03第三章.物理層講解

第三章物理層3.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介3.2物理層協(xié)議3.3傳輸介質(zhì)13.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層3.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介OSI模型23.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介3物理層物理層第2層數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)0101011010111011物理層第2層數(shù)據(jù)0101011010111011傳輸媒介到數(shù)據(jù)鏈路層去3.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介43.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介5橫向?qū)Φ葘?、?duì)等體縱向上下層接口上層下層要求服務(wù)3.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介6應(yīng)用層做什么？傳輸層對(duì)方在何處？網(wǎng)絡(luò)層怎樣到達(dá)對(duì)方？數(shù)據(jù)鏈路層具體每一步怎么走？物理層每一步怎樣利用傳輸介質(zhì)？3.1實(shí)用模型及OSI五層簡(jiǎn)介7

ICISDUICI

SDUSAPSAPSAP(n)IDUn+1層n層(n)服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU(n)協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(n)接口數(shù)據(jù)單元IDUIDUHSDUn?PDUSAP—服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)3.2物理層協(xié)議3.2物理層協(xié)議8OSI環(huán)境中第N層實(shí)體之間交換的數(shù)據(jù)稱為(N)協(xié)議數(shù)據(jù)單元，它由兩部分組成:(N)協(xié)議控制信息和服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU在同一系統(tǒng)的相鄰層上，(N)實(shí)體通過(guò)層面接口向(N+1)實(shí)體提供服務(wù)。這種接口是邏輯的而不是物理的，所以被稱為“服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)”SAP。一個(gè)(N)實(shí)體可以使用多個(gè)N-SAP為上層的多個(gè)(N+1)實(shí)體提供服務(wù)，一個(gè)(N+1)實(shí)體也可以使用多個(gè)N-SAP從下層的多個(gè)(N)實(shí)體獲得服務(wù)。(這種一對(duì)多的服務(wù)關(guān)系稱為“復(fù)用”)一個(gè)(N)實(shí)體向上一層提供的服務(wù)不僅僅是(N)功能層部分功能，應(yīng)包括：實(shí)體本身提供的部分功能；從(N-1)層以及以下各層得到的綜合服務(wù)；通過(guò)(N)協(xié)議的通信作用，從另一開(kāi)放系統(tǒng)中的(N)對(duì)等實(shí)體而得到的服務(wù)。服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系是：(N)實(shí)體使用(N)協(xié)議和(N-1)實(shí)體提供的(N-1)服務(wù)來(lái)完成(N)層對(duì)等實(shí)體之間的通信。3.2物理層協(xié)議9OSI/RM的缺點(diǎn)①模型本身及其服務(wù)的定義和協(xié)議太復(fù)雜，不利于實(shí)現(xiàn)。②層次太多，效率低。實(shí)際上會(huì)話層和表示層幾乎沒(méi)有用。③某些功能，如尋址、流量控制、差錯(cuò)控制在各層重復(fù)出現(xiàn)，更進(jìn)一步降低了效率。④忽略了一些非常重要的內(nèi)容，如無(wú)連接服務(wù)和面向連接服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管理。3.2物理層協(xié)議10物理層協(xié)議的四個(gè)特性①機(jī)械特性——實(shí)體間硬件連接接口的特性。（接口的形狀、大小；接口引腳個(gè)數(shù)、規(guī)格…）②電氣特性——規(guī)定了連接方式，適用元件、傳輸速率、信號(hào)電平、阻抗、電纜長(zhǎng)度、信號(hào)產(chǎn)生、編碼。③功能特性——接口電路的功能、各條信號(hào)線的用途：一條線一個(gè)功能

一條線多個(gè)功能 數(shù)據(jù)線 控制線 定時(shí)線 接地線

接口線命名方法（三種）：數(shù)字、字母、英文縮寫(xiě)。④規(guī)程特性——傳輸位流的全過(guò)程及順序；傳輸中各事件執(zhí)行順序、傳輸方式。接口線功能規(guī)定方法（二種）接口線功能分類（四類）3.2物理層協(xié)議11

