物理層接口及其協(xié)議課件

PartⅡ

物理層接口及其協(xié)議主要內(nèi)容1物理層的定義和功能2物理層的特性3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口

3.1EIARS-232-C 3.2EIARS-449/422-A/423-A 3.3CCITTX.214傳輸介質(zhì)5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)1物理層的定義和功能（1）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的。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。1物理層的定義和功能（2）幾點(diǎn)說明連接方式（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(mechanicalcharacteristics)電氣特性(electricalcharacteristics)功能特性(functionalcharacteristics)規(guī)程特性(proceduralcharacteristics)2物理層的特性（1）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。常用的標(biāo)準(zhǔn)接口ISO2110，25芯連接器，EIARS-232-C，EIARS-366-A；用于音頻MODEM、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口中ISO2593，34芯連接器，V.35寬帶MODEMISO4902，37芯和9芯連接器，EIARS-449；用于音頻和寬帶MODEMISO4903，15芯連接器，X.20、X.21、X.22；用于公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接口中2物理層的特性（2）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EIARS-232-C、V.28；最近的標(biāo)準(zhǔn)則說明了發(fā)送器和接受器的電氣特性，而且給出了有關(guān)對連接電纜的控制。CCITT標(biāo)準(zhǔn)化的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)CCITTV.10/X.26：新的非平衡型電氣特性，EIARS-423-ACCITTV.11/X.27：新的平衡型電氣特性，EIARS-422-ACCITTV.28：非平衡型電氣特性，EIARS-232-CCCITTX.21/EIARS-4492物理層的特性（3）功能特性主要定義各條物理線路的功能。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。3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口（1）3.1EIARS-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（unbalancedtransmission）：所有電路共享一個公用的地線。平衡傳輸（balancedtransmission）：每個主要電路需要兩根線，沒有公用的地線。3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口（2）功能特性定義了21條線，許多子集，基本與CCITTV.24兼容。Fig.2-21(3rdedition)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種不同的接口類型，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-449。Caption:RS-232connectors,showingwiringforthree-wireconnection.3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口（3）3.2EIARS-449/422-A/423-AEIARS-449是為替代RS-232-C而提出的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口。實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，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。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和RS-423-A，20Kbps~2Mbps3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口（4）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)。3.3CCITTX.21X.21：在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN中進(jìn)行同步操作的DTE/DCE之間的通用接口。1980年的X.21由兩部分組成：“通用接口”：真正的物理層部分；用于電路交換網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制規(guī)程，用于DTE之間的連接，涉及到許多數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的功能。3典型的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口（5）機(jī)械特性15針連接器，ISO4903。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：600，2400，4800，9600，48000bpsDTE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功能特性定義了8條功能線。規(guī)程特性分成四個工作階段：空閑，呼叫控制，數(shù)據(jù)傳送，清除4傳輸介質(zhì)（1）--雙絞線磁介質(zhì)magnetictape,floppydisk,harddisk“Neverunderestimatethebandwidthofastationwagonfulloftapeshurtlingdownthehighway.”16雙絞線雙絞線即TwistedPair是目前結(jié)構(gòu)化布線中最常用的傳輸媒體是由兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞在一起而成的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，外部包裹屏蔽層或塑橡外皮而構(gòu)成它的原理是：如果外界電磁信號在兩條導(dǎo)線上產(chǎn)生的干擾大小相等而相位相反，那么這個干擾信號就會相互抵消TwistedPair(a)Category3UTP.(b)Category5UTP.18雙絞線四對（或兩對）放在一起，而且每對線使用不同顏色以便區(qū)分，在每對中的兩根線也有不同顏色的區(qū)別是一種價格便宜、安裝方便和可靠性高的傳輸媒體，適用于短距離傳輸分為屏蔽雙絞線與非屏蔽雙絞線兩種19非屏蔽雙絞線集中多對雙絞線，外面包一層塑料增強(qiáng)保護(hù)層形成抗干擾能力較差，誤碼率高，但價格便宜、安裝方便。其特性阻抗為100ΩEIA為非屏蔽雙絞線定義了6種質(zhì)量級別：第1、2類：電話通信中的語音和低速數(shù)據(jù)線，其最高傳輸速率為4Mb/s第3類：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)線，其最高傳輸速率為10Mb/s第4類：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)線，其最高傳輸速率為16Mb/s第5類：使用最多的一類，其最高傳輸速率為100Mb/s第6類：具有200MHz以下的傳輸特性，最高傳輸速率1000Mb/s20非屏蔽雙絞線的連接配件：RJ-45接頭有8個線槽分別與4對雙絞線相對應(yīng)RJ-45連接實際就是與雙絞線的連接非屏蔽雙絞線的塑料保護(hù)層內(nèi)有4對線，其中白-橙色和橙色為一交扭對白-綠色和綠色為一交扭對白-藍(lán)色和藍(lán)色為一交扭對白-棕色和棕色為一交扭對21RJ-45的兩種連接標(biāo)準(zhǔn)(a)EIA/TIA568A連接標(biāo)準(zhǔn)(b)EIA/TIA568B連接標(biāo)準(zhǔn)

