 發(fā)送數(shù)據(jù)(3) 接收數(shù)據(jù)(4) 請求發(fā)送(5) 允許發(fā)送(6) DCE 就緒(7) 信號地(8) 載波檢測(20) DTE 就緒(22) 振鈴指示DTEDCE計算機或終端調(diào)制解調(diào)器66-66-1414利用虛調(diào)制解調(diào)器與兩臺計算機相連 插頭插頭插座插座計算機虛調(diào)制解調(diào)器計算機（1）保護地（2）發(fā)送（3）接收（4）請求發(fā)送（5）允許發(fā)送（6）DCE 就緒（7）信號地（8）載波檢測（20）DTE 就緒（22）振鈴指示（1）保護地（2）發(fā)送（3）接收（4）請求發(fā)送（5）允許發(fā)送（

10、6）DCE 就緒（7）信號地（8）載波檢測（20）DTE 就緒（22）振鈴指示66-66-1515RS232接頭接頭66-66-16164.3 典型的物理層標準接口4.3.2 EIA RS-449/422-A/423-A EIA RS-449 是為替代是為替代RS-232-C而提出的物理層標準而提出的物理層標準接口。實際上是一體化的三個標準。接口。實際上是一體化的三個標準。 主要改進主要改進- 改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數(shù)據(jù)改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數(shù)據(jù)傳輸率；傳輸率；- 增加了新的接口功能，例如，回送檢查；增加了新的接口功能，例如，回送檢查；- 解決了機械接口問題。解

11、決了機械接口問題。 機械特性機械特性- 37芯或芯或9芯連接器。芯連接器。66-66-17174.3 典型的物理層標準接口 電氣特性電氣特性- 與與RS-232-C相連，采用非平衡型電氣特性相連，采用非平衡型電氣特性 RS-423-A，20Kbps以下以下- 其他情況，采用平衡型電氣特性其他情況，采用平衡型電氣特性 RS-422-A ，20Kbps 2Mbps 功能特性功能特性- 定義了定義了30條功能線。條功能線。 規(guī)程特性規(guī)程特性- 基本上以基本上以RS-232-C為基礎。為基礎。66-66-18184.3 典型的物理層標準接口4.3.3 CCITT X.21 X.21：在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)：在公

12、共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN中進行同步操作的中進行同步操作的DTE/DCE之間的通用接口。之間的通用接口。 機械特性機械特性- 15針連接器，針連接器，ISO 4903。66-66-19194.3 典型的物理層標準接口電氣特性電氣特性- 采用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性。采用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性。- 傳輸速率：傳輸速率：600，2400，4800，9600，48000bps- DTE使用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性；使用非平衡型電氣特性和平衡型電氣特性；DCE使用平衡型電氣特性使用平衡型電氣特性功能特性功能特性- 定義了定義了8條功能線。條功能線。規(guī)程特性規(guī)程特性- 分成四個工作階段分成

13、四個工作階段: 空閑，呼叫控制，數(shù)據(jù)傳送，空閑，呼叫控制，數(shù)據(jù)傳送，清除清除66-66-20204.4 傳輸介質 磁介質磁介質- 磁帶，軟盤，硬盤磁帶，軟盤，硬盤- “Never underestimate the bandwidth of a station wagon full of tapes hurtling down the highway.” 雙絞線雙絞線- 既可用于模擬傳輸，也可用于數(shù)據(jù)傳輸；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；帶寬依賴于線的類型和傳輸距離；- 3類線，類線，5類線，增強型類線，增強型5類線、類線、6類線、類線、7類線類線 - 非

14、屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線UTP（Unshielded Twisted Pair），屏蔽雙絞線，屏蔽雙絞線STP（Shielded Twisted Pair） 66-66-2121帶有帶有RJ45接頭的雙絞線接頭的雙絞線66-66-2222具有以太網(wǎng)卡的計算機背面具有以太網(wǎng)卡的計算機背面66-66-2323一個一個10/100M雙絞線以太網(wǎng)接口，指示燈的狀態(tài)顯示接口雙絞線以太網(wǎng)接口，指示燈的狀態(tài)顯示接口連接在一個連接在一個10M以太網(wǎng)上以太網(wǎng)上66-66-24244.4 傳輸介質 基帶同軸電纜基帶同軸電纜- 50歐姆，用于數(shù)據(jù)傳輸；歐姆，用于數(shù)據(jù)傳輸； 寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜- 75歐姆，用于模

