物理层接口及其协议
第3章 物理层协议及分析
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
ModBusRTU通讯协议
ModBusRTU通讯协议协议名称：ModBusRTU通讯协议一、协议概述ModBusRTU通讯协议是一种串行通信协议，用于在工业自动化领域中实现设备之间的数据交换。
本协议规定了通信的物理层、数据帧格式、功能码及其对应的数据格式，以及通信过程中的错误处理等。
二、物理层1. 通信接口：本协议使用RS485接口进行通信，支持多主机和多从机的通信方式。
2. 通信波特率：支持的通信波特率范围为9600bps至115200bps，可根据实际需求进行设置。
3. 数据位：通信数据位为8位。
4. 停止位：通信停止位为1位。
5. 校验位：通信校验位可选择为无校验、奇校验或偶校验。
三、数据帧格式1. 帧起始符：每个数据帧以一个起始符开始，起始符为一个字节，固定为0xFF。
2. 从机地址：紧随起始符之后的一个字节为从机地址，用于标识通信中的从机设备。
3. 功能码：从机地址之后的一个字节为功能码，用于指示从机设备执行的操作类型。
4. 数据域：功能码之后的数据域长度可变，根据功能码的不同而不同。
5. CRC校验码：数据域之后为两个字节的CRC校验码，用于检测数据传输过程中是否出现错误。
6. 帧结束符：每个数据帧以一个结束符结束，结束符为一个字节，固定为0x00。
四、功能码及数据格式1. 读取线圈状态（功能码：0x01）请求帧格式：[起始符][从机地址][功能码][起始地址高字节][起始地址低字节][读取数量高字节][读取数量低字节][CRC校验码][结束符]响应帧格式：[起始符][从机地址][功能码][字节数][线圈状态][CRC校验码][结束符]数据格式：线圈状态为一个字节，每个位表示一个线圈的状态（0表示OFF，1表示ON）。
2. 读取离散输入状态（功能码：0x02）请求帧格式：[起始符][从机地址][功能码][起始地址高字节][起始地址低字节][读取数量高字节][读取数量低字节][CRC校验码][结束符]响应帧格式：[起始符][从机地址][功能码][字节数][离散输入状态][CRC校验码][结束符]数据格式：离散输入状态为一个字节，每个位表示一个输入的状态（0表示OFF，1表示ON）。
OSI模型与TCPIP协议的关系
OSI模型与TCPIP协议的关系OSI模型与TCP/IP协议的关系在计算机网络领域中，为了实现不同设备之间的通信和数据传输，出现了OSI模型（Open Systems Interconnection Model）和TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）。
OSI模型是一种理论框架，用于描述和规范计算机网络中各个层次的功能和交互关系，而TCP/IP协议则是一种实际应用在网络中的协议集合，它实现了OSI模型中的相关功能。
OSI模型总共分为七个层次，每个层次负责不同的功能。
而TCP/IP协议则是根据OSI模型进行了简化和整合，将其分为四个层次。
下面将逐层介绍OSI模型和TCP/IP协议的关系。
第一层：物理层（Physical Layer）物理层是OSI模型和TCP/IP协议中的第一层。
它定义了硬件设备之间数据传输的物理特性和参数。
OSI模型中的物理层负责电压、电流、物理接口等底层细节，而TCP/IP协议中的物理层则更加关注网络传输媒介，如以太网、无线等。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层是OSI模型和TCP/IP协议中的第二层。
它负责将物理层所传输的数据包进行分割和组装，并进行差错检测和纠正。
OSI模型中的数据链路层主要包括了逻辑链路控制（LLC）和媒体访问控制（MAC）两个子层，而TCP/IP协议中的数据链路层则更加关注网络节点之间的直接通信，如以太网、无线等。
第三层：网络层（Network Layer）网络层是OSI模型和TCP/IP协议中的第三层。
它负责为数据包选择合适的路径和转发决策，以实现不同网络之间的数据传输。
OSI模型中的网络层包括了路由（Routing）和网络互联（Network Interconnection）等功能，而TCP/IP协议中的网络层则主要使用IP协议来实现数据的寻址和路由。
mipi接口协议
mipi接口协议MIPI（Mobile Industry Processor Interface）接口协议是一种应用于移动设备的串行接口协议，旨在提供高带宽、低功耗的数据传输解决方案。
MIPI接口协议由MIPI联盟开发和推广，广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备中。
MIPI接口协议定义了设备之间的物理连接和通讯协议，主要包括物理层接口（PHY）、数据链路层接口（Data Link）和传输层接口（Transport）。
物理层接口负责电信号的发送和接收，数据链路层接口负责数据的格式化和错误检测，传输层接口负责数据的拆分和组装。
MIPI接口协议的特点是高带宽和低功耗。