3.2物理層協(xié)議RS-232標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)送數(shù)據(jù)的電氣規(guī)范RS-232標(biāo)準(zhǔn)中控制信號(hào)的電氣規(guī)范+15-15+3-30t1 0 1 0允許定義區(qū)允許定義區(qū)未定義區(qū)“0”“1”開(kāi)關(guān)+3-3t12RS-232機(jī)械特性保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)接收發(fā)請(qǐng)求清除請(qǐng)求DCE就緒信號(hào)地線接收線信號(hào)檢測(cè)器DCE-DTE發(fā)送信號(hào)基準(zhǔn)時(shí)鐘DTE就緒振鈴指示DTE-DCE發(fā)送信號(hào)基準(zhǔn)時(shí)鐘13物理層：①線路配置——各設(shè)備如何連接？共享？②數(shù)據(jù)通信模式——單向、雙向？③拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)——網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何安置？④信號(hào)——何種信號(hào)在傳輸中是有用的？⑤編碼——數(shù)據(jù)如何通過(guò)信號(hào)表示？⑥接口——在相連的設(shè)備間何種數(shù)據(jù)共享？⑦介質(zhì)——數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢憝h(huán)境是什么？3.2物理層協(xié)議14物理層的主要問(wèn)題①實(shí)現(xiàn)位操作——信號(hào)的發(fā)出、傳遞、接收、一致性。②數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸——傳輸方式、速度、信號(hào)失真、時(shí)間。③接口設(shè)計(jì)——多少個(gè)引腳，每個(gè)腳的規(guī)格、功能、作用。④信號(hào)傳輸規(guī)程——對(duì)事件的發(fā)生順序、過(guò)程進(jìn)行安排。3.2物理層協(xié)議15物理層的四個(gè)特性（協(xié)議）機(jī)械特性——接口的形狀、大小、引腳數(shù)、介質(zhì)參數(shù)。電氣特性——信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸速率、編碼.

功能特性——接口電路的功能（數(shù)據(jù)、控制線）。規(guī)程特性——傳輸方式，事件發(fā)生順序。物理層的二個(gè)功能：一、保證按位傳輸?shù)恼_性，向數(shù)鏈層提供透明傳輸。二、在DTE、DCE等間完成對(duì)數(shù)鏈層的建立、維護(hù)、拆除操作。3.2物理層協(xié)議16幾種常用的物理層標(biāo)準(zhǔn)①EIA-RS232C(DB25)半雙工通信(6步)，速率低，距離短DTE——DTE：20Kbps,15mDTE——DCE：(計(jì)算機(jī)——Modem）DTE-(DataTerminalEquipment)數(shù)據(jù)終端設(shè)備DCE-(DataCircuit-TerminatingEquipment)數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備3.2物理層協(xié)議DCEDCE17②EIA-RS4493.2物理層協(xié)議37針9針兩個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)RS-423A(非平衡式)RS-422A(平衡式)③ITU-T的DTE-DCE接口標(biāo)準(zhǔn)

?V系列建議（為模擬信道傳輸數(shù)據(jù)而定）?X系列建議（為數(shù)字交換網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)而定）例：V.33建議（調(diào)制解調(diào)器）X.25建議、X.21建議（數(shù)字傳輸接口）18EIARS-232C功能特性1AA保護(hù)地地1012BA發(fā)數(shù)據(jù)數(shù)→DCE1033BB收數(shù)據(jù)數(shù)→DTE1044CA請(qǐng)求發(fā)送控→DCE1055CB清除發(fā)送控→DTE1066CC數(shù)據(jù)設(shè)備就緒控→DTE1077AB信號(hào)地地1028CF載波檢測(cè)控→DTE1093.2物理層協(xié)議ITU-T………………………………19DTE/DCE連接方式1234567820TXDRCDTRSCTSDSRSGRSLDDTRTXDRCDTRSCTSDSRSGRSLDDTR1234567820DTE(計(jì)算機(jī)）DCE(Modem)3.2物理層協(xié)議20RS-232C的接口連接（DTE/DTE）1234567820123456782012345678201234567820(A)交叉方式(B)三線方式DTE(計(jì)算機(jī))DTE(計(jì)算機(jī))DTE(計(jì)算機(jī))DTE(計(jì)算機(jī))3.2物理層協(xié)議21

非歸零電平碼3.2物理層協(xié)議SS共回線+6+2-20邏輯0t邏輯1-640ft→4000ft1kbps→100kbps(RS-423)非平衡式22

非歸零電平碼3.2物理層協(xié)議SR共回線+6+4-40邏輯0t邏輯1-640ft→4000ft1kbps→10Mbps(RS-422)平衡式233.3傳輸介質(zhì)①物理特性——傳輸介質(zhì)的特性。②傳輸特性——使用？信號(hào)發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、容量、頻率。③地理范圍——不用中間設(shè)備，在失真限制下最大距離。④抗干擾性——防止噪聲隊(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。⑤相對(duì)價(jià)格——包括元件、安裝、維護(hù)等價(jià)格。傳輸介質(zhì)特性：3.3傳輸介質(zhì)24傳輸媒介有線媒介無(wú)線媒介能量、語(yǔ)音無(wú)線電波、微波、衛(wèi)星紅外線紫外線03kHZ300GHZ430-750THZ(光纖)X……3.3傳輸介質(zhì)25①雙絞線（100HZ——5MHZ）?非屏蔽雙絞線（UTP）：便宜、靈活、安裝容易。

