第3章 物理层协议及分析
数据通信与计算机网络(第二版)-作业答案
第1章计算机网络概论1、什么是计算机网络？计算机网络的最主要的功能是什么？答：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统就是计算机网络。
计算机网络的主要功能：资源共享、数据通信、分布式处理、负载均衡、提高系统的可靠性和可用性等等。
2、计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段有什么特点？答：计算机网络的发展可划分为三个阶段。
第一个阶段是从单个网络APPANET向互联网发展的过程。
最初只是一个单个的分组交换网，并不是一个互联网络。
后来，ARPA才开始研究多种网络互联的技术。
第二个阶段是建成了三级结构的因特网。
分为：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
这种三级网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要部分。
第三个阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
3、说明网络协议的分层处理方法的优缺点。
答：优点：可使各层之间互相独立，某一层可以使用其下一层提供的服务而不需知道服务是如何实现的；灵活性好，当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响；结构上可以分割开，各层可以采用最合适的技术来实现；易于实现和维护；能促进标准化工作。
缺点：层次划分得过于严密，以致不能越层调用下层所提供的服务，降低了协议效率。
4、将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。
答：TCP/IP和OSI的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层，不同点有：OSI分七层，而TCP/IP分为四层；OSI层次间存在严格的调用关系，两个层实体的通信必须通过下一层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议效率;OSI只考虑用一种标准的公用数据网。
5、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？答：计算机网络的硬件组成包括服务器、主机或端系统设备、通信链路等6、计算机网络可从哪几个方面进行分类？答：计算机网络可以从网络的交换功能、网络的拓扑结构、网络的覆盖范围、网络的使用范围等方面进行分类。
osi各层协议
osi各层协议OSI模型（Open Systems Interconnection Reference Model）是由国际标准化组织（ISO）制定的网络协议参考模型，在网络通信中起到了非常重要的作用。
OSI模型将网络通信分为七个层级，每个层级具有不同的功能和协议。
以下是对每个层级的简要介绍：第一层：物理层（Physical Layer）物理层是OSI模型最底层的层级，负责处理物理介质和电信号传输。
主要职责是将比特流转换成电信号或光信号，并通过物理介质传输，例如：网线、光纤、Wi-Fi、蓝牙、红外线等等。
该层没有识别任何网络设备或协议，仅负责将数字数据转换成信号传输。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责数据包的传输和数据传输的控制。
该层负责建立为节点之间数据传输的逻辑通道，并处理帧同步、流量控制、错误检测和纠错。
数据链路层中的协议有：以太网、局域网、WLAN、PPP等。
第三层：网络层（Network Layer）网络层负责网络间的数据传输、寻址和路由。
该层通过IP协议确定来源和目标设备，并使用路由协议将数据包从源设备发送到目标设备。
此外，网络层还负责分割和重组数据包，以便在中间经过的路由器之间进行传输，以便操作系统能找到目标设备并将数据包正确路由。
较著名的协议包括：IP、ARP、RARP、ICMP及IPsec等。
第四层：传输层（Transport Layer）传输层用于维护数据传输的完整性和可用性。
该层负责确认和处理数据传输过程中的错误，确保数据按正确的顺序传输，还负责拥塞控制。
传输层协议有：TCP、UDP及SPX等。