12345678RJ-45針序號白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕雙絞線對順序12345678RJ-45針序號白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕雙絞線對順序

22RJ-45的兩種連接情況(EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn))直通方式：聯(lián)線兩邊都是568A標(biāo)準(zhǔn)，或者568B標(biāo)準(zhǔn)適用場合：主機(jī)與交換機(jī)相連EIA/TIA568A連接標(biāo)準(zhǔn)

針號：12345678一端：白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕另端：白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕

(a)采用EIA/TIA568A連接標(biāo)準(zhǔn)的直通方式23RJ-45的兩種連接情況(EIA/TIA568A標(biāo)準(zhǔn))交叉方式：聯(lián)線一邊是568A標(biāo)準(zhǔn)，另一邊568B標(biāo)準(zhǔn)適用場合：兩主機(jī)或交換機(jī)直接相連針號：1

2

345678一端：白綠綠白橙藍(lán)白藍(lán)橙白棕棕另端：白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕(b)采用EIA/TIA568A連接標(biāo)準(zhǔn)交叉方式EIA/TIA568A連接標(biāo)準(zhǔn)注意：有些網(wǎng)卡或交換機(jī)能自適應(yīng)直通和交叉方式Caption:TheendofatwistedpairEthernetcablewithanRJ-45connector.

Caption:ThebackofapersonalcomputerwithanEthernetnetworkinterfacecard.Thecardislocatedinthefarrightslotandhasconnectorsfortwistedpair,thickandthinEthernettypecabling.

Caption:A10/100megabittwistedpairEthernetinterfaceinapersonalcomputer.ThelinkindicatorisilluminatedindicatingthattheinterfaceisconnectedtoanactiveEthernetnetwork.The10Mbit/sindicatorislit,whilethe100Mbit/sindicatorisnot.Thisshowsthatthenetworkisoperatingintheslower10megabitmode.Caption:Punch-downconnectionsfor10Base-Tonapatchpanelthatallowsflexibleinterconnectionsbetween10Base-Ttwisted-paircables.

Caption:AcloseupofthethreeEthernetpatchcables.ThebluecablingistwistedpairEthernetcable.

Caption:Acloseupoffourcoppertwistedpairtofiberopticconverters.Thesedevicesallowatwistedpairnetworktoextendtodistancesfurtherthancoppertwistedpaircablingallowsbyconvertingtheelectricalsignalstoopticalsignals.

Caption:Cablesrunningthroughconduit;individualcablescanbeadded,replacedorremovedwithoutdisturbingothercablesorthebuildingwallsandfloors;oneconduitcancarrymorethanonetypeofcablesuchasthickEthernet,voicetelephone,10Base-Tandopticalfiber.

4傳輸介質(zhì)（2）--同軸電纜基帶同軸電纜50歐姆，用于數(shù)據(jù)傳輸； Fig.2-4寬帶同軸電纜75歐姆，用于模擬傳輸，CableTV技術(shù)，300MHz或450MHz4傳輸介質(zhì)（3）--光纖光纖目前，在試驗室中光纖帶寬超過50Tbps；82.5Gbps，810Gbps

