计算机网络通信3

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理层,物理层是网络体系结构的最低层，是唯一,直接,传输数据的。,内容主要包括传输介质、数据交换技术、物理层的接口及其协议。,1,一、传输介质特性,2,传输特性：使用模拟信号发送还是数字信号 发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。,1,物理描述：说明传输介质的特征。,3,连通性：点到点或者多点连接。,4,地理范围：网上各点间的最大距离，是在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。,5,抗干扰性：防止噪音对传输数据影响的能力。,6,相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础。,2,1, 双绞线,(Twisted-Pair,，,TP),（,1,）非屏蔽双绞线电缆,Unshielded Twisted-Pair,，,UTP,（,2,）,屏蔽双绞线电缆,Shielded Twisted-Pair,，,STP,3,铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯,套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,非屏蔽双绞线,UTP,屏蔽双绞线,STP,4,UTP,线的分类,1,、,2,类：语音传输电缆，被第,3,类电缆取代,3,类：传输频率最高规定至,16MHz,，,用于语音和传输速率为,10Mbps,的数据传输，如,10Mbps,以太网,(IEEE802.3),4,类：传输特性最高规定至,20MHz,，,该类系统的范例是使用,UTP,标准的,16Mbps,令牌环网,(IEEE 802,5),，,目前较少使用。,5,类：最高规定至,100MHz,，,用于语音、图像和最高传输速率为,155Mbps,的数据传输，此类系统的范例是使用,UTP,的快速以太网以及,ATM,网络。,5,UTP,的特点,安装容易：既轻又薄还柔韧,无屏蔽层，电缆外径比较小,采用平衡传输特性,有一定的抗干扰能力,支持高速数据传输,具有广泛的标准支持,在,IEEE802,中几乎所有标准都支持,UTP,介质,标准的布线传输介质,传输距离不超过,100m,价格相对便宜,6,STP,的特点,价格：大容量,STP,较,UTP,昂贵，但与同轴电缆或光缆相比要便宜些,安装难易程度：,STP,的安装比,UTP,难一些，类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器以及相应的安装技术,容量：从理论上讲，,STP,受外界影响减少，因此它采用的频率会更高，同时也能采用更宽的有效带宽信号技术。它具有更高的传输速率，,100,米内可以达到,500Mbps,带宽。但是，通常使用的数据传输速率不超过,155Mbps,范围内。,衰减：,STP,受衰减的影响程度与,UTP,相似，当前的技术也只允许,STP,有效范围在几百米之内,抗电磁干扰性：与,UTP,相比,STP,的最大优点就是抗干扰能力增加以及,EMI,辐射的降低，然而,STP,仍会受到一小部分干扰。,7,双绞线抗干扰的原理,结论： 线径越细，节距越短，抑制感应噪声的效果越明显,耦合,+u -u +u -u +u -u,总,感应电压抵消,8,2u,+u,-u,2u,共模干扰,v,u+v,-u+v,2u,2u,0,2u+v,0,共模干扰,v,2u+v,结论： 双绞线要采用平衡方式传输,9,2.,同轴电缆,50,W,基带电缆，用于数字传输,75,W,宽带电缆，用于模拟传输,同轴电缆的带宽取决于电缆长度，,1km,的基带电缆可以达到,10Mbps,的数据传输速率。,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,同轴电缆,10,传输特性,描述同轴电缆的最为重要的电参数就是它的特性阻抗。电缆特性阻抗的大小与内外导体的几何尺寸、绝缘层介质常数相关。,同轴电缆的主要传输特征,:,电缆的内外导体半径越大，其衰减也就越小。,同一型号的电缆中，绝缘物外径越粗，对电波的损耗就越小 ，同轴电缆呈低通特性。,电缆的传输信号衰减与温度有关。随着温度增高其衰减也增加。,11,基带系统和宽带系统的区别,基带系统,电缆上只有一个信道 ，传输距离相对较短，可双向传输,宽带系统,可传输多个信道，覆盖区域广，单向传输,12,宽带系统覆盖的区域广 ，传输距离可以达到,100,公里 ，在传输过程中通常需要模拟放大器周期性地加强信号。,这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则数据就不能在计算机间逆向传输。,为什么宽带系统只能单向传输,？,双向放大的系统不稳定,13,宽,带系统双向通信的实现：,双缆系统和单缆系统,14,光导纤维,光纤通信的特点：,光纤通信采用频率很高的光波作为载波光纤通信采用光纤作为传输媒质,光纤通信优点：,传输频带很宽，通信容量大,中继距离长,免电磁干扰,保密性好，无串话干扰,自然界有大量的二氧化硅，从而可节约有色金属和原材料,线径细，重量轻；抗化学腐蚀,15,光纤传输的原理,包层较纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角,。,因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。