1、計 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò)第三章 物理層第1頁第1頁本章主要內(nèi)容掌握物理層基本概念及四個特性純熟掌握傳播媒體特性與應(yīng)用技術(shù)理解無線網(wǎng)絡(luò)工作原理及特點理解ISDN與ATM傳播基本技術(shù)與特點掌握物理層原則意義與功效第2頁第2頁難點與重點物理層基本概念與特性各種傳播介質(zhì)特性與應(yīng)用技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)基本工作原理第3頁第3頁3.1物理層基本概念物理層是OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型最低層，它向下直接與傳播媒體相連，向上相鄰于數(shù)據(jù)鏈路層并為其提供服務(wù)。它研究是如何才干在連接各種計算機(jī)傳播媒體上傳播數(shù)據(jù)比特流，而不是指連接計算機(jī)詳細(xì)物理設(shè)備或詳細(xì)傳播媒體。 主要處理是主機(jī)、工作站等數(shù)據(jù)終端設(shè)備與通信線路上通信設(shè)備之間接口問題。 第4

2、頁第4頁利用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信電信網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)A計算機(jī)B串行接口串行接口調(diào)制解調(diào)器電話線電話線第5頁第5頁物理層協(xié)議作用DTEADTEBDCEBDCEARS-232CRS-232C通信線路以EIA RS-232C原則為例闡明物理層協(xié)議概念與作用。第6頁第6頁物理層四個特性機(jī)械特性電氣特性功效特性規(guī)程特性第7頁第7頁機(jī)械特性指明接口所用接線器形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列方式，定義接插及鎖緊方式等。 比如：1131425RS232C使用25根引腳DB-25針式插座 第8頁第8頁機(jī)械特性第9頁第9頁電氣特性指明在接口電纜線路上出現(xiàn)電壓、電流等范圍。比如：RS-232 C要求邏輯“1”電平為-15至-5

3、伏，邏輯“0”電平為+5至+15伏，也即RS-232C采用+15伏和-15伏負(fù)邏輯電平，+5伏和-5伏之間為過渡區(qū)域不做定義。 第10頁第10頁功效特性指明某條線上出現(xiàn)某一電平電壓信號表示何種意義，通信過程中完畢何種功效。 下表列出了RS-232C主要引腳功效：第11頁第11頁RS-232C引腳功效引腳信號名稱縮寫功效1保護(hù)地線PG機(jī)殼地2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)3接受數(shù)據(jù)RXD終端接受串行數(shù)據(jù)4請求發(fā)送RTSDTE請求DCE切換到發(fā)送狀態(tài)5清除發(fā)送CTSDCE已經(jīng)切換到發(fā)送狀態(tài)6數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DSRDCE已經(jīng)準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)7信號地線GND信號地線8載波檢測DCDDCE已檢測到遠(yuǎn)程載波20

4、數(shù)據(jù)終端就緒DTRDTE已準(zhǔn)備好，能夠接受22振鈴批示RIDCE告知DTE線路已接通第12頁第12頁引腳連接DTE計算機(jī)或終端DCE調(diào)制解調(diào)器123456782022保護(hù)地線 PG發(fā)送數(shù)據(jù)TXD接受數(shù)據(jù)RXD請求發(fā)送RTS清除發(fā)送CTSDCE就緒DSR信號地線 GND載波檢測DCD振鈴批示RIDTE就緒DTR第13頁第13頁RS-232C引腳功效第14頁第14頁RS-232C接口工作過程DTRTXDRIDTRDSRDTEADTEBDCEADCEBDCDDSRDCDRTSCTSRXD第15頁第15頁規(guī)程特性指明對于不同功效各種可能事件出現(xiàn)次序。是功效事件時序描述。以RS-232C工作過程說明規(guī)程

5、特性：DTE-A將DTR置有效，同時經(jīng)過TXD向DCE-A發(fā)送電話號碼信號。 DCE-B將RI置為有效，DTE-B將DTR置為有效， DCE-B產(chǎn)生載波信號，并將DSR置為有效，表示已準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù).第16頁第16頁RS-232C接口工作過程DCE-A檢測到載波信號，將DCD及DSR置為有效，告知DTE-A通信線路已連接好。DCE-A向DCE-B發(fā)送載波信號，DCE-B將DCD置為有效。DTE-A若有發(fā)送數(shù)據(jù)，將RTS置為有效，DCE-A作為回應(yīng)信號，將CTS信號置為有效。DTE-A通過TXD發(fā)送串行數(shù)據(jù)，DCE-A將數(shù)據(jù)通過通信線路發(fā)向DCE-B。DCE-B將收到數(shù)據(jù)通過RXD傳送給DTE-

6、B。 第17頁第17頁利用RS-232C雙機(jī)通信第18頁第18頁利用RS-232C雙機(jī)通信第19頁第19頁USB接口USB: Universal Serial Bus通用串行總線自帶電源：輸出5V，500MA支持熱插拔速度快：12M、480M、4.8G支持即插即用:驅(qū)動通用原則統(tǒng)一：USB1.1 ,2.0 ,3.0支持級聯(lián)：最高可連接至127個設(shè)備 第20頁第20頁USB接口USB 1.0/1.1：低速1.5M 全速：12MUSB 2.0：兼容 USB 1.0/1.1low speed 1.5Mbpsfull speed 12Mbpshigh speed 480MbpsUSB 3.0 兼容US