15、擬傳輸，歐姆，用于模擬傳輸，- Cable TV技術，技術，300MHz或或450MHz66-66-25254.4 傳輸介質 光纖光纖- 目前，在實驗室中光纖帶寬超過目前，在實驗室中光纖帶寬超過50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纖傳輸?shù)墓饫w傳輸已經(jīng)實用；已經(jīng)實用；- 光纖分類：單模光纖和多模光纖光纖分類：單模光纖和多模光纖 光源發(fā)出的光進入光纖后，入射角度小的光被光源發(fā)出的光進入光纖后，入射角度小的光被反射，并沿著光纖傳播，其他光被周圍介質吸反射，并沿著光纖傳播，其他光被周圍介質吸收，收，能夠反射的角度有多個能夠反射的角度有多個，這種形式的傳播，

16、這種形式的傳播稱為多模。多模光纖適于短距離傳輸。稱為多模。多模光纖適于短距離傳輸。66-66-2626輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖66-66-27274.4 傳輸介質 當光纖半徑減小到波長的數(shù)量級時，當光纖半徑減小到波長的數(shù)量級時，只有一個只有一個角度（或者一個模式）的光線可以進入角度（或者一個模式）的光線可以進入，這種，這種形式的傳播稱為單模。單模光線適于長距離傳形式的傳播稱為單模。單模光線適于長距離傳輸。輸。 單模和多模都支持同時傳輸幾個不同波長的光單模和多模都支持同時傳輸幾個不同波長的光線，支持波分復用。線，支持波分復用。 66-66-28284.4

17、 傳輸介質- 常用的三個波長窗口（光纖波段）常用的三個波長窗口（光纖波段） 850 nm：衰減（：衰減（attenuation)大，傳輸速率和大，傳輸速率和距離受限制，但價格便宜；距離受限制，但價格便宜； 1310 nm：衰減小，無色散（：衰減小，無色散（dispersion）補）補償、功率放大情況下，最大傳償、功率放大情況下，最大傳40km（最壞情（最壞情況）況） 1550 nm：衰減小，無色散補償、功率放大情：衰減小，無色散補償、功率放大情況下，最大傳況下，最大傳80km（最壞情況）（最壞情況）- 光纜光纜66-66-292966-66-30304.4 傳輸介質- 光網(wǎng)絡光網(wǎng)絡 組網(wǎng)方式組

18、網(wǎng)方式Y點到點：四根線（兩根用于保護倒換）點到點：四根線（兩根用于保護倒換）Y環(huán)：兩根線（一根用于保護倒換）環(huán)：兩根線（一根用于保護倒換） 中繼器：光中繼器：光 電電 光，全光光，全光 全光網(wǎng)，光因特網(wǎng)論壇全光網(wǎng)，光因特網(wǎng)論壇 OIF66-66-313166-66-3232Caption: Optical fiber cables connected to an ATM switch. 66-66-3333接入接入ATM網(wǎng)絡接口的光纖網(wǎng)絡接口的光纖66-66-3434光纖和連接器，黑色套子在連接器不用的時候保護連接器光纖和連接器，黑色套子在連接器不用的時候保護連接器66-66-3535無線傳輸

19、介質（無線傳輸介質（Wireless Transmission） 電磁頻譜電磁頻譜 無線電傳輸無線電傳輸 微波傳輸微波傳輸 紅外線和毫米波紅外線和毫米波 光波傳輸光波傳輸(激光激光)4.4 傳輸介質66-66-36364.4 傳輸介質無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014