,光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,高折射率,(,纤芯,),低折射率,(,包层,),16,输入脉冲,输出脉冲,单模光纤,输入脉冲,输出脉冲,多模光纤,光纤 分类,17,光传输系统由,3,个部分组成，除了作为传输介质的光导纤维，还有光源和检测器。,在光纤系统中使用两种不同类型的光源：发光二极管,LED(Light Emitting Diode),和注入式激光二极管,ILD(Injection Laser Diode),。,在接收端用来将光变换成电能的检测器是光电二极管。有两种固态器件：,PIN,检测器和,APD,检测器。,18,光纤接口环路,19,光纤接口结构,光,传输方向,光纤,铜,导线,连,计算机,光纤,光,接收器,光,发送器,信号再生器,20,非,导向传输,媒体,非导向（,无线）传输媒体都不需要架设或铺埋电缆或光纤，而通过大气传输，目前主要有三种技术：微波，红外线和激光。,21,优点：不需要铺设电缆，对于连接不同建筑物内的局域网特别有用。,缺点：这三种技术对环境气候较为敏感，例如：雨，雾和雷电。,22,卫星通信,优点：容量大，距离远；,缺点：是传播延迟时间长。从发送站通过卫星转发到接收站的传播延迟时间约为,270ms,，,且这个传播延迟时间是和两站点间的距离无关的。,23,物理层接口及协议,国际标准化组织,ISO,定义：,“物理层为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的 特性。这种物理连接可以通过中间系统，每次都在物理层内进行中继的二进制位传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制位流传输。物理服务数据单元,(,即二进制位,),的传输可以通过同步方式或异步方式进行。”,24,1,物理层主要负责在物理链路上传输非结构的位流。,2,提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。,定义的要点：,25,物理层的特性,1.,机械特性,物理层的机械特性规定了物理连接时所采用的可接插连接器的规格的尺寸、连接器中引脚的数量和排列情况等。,26,2.,电气特性,1-,非平衡型,输入,输出,发送器,接收器,27,2.,电气特性,2-,半平衡型,（新的非平衡型）,输入,输出,发送器,差分接收器,28,2.,电气特性,3-,平衡型,输入,输出,差分接收器,差分发送器,29,3,功能特性,物理层的功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口上的信号线一般可以分为几类：数据，控制，定时和地线。,30,4,规程特性,物理层的规程特性定义了利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程，即各信号线的工作的规则和先后顺序。,31,物理层接口标准,不同的物理层接口标准有不同的基本特性。在实际的网络中使用比较广泛的,物理层接口标准有,EIA RS232-C,、,EIA RS-449,422-A,423-A,和,CCITT,建议的,X,21,。,32,EIA RS-232,接口标准,EIA RS-232,是美国电子工业协会,EIA,制定的著名物理层标准。它最早在,1962,年制定的标准,RS-232,。,RS,表示,EIA,的一种“推荐标准”。,1969,年修订为第三版，为,RS-232-C,。,1987,年修订为,RS-232-D,。,1991,年修订为,RS-232-E,。,RS-232C,定义的是,DTE,和,DCE,之间的接口标准。,33,DCE (,数据通信设备,),和,DTE (,数据终端设备,),DCE(data communication equipment),是位于数据终端设备,(DTE),和传输线路之间的中介通信设备。,DTE,只有有限的数据传输能力，很少直接接到传输线路或网络设施，而是将,DCE,作为中介设施。,DCE,负责发送和接收在传输介质上的信号。,34,DTE,通过,DCE,与通信传输线路相连,DTE,DCE,DCE,串行比特传输,信号线与控制线,用户环境,通信环境,用户设施,通信设施,DTE,信号线与控制线,用户设施,35,RS-232C,特性,（,1,）电气特性,:,电压范围,0(,空号，,space),+3V+25V,1,（,传号，,mark,）,-3V-25V,传输距离,小于,15,米,传输速度,小于,20kbps,36,（,2,）,机械特性,标准规定采用,DB-25,插座，但现在常用,DB-9,插座。,DB25,与,DB9,插座之间的转换见表。,引脚号,功能描述,缩写,来自,DCE,指向,DCE,1,保护地,(,屏蔽,),GND,2,发送数据,TD,X,3,接收数据,RD,X,4,请求发送,RTS,X,5,清除发送,CTS,X,6,DCE,就绪,DSR,X,7,公共地,SG,X,X,8,接收线路信号检测,DCD,X,20,数据终端设备,(DTE),就绪,DTR,X,22,振铃指示器,RI,X,RS-232C,引脚分配,37,功能,DB-9,DB25,载波检测,1,8,接收数据,2,3,发送数据,3,2,数据终端就绪,4,20,信号地,5,7,数据装置就绪,6,6,请求发送,7,4,清除发送,8,5,振铃指示,9,22,DB-9,和,DB-25,信号对照,38,（,3,）,功能特性,DTE,和,DCE,之间的连接必须包含数据传输引线、信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能，这就是,RS232C,的功能。,在,25,个插脚的,RS232C,接口中，每个引脚按功能被分成以下四大类：接地，数据，控制和定时。