MIPI的物理层接口采用差分信号传输，可以支持高速数据传输。
而且MIPI接口的传输速率可以根据实际应用需求进行调整，最高可以达到几十Gbps的数据传输速率。
MIPI的低功耗设计使得移动设备在传输大量数据时能够保持较低的功耗，延长设备的待机时间。
MIPI接口协议还具有一定的灵活性和扩展性。
MIPI接口协议可以支持多种不同类型的数据传输，包括视频、音频、传感器数据等。
而且MIPI接口协议还支持多种不同的通信模式，比如点对点通信、广播通信等。
此外，MIPI接口协议还支持软件控制，可以通过软件配置接口的参数和功能。
MIPI接口协议在移动设备中的应用非常广泛。
比如，MIPI接口协议常用于手机中的摄像头接口，可以实现高速、高质量的图像传输。
MIPI接口还可以用于显示接口，实现高分辨率、高刷新率的显示效果。
此外，MIPI接口还可以用于传感器接口、触摸屏接口等。
总之，MIPI接口协议是一种应用于移动设备的串行接口协议，提供了高带宽和低功耗的数据传输解决方案。
MIPI接口协议的特点是高带宽、低功耗、灵活性和扩展性，广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备中。
随着移动设备的不断发展，MIPI接口协议也将不断进化和完善，为移动设备提供更高效、更可靠的数据传输方案。
OSI七层模型及其对应的协议
OSI 七层模型及其对应的协议OSI参考模型分为物理层、数据链路层、⽹络层、传输层、会话层、表⽰层、应⽤层。
如下表所⽰：1 物理层在OSI参考模型中，物理层（Physical Layer）是参考模型的最低层，也是OSI模型的第⼀层。
物理层的主要功能是：利⽤传输介质为数据链路层提供物理连接，实现⽐特流的透明传输。
物理层的作⽤是实现相邻计算机节点之间⽐特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。
使其上⾯的数据链路层不必考虑⽹络的具体传输介质是什么。
“透明传送⽐特流”表⽰经实际电路传送后的⽐特流没有发⽣变化，对传送的⽐特流来说，这个电路好像是看不见的。
2 数据链路层数据链路层（Data Link Layer）是OSI模型的第⼆层，负责建⽴和管理节点间的链路。
该层的主要功能是：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变为⽆差错的、能可靠传输数据帧的数据链路。
在计算机⽹络中由于各种⼲扰的存在，物理链路是不可靠的。
因此，这⼀层的主要功能是在物理层提供的⽐特流的基础上，通过差错控制、流量控制⽅法，使有差错的物理线路变为⽆差错的数据链路，即提供可靠的通过物理介质传输数据的⽅法。
该层通常⼜被分为介质访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）两个⼦层。
1）MAC⼦层的主要任务是解决共享型⽹络中多⽤户对信道竞争的问题，完成⽹络介质的访问控制； 2）LLC⼦层的主要任务是建⽴和维护⽹络连接，执⾏差错校验、流量控制和链路控制。
数据链路层的具体⼯作是接收来⾃物理层的位流形式的数据，并封装成帧，传送到上⼀层；同样，也将来⾃上层的数据帧，拆装为位流形式的数据转发到物理层；并且，还负责处理接收端发回的确认帧的信息，以便提供可靠的数据传输。
3 ⽹络层⽹络层（Network Layer）是OSI模型的第三层，它是OSI参考模型中最复杂的⼀层，也是通信⼦⽹的最⾼⼀层。
它在下两层的基础上向资源⼦⽹提供服务。
其主要任务是：通过路由选择算法，为报⽂或分组通过通信⼦⽹选择最适当的路径。
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。
计算机网络原理 物理层接口与协议
计算机网络原理物理层接口与协议物理层位于OSI参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。
物理层的传输单位为比特。
物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。
物理层协议规定了与建立、连接和释放物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。
其作用是确保比特流能在物理信道上传输。
图3-1 DTC-DCE接口ISO对OSI模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。
比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。
另外，CCITT在X.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。
这里的DTE(Date Terminal Equipment)指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；DCE(Date Circuit Terminating Equipment 或Date Communications Equipment)，指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。
