第三章 OSI體系結(jié)構(gòu)和物理層

第三章

OSI體系結(jié)構(gòu)和物理層§3OSI體系結(jié)構(gòu)和物理層本章內(nèi)容計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)物理層（協(xié)議、傳輸介質(zhì)、設(shè)備）編碼與調(diào)制技術(shù)§3-1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多個互連的結(jié)點(diǎn)組成的，結(jié)點(diǎn)之間要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信息。要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個結(jié)點(diǎn)都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。我們把這種由通信雙方共同遵守的通信語義和通信規(guī)則的集合稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議從功能角度講主要由以下三要素構(gòu)成：語法：即用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；語義：即需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出的響應(yīng)；時序：即對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明和速度匹配。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是實(shí)現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的必要條件之一。對于一個功能完備的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言，完整的數(shù)據(jù)交換需要建立一套復(fù)雜的協(xié)議集，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最好的組織方式是層次結(jié)構(gòu)模型。這種相關(guān)協(xié)議的集合即構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。世界上第一個網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是IBM公司于1974年提出的SNA（SystemNetworkArchitecture，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）。OSI和TCP/IPISO/OSI參考模型國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)是ISO/IEC7498，又稱為X.200建議。該體系定義了網(wǎng)絡(luò)互連的七層框架結(jié)構(gòu)，即OSI（OpenSystemsInterconnection）開放系統(tǒng)互連參考模型。在這一框架下，ISO又進(jìn)一步詳細(xì)規(guī)定了每一層的功能，以實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性（Interconnection）、互操作性（Interoperation）和應(yīng)用的可移植性（Portability）為什么要制定OSI模型？多機(jī)種計算機(jī)之間進(jìn)行通信時對話非常困難通信軟件的開發(fā)費(fèi)用相當(dāng)高唯一可行的辦法是使計算機(jī)生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)一套共同的對話標(biāo)準(zhǔn)OSI是一個定義異種計算機(jī)連接標(biāo)準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu)“開放”表示它可以連接任何兩個遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的異種計算機(jī)系統(tǒng)OSI模型的好處簡化了網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計的復(fù)雜性。根據(jù)所完成的處理或技術(shù)上明顯不同來劃分層次.易于實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的更新?lián)Q代OSI模型中層次之間的關(guān)系層與層之間的關(guān)系是上下連接的關(guān)系，下層對上層提供服務(wù)，每層都利用下一層所提供的服務(wù)實(shí)現(xiàn)該層功能。并向上層提供服務(wù)。上層不必去具體考慮（也沒必要考慮）下層為提供完成所需的服務(wù)而采取的細(xì)節(jié)（方法、手段、途徑），可以實(shí)現(xiàn)透明傳輸。下層要保證向上層傳輸信息的質(zhì)量。包括：錯誤檢查、流量和速度控制，實(shí)現(xiàn)成本等。OSI標(biāo)準(zhǔn)的三級抽象OSI標(biāo)準(zhǔn)制定過程中采用的方法是將整個龐大而復(fù)雜的問題劃分為若干個容易處理的小問題，這就是分層的體系結(jié)構(gòu)方法。在OSI中，采用三級抽象：體系結(jié)構(gòu)：定義了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)、層次之間的相互關(guān)系以及各層所包括的可能的服務(wù)。服務(wù)定義：詳細(xì)說明了各層提供的服務(wù)。協(xié)議規(guī)程說明：定義應(yīng)當(dāng)發(fā)送什么樣的控制信息，以及應(yīng)當(dāng)用怎樣的過程來解釋這個控制信息。