7、B 1.0/1.1/2.0 ，8線制，全雙工工作， supper speed最高速度支持4.8Gbps第21頁第21頁USB接口USB2.0接口定義： 1 5V 2 DATA 數(shù)據(jù) 3 DATA 數(shù)據(jù) 4 GND 地USB接口分為A、B、mini 三種接頭形式第22頁第22頁USB接口TYPE A第23頁第23頁USB接口TYPE ATYPE B第24頁第24頁USB接口移動硬盤 TYPE B第25頁第25頁USB接口帶mini USB數(shù)碼相機(jī)帶mini USB數(shù)據(jù)線第26頁第26頁USB接口各種非標(biāo)MINI-USB接口第27頁第27頁USB接口Standard-A型公口、母口實物模擬圖 第2

8、8頁第28頁USB接口第29頁第29頁USB接口USB3.0 B型接頭第30頁第30頁USB接口USB3.0接口線樣品第31頁第31頁USB接口A型接頭實物第32頁第32頁USB接口B型接頭實物第33頁第33頁USB接口USB3.0MINI接口第34頁第34頁USB接口USB3.0PC接口卡第35頁第35頁USB接口USB3.0筆記本接口卡第36頁第36頁USB接口當(dāng)前USB 3.0驗證設(shè)備瞬時傳播速度只有200MB/s，離開理論625MB/s尚有距離，但已經(jīng)大大超越了當(dāng)前機(jī)械硬盤內(nèi)部傳播率 第37頁第37頁USB接口第38頁第38頁USB 接口USB 3.0接口尺寸規(guī)范第39頁第39頁USB

9、 接口USB 3.0接口尺寸規(guī)范第40頁第40頁USB 接口第41頁第41頁USB 接口USB2.0線纜紅色：電源線+5V棕色：地線黃色：DATA+藍(lán)色：DATA-采用差動傳播，帶填充反向不歸零NRZI編碼（1由不出現(xiàn)電平改變來表示，而0由電平發(fā)生改變來表示 ）第42頁第42頁USB 接口USE3.0接口線定義第43頁第43頁USE設(shè)備連接模式USB控制器Root hubhubhub設(shè)備hub設(shè)備設(shè)備設(shè)備hubhub設(shè)備設(shè)備設(shè)備可級聯(lián)菊花鏈?zhǔn)竭B接方式，至多連接127個設(shè)備第44頁第44頁USE設(shè)備連接模式USB hub第45頁第45頁USB傳播模式控制傳播：是雙向傳播，數(shù)據(jù)量通常較小，主要用來

10、進(jìn)行查詢、配備和給設(shè)備發(fā)送通用命令。 中斷傳播：單向向主機(jī)輸入，用于少許、分散、不可預(yù)測數(shù)據(jù)傳播。鍵盤、游戲桿和鼠標(biāo)就屬于這一類型。第46頁第46頁USB傳播模式批量傳播：應(yīng)用在沒有帶寬和間隔時間要求大量數(shù)據(jù)傳送和接受，它要求確保傳播。打印機(jī)和掃描儀屬于這種類型。同時傳播：用于時間嚴(yán)格并含有較強(qiáng)容錯性流數(shù)據(jù)傳播，或者用于要求恒定數(shù)據(jù)傳送率即時應(yīng)用中。如語音、視頻等。 第47頁第47頁USB工作過程當(dāng)USB設(shè)備接入hub或root hub后，主機(jī)控制器和主機(jī)軟件讀取，如vendor ID, product ID, interface工作方式，電源消耗量等一系列數(shù)據(jù)用于確認(rèn)設(shè)備特性。之后主機(jī)動態(tài)分

11、派給外設(shè)一個單獨地址（各次可能不同）后對設(shè)備進(jìn)行初始化，完成以后就能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行IO操作了。 第48頁第48頁USB接口總結(jié)項目USB1.1USB2.0USB3.0速率1.5M-12M1.5M-480M1.5M-4.8G線448電源5V 500MA5V 500MA5V 900MA級連127127127長度5米5米屏蔽3米屏蔽節(jié)能待機(jī)待機(jī)待機(jī)、休眠和暫停等狀態(tài) 第49頁第49頁USB接口總結(jié)項目USB1.1USB2.0USB3.0結(jié)構(gòu)簡樸簡樸復(fù)雜兼容向下兼容向下兼容用途低速設(shè)備移動硬盤、掃描儀、打印機(jī)等藍(lán)驅(qū)、顯示器、外置硬盤、高清視頻成本低低高系統(tǒng)XP、LinuxXP、Linuxwin7、 Li

