6147 數(shù)據(jù)通信技術(shù)教程 第2版 電子教案 蔣占軍主編 第六章 物理層接口與傳輸控制規(guī)程

物理層接口與傳輸控制規(guī)程這一章將探討物理層的接口標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的傳輸控制規(guī)程,涉及到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)互通機(jī)制。了解這些基本概念對(duì)于理解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系至關(guān)重要。ＯabyＯＯＯＯＯＯＯＯＯ6.1物理層接口功能物理層接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的物理傳輸,定義了電氣、機(jī)械、功能和過(guò)程特性。分類物理層接口根據(jù)傳輸介質(zhì)和數(shù)據(jù)信號(hào)類型,可分為有線接口和無(wú)線接口。常見接口常見的有線接口包括RS-232、USB、以太網(wǎng)等,無(wú)線接口包括WiFi、藍(lán)牙、紅外等。6.1.1物理層接口的功能物理層接口負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合物理傳輸媒體傳輸?shù)哪M信號(hào)。物理層接口還需要提供信號(hào)的時(shí)鐘同步、雙方設(shè)備的連接控制等功能。物理層接口需要確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸,包括檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。6.1.2物理層接口的分類基于通信媒體分類：有線接口和無(wú)線接口基于電氣接口特征分類：串行接口和并行接口基于接口標(biāo)準(zhǔn)分類：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口和廠商專有接口6.1.3常見的物理層接口常見的物理層接口包括串行接口、并行接口、光纖接口、無(wú)線接口等多種形式。串行接口如RS-232、RS-422、RS-485等,用于低速數(shù)據(jù)傳輸。并行接口如Centronics、SCSI等,用于高速數(shù)據(jù)傳輸,如打印機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備等。異步傳輸模式異步傳輸模式是一種廣泛應(yīng)用的基本通信模式。它以字節(jié)為基本單位,不需要額外的時(shí)鐘信號(hào),數(shù)據(jù)按序傳輸。相較于同步傳輸,異步傳輸更加靈活和簡(jiǎn)單,適用于短距離低速通信。但數(shù)據(jù)傳輸效率略低于同步模式。6.2.1異步傳輸模式的特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)同步,依靠雙方約定的波特率進(jìn)行傳輸可變長(zhǎng)數(shù)據(jù)幀,根據(jù)傳輸內(nèi)容長(zhǎng)短動(dòng)態(tài)調(diào)整幀長(zhǎng)無(wú)需連續(xù)媒體,可間歇傳輸,提高信道利用率通信雙方可獨(dú)立操作,無(wú)需事先建立同步適合間斷性、突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸,如鍵盤輸入、鼠標(biāo)點(diǎn)擊等6.2.2異步傳輸幀格式異步傳輸幀的基本格式包括以下幾個(gè)部分:起始字符(START):表示幀的開始。通常使用一個(gè)特殊的編碼字符,如0x7E?？刂谱侄?CONTROL):用于指示幀的類型和操作。如數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀等。地址字段(ADDRESS):用于標(biāo)識(shí)發(fā)送端和接收端設(shè)備。信息字段(INFORMATION):承載實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容。幀檢驗(yàn)序列(FCS):用于錯(cuò)誤檢查,如CRC或奇偶校驗(yàn)。6.2.3異步傳輸?shù)目刂屏鞒坍惒絺鬏斖ㄐ挪捎冒腚p工的工作方式，發(fā)送端與接收端輪流占用信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。發(fā)送端首先發(fā)送一個(gè)起始位，告知接收端即將開始傳輸數(shù)據(jù)幀。隨后發(fā)送數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)通常為5-8比特，然后發(fā)送停止位，完成一個(gè)數(shù)據(jù)幀的傳輸。接收端在檢測(cè)到起始位后開始讀取數(shù)據(jù)位，直到檢測(cè)到停止位，完成一個(gè)數(shù)據(jù)幀的接收。通過(guò)循環(huán)往復(fù)的方式，發(fā)送端和接收端可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。同步傳輸模式同步傳輸模式是一種常見的物理層傳輸控制技術(shù)。它通過(guò)維護(hù)一個(gè)固定的時(shí)鐘頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)流的傳輸,適用于大容量、高速的通信環(huán)境。6.3.1同步傳輸模式的特點(diǎn)同步傳輸模式以固定的時(shí)鐘節(jié)拍為基礎(chǔ),發(fā)送端和接收端時(shí)鐘必須同步。數(shù)據(jù)以連續(xù)的比特流傳輸,無(wú)需幀標(biāo)志和控制位,具有較高的傳輸效率。同步傳輸依賴于專用的硬件電路,如圓波時(shí)鐘恢復(fù)電路,對(duì)硬件要求較高。同步傳輸通常用于高速大容量的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,如光纖網(wǎng)絡(luò),有助于提高傳輸效率。6.3.2同步傳輸幀格式同步傳輸模式下,數(shù)據(jù)幀采用固定長(zhǎng)度的格式,包括幀頭、有效數(shù)據(jù)和幀尾等部分。幀頭用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀的開始,幀尾用于幀錯(cuò)誤檢測(cè)。數(shù)據(jù)幀中還包括同步位、地址位和控制位等,用于同步、尋址和控制傳輸過(guò)程。幀頭:標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀開始的同步字符,通常為特定的二進(jìn)制模式。地址位:標(biāo)識(shí)通信雙方的邏輯地址,用于數(shù)據(jù)幀的尋址。