（EIA定義）

1類——電話中使用。適于語(yǔ)音、低速數(shù)據(jù)通信。

2類——適用于語(yǔ)音、最大速率4Mbps的數(shù)字傳輸。

3類——每英尺交叉三次，最大速率10Mbps。（現(xiàn)在電話）4類——每英尺至少交叉三次，最大速率16Mbps。

5類——最大速率100Mbps。UTP連接器8針傳導(dǎo)頭?屏蔽雙絞線（STP）屏蔽層接地，屏蔽串線干擾。3.3傳輸介質(zhì)第一只引腳白橙線263.3傳輸介質(zhì)非屏蔽五類雙絞線（UTP）切面圖單層屏蔽五類雙絞線（STP）切面圖27②同軸電纜（100KHZ——500MHZ）

RG（無(wú)線電波管制）編號(hào)表示特定的物理特性RG—8用以粗纜以太網(wǎng)（50Ω）10BASE5

RG—58用以細(xì)纜以太網(wǎng)（50Ω）10BASE2

RG—59用于FDM、CATV、高速數(shù)字信號(hào)（75Ω）RG—62用于ARCnet網(wǎng)絡(luò)使用（93Ω）3.3傳輸介質(zhì)28同軸電纜連接器卡銷式連接器（套筒式）T型連接器（引出分支）終結(jié)端子（吸收反射……）3.3傳輸介質(zhì)例：75Ω同軸接頭加工方法①先將75Ω同軸電纜外皮及絲網(wǎng)層剝掉，露出銅芯。并套上緊固件。②將原廠提供的75ΩF同軸接頭插入電纜中。③用鉗子壓緊固定件。④剪掉多余的銅芯。29③光纖多模——多束光線從光源經(jīng)由芯材通過(guò)不同光路傳播。（光線傳播依賴于芯材）單模——傳播的光線基本都是水平的，所有光線傳播是相同的，可以忽略傳播延遲。

光纖連接器都是套筒式的，并有母和公兩種規(guī)格。3.3傳輸介質(zhì)303.3傳輸介質(zhì)2-12芯中心束管式光纜

切面圖

2-144芯松套層絞式光纜切面圖

31傳輸介質(zhì)纏繞改變了電纜的電子特性，使之適用于網(wǎng)絡(luò)。（限制電纜輻射；電纜不易受電磁影響）屏蔽網(wǎng)保護(hù)內(nèi)部電纜不受干擾；阻止內(nèi)部電纜上的信號(hào)輻射干擾其他電纜。（基帶50Ω、寬帶75Ω

）■銅纜3.3傳輸介質(zhì)雙絞線—(RJ-45)同軸電纜—(AUI、BNC)■光纖——發(fā)射器用發(fā)光二極管（LED）或激光沿著光纖發(fā)送光脈沖。接收器用光敏轉(zhuǎn)換器來(lái)檢測(cè)脈沖，nKm—n十Km?不對(duì)其他線纜產(chǎn)生干擾，也不受其他的電子干擾，易保密。?光脈沖可比銅纜中的電信號(hào)傳播的更遠(yuǎn)，不易分支。?光可以編碼更多的信息，所以可比電纜承載更多的信息。

?光可以通過(guò)一根光纖從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳到另一臺(tái)機(jī)上，不需成對(duì)。321.雙絞線雙絞線由兩根絞合在一起的銅質(zhì)電線

組成，絞合有效的抑制了電線的串?dāng)_，以及減少了信號(hào)的衰弱，導(dǎo)線的最外層可能是一層交織導(dǎo)體(屏蔽層)，屏蔽層減少了對(duì)外的干擾，因此

分為屏蔽雙絞線(STP)和無(wú)屏蔽雙絞線(UTP)。33EIA/TIA雙絞線的五種型號(hào)第一類：主要用于傳輸語(yǔ)音，不用于數(shù)據(jù)傳輸。第二類：傳輸頻率為1MHz，用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，常見(jiàn)于使用4Mbps規(guī)范令牌傳遞協(xié)議的舊的令牌網(wǎng)。第三類：指目前在ANSI和EIA/TIA568標(biāo)準(zhǔn)中指定的電纜。該電纜的傳輸頻率為16MHz,用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于10base-T。第四類:該類電纜的傳輸頻率為20MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10base-T/100base-T。第五類:該類電纜增加了繞線密度,外套一種高質(zhì)量的絕緣材料,傳輸頻率為100MHz,用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，主要用于100base-T和10base-T網(wǎng)絡(luò)，這是最常用的以太網(wǎng)電纜。346類非屏蔽雙絞線

352.同軸電纜同軸電纜是由一根外包有固體絕緣材料的中心導(dǎo)線和包在外面的細(xì)銅絲編織層組成的，可以用來(lái)屏蔽信號(hào)。由于各層是同軸的，所以稱為同軸電纜。同軸電纜分基帶(50歐)和頻帶(75歐)同軸電纜。36幾種常用的規(guī)格如下