20、1016 1018 1020 1022 1024 移動無線電 66-66-37374.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.1 電話系統(tǒng)（電話系統(tǒng)（PSTN） 1876，Alexander Graham Bell66-66-38384.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術電話系統(tǒng)的基本構成：電話系統(tǒng)的基本構成：- 本地回路（雙絞線，模擬信號傳輸）本地回路（雙絞線，模擬信號傳輸）- 干線（光纖或微波，數(shù)字信號傳輸）干線（光纖或微波，數(shù)字信號傳輸）- 交換局（端局、長途局）交換局（端局、長途局）66-66-39394.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術利用Modem撥號通信66-66-40404.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術ADSLBandwi

21、dth versus distanced over category 3 UTP for DSL66-66-41414.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術ADSLOperation of ADSL using discrete multitone modulation66-66-4242ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分路器 區(qū)域寬帶網(wǎng)至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入網(wǎng)端局或遠端站DSLAM至本地電話局PSPS數(shù)字用戶線接入復用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單元 ATU (Access Termination Unit)ATU-C（C 代

22、表端局 Central Office）ATU-R（R 代表遠端 Remote）電話分路器 PS (POTS Splitter) 66-66-43434.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.3 SONET/SDH 標準標準- 1985年，年，Bellcore提出提出SONET（Synchronous Optical NETwork）標準。）標準。- 1989年，年，CCITT提出提出SDH（Synchronous Digital Hierarchy）標準，與）標準，與 SONET 有微小差有微小差別。別。- SONET主要用于北美和日本，主要用于北美和日本，SDH主要用于歐洲主要用于歐洲和中國。和中國。

23、66-66-44444.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.3 SONET/SDH同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列SDH出現(xiàn)以前出現(xiàn)以前 ,沿用的數(shù)字傳輸設備均屬準同步數(shù)字沿用的數(shù)字傳輸設備均屬準同步數(shù)字系列系列PDH。PDH已逐漸被已逐漸被SDH全面取代，但在支路全面取代，但在支路155Mbps以下以下的傳輸上的傳輸上PDH還具有實用價值。還具有實用價值。STM-1或STM-4線路接口交叉連接PDH支路接口SDH支路接口GF155-05/GF622-09GF155-05/GF622-09同步定時控制和通信開銷通道時鐘接口F&f網(wǎng)元管理接口Q3網(wǎng)絡管理接口輔助接口公務電話線路側支路側66-66-454

24、54.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.3 SONET/SDH由由ITU-T的的G.707建議，定義了建議，定義了STM-N，其中，其中N可以為可以為1、4、16、64四種，基本模塊四種，基本模塊STM-1的速率為的速率為155.520Mbps。其余各高階模塊。其余各高階模塊是將基本模塊是將基本模塊STM-1逐級同步復用得到的。逐級同步復用得到的。66-66-4646光子層路徑層線路層段層線路光子層路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層段層光子層線路層段層光子層段層SDH終端SDH終端復用器或分用器復用器或分用器轉發(fā)器轉發(fā)器段段段路徑4.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術SONET路徑路徑: 路徑（path），鏈

25、路（line），段（section）66-66-47474.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.4 窄帶窄帶ISDN（Narrowband ISDN） 主要目標主要目標- 在原電話系統(tǒng)的基礎上，提供模擬和數(shù)字多種信在原電話系統(tǒng)的基礎上，提供模擬和數(shù)字多種信號傳輸。號傳輸。 通道類型通道類型-A，B，C，D，E，H- 三種組合三種組合 2B+D，23B+1D或或 30B+1D，1A+ 1C66-66-48484.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.5 寬帶寬帶ISDN和和ATM B-ISDN基于基于ATM技術，技術，ATM本身是一種分組交換技本身是一種分組交換技術。術。 B-ISDN技術是電路交換和分組交換之間