TCP是传输控制协议，它提供了可靠的数据传输，也精确确定要传输的数据，以及控制拥塞的情况。
UDP是用户数据包协议，它允许发送方将数据发送到网络上，但对数据传输过程中的错误不做保障和验证。
第五层：会话层（Session Layer）会话层负责建立传输的会话和维护其状态。
第3章 SAEJ1939协议
几个基本概念
※报文（ Message）:指一个或多个具有相同参数组编号的 CAN 数据帧。 ※包 （Packet）:一个单一的CAN 数据帧就是一个包。当 一条报文包含参数组的数据长度小于等于８个字节时，这 样的报文也称为包。 ※多包报文（ Multipacket Messages）:当具有相同参数组 编号的所有数据需要使用多个CAN 数据帧来传输时使用的 一种J1939报文。每个CAN 数据帧拥有相同的标识符，但 在每个包中数据不同。
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3.2 物理层（Physical Layer）
物理层主要定义电气接口和物理介质，实现网络中电控单元 （ECU）之间的电连接
机械特性—指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目 和排列、固定和锁定装置等等 电气特性—指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围 功能特性—指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种 意义 实现方式：由半导体厂家以及其他元器件生产厂家提供器件 来实现。
4
CAN的发展概况
20世纪80年代，Bosch的工程人员开始研究用于汽车的串 行总线系统 1986年， Bosch在SAE（汽车工程师协会）大会上提出了 CAN 1987年，INTEL就推出了第一片CAN控制芯片—82526； 随后Philips半导体推出了82C200。 1991年9月BOSCH公司发布了CAN技术规范2.0，该技术 规范包括A和B两部分。 1993年，CAN的国际标准ISO11898公布 1994年，美国SAE以CAN 2.0B通信协议为基础，制定了面 向客车和载重货车的CAN网络通信协议SAE J1939
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物理层－电气特性
与总线断开的 ECU 的交流参数 参数 位时间 内部延迟时间 内部电容值 差动内部电容值 可用时间 信号上升下降时间 符号 tB tECU Cin Coff tavail tr tf 最小值 3.998 0.0 0 0 2.5 200 50 25 额定值 4.000 最大值 4.002 0.9 100 50 μs 40米的总线长度 40 米的总线长度从信号的 10％到 90％处测得 单位 μs μs 条件 250kbit∕s
物理层详解
物理层详解物理层是计算机网络领域中的一个重要概念，它是网络协议中的第一层，主要功能是将数据转换成物理信号进行传输。
本文将详细介绍物理层的定义、功能和组成部分。
一、物理层的定义：物理层是网络协议的第一层，主要负责透明地传输原始数据。
在物理层中，数据被转换成特定的电信号，在网络媒介上传输。
它定义了数据传输的物理规范，包括传输介质、数据编码、数据传输速率等。
二、物理层的功能：1.数据的编码和解码：物理层负责将数字数据转换为模拟信号进行传输，并将接收到的模拟信号转换为数字数据进行解码。
为此，物理层需要定义数据的编码方式，例如常见的8B/10B编码、曼彻斯特编码等。
2.数据的传输：物理层负责将编码过的数据按照预定的方式传输。
它需要定义传输介质的类型和特性，例如有线传输、无线传输和光纤传输等。
传输速率是物理层的另一个重要特性，它决定了数据传输的速度。
3.传输媒介的管理：物理层需要定义传输媒介的类型、长度、宽度等，以便正确地传输数据。
它还负责检测传输媒介上的错误和干扰，并进行纠正或重传。
三、物理层的组成部分：物理层包括以下组成部分：1.传输介质：物理层使用不同类型的传输介质，例如双绞线、同轴电缆、光纤等。
每种介质都有其特定的传输特性和使用限制。
2.传输速率：物理层定义了数据传输的速率，通常以bps（比特每秒）为单位，例如10M bps、100M bps和1G bps等。
3.信号编码：物理层使用不同类型的编码方式将数字数据转换为模拟信号进行传输。
编码方式取决于传输介质的特性和信号需求。