OSI的層次結(jié)構(gòu)將整個通信功能劃分為七個層次，劃分層次的原則是：網(wǎng)中各結(jié)點(diǎn)都有相同的層次不同結(jié)點(diǎn)的同等層具有相同的功能同一結(jié)點(diǎn)內(nèi)相鄰層之間通過接口通信每一層使用下層提供的服務(wù)，并向其上層提供服務(wù)不同結(jié)點(diǎn)的同等層按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)對等層之間的通信服務(wù)、接口、協(xié)議名詞術(shù)語解釋層次：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本組成部分實(shí)體：每層中實(shí)現(xiàn)該層某一功能的軟件或硬件，它也實(shí)現(xiàn)與另一個系統(tǒng)中同等實(shí)體通信的協(xié)議同等實(shí)體：互相通信的一對結(jié)點(diǎn)在同一層中相對應(yīng)的實(shí)體協(xié)議：在某一個具體的層次中指導(dǎo)實(shí)體之間通信的規(guī)則在Ｎ層中，Ｎ層協(xié)議定義了為實(shí)現(xiàn)Ｎ層的服務(wù)，實(shí)體應(yīng)如何與另外一個結(jié)點(diǎn)中的同等實(shí)體進(jìn)行信息的交換。句法協(xié)議規(guī)則定義了所交換的信息的格式語義規(guī)則定義了發(fā)送者與接收者所必須完成的操作，如：在什么條件下，數(shù)據(jù)必須重發(fā)、回答或拒絕。名詞術(shù)語解釋服務(wù)：為上層提供的技術(shù)基礎(chǔ)和通信手段被高層看得見的功能服務(wù)訪問點(diǎn)SAP：在網(wǎng)絡(luò)同一個結(jié)點(diǎn)中，相鄰兩層的實(shí)體，相互作用的地方。每個實(shí)體通過SAP與它的上、下層中的實(shí)體通信開放系統(tǒng)互連參考模型結(jié)構(gòu)物理層物理層的主要作用是產(chǎn)生并檢測電壓發(fā)送和接收帶有數(shù)據(jù)的電氣信號。物理層不提供數(shù)據(jù)的糾錯服務(wù)，但在物理層上能對數(shù)據(jù)的傳輸速度作一定的控制，并能監(jiān)測數(shù)據(jù)的出錯率。物理層傳輸電氣信號的載體被稱為位流或比特流數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層位于OSI模型的第二層，數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是把從網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)分割成可以被物理層傳輸?shù)膸瑪?shù)據(jù)鏈路層直接控制著網(wǎng)絡(luò)層與物理層的通信。數(shù)據(jù)鏈路層通過數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，在不太可靠的物理鏈路上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。第一個有意義的層次。有很強(qiáng)的糾錯功能（CRC校驗(yàn)）。差錯恢復(fù)：辦法是通知發(fā)送方重發(fā)出現(xiàn)錯誤的報文。流量控制：為了使網(wǎng)絡(luò)中的信息盡快的流動，以避免整個網(wǎng)絡(luò)或用戶過載。提供串行通信中的字符和幀同步，該層必須產(chǎn)生和識別幀的邊界。數(shù)據(jù)鏈路層由下面的物理層提供支持，它在物理上互相連接的結(jié)點(diǎn)間為上一層提供顯然沒有差錯的鏈路。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層位于OSI模型的第三層，網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)將分組從源端傳輸?shù)侥康亩?，這可能要跨越多個網(wǎng)絡(luò)（鏈路）。傳輸層負(fù)責(zé)將完整的報文進(jìn)行端到端的傳輸，而網(wǎng)絡(luò)層則確保每一個分組能夠從它的源端到達(dá)目的端。網(wǎng)絡(luò)層為數(shù)據(jù)分組進(jìn)行路由選擇，并負(fù)責(zé)通信子網(wǎng)的流量控制、擁塞控制。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的設(shè)計就是要保證發(fā)送端傳輸層所傳下來的數(shù)據(jù)分組能準(zhǔn)確無誤地傳輸?shù)侥康恼镜膫鬏攲印＞W(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)單元為分組。對于一個通信子網(wǎng)，各結(jié)點(diǎn)只包含到網(wǎng)絡(luò)層為止的低三層協(xié)議，對于分組交換網(wǎng)絡(luò)，只有經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層才能實(shí)現(xiàn)兩個系統(tǒng)間的通信。傳輸層傳輸層負(fù)責(zé)將報文能準(zhǔn)確、可靠、順序地進(jìn)行源端到目的端（端到端，end-to-end）的傳輸。傳輸層基本功能：提供端到端（進(jìn)程-進(jìn)程）的可靠通信，即向高層用戶屏蔽通信子網(wǎng)的細(xì)節(jié)，提供通用的傳輸接口。主要功能：把傳輸?shù)刂酚成錇榫W(wǎng)絡(luò)地址把端到端的傳輸連接復(fù)用到網(wǎng)絡(luò)連接上傳輸連接管理端到端的順序控制、差錯檢測及恢復(fù)、分段處理及QoS監(jiān)測，加速數(shù)據(jù)傳送傳輸協(xié)議的簡單/復(fù)雜決定于子網(wǎng)服務(wù)的多少會話層會話層的作用主要是在網(wǎng)絡(luò)中不同用戶、節(jié)點(diǎn)之間建立和維護(hù)通信通道，同步兩個節(jié)點(diǎn)之間的會話，決定通信是否被中斷以及中斷時決定從何處重新發(fā)送。會話層的責(zé)任主要有：對話控制、同步表示層表示層為開放系統(tǒng)的兩個進(jìn)程之間傳送的數(shù)據(jù)提供格式變換服務(wù)，以使應(yīng)用層能理解所交換數(shù)據(jù)的意義。數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密應(yīng)用層應(yīng)用層直接面對用戶進(jìn)程，主要功能是為應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問OSI環(huán)境的接口和服務(wù)。OSI七層參考模型4.傳輸層2.數(shù)據(jù)鏈路層3.網(wǎng)絡(luò)層1.物理層5.會話層