DTE-DCE的接口框如图3-1所示，物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。
物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。
使各个厂家的产品都能够相互兼容。
1．机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等。
图3-2 常见连接机械特征图形3-2列出了各类已被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。
TCPIP模型及OSI七层参考模型各层的功能和主要协议
TCPIP模型及OSI七层参考模型各层的功能和主要协议注：⽹络体系结构是分层的体系结构，学术派标准OSI参考模型有七层，⽽⼯业标准TCP/IP模型有四层。
后者成为了事实上的标准，在介绍时通常分为5层来叙述但应注意TCP/IP模型实际上只有四层。
1、TCP/IP模型（1）物理层物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，⽽提供具有机械的，电⼦的，功能的和规范的特性，确保原始的数据可在各种物理媒体上传输，为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
（2）数据链路层主要提供链路控制（同步，异步，⼆进制，HDLC），差错控制（重发机制），流量控制（窗⼝机制）1） MAC：媒体接⼊控制，主要功能是调度，把逻辑信道映射到传输信道，负责根据逻辑信道的瞬时源速率为各个传输信道选择适当的传输格式。
MAC层主要有3类逻辑实体，第⼀类是MAC-b，负责处理⼴播信道数据；第⼆类是MAC-c，负责处理公共信道数据；第三类是MAC-d，负责处理专⽤信道数据。
2）RLC：⽆线链路控制，不仅能载控制⾯的数据，⽽且也承载⽤户⾯的数据。
RLC⼦层有三种⼯作模式，分别是透明模式、⾮确认模式和确认模式，针对不同的业务采⽤不同的模式。
3）BMC：⼴播/组播控制，负责控制多播/组播业务。
4）PDCP：分组数据汇聚协议，负责对IP包的报头进⾏压缩和解压缩，以提⾼空中接⼝⽆线资源的利⽤率。
（3）⽹络层提供阻塞控制，路由选择（静态路由，动态路由）等1）IP：IP协议提供不可靠、⽆连接的传送服务。
IP协议的主要功能有：⽆连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。
IP地址是重要概念2）ARP：地址解析协议。
基本功能就是通过⽬标设备的IP地址，查询⽬标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进⾏。
以太⽹中的数据帧从⼀个主机到达⽹内的另⼀台主机是根据48位的以太⽹地址（硬件地址）来确定接⼝的，⽽不是根据32位的IP地址。
TCP IP和OSI模型分别分为几层,每层主要作用以及包括的主要协议
TCP/IP协议分为4层1.网络接口层：对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。
主要协议：IP(Internet Protocol）协议3.传输层：提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。
主要协议：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP(User Datagram protocol）。
4. 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。
主要协议：FTP、TELNET、DNS、SMTP、RIP、NFS、HTTP。
OSI模型分为7层1.物理层：以二进制数据形式在物理媒体上传输数据。
主要协议：EIA/TIA-232, EIA/TIA-499, V.35, V.24, RJ45，FDDI。
2.数据链路层：传输有地址的帧以及有错误检测功能。
主要协议：Frame Relay, HDLC, ATM, IEEE 802.5/802.2。
3.网络层：为数据包选择路由。
主要协议：IP，IPX，AppleTalk DDP。
4. 传输层：提供端对端的接口。
主要协议：TCP，UDP，SPX。
5.会话层：解除或建立与别的接点的联系。
主要协议：RPC,SQL,NFS, ASP。
6.表示层：数据的表示、压缩和加密主要协议：TIFF，GIF，JPEG,，PICT，ASCII，MPEG,，MIDI。
7. 应用层：文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端。
主要协议：TELNET，FTP，HTTP，SNMP。
osi层模型的协议
osi层模型的协议OSI（开放系统互连）层模型是一种通信协议的框架，旨在规范计算机网络中数据传输的不同层级。
它被分为七个不同的层级，每个层级具有特定的功能，并与其上下层级进行交互。