控制位:提供傳輸控制信息,如幀序號(hào)、確認(rèn)信號(hào)等。數(shù)據(jù)域:承載用戶數(shù)據(jù)的有效載荷部分。幀尾:用于數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤檢測(cè)的校驗(yàn)字符。6.3.3同步傳輸?shù)目刂屏鞒掏絺鬏斈Ｊ较?數(shù)據(jù)傳輸必須保持時(shí)間同步,由主站和從站共同維護(hù)時(shí)鐘同步。主站定期向從站發(fā)送同步字符串,從站根據(jù)這些時(shí)鐘同步字符檢查自身時(shí)鐘,并進(jìn)行調(diào)整。在每個(gè)通信周期內(nèi),主站先發(fā)送命令幀,從站響應(yīng)并返回?cái)?shù)據(jù)幀。主從雙方需嚴(yán)格遵守幀格式和時(shí)序規(guī)則。HDLC傳輸控制規(guī)程HDLC是一種流行的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,被廣泛應(yīng)用于電信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。它提供了可靠和高效的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制,支持多種工作模式以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。HDLC的主要特點(diǎn)包括幀格式、工作模式和控制流程。HDLC的幀格式HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）是一種流行的鏈路層協(xié)議,它定義了數(shù)據(jù)幀的格式和傳輸過(guò)程。HDLC幀由五個(gè)部分組成:標(biāo)志、地址、控制、信息和檢驗(yàn)。標(biāo)志字段用于標(biāo)識(shí)幀的開始和結(jié)束。地址字段用于指示發(fā)送方和接收方的地址?？刂谱侄伟瑤愋?、序號(hào)等信息,用于流量控制和錯(cuò)誤恢復(fù)。信息字段包含實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。檢驗(yàn)字段用于檢測(cè)傳輸過(guò)程中是否存在錯(cuò)誤。6.4.2HDLC的工作模式HDLC工作在全雙工模式下,雙方可以互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀。HDLC采用廣播傳輸方式,一個(gè)站點(diǎn)可以向多個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。HDLC支持主從式和平等式兩種工作模式。在主從式中,主站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流控和錯(cuò)誤檢查;在平等式中,雙方平等地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。6.4.3HDLC的控制流程HDLC采用面向連接的傳輸控制方式,包括連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個(gè)階段。在連接建立階段,通信雙方交換UA（UnnumberedAcknowledgment）和SABM（SetAsynchronousBalancedMode）幀進(jìn)行身份驗(yàn)證和參數(shù)協(xié)商。在數(shù)據(jù)傳輸階段,發(fā)送端和接收端通過(guò)I（Information）、RR（ReceiveReady）和REJ（Reject）等幀進(jìn)行流控和重傳控制。在連接釋放階段,通信雙方交換DISC（Disconnect）和UA幀完成連接的有序釋放。PPP傳輸控制規(guī)程PPP（Point-to-PointProtocol）是一種廣泛應(yīng)用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。它支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議并提供身份驗(yàn)證、加密和壓縮等功能。了解PPP的幀格式、工作模式和控制流程有助于理解數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹怼?.5.1PPP的幀格式PPP(Point-to-PointProtocol)是一種常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,它定義了數(shù)據(jù)幀的格式。PPP幀由多個(gè)字段組成,包括標(biāo)記字段、地址字段、控制字段、協(xié)議字段、數(shù)據(jù)字段和校驗(yàn)字段。標(biāo)記字段用于幀的開始和結(jié)束標(biāo)識(shí),地址字段標(biāo)識(shí)源和目標(biāo)設(shè)備,控制字段負(fù)責(zé)流控和確認(rèn)。協(xié)議字段指示上層協(xié)議,數(shù)據(jù)字段存放用戶數(shù)據(jù),校驗(yàn)字段用于檢測(cè)幀錯(cuò)誤。通過(guò)規(guī)范化的幀格式,PPP協(xié)議能夠在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上可靠地傳輸數(shù)據(jù)。6.5.2PPP的工作模式PPP采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式,即只有兩個(gè)設(shè)備之間才能建立連接。PPP支持多種類型的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,如IP、IPX、AppleTalk等,并通過(guò)協(xié)議控制信息(PCI)來(lái)識(shí)別上層協(xié)議。在數(shù)據(jù)鏈路層,PPP采用基于字符的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，包括開始標(biāo)志、結(jié)束標(biāo)志、地址域、控制域、協(xié)議域和信息域等部分。6.5.3PPP的控制流程鏈路建立：通過(guò)LCP（鏈路控制協(xié)議）建立HDLC鏈路并協(xié)商各種參數(shù)，如最大幀長(zhǎng)、認(rèn)證方式等。數(shù)據(jù)傳輸：通過(guò)NCP（網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議）在已建立的HDLC鏈路上傳輸IP數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)幀格式遵循PPP幀格式。鏈路