6.表示層

7.應(yīng)用層面向用戶應(yīng)用面向數(shù)據(jù)傳輸OSI的核心思想是兩個終端用戶在遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)中的通訊可以分成層，每層有自己的功能集。層與層之間相互獨(dú)立而又相互依靠協(xié)議數(shù)據(jù)單元協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU，ProtocolDataUnit）是指某層對等實(shí)體之間通信時，該層協(xié)議所操縱的數(shù)據(jù)單元。在OSI參考模型中，每一層都有特定的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU，是一定格式的固定長度或可變長度的信息包。層間的服務(wù)關(guān)系層間的數(shù)據(jù)格式SAP附：服務(wù)原語OSI模型中，將服務(wù)原語劃分為四類：請求(request)：由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，請求它完成某項(xiàng)工作，如發(fā)送數(shù)據(jù)。指示(indication)：由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，指示發(fā)生了某些事件。比如說，接收到一個遠(yuǎn)地送來的數(shù)據(jù)。這些事件往往是由服務(wù)提供者遠(yuǎn)地對等實(shí)體應(yīng)遠(yuǎn)地服務(wù)用戶請求采取某些動作而發(fā)生的。響應(yīng)(response)：由服務(wù)用戶發(fā)往服務(wù)提供者，作為對前面發(fā)生的指示的響應(yīng)。確認(rèn)(confirm)：由服務(wù)提供者發(fā)往服務(wù)用戶，作為對前面發(fā)生的請求的證實(shí)。四類服務(wù)原語間的關(guān)系確認(rèn)的服務(wù)：要使用請求、指示、響應(yīng)和證實(shí)四類原語。非確認(rèn)的服務(wù)：只使用請求和指示兩類原語。對等通信在發(fā)送/接收端同一層次中的實(shí)體，稱為同等實(shí)體，在概念上可以認(rèn)為信息是在同等實(shí)體之間進(jìn)行傳輸?shù)?。但同等?shí)體之間，并不存在直接的物理連接，因此這種傳輸稱為虛擬傳輸。同等實(shí)體之間信息的交換具體是由下邊層次的實(shí)際傳輸來完成的。同等實(shí)體之間協(xié)議的作用是使同等實(shí)體在接收到下層的信息以后，可以進(jìn)行正確操作。即：同等實(shí)體之間，使用共同的標(biāo)準(zhǔn)或約定，來封裝和拆裝信息，以保證雙方可以相互理解對方信息的含義。層次結(jié)構(gòu)模型中數(shù)據(jù)通信過程物理通信設(shè)備A設(shè)備B中間節(jié)點(diǎn)中間節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層7-6層接口表示層6-5層接口會話層5-4層接口傳輸層4-3層接口網(wǎng)絡(luò)層3-2層接口數(shù)據(jù)鏈路層2-1層接口物理層應(yīng)用層7-6層接口表示層6-5層接口會話層5-4層接口傳輸層4-3層接口網(wǎng)絡(luò)層3-2層接口數(shù)據(jù)鏈路層2-1層接口物理層7654321對等協(xié)議（第7層）對等協(xié)議（第6層）對等協(xié)議（第5層）對等協(xié)議（第4層）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層第3層第2層第1層第3層第3層第2層第1層第2層第1層數(shù)據(jù)封裝傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸層報頭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層報頭0101110101001000010表示層應(yīng)用層會話層報文Segment分組Packet比特Bit數(shù)據(jù)幀F(xiàn)rame數(shù)據(jù)通信過程7654321L7數(shù)據(jù)L7數(shù)據(jù)H6L6數(shù)據(jù)H5L5數(shù)據(jù)H4L4數(shù)據(jù)H3L3數(shù)據(jù)H2010101000011110000101010T27654321L7數(shù)據(jù)L7數(shù)據(jù)H6L6數(shù)據(jù)H5L5數(shù)據(jù)H4L4數(shù)據(jù)H3L3數(shù)據(jù)H2010101000011110000101010T2傳輸媒體數(shù)據(jù)拆封數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報頭+傳輸層報頭+數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層報頭傳輸層報頭+數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層報頭數(shù)據(jù)傳輸層報頭0101110101001000010傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層表示層應(yīng)用層會話層OSI參考模型中PDU的傳輸過程對OSI參考模型的評價OSI參考模型是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的一個國際標(biāo)準(zhǔn)，但是，它并沒有成為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)，取而代之的是TCP/IP協(xié)議。