在OSI层模型中，每个层级都有自己的一组协议，用于实现其功能并确保数据传输的可靠性。
第一层：物理层物理层是OSI层模型的最底层，负责处理物理连接和位传输。
该层定义了计算机硬件和网络设备之间的物理连接类型和电气规范。
常见的物理层协议包括以太网、串口通信和USB等。
第二层：数据链路层数据链路层负责在直接连接的两台设备之间传输数据。
它将原始比特流转换为数据帧，并通过物理层进行传输。
数据链路层包括MAC （媒体访问控制）子层和LLC（逻辑链路控制）子层。
以太网、无线局域网（Wi-Fi）和PPP（点对点协议）是常见的数据链路层协议。
第三层：网络层网络层负责在不同的网络之间进行数据传输。
它使用IP地址将数据包从源主机路由到目标主机，并处理数据分组的传输。
常见的网络层协议包括IP（互联网协议）和ICMP（Internet控制消息协议）。
第四层：传输层传输层为不同主机之间的数据传输提供可靠的端到端通信。
它负责数据的分段和重组，并确保数据的完整性和顺序。
传输层协议常见的有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
第五层：会话层会话层建立、管理和终止不同计算机之间的会话连接。
它负责确保通信的有序性，并提供错误恢复和流控制机制。
会话层使用了一些协议，如SSH（Secure Shell）和RPC（远程过程调用协议）。
第六层：表示层表示层负责数据的加密、解密和压缩。
它提供了不同计算机之间数据格式的转换和兼容性。
常见的表示层协议包括JPEG（图像压缩算法）和ASCII（美国标准信息交换码）。
第七层：应用层应用层是OSI层模型中最高层，它提供用户与计算机网络之间的接口。
应用层协议负责处理特定的网络应用，如电子邮件、文件传输和远程登录。
常见的应用层协议有HTTP（超文本传输协议）和DNS（域名系统）。
802.15.4协议规范（物理层）
802.15.4协议规范（物理层）802.15.4协议规范（物理层）IEEE802.15.4-2003协议规范规定了⼀个MAC层和两个PHY层。
802.15.4的主要协议框架如图所⽰。
这边只介绍物理层。
802.15.4协议架构1．协议概述在LR WPAN（⽆线个⼈区域⽹）中，存在两种不同类型的设备，⼀种是完整功能设备（FFD），⼀种是简化功能设备（RFD）。
FFD可以同时和多个RFD或FFD进⾏通信，所以常作为协调器，⽽RFD只能和⼀个FFD进⾏通信。
⼀个⽹络中⾄少有⼀个FFD作为PAN 主协调器。
LR WPAN⽹络中根据不同需要有两种⽹络拓扑结构：星型拓扑结构和对等拓扑结构。
星型拓扑结构由⼀个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成，主协调器必须是⼀个具有完整功能的设备，从设备可以是FFD也可以是RFD。
在对等拓扑结构中，每⼀个设备都可以与在⽆线通信范围内的其他任何设备进⾏通信，任何⼀个设备都可以定义为PAN 主协调器。
⽆论是星型拓扑还是对等拓扑⽹络结构。
每⼀个独⽴的PAN都以⼀个标识符以确保唯⼀性。
在设备发起连接时，可采⽤64位的长地址，只有在连接成功时，系统分配了PAN的标识符后，才能采⽤16位的短地址码进⾏连接。
在LR WPAN中，允许有选择性的使⽤超帧结构，超帧的格式由主协调器来定义，它分为16个⼤⼩相等的时隙，其中第⼀个时隙为PAN的信标帧。
任何从设备如果想在两个信标之间的竞争接⼊期间（CAP）进⾏通信，则需要使⽤具有时隙和免冲突载波检测多路接⼊（CSMA CA）机制同其他设备进⾏竞争通信。
在⼀些特殊情况下，可采⽤PAN主协调器的超帧中的⼀部分来完成这些特殊要求。
这部分称为保护时隙（GTS）。
多个保护时隙构成⼀个免竞争时期（CFP），但最多可分配7个GTS。
因为有⾜够的CAP空间保证为其他⽹络设备和其他希望加⼊⽹络的新设备提供竞争接⼊的机会。
有⽆GTS的超帧结构分别如下所⽰。
timetime⽆GTS 的超帧有GTS 的超帧1.1数据传输LR WPAN 中，主要有3种数据传输模式：从设备向主协调器发送数据；主协调器向从设备发送数据；从设备之间传送数据。
计算机网络原理——物理层
105 106 双绞线 调幅 海事 无线电 无线电
107 同轴电缆
108
109
1010 卫星
1011 1012
1013
1014
1015 光纤
1016
地面微波
调频 移动 无线电 无线电 电视 HF VHF UHF SHF EHF THF
波段
LF
MF
地表 对流层 电离层 空间及视线
空间
26
物理层
微波通信
允许发送 振铃指示
物理层
TD DTR SG DSR RTS
CTS RI
16
RS-232-C的规程特性
• 过程特性指RS-232-C的各条控制线在下列不同情况下接通
（ON，逻辑0）和断开（OFF，逻辑1）的顺序：
• 建立物理连接 • 传输数据比特流 • 释放物理连接
PSTN
物理层
17
建立物理连接
• 当DTE-A要与DTE-B通信时，将DTR(20)臵为ON ，同时通过TD(2)向 DCE-A发送电话号码信号，请求与对方建立物理连接； • DCE-B将RI(22)臵为ON，通知DTE-B有呼叫到达。DTE-B将DTR(20)臵 为ON，DCE-B接着产生载波信号，并将DSR(6)臵为ON ，表示已准备好；