,39,（,4,）,规程特性,DTE-A,向,DTE-B,(1),当,DTE-A,要和,DTE-B,进行通信时，就将引脚,20“DTE,就绪”置为,ON,，,同时通过引脚,2“,发送数据”向,DCE-A,传送电话号码信号。,(2)DCE-B,将引脚,22“,振铃指示”置为,ON,，,表示通知,DTE-B,有人呼叫信号到达,(,在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均为,OFF,状态,),。,DTE-B,就将其引脚,20“DTE,就绪” 置为,ON,。,DCE-B,接着产生载波信号，并将引脚,6“DCE,就绪”置为,ON,，,表示已准备好接收数据。,40,(3),当,DCE-A,检测到载波信号时，将引脚,8“,载波检测”和引脚,6“DCE,就绪”都置为,ON,，,以便使,DTE-A,知道通信电路已经建立。,DCE-A,还可通过引脚,3“,接收数据”向,DTE-A,发送在其屏幕上显示的信息。,(4),接着，,DCE-A,向,DCE-B,发送其载波信,DCE-B,将其引脚,8“,载波检测”置为,ON,。,(5),当,DTE-A,要发送数据时，将其引脚,4“,请求发送”置为,ON,。,DCE-A,作为响应将引脚,5“,允许发送”置为,ON,。,然后,DTE-A,通过引脚,2“,发送数据”来发送其数据。,DCE-A,将数字信号转换为模拟信号向,DCE-B,发送过去。,(6) DCE-B,将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚,3,向,DTE-B,发送。,41,利用虚调制解调器与两台计算机相连,插头,插头,插座,插座,计算机,虚调制解调器,计算机,（,1,）保护地,（,2,）发送,（,3,）接收,（,4,）请求发送,（,5,）允许发送,（,6,）,DCE,就绪,（,7,）信号地,（,8,）载波检测,（,20,）,DTE,就绪,（,22,）振铃指示,（,1,）保护地,（,2,）发送,（,3,）接收,（,4,）请求发送,（,5,）允许发送,（,6,）,DCE,就绪,（,7,）信号地,（,8,）载波检测,（,20,）,DTE,就绪,（,22,）振铃指示,42,计算机与计算机通过,RS232C,通信的最简连线,（采用,DB9,插座）,43,收发器,IC,型号：,MAX232,ICL232,等,44,RS-232C,的缺点,距离限制,RS-232C,的主要缺点是距离限制在,15,米。如果不是采用最高传输速率，电缆长度还可以再长些。,速度限制,RS-232C,的另一个限制是最大传输速率不能超过,20kbps,。,接地限制如果电缆两端的地电位存在一个差值,(,这种情况多见于远距离传输,),，那么,0,与,l,信号之间的过渡区将变窄，遇到这种情况，就有可能出现信号识别出错的现象。,45,RS-232C,距离和速度受限制的原因,RS-232C,发送器产生的,+5V,到,+25V,之间的电压代表信号,0,，而在,-5V,到,-25V,之间则代表信号,1,。当信号从一个状态改变到另一状态时，规定这个过渡时间,(,也即非工作区域的时间,),要限制在信号的,5,以内。这个要求也就决定了电缆所允许的寄生电容的极限值。因为寄生电容限制了信号的上升时间,(,过渡时间,),。,RS-232C,规定这个电容不能超过,2500pF,，而,RS-232C,所用的电缆一般是,4050pF,英尺，所以限制了,RS-232C,电缆长度应为,50,英尺,(2500,50=,50,),，约,15,米。,46,EIA RS-449,RS-449,实际上是一个一体化的三个标准：它的机械、功能和过程性的接口由,RS-449,定义，而电气接口由两个不同的标准定义：新的非平衡型由,RS-423,标准定义；平衡型由,RS-422,标准所定义。,47,48,RS-422,标准,RS-422,电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。,电压范围,0,（空号，,space,）,UA-UB -0.2V,1,（传号，,mark,）,UA-UB 0.2V,传输距离与速度的关系,距离,(m),10,60,100,200,400,600,速度,(bps),6M,1M,600K,300K,150K,100K,49,RS-485,标准,RS-485,标准最初由,EIA,于,1983,年制订并发布,它是由,RS-422,发展而来，,RS-485,是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆,。,50,单片机通过,RS485,通讯,RS-485,标准是一种多点、半双工通信链路,电气性能同,RS-422,。,收发器,IC,型号：,MAX485,SN75176,等,51,52,53,单片机通过,RS485,通讯,RS-485,标准是一种多点、半双工通信链路,电气性能同,RS-422,。,收发器,IC,型号：,SN75176 ,MAX485,MAX1487,等,54,55,该电路的关键是,RS485,收发器传输方向,RE,、,DE,的控制，不考虑两端同时发送数据，分,2,种情况讨论：,RS485,端口向,RS232,端口发送数据：此时,RS232,接口处于接收状态，,TD=1,，,RE=DE=0,，,RS485,收发器处于接收状态，,RS485,端口的数据传送到,RS232,端口。,56,2. RS232,端口向,RS485,端口发送数据：,（,1,）,RS232,发送,0,，,RE=DE=1,，,RS485,收发器处于发送状态，,D=0,，,V,A,=0V,，,V,B,=5V,，,RS485,接口状态为,0,（,2,）,RS232,发送,1,，,RE=DE=0,，,接收状态，,A,、,B,端高阻态，但由于上拉电阻、下拉电阻作用，,V,A,=5V,，,V,B,=0V,57,