4.传输媒介的处理：物理层需要对传输介质进行预处理，例如放大、整形、调整等，以保证数据在传输过程中的稳定性和正确性。
综上所述，物理层是网络协议中最基本的层次之一。
它负责将原始数据转换为物理信号进行传输，为更高层次的网络协议提供底层的传输支持。
一个高效、可靠的物理层是实现网络快速、稳定传输的关键。
物理层协议有哪些
物理层协议有哪些物理层协议是计算机网络中的重要组成部分，它负责传输数据比特流的物理特性和传输媒体的特性。
在计算机网络中，物理层协议有很多种，每种协议都有其特定的作用和应用场景。
接下来，我们将介绍一些常见的物理层协议。
首先，最常见的物理层协议之一是以太网协议。
以太网协议是一种广泛应用于局域网的协议，它定义了数据在局域网中的传输方式和规则。
以太网协议使用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）技术来协调多个设备之间的数据传输，保证数据的可靠传输。
其次，另一种常见的物理层协议是无线局域网协议，即Wi-Fi协议。
Wi-Fi协议是一种无线局域网技术，它允许设备通过无线方式连接到局域网，并实现数据的传输。
Wi-Fi协议使用无线电波进行数据传输，通过无线接入点实现设备之间的通信，为用户提供了便利的无线网络连接方式。
此外，还有一种重要的物理层协议是蓝牙协议。
蓝牙协议是一种短距离无线通信技术，它可以实现设备之间的低功耗、短距离的数据传输。
蓝牙协议广泛应用于各种消费电子产品中，如手机、耳机、音箱等，为这些设备之间的互联互通提供了便利。
此外，还有一些其他的物理层协议，如RS-232、RS-485等串行通信协议，它们通常用于工业控制领域，实现设备之间的串行数据传输。
另外，还有一些光纤通信协议，如光纤通道协议（FCP）、光纤分布式数据接口（FDDI）等，它们用于光纤网络中的数据传输。
总的来说，物理层协议是计算机网络中的重要组成部分，它们定义了数据在物理传输媒体上的传输方式和规则，为不同类型的网络和设备提供了数据传输的基础。
不同的物理层协议适用于不同的场景和应用，选择合适的物理层协议对于网络的性能和可靠性至关重要。
希望通过本文的介绍，读者能够对物理层协议有一个更加全面和深入的了解。
物理层协议
物理层协议引言在当今信息化社会中，通信技术无处不在，而物理层协议则是确保信息传输的基石。
本文旨在简明扼要地介绍物理层协议的基本概念、功能以及常见的物理层标准。
物理层协议概述物理层是计算机网络OSI模型的第一层，负责通过物理媒介（如电缆、光纤）传输原始比特流。
物理层协议定义了数据传输的电气、机械、过程和功能标准。
它确保数据能够在不同的物理媒介上正确地发送和接收，同时处理硬件地址、拓扑结构、信号传输等问题。
主要功能- 数据传输：物理层协议规定了如何在各种物理媒介上发送和接收数据。
- 同步：确保数据的发送和接收能够同步进行，防止数据丢失或重复。
- 物理寻址：在某些网络中，物理层还负责设备的物理地址识别。
常见物理层标准以太网标准以太网是最常见的局域网络技术之一，其物理层标准包括IEEE 802.3系列，这些标准涵盖了电缆的类型、接口、传输速率等。
串行通信标准串行通信如RS-232、RS-485等，它们定义了数据在串行线路上的传输方式，包括电压水平、连接插头的形状和针脚的数量等。
光纤通信标准光纤通信因其高速度和抗干扰性而被广泛使用，相关的物理层标准如SONET/SDH定义了光纤的传输速率、信号编码等。
物理层协议的重要性物理层协议对于整个网络通信系统的稳定性和效率至关重要。
没有有效的物理层协议，数据的传输可能会受到干扰，导致数据损坏或丢失，进而影响上层协议的正常工作。
因此，设计高效、可靠的物理层协议是网络通信技术发展的基础。
结论物理层协议作为网络通信的底层支撑，虽然对终端用户不可见，但其重要性不容忽视。
随着技术的发展，物理层协议也在不断进化，以满足更高的数据传输速率和更好的传输质量需求。
了解物理层协议的基本知识，有助于我们更好地理解网络通信的原理及其工作机制。
物理层协议
时，允许数据传输速率不超过20kbps。
EIA RS-232 / V.24
功能特性：与CCITT的V．24建议书一致。 它规定了什么电路应当连接到25 根引脚中的哪一根以及该引脚的 作用
规程特性：与CCITT的V．24建议书一致。
2.9 物理层协议举例
物理层位于OSI参考模型的最底层， 它直接面向传输介质，负责在传输介质之 上为数据链路层提供一个传输原始比特流 的物理连接.