30
[例1]
•采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则 S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps) B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
物理层
31
信道容量
1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps) 信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据 传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输 速率。 2)离散的信道容量 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H 的关系： B=2*H (Baud) ......⑸ 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式： C=2*H*log2N (bps) ......⑹ 式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单 位为Hz； N为一个码元所取的离散值个数。
第2章 物理层协议
网络协议
第2章 物理层协议
本章小结
1.物理层解决的问题
2.物理层接口的四个特性
机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 EIA RS-232 CCITT X.21
3.物理层协议示例
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网络协议
第2章 物理层协议
思考题
1．RS-232C的电气规范如何定义的？ 2．简述RS-232C工作过程。
状态。ON状态表示在进行数据传输，OFF状
态表示数据传输阶段已经结束。
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网络协议
第2章 物理层协议
各个信号功能
（5）位定时线（S）：DCE向DTE提供的位定
时信号，通知DTE码元的开始和结束，据此
DTE能知道每一位的开始和结束时间。 （6）字节定时（B）：DCE向DTE提供的字节 定时信息，表示DTE一个字节的开始和结束， 它是任选项。
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网络协议
第2章 物理层协议
3．X.21功能特性
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网络协议
第2章 物理层协议
各个信号功能
（1）保护地（G）。
（2）发送数据线（T）： DTE送往DCE的数据
信号和呼叫控制信号。 （3）接收数据线（R）：DCE送往DTE的数据 信号和呼叫控制信号。 （4）指示线（I）：表示DCE送往DTE的控制
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网络协议
第2章 物理层协议
举例：X.21接口数据传过程
DCE送回呼叫进行信号：R=呼叫进行信号
返回远端DTE对呼叫的响应结果：若呼叫成功，
则 R=1，I=ON
DTE发送数据：T=数据，C=ON
发送结束：T=0，C=OFF 线路释放：R=0，I=OFF 恢复初始状态：T=1，C=OFF，R=1，I=OFF
OSI各层上典型协议
OSI各层上典型协议OSI（Open Systems Interconnection，开放式系统互联）是国际标准化组织（ISO）定义的一个用于计算机网络互联的概念框架。
它由七个不同层级组成，每一层级对应着不同的任务和功能。
在每个层级上，使用特定的协议来实现该层级的功能。
下面将介绍每个层级上的典型协议。
第一层：物理层（Physical Layer）物理层是网络的最底层，关注网络的物理组件和数据传输的物理特性。
在物理层上，典型的协议有：1. 以太网（Ethernet）：广泛用于局域网（LAN）的数据链路层协议，负责将数据包从一个节点传送到另一个节点。
2.串行线路复用（SLIP）：一种简单的数据链路层协议，用于在串行线路上传输IP数据包。
3.增强型串行线路复用（PPP）：一种替代SLIP的协议，提供了更多的功能和可靠性。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责通过物理连接传输数据包。
典型的协议包括：1. 点对点协议（Point-to-Point Protocol，PPP）：用于在串行线路上建立点对点连接的协议。
2. 帧中继（Frame Relay）：一种用于分组交换的数据链路层协议，通常在广域网（WAN）中使用。
3. 以太网（Ethernet）：作为物理层和数据链路层之间的接口，用于在局域网中传输数据包。
