物理层接口及其协议

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,College of Software Engineering Southeast,*,1,第九章,物理层接口及其协议,2,主要内容,9.1,物理层的定义和功能,9.2,物理层的特性,9.3,典型的物理层标准接口,9.4,传输介质,3,9.1,物理层的定义和功能（1）,物理层的定义,ISO/OSI,关于物理层的定义：物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。,物理层的功能,在两个网络设备之间提供,透明,的比特流传输。,研究内容,物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。,4,9.1,物理层的定义和功能（2）,几点说明,连接方式（点到点，点到多点）,通信方式（单工，半双工，全双工）,位传输方式（串行，并行）,物理层的四个重要特性,机械特性(,mechanical characteristics),电气特性(,electrical characteristics),功能特性(,functional characteristics),规程特性(,procedural characteristics),5,9.2,物理层的特性（1）,机械特性,主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。,常用的标准接口,ISO 2110，25,芯连接器，,EIA RS-232-C，EIA RS-366-A,ISO 2593，34,芯连接器，,V.35,宽带,MODEM,ISO 4902，37,芯和9芯连接器，,EIA RS-449,ISO 4903，15,芯连接器，,X.20、X.21、X.22,6,9.2,物理层的特性（2）,电气特性,规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。,早期的标准是在边界点定义电气特性，例如,EIA RS-232-C、V.28；,最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。,7,9.2,物理层的特性（3）,CCITT,标准化的电气特性标准,CCITT V.10/X.26：,新的非平衡型电气特性，,EIA RS-423-A,CCITT V.11/X.27：,新的平衡型电气特性，,EIA RS-422-A,CCITT V.28：,非平衡型电气特性，,EIA RS-232-C,CCITT X.21/EIA RS-449,8,9.2,物理层的特性（4）,功能特性,主要定义各条物理线路的功能。,线路的功能分为四大类：,数据,控制,定时,地,规程特性,主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。,9,9.3,典型的物理层标准接口（1）,9.3.1 EIA RS-232-C,1960,年美国电子工业协会,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,之间的接口。,RS-232C,标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在,DTE,立场上，而不是站在,DCE,的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是,CPU,和,I/O,设备之间传送信息，两者都是,DTE,，因此双方都能发送和接收。,目前在,IBM PC,机上的,COM1,、,COM2,接口，就是,RS-232C,接口。,10,RS-232-C,特性（,1,）,机械特性,连接器：由于,RS-232C,并未定义连接器的物理特性，因此，出现了,DB-25,、,DB-15,和,DB-9,各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。,下面分别介绍,DB-25,、,DB-9,两种连接器。,11,RS-232-C,：,DB-25,（,1,）,DB-25,：,PC,和,XT,机采用,DB-25,型连接器。,DB-25,连接器定义了,25,根信号线，分为,4,组：,异步通信的,9,个电压信号（含信号地,SG,）,2,，,3,，,4,，,5,，,6,，,7,，,8,，,20,，,2220mA,电流环信号,9,个（,12,，,13,，,14,，,15,，,16,，,17,，,19,23,，,24,）,空,6,个（,9,，,10,，,11,，,18,，,21,，,25,）,保护地（,PE,）,1,个，作为设备接地端（,1,脚）,DB-25,型连接器的外形及信号线分配如左图所示。注意，,20mA,电流环信号仅,IBM PC,和,IBM PC/XT,机提供，至,AT,机及以后，已不支持。,12,RS-232-C,：,DB-9,（,2,）,DB-9,连接器 在,AT,机及以后，不支持,20mA,电流环接口，使用,DB-9,连接器，作为提供多功能,I/O,卡或主板上,COM1,和,COM2,两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的,9,个信号。,DB-9,型连接器的引脚分配与,DB-25,型引脚信号完全不同。因此，若与配接,DB-9,型连接器的,DCE,设备连接，必须使用专门的电缆线。,电缆长度：在通信速率低于,20kb/s,时，,RS-232C,所直接连接的最大物理距离为,15m,（,50,英尺）。最大直接传输距离说明：,RS-232C,标准规定，若不使用,MODEM,，在码元畸变小于,4%,的情况下，,DTE,和,DCE,之间最大传输距离为,15m,（,50,英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于,4%,的前提下给出的。