實(shí)際上OSI參考模型和TCP/IP參考模型兩者之間有著共同之處，即都采用層次模型結(jié)構(gòu)，在某些層次上有著相似的功能。但兩者都存在著自身的缺陷，都不是完美的。OSI作為一個國際標(biāo)準(zhǔn)出臺，卻沒有成為實(shí)際中的標(biāo)準(zhǔn)，究其原因有兩方面：歷史原因自身缺陷TCP/IP協(xié)議棧協(xié)議棧：利用一組協(xié)議完成OSI所實(shí)現(xiàn)的功能；TCP/IP協(xié)議棧：是一組由不同的協(xié)議組合在一起構(gòu)成的。應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層Internet層網(wǎng)絡(luò)接口層TCP/IP協(xié)議體系按照層次結(jié)構(gòu)思想，TCP/IP協(xié)議分布于不同的層次，組成了一組從上到下單向依賴的協(xié)議棧或協(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)；獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適應(yīng)于互聯(lián)網(wǎng)中；統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，將整個TCP/IP網(wǎng)際的設(shè)備地址實(shí)現(xiàn)唯一編址；標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。TCP/IP協(xié)議體系應(yīng)用層協(xié)議分類依賴于面向連接的TCP協(xié)議，主要有：文件傳送協(xié)議FTP電子郵件協(xié)議SMTP超文本傳輸協(xié)議HTTP依賴于面向連接的UDP協(xié)議，主要有：簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議SNMP簡單文件傳輸協(xié)議TFTP；既依賴于TCP協(xié)議，也可以依賴于UDP協(xié)議：域名服務(wù)DNS§3-2物理層在OSI參考模型當(dāng)中，物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供了一個物理連接，構(gòu)造了一個透明通信信道來傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。物理層模型大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的物理層協(xié)議使用的模型DTE（DataTerminalEquipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）：泛指網(wǎng)絡(luò)中的信源或信宿設(shè)備，即網(wǎng)絡(luò)中的用戶端設(shè)備，如主機(jī)、終端、各種I/O設(shè)備等；DCE（DataCommunicationEquipment，數(shù)據(jù)通信設(shè)備）：是對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通稱，是用戶端設(shè)備入網(wǎng)的連接點(diǎn)，如調(diào)制解調(diào)器、多路復(fù)用器等。DCE（DataCircuit-terminatingEquipment）數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DTE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通信環(huán)境通信設(shè)施DTE信號線與控制線用戶設(shè)施用戶環(huán)境物理層協(xié)議OSI參考模型中的物理層協(xié)議是關(guān)于DTE和DCE或其它通信設(shè)備之間接口的一組約定，主要解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)物理鏈路如何連接的問題。DTE和DCE之間的接口必須高度協(xié)調(diào)工作，這需要對DTE和DCE接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這種接口標(biāo)準(zhǔn)就是所謂的物理層協(xié)議。因此，物理層協(xié)議也常稱為物理層接口協(xié)議。物理層物理層關(guān)心的是以下的一些內(nèi)容：接口和媒體的物理特性位的表示傳輸速率位的同步線路配置：設(shè)備與媒體的連接物理拓?fù)洌盒菭钔負(fù)?、環(huán)狀拓?fù)?、總線拓?fù)涞鹊葌鬏斈Ｊ剑簡喂?、半雙工或全雙工。物理層的功能OSI參考模型的物理層定義為：

在物理信道實(shí)體之間合理地通過中間系統(tǒng)，為比特傳輸所需的物理連接的建立、維持和拆除提供機(jī)械的、電氣的、功能性的和規(guī)程性的手段。由此可以看出，物理層主要有以下三個基本功能：物理層連接的建立、維持和拆除比特傳輸物理層管理物理層接口特性物理層協(xié)議規(guī)定了DTE/DCE接口標(biāo)準(zhǔn)的四個特性：機(jī)械特性電氣特性功能特性規(guī)程特性根據(jù)這些接口標(biāo)準(zhǔn)特性，不同的計算機(jī)和設(shè)備制造廠家能夠各自獨(dú)立的制造設(shè)備，并使各個不同廠家的產(chǎn)品能夠相互兼容。機(jī)械特性DTE和DCE接口問題首先涉及到機(jī)械問題，即規(guī)定機(jī)械上分界的方法。DTE和DCE之間有許多條線路，通常采用連接器實(shí)現(xiàn)機(jī)械上的互連，即一種設(shè)備（如DTE）的引出導(dǎo)線連接插頭，另一種設(shè)備（如DCE）的引出導(dǎo)線連接插座，然后通過插頭和插座將兩者設(shè)備連接起來。為了使不同廠家生產(chǎn)的DTE和DCE設(shè)備便于互連，物理層的機(jī)械特性對于連接器的幾何參數(shù)，包括連接器的引腳數(shù)量、排列方式、幾何尺寸等作出詳細(xì)規(guī)定。