第三层：网络层（Network Layer）网络层负责实现路由和寻址功能，使数据包能够在网络中传递。
典型的协议有：1. 互联网协议（Internet Protocol，IP）：定义了数据在网络中的传输方式和寻址规则。
2. 网络控制协议（Network Control Protocol，NCP）：在PPP上运行，协商建立和维护网络层协议的连接。
第四层：传输层（Transport Layer）传输层负责在发送和接收节点之间提供可靠的数据传输。
典型的协议包括：1. 传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）：提供面向连接的可靠数据传输服务。
什么是物理层协议
编号：_______________本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载什么是物理层协议甲方：___________________乙方：___________________日期：___________________什么是物理层协议篇一：计算机网络原理物理层接口与协议计算机网络原理物理层接口与协议物理层位于osi参与模型的最低层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即信道）。
物理层的传输单位为比特。
物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。
物理层协议规定了与建立、连接和释放物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规和程性的特性。
其作用是确保比特流能在物理信道上传输。
图3-1dtc-dce 接口iso对osi模型的物理层所做的定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。
比特流传输可以采用异步传输，也可以采用同步传输完成。
另外，ccitt在x.25建议书第一级（物理级）中也做了类似的定义：利用物理的、电气的、功能的和规程的特性在dte和dce之间实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。
这里的dte(dateterminalequipment) 指的是数据终端设备，是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，它们是通信的信源或信宿，如计算机、终端等；dce(datecircuitterminatingequipment 或datecommunicationsequipment) , 指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备、调制解调器等。
dte-dce的接口框如图3-1所示，物理层接口协议实际上是dte和dce或其它通信设备之间的一组约定，主要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。
物理层协议规定了标准接口的机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性，这样做的主要目的，是为了便于不同的制造厂家能够根据公认的标准各自独立地制造设备。
协议规范 物理层
802.15.4协议规范（物理层）IEEE802.15.4-2003协议规范规定了一个MAC层和两个PHY层。
802.15.4的主要协议框架如图所示。
这边只介绍物理层。
802.15.4协议架构1．协议概述在LR WPAN（无线个人区域网）中，存在两种不同类型的设备，一种是完整功能设备（FFD），一种是简化功能设备（RFD）。
FFD可以同时和多个RFD或FFD进行通信，所以常作为协调器，而RFD只能和一个FFD进行通信。
一个网络中至少有一个FFD作为PAN 主协调器。
LR WPAN网络中根据不同需要有两种网络拓扑结构：星型拓扑结构和对等拓扑结构。
星型拓扑结构由一个叫做PAN主协调器的中央控制器和多个从设备组成，主协调器必须是一个具有完整功能的设备，从设备可以是FFD也可以是RFD。
在对等拓扑结构中，每一个设备都可以与在无线通信范围内的其他任何设备进行通信，任何一个设备都可以定义为PAN 主协调器。
无论是星型拓扑还是对等拓扑网络结构。
每一个独立的PAN都以一个标识符以确保唯一性。
在设备发起连接时，可采用64位的长地址，只有在连接成功时，系统分配了PAN的标识符后，才能采用16位的短地址码进行连接。
在LR WPAN中，允许有选择性的使用超帧结构，超帧的格式由主协调器来定义，它分为16个大小相等的时隙，其中第一个时隙为PAN的信标帧。
任何从设备如果想在两个信标之间的竞争接入期间（CAP）进行通信，则需要使用具有时隙和免冲突载波检测多路接入（CSMA CA）机制同其他设备进行竞争通信。
在一些特殊情况下，可采用PAN主协调器的超帧中的一部分来完成这些特殊要求。
这部分称为保护时隙（GTS）。
多个保护时隙构成一个免竞争时期（CFP），但最多可分配7个GTS。