，3210Gbps的光纖傳輸已經(jīng)實用；光纖分類：單模光纖和多模光纖模式（mode）：是一個與很多參數(shù)有關(guān)的量，可以簡單地理解為偏振方向，單模光纖可以傳輸多種波長，但每個波長只能有一種模式。常用的三個波長窗口（光纖波段） Fig.2-60.85um：衰減（attenuation)大，傳輸速率和距離受限制，但價格便宜；1.30um：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）；1.55um：衰減小，無色散補(bǔ)償、功率放大情況下，最大傳80km（最壞情況）光纜Fig.2-7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—光，全光Fig.2-9全光網(wǎng)，光因特網(wǎng)論壇OIFFiberOpticNetworksFig.2-10Apassivestarconnectioninafiberopticsnetwork.Caption:OpticalfibercablesconnectedtoanATMswitch.Caption:OpticalfiberconnectionsintoanATMNIC;thiscomputeralsohasanAUIEthernetconnectionjustbelowtheorangeopticalfibercable.

Caption:Opticalfiberandconnectors;thesmallblackcoversprotecttheendoftheconnectorwhentheconnectorisnotinuse.

5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（1）5.1無線傳輸（WirelessTransmission）電磁頻譜無線電傳輸微波傳輸紅外線和毫米波光波傳輸TheElectromagneticSpectrumTheelectromagneticspectrumanditsusesforcommunication.RadioTransmission(a)IntheVLF,LF,andMFbands,radiowavesfollowthecurvatureoftheearth.(b)IntheHFband,theybounceofftheionosphere.PoliticsoftheElectromagneticSpectrumTheISM(Industrial/Scientific/Medical)bandsintheUnitedStates.LightwaveTransmissionConvectioncurrentscaninterferewithlasercommunicationsystems.Abidirectionalsystemwithtwolasersispicturedhere.5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（2）5.2電話系統(tǒng)目前，電話系統(tǒng)的基本構(gòu)成：局部回路（雙絞線，模擬信號傳輸）中繼（光纖或微波，數(shù)字信號傳輸）交換局PublicSwitchedTelephoneSystemStructureoftheTelephoneSystemThePoliticsofTelephonesTheLocalLoop:Modems,ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)andWirelessTrunksandMultiplexingSwitchingStructureoftheTelephoneSystem(a)Fully-interconnectednetwork.(b)Centralizedswitch.(c)Two-levelhierarchy.StructureoftheTelephoneSystem(2)Atypicalcircuitrouteforamedium-distancecall.MajorComponentsoftheTelephoneSystemLocalloopsAnalogtwistedpairsgoingtohousesandbusinessesTrunksDigitalfiberopticsconnectingtheswitchingofficesSwitchingofficesWherecallsaremovedfromonetrunktoanotherThePoliticsofTelephonesTherelationshipofLATAs,LECs,andIXCs.AllthecirclesareLECswitchingoffices.EachhexagonbelongstotheIXCwhosenumberisonit.TheLocalLoop:Modems,ADSL,andWirelessTheuseofbothanaloganddigitaltransmissionsforacomputertocomputercall.Conversionisdonebythemodemsandcodecs.ADSL

ADSL技術(shù)是一種不對稱數(shù)字用戶線實現(xiàn)寬帶接入互連網(wǎng)的技術(shù)，ADSL充分利用現(xiàn)有的銅線資源，在一對雙絞線上提供上行640kbps下行8Mbps的帶寬，從而克服了傳統(tǒng)用戶在“最后一公里”的“瓶頸”，實現(xiàn)了真正意義上的寬帶接入。

1989年ADSL在貝爾實驗室誕生。ADSL的原理傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)使用的是銅線的低頻部分（4kHz以下頻段）。而ADSL采用DMT（DiscreteMultitone,離散多音頻）技術(shù)，將原先電話線路0Hz到1.1MHz頻段劃分成256個頻寬為4.3kHz的子頻帶。其中，4kHz以下頻段仍用于傳送POTS（傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)），20kHz到138kHz的頻段用來傳送上行信號，138kHz到1.1MHz的頻段用來傳送下行信號。DMT技術(shù)可根據(jù)線路的情況調(diào)整在每個信道上所調(diào)制的比特數(shù)，以便更充分地利用線路。一般來說，子信道的信噪比越大，在該信道上調(diào)制的比特數(shù)越多。如果某個子信道的信噪比很差，則棄之不用。目前，ADSL可達(dá)到上行640kbps、下行8Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

由上可看到，對于原先的電話信號而言，仍使用原先的頻帶，而基于ADSL的業(yè)務(wù)，使用的是話音以外的頻帶。所以，原先的電話業(yè)務(wù)不受任何影響。