常見連接器標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)適用范圍兼容標(biāo)準(zhǔn)(EIA)引腳排列兩端固定點(diǎn)間距ISO-21102513/1246.91~47.17mm音頻調(diào)制解調(diào)器232、366AISO-2593349/8/9/842.67~43.08mmV.35建議寬帶調(diào)制解調(diào)器無ISO-490237919/185/463.37~63.63mm24.87~25.12mm音頻和寬帶調(diào)制解調(diào)器449ISO-4903158/733.20~33.45mmX.20/X.21/X.22建議公共數(shù)據(jù)接口ConnectionsattheCSU/DSURouterconnectionsEIA/TIA-232EIA/TIA-449EIA-530V.35X.21EnduserdeviceServiceProviderDTEDCE電氣特性物理層的電氣特性是有關(guān)電氣接口方面的詳細(xì)規(guī)定，主要包括兩個方面：電氣接口連接方式和電氣參數(shù)RS-232標(biāo)準(zhǔn)電氣特性接口電路方式單端驅(qū)動非差分接收電路速率上限20kb/s距離上限15m輸出阻抗Ro＜300Ω輸入阻抗Ri＝3～7kΩ邏輯“1”－15～－5V的負(fù)電平邏輯“0”5～15V的正電平功能特性物理層的功能特性是對連接器各芯線的含義、功能以及和各信號之間的對應(yīng)關(guān)系的規(guī)定。EIA-RS-232為例，RS-232功能特性定義了ISO-2110標(biāo)準(zhǔn)的25芯接口線中的20根信號線，剩余5根中的2根作為保留線，以供測試用，3根未作定義。20根接口信號線按功能分為5類：

A類為接地線；B類為數(shù)據(jù)線；C類為控制線；

D類為定時線；S類為次信道信號線。規(guī)程特性物理層的規(guī)程特性是對接口界面上進(jìn)行信號傳輸?shù)目刂七^程和控制步驟的規(guī)定。是DTE和DCE為建立、維持、釋放線路連接等過程中，所要求的各控制信號變化的協(xié)調(diào)關(guān)系。不同的接口標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)程特性不同。規(guī)程特性對于不同的網(wǎng)絡(luò)、不同的通信設(shè)備、不同的通信方式、不同的應(yīng)用，各自有不同的規(guī)程特性。物理層協(xié)議在物理層，OSI參考模型采納了各種現(xiàn)成的協(xié)議，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、IEEE802.5的物理層協(xié)議。RS-232RS-449EIA-RS-232EIA-RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA于1962年頒布的，并于1963年修改為RS-232A，1965年修改為RS-232B，1969年修改為RS-232C，1987年修改為RS-232D，1991年又修訂為EIA-232-E。統(tǒng)稱為EIA-RS-232標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械特性：DB-25（13＋12引腳）；電氣特性：負(fù)邏輯邏輯0相當(dāng)于對信號地線有+5～+15V的電壓，表示數(shù)據(jù)0或控制線的接通狀態(tài)；邏輯1相當(dāng)于對信號地線有－5～－15V的電壓，表示數(shù)據(jù)1或控制線的斷開狀態(tài)；電纜長度不超過15米，數(shù)據(jù)傳輸率不超過20kbps。EIA-RS-232接口功能特性RS-232功能特性定義了ISO-2110標(biāo)準(zhǔn)的25芯接口線中的20根信號線，剩余5根中的2根作為保留線，以供測試用，3根未作定義。20根接口信號線按功能分為5類：A類為接地線；B類為數(shù)據(jù)線；C類為控制線；D類為定時線；S類為次信道信號線。表2-4EIA-RS-232接口功能特性引腳編號線路名稱功能說明線路類型方向1AA保護(hù)地地線2BA發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線DTE→DCE3BB接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線DCE→DTE4CA請求發(fā)送控制線DTE→DCE5CB允許發(fā)送控制線DCE→DTE6CC數(shù)據(jù)通信設(shè)備就緒控制線DCE→DTE7AB信號地地線8CF載波檢測控制線DCE→DTE9－（保留供測試用）10－（保留供測試用）11（未定義）12SCF次信道載波檢測次信道控制線DCE→DTE13SCB次信道清除發(fā)送次信道控制線DCE→DTE14SBA次信道發(fā)送數(shù)據(jù)次信道數(shù)據(jù)線DTE→DCE15DB發(fā)送器定時定時信號DCE→DTE16SBB次信道接收數(shù)據(jù)次信道數(shù)據(jù)線DCE→DTE17DD接收器定時定時信號DCE→DTE18（未定義）19SCA次信道請求發(fā)送次信道控制線DTE→DCE20CD數(shù)據(jù)終端就緒控制線DTE→DCE21CG信號質(zhì)量檢測控制線DCE→DTE22CE振鈴指示控制線DCE→DTE23CH/CI數(shù)據(jù)信號速率選擇控制線DCE→DTEDTE→DCE24DA發(fā)送器定時定時信號DTE→DCE25（未定義）EIA-RS-232規(guī)程特性CD數(shù)據(jù)終端就緒DTE→DCECC數(shù)據(jù)通信設(shè)備就緒DCE→DTECA請求發(fā)送DTE→DCECB允許發(fā)送DCE→DTEEIA-232/V.24的信號定義在某些情況下，可以只用9個引腳（振鈴指示不用）。這樣就可以使用9根引腳的插座。利用虛MOEM連接兩臺計算機(jī)插頭插頭插座插座計算機(jī)虛調(diào)制解調(diào)器計算機(jī)（1）保護(hù)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(hù)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EIA-RS-232兼容標(biāo)準(zhǔn)許多產(chǎn)品廠商都聲稱自己的串行接口是“與EIA-RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容”，這只是說，該產(chǎn)品的電氣特性和機(jī)械特性與接口RS-232標(biāo)準(zhǔn)沒有矛盾。RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)EIA-RS-232是獲得廣泛使用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，但也存在缺陷，主要表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離有限，其速率限于20kb/s，距離為15m；采用單端驅(qū)動非差分接收電路，電氣性能不佳，易受干擾；每個信號只有一根導(dǎo)線，兩個傳輸方向共用一個信號地線，各信號成分之間易產(chǎn)生串?dāng)_。為解決以上問題，EIA于1973年開始著手對RS-232進(jìn)行修改，并在1977～1979年間頒布RS-449、RS-423A和RS-422A系列標(biāo)準(zhǔn)。RS-449系列協(xié)議RS-449采用了ISO-4902標(biāo)準(zhǔn)的37芯連接器和9芯連接器兩種物理接口，在電氣方面則應(yīng)用了集成電路技術(shù)。

RS-423A：規(guī)定電氣特性為非平衡傳輸，有公共地，電纜長度10米，最大數(shù)據(jù)率為300kbps;RS-422A：規(guī)定電氣特性為平衡傳輸，無公共地，電纜長度超過60米，最大數(shù)據(jù)率為2Mbps電氣特性RS-422ARS-423A機(jī)械特性RS-449功能特性規(guī)程特性X.21建議書EIA-232是為在模擬信道上傳輸數(shù)據(jù)而制定的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。在1976年CCITT通過了數(shù)字信道接口標(biāo)準(zhǔn)的建議書X.21。X.21規(guī)定了用戶的DTE在建立和釋放一個呼叫時應(yīng)當(dāng)和DCE交換哪些信息。數(shù)字信道當(dāng)然不需要使用調(diào)制解調(diào)器。因此這里的DCE不再表示調(diào)制解調(diào)器，而是DTE和網(wǎng)絡(luò)接口的一個設(shè)備。機(jī)械特性：15根引腳功能特性：8條信號線X.21使用的8條信號線DTEDCET（發(fā)送）C（控制）

R（接收）

I（指示）S（位定時）B（字節(jié)定時，可選）Ga（DTE公共回線）G（地）X.21bis建議為了使基于現(xiàn)行接口標(biāo)準(zhǔn)EIA-232/V.24的設(shè)備易于向X.21標(biāo)準(zhǔn)過度，CCITT又制定了一個X.21bis建議書。X.21bis的接口與X.21相同，但數(shù)據(jù)網(wǎng)使用的是模擬信道，而DCE是同步工作的調(diào)制解調(diào)器。主叫DTEDCEC接通，T=0R=“++...+”T=被叫地址R=呼叫進(jìn)行信號R=1，I接通T=數(shù)據(jù)C斷開，T=0R=0，I斷開建立連接拆除連接補(bǔ)充：CCITT的物理層協(xié)議我們知道，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最早使用的是模擬電話信道。因此，國際電報與電話咨詢委員會CCITT較早地開發(fā)和建立了適合于電話網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)與目前最流行的EIA系列標(biāo)準(zhǔn)相兼容，作為DTE和DCE之間的模擬接口標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用非常廣泛。V系列 針對以電話網(wǎng)作為基礎(chǔ)的模擬通信設(shè)備X系列 針對以公共數(shù)據(jù)網(wǎng)為基礎(chǔ)的數(shù)字通信設(shè)備I系列（針對綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN）傳輸介質(zhì)RJ-45直通線交叉線跳線DTE：網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備Computer、RouterDCE：網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備Switch、Modem5類雙絞線的線序直連網(wǎng)線交叉網(wǎng)線Side1Side2Side112345678123456781=白/橙2=橙3=白/綠4=藍(lán)5=白/藍(lán)6=綠7=白/棕8=棕Side2Side1Side2Side1Side212345678123456781=白/橙2=橙3=白/綠4=藍(lán)5=白/藍(lán)6=綠7=白/棕8=棕1=白/橙2=橙3=白/綠4=藍(lán)5=白/藍(lán)6=綠7=白/棕8=棕1=白/橙2=橙3=白/綠4=藍(lán)5=白/藍(lán)6=綠7=白/棕8=棕常見設(shè)備接口QuidwayR系列路由器V.35規(guī)程的機(jī)械特性DB34（外接網(wǎng)絡(luò)端）--DB50（路由器端）DTE端為34針型插頭DCE端為34孔型插頭常見光纖接頭FC－PC型光尾纖接頭外形圖SC－PC型光尾纖接頭外形圖ST-PC型光尾纖接頭外形圖FC/PC－SC/PC型光尾纖外形圖物理層設(shè)備-中繼器負(fù)責(zé)在兩個節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度。中繼器的功能中繼器的作用用中繼器可擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的范圍用中繼器可增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目用中繼器可互連不同的傳輸介質(zhì)光電轉(zhuǎn)換器使用中繼器的注意事項(xiàng)中繼器無路徑檢測和交換功能，不能過濾網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，只是將所有經(jīng)過的數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)發(fā)到所有輸出段，而不論它是否需要去那里，致使網(wǎng)絡(luò)上有過多的無效業(yè)務(wù)量，增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；不具備檢錯和糾錯功能，出錯的數(shù)據(jù)單元仍被傳遞；中繼器還會引入設(shè)備時延。