因为有足够的CAP空间保证为其他网络设备和其他希望加入网络的新设备提供竞争接入的机会。
有无GTS的超帧结构分别如下所示。
timetime无GTS 的超帧有GTS 的超帧1.1数据传输LR WPAN 中，主要有3种数据传输模式：从设备向主协调器发送数据；主协调器向从设备发送数据；从设备之间传送数据。
物理层接口及其协议
3 典型的物理层标准接口（5）
机械特性
- 15针连接器，ISO 4903。
电气特性
- 采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性。 - 传输速率：600，2400，4800，9600，48000bps - DTE使用非平衡型电气特性和平衡型电气特性；DCE使用平衡型 电气特性
功能特性
- 定义了8条功能线。
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4 传输介质（2）
基带同轴电缆
- 50欧姆，用于数据传输； - Fig. 2-4
宽带同轴电缆
- 75欧姆，用于模拟传输， - Cable TV技术，300MHz或450MHz
24
25
4 传输介质（3）
光纤
- 目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8 2.5 Gbps，8 10 Gbps ，32 10 Gbps的光纤传输已经实用； - 光纤分类：单模光纤和多模光纤 - 模式（mode）：是一个与很多参数有关的量，可以简单地理解 为偏振方向，单模光纤可以传输多种波长，但每个波长只能有一 种模式。 - 常用的三个波长窗口（光纤波段） Fig. 2-6 • 0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离受限制， 但价格便宜； • 1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放大情 况下，最大传40km（最坏情况）； • 1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最大传 80km（最坏情况）
6
2 物理层的特性（3）
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。
物理层接口
20 DTR
6 DSR
Байду номын сангаас21
同步传输空Modem电缆接线图
TxD 2 RxD 3 RTS 4 CTS 5 CD 8 Gnd 7 DTR 20 DSR 6 RxC 17 TxC 15 TXC 24
2 TxD 3 RxD 4 RTS 5 CTS 8 CD 7 Gnd 20 DTR 6 DSR 17 RxC 15 TxC 24 TXC
物理层接口
引入
OSI参考模型层次结构 物理层是七层模型的最底层 RS－232C接口 RS－449等接口
2
DTE与DCE
DTE（Data Terminal Equipment）又称数据终端 设备，指数据输入、输出设备和传输控制器或者计算 机等数据处理装置及其通信控制器。
DCE（Data Circuit-Terminating Equipment）又 称数据电路端接设备，指自动呼叫设备、调制解调器 （Modem）以及其它一些中间装置的集合。DTE的 基本功能是产生、处理数据；DCE的基本功能是沿 传输介质发送和接收数据。
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机械特性
RS-232-C的机械接口类型： 9针、1 5针、2 5针。
标准的 RS-232-C接口使用 2 5针的DB连接器（插头、 插座）。
注意：在针式结构和孔式结构的插头插座中引脚号的 排列顺序（顶视）是不同的。
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电气特性
内容：规定了发送端驱动器与接收端驱动器的信号电 平、负载容限、传输速率及传输距离。
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R S - 2 3 2传输距离
传输率
20Kbps 1200 bps 9600bps
距离
50英尺（15.24 m） 3 0 0 0英尺 2 0 0英尺。
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- 37芯或9芯连接器。
▪ห้องสมุดไป่ตู้电气特性
- 与RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，20Kbps以下 - 其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A 和RS-423-A，20Kbps ~
2Mbps
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3 典型的物理层标准接口（4）
▪ 功能特性
- 定义了30条功能线。
双工，全双工，同步，异步