12、nux第50頁第50頁RJ45接口雙絞線應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)時，使用RJ45接口，其引腳分布以下圖所表示：12345678第51頁第51頁RJ45接頭雙絞線用于星型網(wǎng)絡(luò)布線，每條雙絞線通過兩端安裝RJ45接頭（俗稱水晶頭）將網(wǎng)卡與集線器或互換機(jī)連接起來。第52頁第52頁網(wǎng)卡RJ45接口信號引腳功效縮寫1發(fā)送數(shù)據(jù) +TxD+2發(fā)送數(shù)據(jù) -TxD -3接受數(shù)據(jù) +RxD +4保留5保留6接受數(shù)據(jù) -RxD -7保留8保留第53頁第53頁ISDN 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) 數(shù)字連接：要求從用戶到ISDN局必須建立數(shù)字通道。綜合業(yè)務(wù)：從理論上說，任何形式原始數(shù)據(jù)，只要能轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，都能夠經(jīng)過ISDN進(jìn)行傳輸和互換。標(biāo)

13、準(zhǔn)入網(wǎng)接口：ISDN向用戶提供一組標(biāo)準(zhǔn)多用途網(wǎng)絡(luò)接口，各類業(yè)務(wù)都是通用,也即多達(dá)8個不同終端能夠經(jīng)過同一個接口接入網(wǎng)絡(luò)。第54頁第54頁ISDN 連接與工作原理電話傳真DTEISDN接口電話傳真DTEISDN接口ISDN網(wǎng)絡(luò)當(dāng)?shù)仉娫捁镜?5頁第55頁ISDN設(shè)備局域網(wǎng)TANT1ISDN路由器ISDN圖像電話、傳真ISDN網(wǎng)絡(luò)ISDN適配器TE1終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)終端機(jī)TE2終端設(shè)備第56頁第56頁ISDN接入ISDN每個數(shù)據(jù)信道帶寬必須為64Kb/s。ISDN定義了一些原則通道，其中常見有B通道，提供64Kb/s數(shù)字化PCM話音或數(shù)據(jù)通道；D通到為16Kb/s帶外信令通道，負(fù)責(zé)傳播實現(xiàn)連接管理、網(wǎng)

14、絡(luò)運(yùn)營支持、計費(fèi)等功效控制信令。常見通道組合為：第57頁第57頁BRI與PRI速率基本速率BRI：為普通用戶或小單位提供服務(wù) 2B+D=144Kb/s。兩個B通道可分別傳播64Kb/sPCM話音或數(shù)據(jù)信息，而D通道用來傳播控制信息。這三條通道信息被分時復(fù)用至1條電話線上。一次群速率PRI：基于北美和日本T1系統(tǒng)23B+D=1.544Mb/s，或基于歐洲和中國E1系統(tǒng)30B+D=2.048Mb/s。主要為大型單位網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。 第58頁第58頁N-ISDN和B-ISDNISDN是基于銅線數(shù)字傳播技術(shù)，稱為窄帶ISDN（N-ISDN）。伴隨信息技術(shù)不斷發(fā)展，人們對通信要求越來越高，除原有語音、數(shù)據(jù)

15、、傳真業(yè)務(wù)外，還要求綜合傳播高清楚度電視、廣播電視、高速數(shù)據(jù)傳真等寬帶業(yè)務(wù)。由于N-ISDN很難適應(yīng)用戶需求，因此一個新型寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)B-ISDN（Broadband-ISDN）思想被提出來。這是一個基于光纖采用新互換技術(shù)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。B-ISDN不但包括所有N-ISDN業(yè)務(wù)，還能夠支持對帶寬要求更高電信業(yè)務(wù)。第59頁第59頁B-ISDN特點B-ISDN是從以下幾方面來確保其服務(wù)。全光纖通信，不論是主干線路還是用戶線路均使用光纖接入，（近距離可采取雙絞線）。它是基于光纖數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)ATM傳輸模式。B-ISDN不再使用傳統(tǒng)電路互換，而是采取一個新型快速分組互換技術(shù)，異步傳輸模式即ATM

16、使用虛通路概念，其比特率只受用戶到網(wǎng)絡(luò)接口物理比特率限制，網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供盡也許帶寬。從上面我們能夠看出，B-ISDN關(guān)鍵技術(shù)為ATM傳輸。ATM是一個采取固定信元（cell），綜合了電路互換與分組互換優(yōu)點新型互換技術(shù)。 第60頁第60頁ATM特點及工作原理固定信元ATM傳播模式中，所有數(shù)據(jù)信息被組織成53字節(jié)小分組，稱為信元。其中5字節(jié)為信元首部，48字節(jié)為凈負(fù)荷。固定信元可使網(wǎng)絡(luò)用硬件直接處理信元，縮短信元處理時間，確?？焖倩Q。簡化數(shù)據(jù)鏈路層功效由于ATM工作于低誤碼率光纖網(wǎng)絡(luò)上，鏈路層沒有差錯控制與流量控制，所有這些工作由端到端高層協(xié)議處理。高效靈活復(fù)用技術(shù)在ATM傳播中各信道信元是按信息量大小來排隊，是一個統(tǒng)計復(fù)用。第61頁第61頁ATM特點能支持不同速率各種業(yè)務(wù)任何業(yè)務(wù)也都可按實際需要來占用資源。 不論業(yè)務(wù)特性怎樣（速率高低、突發(fā)性大小、質(zhì)量和實時性