DigitalSubscriberLinesBandwidthversusdistancedovercategory3UTPforDSL.DigitalSubscriberLines(2)OperationofADSLusingdiscretemultitonemodulation.DigitalSubscriberLines(3)AtypicalADSLequipmentconfiguration.DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer(DSLAM)在ADSL發(fā)展之初ATM被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，所以ADSL在鏈路層也采用了ATM的信元格式。隨著Internet的發(fā)展IP的應(yīng)用占據(jù)了主導(dǎo)地位，DSLAM也經(jīng)歷了純ATM結(jié)構(gòu)、ATM內(nèi)核IP上行、IP內(nèi)核IP上行三個發(fā)展階段。第一代DSLAM從下行的線路到上行的接口全部采用ATM方式，只能使用ATM網(wǎng)絡(luò)作為其接入與核心網(wǎng)絡(luò)，成本高昂。第二代DSLAM直接將ADSL接入到IP網(wǎng)絡(luò)中，是在原有ATM內(nèi)核DSLAM的基礎(chǔ)上經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換提供IP上行的DSLAM產(chǎn)品。主要問題：在進(jìn)行ATM與IP轉(zhuǎn)換時需要消耗大量資源，而集中在上行接口板統(tǒng)一處理無疑使上行接口成為了瓶頸，在數(shù)據(jù)流量較大時很容易導(dǎo)致設(shè)備上行端口擁塞。第三代DSLAM從開始設(shè)計就采用了純IP內(nèi)核。這樣從根本上解決了前兩代DSLAM所存在的問題。WirelessLocalLoopsArchitectureofanLMDSsystem.5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（3-1）5.3SONET/SDH標(biāo)準(zhǔn)1985年，Bellcore提出SONET（SynchronousOpticalNETwork）標(biāo)準(zhǔn)。1989年，CCITT提出SDH（SynchronousDigitalHierarchy）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。SONET路徑路徑（path），鏈路（line），段（section）Fig.2-29(3rdedition)5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（3-2）基本SONET幀810字節(jié)/125us，所以傳輸速率為8108/（12510-6）=51.84Mbps基本SONET信道稱為STS-1（SynchronousTransportSignal-1）SONET幀格式，F(xiàn)ig.2-36復(fù)用Fig.2-31(3rdedition)復(fù)用是基于字節(jié)的。5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（3-3）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155.52Mbps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155.52Mbps的載波。SONET/SDH復(fù)用速率，F(xiàn)ig.2-37SONET/SDH結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ig.2-33(3rdedition)5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（4）5.4窄帶ISDN（NarrowbandISDN）主要目標(biāo)在原電話系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提供模擬和數(shù)字多種信號傳輸。ISDN的體系結(jié)構(gòu)ISDN的接口標(biāo)準(zhǔn)通道類型

A，B，C，D，E，H三種組合2B+D，23B+1D或30B+1D，1A+1CISDN的發(fā)展趨勢速度慢，144Kbps（2B+D）可用于目前的Internet訪問服務(wù)。5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（5）5.5寬帶ISDN和ATMB-ISDN基于ATM技術(shù)，ATM本身是一種分組交換技術(shù)。B-ISDN技術(shù)是電路交換和分組交換之間的一種折衷，基于連接的服務(wù)。虛電路ATM網(wǎng)絡(luò)的傳輸：點(diǎn)到點(diǎn)的連接，隨機(jī)傳輸ATM交換機(jī)Caption:CloseupsofaForeForeRunnerASX-200ATMswitchwithbothtwistedpaircopperandfiberopticconnections,andaForeForeRunnerLE155ATMswitchwith12twistedpair155megabitconnectionsCaption:AnATMinterfacecardforusewithtwistedpaircabling.ThesilverboxontherightedgeofthecardisanRJ-45connector.

5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（6）5.6 蜂窩無線電（CellularRadio）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，通過線路傳到山頂?shù)奶炀€；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Fig.2-53(3rdedition)無繩電話5其它網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)（7）模擬蜂窩電話早期用于軍事通信，push-to-talksystem，一個信道，半雙工；60年代，IMTS（ImprovedMobileTelephoneSystem），雙頻，全雙工；1982年，AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem）使用小的蜂窩（cell）；在附近（不相鄰）的蜂窩中