物理层协议基本特性
机械特性：规定了物理连接所采用的连接
器的形状、大小、各个接线引脚的数量、排 列情况等。
电气特性：规定了DTE和DCE接口连接导线
端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、 接收数据能力的设备，如PC机。 DCE (Data Circuit-terminating Equipment) 是数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路 之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建 立、保持和释放数据链路的连接，如modem。
两个 DTE 通过 DCE进行通信的例子
EIA RS 232 / V.24 标准接口
EIA-RS 232 / V.24 数据传输流程
EIA RS-449 / V.35 接口标准
EIA RS-232接口标准有两大弱点，连接电缆最大长度
不能超过15m，数据传输率最高只有20kb/s (但当连接电 缆长度较短时，数据传输速率可适当提高)；由于以上两 大弱点，促使人们制订性能更好的接口标准。
新的RS-449 标准由 以下3 个标准组成。即：
RS-449 (37引脚插头座，规定接口的机械/功能/过 程特性，RS-449相当于CCITT的V.35) RS-423-A (规定非平衡传输时的电气特性，可达 300kb/s@10m) RS-422-A (规定平衡传输时的电气特性，可达 2Mb/s@60m 或 10Mb/s@10m)
物理层协议
物理层协议1. 引言物理层是计算机网络体系结构中的第一层，负责将逻辑数据转换为物理信号并通过通信媒体传输。
为确保可靠和高效的数据传输，物理层需要遵循一定的协议。
本文将介绍物理层协议的基本概念、功能和工作原理，以及常见的物理层协议。
2. 物理层协议的概念和功能物理层协议是指在物理层上制定的一组规则和约定，用于确保不同设备之间的数据传输能够在通信媒体上进行。
物理层协议主要有以下几个功能：•信号传输：物理层协议负责将数字信号（0和1）转换为模拟信号，通过物理介质（如电缆、光纤等）进行传输。
•数据编码：为了提高数据传输的可靠性和抗干扰能力，物理层协议需要对数据进行编码和调制。
常见的编码方式包括非归零编码、曼彻斯特编码等。
•时钟同步：物理层协议需要确保发送方和接收方的时钟同步，以便正确解析传输的数据。
•帧同步：物理层协议需要确保发送方和接收方的数据帧同步，以便正确划分和解析数据帧。
3. 常见的物理层协议3.1 EthernetEthernet是一种常用的局域网物理层协议，基于CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）技术。
它采用4对双绞线作为传输介质，支持不同传输速率（如10Mbps、100Mbps、1Gbps等）。
Ethernet协议定义了数据帧的格式、帧同步机制、传输介质的电气和物理特性等。
Ethernet协议采用非归零编码进行数据传输，同时使用曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码进行时钟同步。
在数据传输过程中，如果检测到碰撞，则通过CSMA/CD机制进行碰撞检测和重传。
3.2 Wi-FiWi-Fi是一种无线局域网物理层协议，基于无线电波进行数据传输。
Wi-Fi协议定义了数据帧的格式、传输介质的频段和调制方式，以及接入点和终端之间的认证和加密机制。
Wi-Fi协议采用OFDM（正交频分复用）技术进行数据传输，可以实现高速数据传输和抗干扰能力。
同时，Wi-Fi协议还支持多信道和MIMO（多输入多输出）技术，提高无线传输的带宽和可靠性。
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信号地线
3．3常见的物理层接口
3．3．1 RS-232接口
1、机械特性 2、电气特性 3、功能特性 4、规程特性
3．3常见的物理层接口
A站 RS-232 DTE CD（20） DCE DCE
…
D站 RS-232 DTE CD（20）