因此，中繼器只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很輕和網(wǎng)絡(luò)延時要求不高的條件下才能使用。使用中繼器應(yīng)當(dāng)注意兩點(diǎn)：不能形成環(huán)路，環(huán)路將導(dǎo)致廣播風(fēng)暴而使網(wǎng)絡(luò)崩潰；考慮到網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲和負(fù)載情況，不能無限制地使用中繼器。以太網(wǎng)5-4-3法則示意物理層設(shè)備-集線器集線器Hub是中繼器的一種擴(kuò)展形式，是一個多端口的中繼器，屬于OSI參考模型物理層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。集線器是以星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的一種中樞網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。集線器的分類Hub分類端口數(shù)量8口、16口、24口帶寬10Mb/s、100Mb/s、10/100M/ps配置形式獨(dú)立式、堆疊式、模塊式管理方式切換式、共享式、堆疊共享式工作方式被動無源、主動有源、智能、交換獨(dú)立式集線器最簡單的集線器通過邏輯的以太網(wǎng)總線網(wǎng)絡(luò)或令牌環(huán)網(wǎng)提供著中央網(wǎng)絡(luò)連接，以在物理上以星形的形式連接起來。這種集線器一般提供固定的端口數(shù)（通常是4、8、12或24個端口），用于一個計算機(jī)工作組，適合于較小的獨(dú)立部門，如家庭、辦公室或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境。這種集線器很多沒有管理軟件或協(xié)議來為我們提供網(wǎng)絡(luò)管理功能。它可以是無源的，也可以是有源的，有源集線器使用的更多。堆疊式集線器堆疊式集線器類似于獨(dú)立式集線器，但它有一個特殊的高速端口可以把集線器堆疊起來以獲得更好的效果。從邏輯上來看，堆疊式集線器代表了一個大型的集線器。也就是說，集線器可以堆放在一起（也被稱為堆棧式集線器）。堆疊－菊花鏈堆疊-主從式模塊式集線器模塊式集線器也被稱為底盤集線器，它可以通過底盤上的主板和插槽提供大量可選的接口選項(xiàng)，可以插入不同的適配器。其中一些集線器帶有冗余的底板和電源，還有風(fēng)扇。同時，有些模塊允許我們不必關(guān)閉整個集線器便可替換那些有缺陷的模塊。集線器的底板給插入模塊準(zhǔn)備了多條總線，這些插入模塊可以用于多個不同的段，如以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和ATM中。有些集線器還包含有網(wǎng)橋、路由器或交換模塊。智能型集線器智能型集線器能夠處理數(shù)據(jù)、監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸并提供故障排除信息。由于可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方對其實(shí)施管理，智能型集線器又被稱作管理型集線器。要注意的是，具有網(wǎng)絡(luò)管理能力的獨(dú)立式、堆疊式或模塊式集線器都可以認(rèn)為是智能設(shè)備。集線器的使用計算機(jī)和集線器的連接§3-3編碼與調(diào)制技術(shù)在OSI參考模型當(dāng)中，物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供了一個物理連接，構(gòu)造了一個透明通信信道來傳輸各種數(shù)據(jù)的比特流。模擬傳輸和數(shù)字傳輸話音電話模擬數(shù)字Modem模擬模擬CODEC數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字傳輸數(shù)字模擬數(shù)據(jù),模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號1、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號在數(shù)據(jù)通信設(shè)備內(nèi)部，由于各電路功能模塊之間以及模塊內(nèi)部的元器件之間距離很短，且工作環(huán)境可以通過各種措施加以保護(hù)，所以通常將原始的二進(jìn)制并行或串行數(shù)據(jù)直接進(jìn)行傳輸。而在遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)時，為了便于同步,減少在傳輸媒質(zhì)中的傳輸損耗和提高抗環(huán)境干擾能力，需要將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)字信號是離散的、非連續(xù)性電壓脈沖序列。一個脈沖就是一個信號元素。數(shù)據(jù)的傳輸是通過把所有的數(shù)據(jù)比特編碼成信號碼元來完成的。從數(shù)據(jù)的比特到信號碼元的映射關(guān)系，就是編碼機(jī)制。