,13,14,RS-232-C,特性,（,2,）,电气特性,EIA-RS-232C,对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。,在,TxD,和,RxD,上：,逻辑,1(MARK)=-3V,-15V,逻辑,0(SPACE)=+3,15V,在,RTS,、,CTS,、,DSR,、,DTR,和,DCD,等控制线上：,信号有效（接通，,ON,状态，正电压）,+3V,+15V,信号无效（断开，,OFF,状态，负电压,)=-3V,-15V,图,1,显示了,1488,和,1489,的内部结构和引脚。,图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片,UART,，它是,TTL,器件，右边是,EIA-RS-232C,连接器，要求,EIA,高电压。,15,远距离通信,远距离通信（传输距离大于,15m,的通信）的例子，故一般要加调制解调器,MODEM,，因此使用的信号线较多。,1,、采用,Modem(DCE),和电话网通信时的信号连接：,若在双方,MODEM,之间采用普通电话交换线进行通信，除了需要,2,8,号信号线外还要增加,RI(22,号,),和,DTR(20,号,),两个信号线进行联络，如图所示。,2,、采用专用电话线通信：,在通信双方的,MODEM,之间采用电话线进行通信，则只要使用,2,8,号信号线进行联络与控制。不需要电话机、振铃信号,RI,和,DTR,信号，其信号线的连接如图那样。,16,近距离通信,零,Modem,的最简连线（,3,线制）,图是零,MODEM,方式的最简单连接（即三线连接），图中的,2,号线与,3,号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送,RTS,有效和数据终端准备好,DTR,有效就能开始发送和接收。,17,18,9.3,典型的物理层标准接口（,2,）,9.3.2 EIA RS-449/422-A/423-A,RS-232 C,的数据传输不能超过,20 Kbps,，同时电缆最大长度不能超过,15,米。这大大限制了其应用能力。后来（,1977,年），,EIA/TIA,推出了一个新的标准：,RS-449.,如图所示。,该标准的机械、功能和过程性由,RS-449,定义，电气接口由两个不同的标准定义。一个标准是,RS-423 A,，它与,RS-232 C,相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（,unbalanced transmission,）。,另一个电气标准是,RS-422 A,，采用平衡传输（,balanced transmission,），无公共地。,RS-422 A,能在不超过,60,米长的电缆上达到,2Mbps,的数据传输速率。,19,控制台端口,很多厂商的各类不同的网络设备都提供了控制台端口（,Console Port,）对设备进行初始、带外配置。对于,Cisco,来说，其所有路由、交换设备都提供了控制台端口。很多平台、型号还配有辅助端口（,Auxiliary Port,），提供了远程维护设备的手段。,根据设备类型、型号不同，其控制台端口的接口形式也不同。常见的有两种：采用,DB-25,的控制台端口和采用,RJ-45,的控制台端口。它们都符合,EIT/TIA 232,异步串行接口规范。,Cisco,的低端设备，一般都提供采用,RJ-45,的控制台端口。它是,DCE,端，当我们将其与调试工作站的串行接口（,COM1,、,COM2,）相连时，必须使用,EIT/TIA 232,到,RJ-45,的转换器和反转电缆。,20,辅助端口,辅助端口是标准的异步串行设备，有着标准串行设备的所有功能，如流量控制。因此可以在较高的速率上运行，一般可以达到,115200bps.,辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供了可能，如图所示。,尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口。在主链路失败的时候，拨号到目的网络，保持连通性。如图所示。,21,异步、同步串行（广域网）接口,异步串行接口：,异步串行接口的缺省封装是,SLIP,，还可以是,PPP,。取决于使用的电缆，异步串行接口的速度最高可达,128K.,Cisco,模块化路由器可以接入多种异步接口网络模块，如,8A,、,16A,、,32A,。图给出了异步接口网络模块,NM-32A,的照片。,22,异步、同步串行（广域网）接口,同步串行接口：,同步串行接口的缺省封装为,HDLC,（,Cisco,私有），还可以是,PPP,、,FRAME-RELAY,、,X.25,等。缺省速度为,T1-1.544Mbps.,不同电缆最高速度不同，,EIA/TIA 232,为,115.2Kbps,，,EIA/TIA 449,、,X.21,为,2Mbps,等。,典型的同步串行接口卡如：,WIC-1T.,图给出了广域网接口卡,WIC-1T,的照片。,23,异步、同步串行（广域网）接口,异步,/,同步串行接口：,异步,/,同步串行接口可以提供串行异步或同步连接。在异步模式时，最高速度可达,115.2Kbps,，在同步模式时，可以达到,128Kbps.,典型的异步,/,同步串行接口模块如：,2A/S,、,8A/S,等。图给出了异步,/,同步串行接口网络模块,NM-8A/S,的照片。,24,异步、同步串行（广域网）接口,远程访问接入（异步）模块：,Cisco,也提供集成远程访问接入网络模块，如,8AM,、,16AM.,该网络模块将模拟调制解调器集成到远程访问接入模块中从而节省了外接调制解调器占用的空间及投资。该网络模块提供了,816,个,RJ-11,接口，我们可以将电话线直接接入远程访问模块。如图所示，给出了模拟调制解调器接入模块,NM-8AM,的照片。,THANK YOU!,