1、現(xiàn)場總線技術(shù),物理層與鏈路層協(xié)議,OSI參考模型示意圖,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,會話層,表示層,應(yīng)用層,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,會話層,表示層,應(yīng)用層,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,分組,幀,位流,TPDU,SPDU,PPDU,APDU,應(yīng)用協(xié)議,表示協(xié)議,會話協(xié)議,傳輸協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議,物理協(xié)議,端到端,點到點,一、物理層協(xié)議概述,用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程(procedure)。 可以將物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： （1）機械特性。 （2）電氣特性。 （3）功能特性。 （4）規(guī)程特性。,在物理連接上的傳輸方式一般都是串

2、行傳輸，即一個比特一個比特地按照時間順序傳輸。但是，有時也可以采用多個比特的并行傳輸方式。,物理層下面的傳輸媒體,傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。 傳輸媒體可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。,導向傳輸媒體 1雙絞線 把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合(twist)起來就構(gòu)成了雙絞線。 從用戶電話機到交換機的這段線稱為用戶線或用戶環(huán)路(subscriber loop)。,雙絞線,2同軸電纜 同軸電纜由內(nèi)導體銅質(zhì)芯線(單股實心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導體屏蔽層(也可以是單股的)以及保護塑料外層所組

3、成。,通常按特性阻抗數(shù)值的不同，將同軸電纜分為兩類： （1）50 同軸電纜 50 同軸電纜又稱為基帶同軸電纜。 在傳輸基帶數(shù)字信號時，可以有多種不同的編碼方法。下圖畫的是未經(jīng)編碼的原基帶數(shù)字信號和在計算機網(wǎng)絡(luò)中常用的兩種編碼方法，即：曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼。,（2）75 同軸電纜 75 同軸電纜又稱為寬帶同軸電纜。 在計算機通信中，“寬帶系統(tǒng)”是指采用了頻分復用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。 雙電纜系統(tǒng)的示意圖如圖3-9(a)所示。頭端(headend)的作用是將各計算機從發(fā)送電纜發(fā)過來的信息轉(zhuǎn)換到接收電纜，使得各計算機能從接收電纜上收到發(fā)送給它們的信息。 圖3

4、-9(b)為單電纜系統(tǒng)。,3光纜 光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細，其直徑只有8 100 m。正是這個纖芯用來傳導光波。包層較纖芯有較低的折射率。當光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大于入射角(如圖3-10所示)。,下圖畫出了光波在纖芯中傳播的示意圖。,只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大于某一個臨界角度，就可產(chǎn)生全反射。因此，可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱為多模光纖(如圖3-12(a)所示)。若光纖的直徑減小到只有一個光的波長，則光纖就像一根波導那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會產(chǎn)生多次

5、反射。這樣的光纖就稱為單模光纖(圖3-12(b)。,光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點，而且還具有其他的一些特點： （1）傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經(jīng)濟。 （2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。 （3）無串音干擾，保密性好，也不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。 （4）體積小，重量輕。,當采用光纖連網(wǎng)時，常常將一段段點到點的鏈路串接起來構(gòu)成一個環(huán)路，通過T形接頭連接到計算機。 T形接頭有兩種：無源的和有源的。無源的T形接頭由于完全是無源的，因此非?？煽?。 有源的T形接頭實際上就是一個有源轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖3-14所示)。,非導向傳輸媒體 1無線傳輸 2地面微波接力通信 其

6、主要特點是：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；因為工業(yè)干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對微波通信的危害比對短波和米波通信小得多，因而微波傳輸質(zhì)量較高；與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設(shè)投資少，見效快。,微波接力通信缺點：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時一個天線發(fā)射出的信號也會分成幾條略有差別的路徑到達接收天線，因而造成失真；微波的傳播有時也會受到惡劣氣候的影響；與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差； 對大量中繼站的使用和維護要耗費一定的人力和物力。,3衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信的最大特點是通信距離遠，且通信費用與通信距離無關(guān)

7、。 衛(wèi)星通信的另一特點就是具有較大的傳播時延。,二、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,鏈路(link)就是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結(jié)點。 數(shù)據(jù)鏈路(data link)則是另一個概念。這是因為當需要在一條線路上傳送數(shù)據(jù)時，除了必須有一條物理線路外，還必須有一些必要通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸(這將在后面討論)。 也有人采用另外的術(shù)語。這就是將鏈路分為物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路就是上面所說的鏈路，而邏輯鏈路就是上面的數(shù)據(jù)鏈路，是物理鏈路加上必要的通信協(xié)議。,1. 數(shù)據(jù)鏈路層需要解決的問題,1）為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù) 2）成幀 3）差錯控制 4）流量控制,如何在有差錯的線路上， 進行無差錯

8、傳輸。,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,1）為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù),將源端網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸給宿端網(wǎng)絡(luò)層。,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,傳輸層,應(yīng)用層,比特流,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,保證數(shù)據(jù)流的順序,傳輸層,應(yīng)用層,源,宿,2）成幀（Framing）,為了給網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，需要使用物理層提供的服務(wù)（比特流的透明傳輸） 使用物理層服務(wù)的方法： 把比特流分成離散的幀 通過幀的校驗和檢錯，采取相應(yīng)措施 成幀的方法 標識幀的首尾,字符流舉例,幀頭：說明幀的字符數(shù),控制字符傳輸錯誤,出現(xiàn)差錯帶來的問題 無法確定下一幀的幀頭位置 無法確定重傳幀的幀頭位置,位填充的首尾標識法舉例,幀首,01111110,01111101101111100,01111110,幀尾,數(shù)據(jù),帶填充位的首尾標志法（面向位） ：HDLC,填充位,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的基本功能,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,比特流,物理層,數(shù)據(jù)鏈路層,網(wǎng)絡(luò)層,發(fā)送方A,接收方B,from_network_layer,from_physical_layer,to_network