各種同軸電纜根據(jù)它們的無(wú)線電波管制(RG)級(jí)別來(lái)歸類。RG的每一個(gè)級(jí)別定義的電纜都適用于一種特定的功能。RG-11用于基帶粗纜以太網(wǎng)(50Ω)。RG-58用于基帶細(xì)纜以太網(wǎng)(50Ω)。RG-59用于寬帶（如電視）(75Ω)。

同軸電纜的連接器有多種，最常用的是卡銷式網(wǎng)絡(luò)連接器(BNC)，這種連接器只需推入插口并旋轉(zhuǎn)半圈即可。另外常用的連接器還有T型連接器和終結(jié)端子。T型連接器在細(xì)纜以太網(wǎng)中使用，允許使用輔助電纜或是從主線路上引出分支。終結(jié)端子在電纜端頭，既可吸收電磁波的反射，又可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

373.光纜光纜（又稱光纖）是由不受電磁干擾和噪音干擾的玻璃或塑料制成的。光纜的傳輸速度快，抗干擾，傳輸距離遠(yuǎn)。主要用于高速大容量點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，一根光纜可以取代數(shù)百對(duì)雙絞線，但與雙絞線、同軸電纜相比其價(jià)格較貴。分單模光纖和多模光纖。

38光纖按波長(zhǎng)范圍可分為三種：光纖在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖(一來(lái)一去)組成傳輸系統(tǒng)。按波長(zhǎng)范圍可分為三種：0.85μm波長(zhǎng)區(qū)(0.8～0.9μm)多模光纖通信方式；1.3μm波長(zhǎng)區(qū)(1.25～1.35μm)多、單模光纖通信均可；1.55μm波長(zhǎng)區(qū)(1.53～1.58μm)單模光纖通信方式。光纖普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，可在6～８km的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，比較適合于在幾個(gè)建筑物之間通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)絡(luò)。光纖還具有不受電磁干擾或噪聲影響的獨(dú)有特征，適宜在長(zhǎng)距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，并且能夠提供很好的安全性。光纖連接器必須精確，操作比較困難。393.3傳輸介質(zhì)■無(wú)線電——RF傳輸（radiofrequency）。無(wú)線電的網(wǎng)絡(luò)稱作無(wú)線電頻率上的操作。每臺(tái)計(jì)算機(jī)又需配一根可以收發(fā)RF的天線。RF網(wǎng)絡(luò)適用的天線可大可小，具體大小取決于期望的通信范圍。（為跨越幾英里的信號(hào)傳播而設(shè)計(jì)的天線可由一根約兩米長(zhǎng)的金屬桿組成；一個(gè)建筑內(nèi)部通信的天線小于20厘米）干擾對(duì)無(wú)線通信影響較為嚴(yán)重。■衛(wèi)星同步衛(wèi)星（靜地衛(wèi)星）（距地面35785公里）高地球軌道低地球軌道衛(wèi)星（距地面200——400英里）低地球軌道衛(wèi)星陣列——在低地球軌道上發(fā)射一組衛(wèi)星，使地面每一通信站上空任何時(shí)候有顆衛(wèi)星。（最佳頻率范圍1GHZ—10GHZ）403.3傳輸介質(zhì)■微波——是高頻的無(wú)線電波，但它們有很大不同。微波傳輸不是向各個(gè)方向廣播，而是瞄準(zhǔn)一個(gè)方向發(fā)送信號(hào)，這種方式可防止其他人中途截取信號(hào)。微波能比低頻傳輸承載更多的信息。微波不能穿透金屬結(jié)構(gòu)。微波發(fā)射器要直接對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)微波站的微波接收器。傳輸頻率范圍在2GHZ—40GHZ，頻率越高帶越寬。中繼站10Km—100Km。■紅外線——（infrared）傳輸僅限于小的區(qū)域（如一個(gè)房間），并常需要發(fā)射器指向接收器，不需要使用天線，（可安裝一臺(tái)設(shè)備為房?jī)?nèi)所有的計(jì)算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，計(jì)算機(jī)移動(dòng)仍保持聯(lián)系）■激光——用激光器產(chǎn)生激光束，因激光束具有很好的匯聚特性，經(jīng)長(zhǎng)距離的傳輸仍可保持匯聚，發(fā)、收設(shè)備需對(duì)準(zhǔn)。激光必須以直線傳播且不能受阻礙，但不能穿透植被、雪和霧之類的天氣條件。（可通過(guò)空氣傳輸數(shù)據(jù)）41計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)層次和協(xié)議的集合7654321765432142物理層------四個(gè)特性（機(jī)械、電氣、功能、規(guī)程)