基本概念單極性碼和雙極性碼不歸零碼和歸零碼同步差分波特率→比特率常見的編碼波形常見的數(shù)字信號編碼不歸零電平NRZ-L0=高電平1=低電平不歸零1制NRZ10=在間隔的起始位置沒有跳變1=在間隔的起始位置跳變雙極性AMI0=沒有線路信號1=正電平或負(fù)電平，連續(xù)的比特1在這兩者間交替?zhèn)稳M(jìn)制碼0=正電平或負(fù)電平，連續(xù)的比特0在這兩者間交替1=沒有線路信號曼徹斯特編碼0=在間隔的中間位置由高向低跳變1=在間隔的中間位置由低向高跳變差分曼徹斯特編碼在間隔的中間位置總有一次跳變0=在間隔的起始位置跳變1=在間隔的起始位置沒有跳變常見的數(shù)字信號編碼不歸零電平NRZ-L0=高電平1=低電平不歸零1制NRZ10=在間隔的起始位置沒有跳變1=在間隔的起始位置跳變雙極性AMI0=沒有線路信號1=正電平或負(fù)電平，連續(xù)的比特1在這兩者間交替?zhèn)稳M(jìn)制碼0=正電平或負(fù)電平，連續(xù)的比特0在這兩者間交替1=沒有線路信號曼徹斯特編碼0=在間隔的中間位置由高向低跳變1=在間隔的中間位置由低向高跳變差分曼徹斯特編碼在間隔的中間位置總有一次跳變0=在間隔的起始位置跳變1=在間隔的起始位置沒有跳變⑴不歸零碼傳輸數(shù)字信號時最常用、最簡單的方法就是使用兩個不同的電平來表示二進(jìn)制數(shù)字。這種策略中一個比特周期內(nèi)其電平恒定，沒有變化。NRZ–L、NRZ1不歸零碼能有效的利用帶寬，也最容易實(shí)現(xiàn)。但由于具有直流成分，缺乏同步能力，很容易由于收發(fā)設(shè)備間的定時漂移而導(dǎo)致失去同步。所以一般用于數(shù)據(jù)磁記錄，而并不適合網(wǎng)絡(luò)信號傳輸。差分：在復(fù)雜傳輸結(jié)構(gòu)下，檢查信號跳變要比檢查信號的正負(fù)顯得更為可靠。⑵多電平二進(jìn)制這種編碼使用了多于兩個的信號電平雙極性AMI（交替反轉(zhuǎn)）和偽三進(jìn)制碼在雙極性AMI的情況下，沒有信號表示二進(jìn)制的0，而二進(jìn)制的1由正脈沖和負(fù)脈沖交替表示。使用這種方法使得即使發(fā)送的數(shù)據(jù)是較長的1比特串，仍然不會失去同步，信號中的每一個1都將導(dǎo)致電平跳變，保證了收發(fā)雙方同步的建立與維護(hù)。只是在出現(xiàn)較長的0比特串時仍然是個問題。偽三進(jìn)制碼使用情況與此類似，只是在表示時，正負(fù)交替的電平表示的是比特0，而沒有信號時表示比特1⑶雙相位規(guī)定信號在每一個傳輸?shù)谋忍刂芷趦?nèi)都要至少完成一次電平跳變，有時要完成兩次跳變。因此它的最大調(diào)制率是NRZ的兩倍，相應(yīng)的需要更大的帶寬。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼由于雙相位編碼在每個比特時間周期內(nèi)均存在預(yù)知的跳變，因此接受器可以根據(jù)跳變來建立同步，實(shí)現(xiàn)內(nèi)同步雙相位編碼技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸中使用廣泛，曼徹斯特編碼應(yīng)用于IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，用于實(shí)現(xiàn)基于同軸電纜和雙絞線的總線式以太網(wǎng)；而差分曼徹斯特編碼在IEEE802.5規(guī)定的屏蔽雙絞線令牌環(huán)網(wǎng)中也有定義。補(bǔ)充：局域網(wǎng)編碼技術(shù)的發(fā)展用戶感興趣的通信速率是從應(yīng)用層次對通信做出的描述。為提高通信速率，有兩個途徑可以考慮：一是提高線纜系統(tǒng)的傳輸性能，由此決定了帶寬；另外是選擇合適的編碼系統(tǒng)，從而決定由波特率到比特率的轉(zhuǎn)換因子。合適的編碼系統(tǒng)可以獲得更高的通信速率。波特率→比特率4B/5B-NRZ14B/5B-NRZ1NRZ-L使用一個信號電平來表征一個比特，數(shù)據(jù)傳輸率是信道帶寬的2倍。但由于信號電平變化無法預(yù)測，而導(dǎo)致缺少同步；NRZ1使用的是差分技術(shù)，可以提高可靠性，但同樣缺少同步；曼徹斯特編碼自帶時鐘信息，保證同步，但這種信號的效率只有50%；4B/5B編碼可以提高效率。在這種方案中，數(shù)據(jù)中的每4位比特被編碼到一個5位碼組中，這樣100Mbps只需要125Mbaud，效率為80%。我們可以注意到編組時32種模式中只需要16種表示數(shù)據(jù)，選擇依據(jù)是碼組中至少有兩次變化，信號中不允許一行中連續(xù)超過3個0，保證了同步。4B/5B-NRZ1編碼是同步技術(shù)和差分技術(shù)的結(jié)合體現(xiàn)。MLT-34B/5B-NRZ1由于信號集中產(chǎn)生線路輻射的原因，雖然在光纖上是高效的，但不適合雙絞線。100Base-TX和雙絞線上的FDDI采用MLT-3編碼。MLT-3編碼輸出的每個二進(jìn)制都有變化，用三級信號表示：正電壓+V、負(fù)電壓-V和零電壓0編碼規(guī)則如下：如果下一比特是0，則輸出值與前面的值相同如果下一比特是1，則輸出值就要有一個轉(zhuǎn)變：如果前面輸出的值是+V或-V，則下一輸出為0；如果前面輸出的值是0，則下一輸出的值與上一個非0值符號相反。MLT-3示例如果下一比特是0，則下一個輸出的值與前面的值相同如果下一比特是1，則下一輸出的值就要有一個轉(zhuǎn)變：如果前面輸出的值是+V或-V，則下一輸出為0；如果前面輸出的值是0，則下一輸出的值與上一個非0值符號相反。技術(shù)探討目前有兩種基本的編碼系列。第一種是每N位添加一個同步位，以使同步成為可能(如當(dāng)N=1時，為Manchester編碼；當(dāng)N=4時，為4B5B編碼)，但這需要一個比原來更大的帶寬。而且同步位越多，帶寬需要越大。為了減小帶寬，采用每7位添加一個同步位(即7B8B編碼)的編碼系統(tǒng)是可能的，但隨之而來的是，當(dāng)傳輸較長一串相同類型的位流時，同步就變得非常困難了。另一種編碼系列是通過增加電平個數(shù)以減小帶寬，電平數(shù)越多，帶寬需要越少。然而，當(dāng)傳輸一長串由0編碼后得到的連續(xù)信號時，同步就變得幾乎不可能了。如，當(dāng)我們采用5個電平數(shù)的時候就需要4個比較器，而且每個比較器都應(yīng)該有其合適的公差范圍。這就是說，當(dāng)我們選擇電平總數(shù)的時候，我們還應(yīng)該把信噪比(SNR)考慮進(jìn)去，以便能識別這幾種不同的電平。幾種編碼方式比較用戶感興趣的通信速率是從應(yīng)用層次對通信做出的描述。為提高通信速率，有兩個途徑可以考慮：提高線纜系統(tǒng)的傳輸性能，由此決定了帶寬；選擇合適的編碼系統(tǒng)，從而決定轉(zhuǎn)換因子。編碼方式帶寬同