…
CC（6） CA（4） II CB（5） III CF（8） DB（15） BA（2） IV DD（17） BB（3） CA（4） CB（5） V CF（8）
发生器
平衡 互连电缆
负载 电缆 端接 RL R B' 接收
CCITT V.11/X.27 (EIA RS-422A)
A ห้องสมุดไป่ตู้ B C
A' 发生器 接口 负载 接口 Vg
C'
互连电缆 发生器 负载
CCITT V.28 (EIA RS-232A)
G
接口 点
R
采用分立元件技术 非平衡接口 每个电路使用一根导线 两个方向共用一个信号地线 信号速率 20kbit/s 距离 15m 发生器串扰较大
M
M
四线数 字环路
…
(a)用于模拟信道 图3.1 连接信道的DCE设备
(b)用于数字信道
3．2物理层接口基本特性分析
1、机械特性 2、电气特性 3、功能特性 4、规程特性
V系列建议 X系列建议 I系列建议 EIA标准 终 端 D T E D C E
…
V系列建议 I系列建议 线路 D C E
V系列建议 X系列建议 I系列建议 EIA标准
3．3．3 X.21接口
表 3.3 X.24 和 X.21 功能定义表
电路符号 G Ga T R C I S B F X Gb 电 路 名 称 信号地线或公共回线 DTE公共回线 发送线 接收线 控制线 指示线 信号码元定时 字节定时 帧开始识别 DTE信号码元定时 DCE公共回线 控制 数据/控制 数据/控制 控制 控制 定时 定时 定时 定时 控制 类 型 X.24接口电路 来自DCE 到DCE X.21接口电路 来自DCE 到DCE
3．3．4 V.35接口
最初版本由ITU-T于1968年发布 常被用于支持DTE和DSU之间的接口 机械特性符合ISO2593建议，是一个34针插 头/座
3．4小结
1、重点 物理层的功能 物理层协议 几个重要的物理层接口 典型接口的协议分析及应用 2、难点 物理层协议的理解 物理层协议的四大特性分析 RS-232、V.35、以太网口的特性与应用
I
载频信号 数据信号 数据信号 载频off 载频off
图3.6 DTE/DCE接口的全双工操作
I CC（6） CA（4） II CB（5） CF（8） III DD（17） BB（3） DB（15） BA（2） IV
CF（8） CA（4） CB（5）
V
3．3．2 RS-449接口
RS-449是在RS-232基础之上发展起来的，主 要特点是： 使用ISO4902连接器，它由37针加9针组成。 允许信号在60 m长的电缆上达到2 M速率， 距离越短，速率越高，在距离为10 m左右， 传信率可达10 M。 增加了10条控制线，可以完成测试等功能。
第3章 物理层协议及分析
本章学习导引 3．1物理层功能 3．2物理层接口基本特性分析 3．3常见的物理层接口 3．4小结
3．1物理层功能
提供了比特流的透明传输，包括：
1、在DTE和DCE接口处提供数据连接 2、在设备间提供控制信号和时钟信号 3、提供机械连接器，以完成匹配
D 终 T 端 E 线 路 主 D 计 T 算 E 机 V.35 终 端 D T E DCE设备 D C S S U U
采用集成电路技术 半平衡发生器用波状信号 差动（微分)接收器 每个电路使用一根导线 每个方向使用单独的信号返回 线 信号发送速率可达300kbit/s 距离:1000m( 3kbit/s) 到10m(300kbit/s) 串扰较小 可与V.28和V.11/V.27交互操作 采用集成电路技术 平衡发生器 差动（微分)接收器 每个电路两个方向 信号发生速率可达10Mbit/s 距离:1000m( 100kbit/s) 到10m(10Mbit/s) 串扰极小 可与V.10/V.26交互操作
…
D 主 T 计 E 算 机
图3.2 物理层接口标准及其位置
3．2物理层接口基本特性分析
接口的性能比较：
表3.1 标 准 电
发生器
几种接口性能比较 接 口
负载 接收
气
电
气
特
性
互连电缆
CCITT V.10/X.26 (EIA RS-423A)
G
A
信号地线 A' 负载 接口 B' C' R
发生 信号公共 器接口 返回 C Vg