26、的一種折衷技術是電路交換和分組交換之間的一種折衷，基于連接的服務。，基于連接的服務。 虛電路虛電路 ATM網(wǎng)絡的傳輸：點到點的連接網(wǎng)絡的傳輸：點到點的連接 ATM交換機交換機66-66-4949ATM交換機：具有雙絞銅線和光纖連接交換機：具有雙絞銅線和光纖連接66-66-5050ATM接口卡，用于雙絞線，使用接口卡，用于雙絞線，使用RJ-45接口接口66-66-51514.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.6 蜂窩無線電（蜂窩無線電（Cellular Radio） 單方向的尋呼系統(tǒng)單方向的尋呼系統(tǒng)- 尋呼過程尋呼過程 打電話給尋呼公司，輸入尋呼機號碼；打電話給尋呼公司，輸入尋呼機號碼； 尋呼公司的計

27、算機收到請求，通過線路傳到高尋呼公司的計算機收到請求，通過線路傳到高處（山頂）的天線；處（山頂）的天線； 天線直接廣播信號（本地尋呼），或傳遞給衛(wèi)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。星（異地尋呼），衛(wèi)星再廣播。- 單向系統(tǒng)單向系統(tǒng)- 需要很小的帶寬需要很小的帶寬 無繩電話無繩電話66-66-52524.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術 模擬蜂窩電話模擬蜂窩電話- 早期用于軍事通信，早期用于軍事通信，push-to-talk system，一個，一個信道，半雙工；信道，半雙工；- 60年代，年代，IMTS（Improved Mobile Telephone System），雙

28、頻，全雙工；），雙頻，全雙工；- 1982年，年，AMPS（Advanced Mobile Phone System） 使用小的蜂窩（使用小的蜂窩（cell）；）； 在附近（不相鄰）的蜂窩中重用傳輸頻率；在附近（不相鄰）的蜂窩中重用傳輸頻率； 發(fā)射功率小，設備小而便宜；發(fā)射功率小，設備小而便宜；66-66-5353(a) Frequencies are not reused in adjacent cells.(b) To add more users, smaller cells can be used.66-66-54544.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術 當某個蜂窩內(nèi)的用戶超過系統(tǒng)容量時，將蜂窩劃

29、當某個蜂窩內(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)射分成幾個更小的蜂窩，以便重用頻率，并將發(fā)射功率減弱；功率減弱； 在蜂窩中心，有一個基站（在蜂窩中心，有一個基站（base station），基），基站包括一個計算機和與天線相連的收發(fā)器；站包括一個計算機和與天線相連的收發(fā)器； 所有的基站通過包交換網(wǎng)絡與所有的基站通過包交換網(wǎng)絡與MTSO（Mobile Telephone Switching Office）或）或MSC（Mobile Switching Center）相連；）相連； MTSO與電話系統(tǒng)相連；與電話系統(tǒng)相連； 安全問題：竊聽、盜用。安全問題：竊聽、盜

30、用。66-66-55554.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術數(shù)字蜂窩電話數(shù)字蜂窩電話 - D-AMPS- GSMGSM uses 124 frequency channels, each of which uses an eight-slot TDM system66-66-56564.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術- CDMA， Qualcomm，機場大廳的談話，擴頻通信，機場大廳的談話，擴頻通信，3G基基礎礎- GPRS- 3G，IMT2000，2Mbps，384kbps，144kbps，WCDMA（愛立信，歐洲），（愛立信，歐洲），CDMA2000（Qualcomm，北美、日，北美、日本），本），TD-SCDMA（大唐，中國）（大唐，中國）- LTE/4G，高帶寬，普適性，與有線網(wǎng)絡（，高帶寬，普適性，與有線網(wǎng)絡（IP網(wǎng)絡）的無縫網(wǎng)絡）的無縫集成、自適應資源和頻譜分配和管理，軟件無線電，多媒體集成、自適應資源和頻譜分配和管理，軟件無線電，多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的QoS- 順便說一點，順便說一點，3G的競爭：的競爭：WiFi/WiMAX/WMN（無線（無線Mesh網(wǎng)絡）網(wǎng)絡）個人通信服務個人通信服務 PCS/PCN66-66-57574.5 其它網(wǎng)絡傳輸技術4.5.7 通信衛(wèi)星（通信衛(wèi)星（Communication S