▪ RS-232-C的不足与改进
- 不足 • 传输性能低，距离短，速率低。
- 改进 • 重新设计，X.21； • 以RS-232-C为基础改进，1977年提出RS-449。
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▪ Caption: RS-232 connectors, showing wiring for three-wire connection.
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2 物理层的特性（3）
▪ 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。
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3 典型的物理层标准接口（1）
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RS232-C。用于DTE/DCE之间的接口。 ▪ 机械特性
- 25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。
▪ 电气特性
- 采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”，高于+4V为 “0”，最 大 20Kbps，最长15m。
- 非平衡传输（unbalanced transmission）：所有电路共享一个 公用的地线。
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3 典型的物理层标准接口（5）
▪ 机械特性
- 15针连接器，ISO 4903。
▪ 电气特性
- 采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性。 - 传输速率：600，2400，4800，9600，48000bps - DTE使用非平衡型电气特性和平衡型电气特性；DCE使用平衡型
电气特性
▪ 功能特性
- 定义了8条功能线。
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3 典型的物理层标准接口（3）
3.2 EIA RS-449/422-A/423-A ▪ EIA RS-449 是为替代RS-232-C而提出的物理层标准接口。
实际上是一体化的三个标准。 ▪ 主要改进
- 改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率； - 增加了新的接口功能，例如，回送检查； - 解决了机械接口问题。
3
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)
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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；用于音频MODEM、公用数据网络 的接口中 • 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； 用于音频和宽带MODEM • ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22 ；用于公用数据网络的接口中
- 平衡传输（balanced transmission）：每个主要电路需要两根线 ，没有公用的地线。
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3 典型的物理层标准接口（2）
▪ 功能特性
- 定义了21条线，许多子集，基本与CCITT V.24兼容。 - Fig. 2-21(3rd edition)
▪ 规程特性
- 对不同的功能子集，有不同的规程。 - RS-232-C 有14种不同的接口类型，适合于：单工，半
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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。
- 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 RS423-A • CCITT V.11/X.27 ：新的平衡型电气特性，EIA RS-422A • CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C • CCITT X.21/EIA RS-449
▪ 规程特性
- 分成四个工作阶段：空闲，呼叫控制，数据传送，清除
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4 传输介质（1）--双绞线
Part Ⅱ
物理层接口及其协议
1
主要内容
1 物理层的定义和功能 2 物理层的特性 3 典型的物理层标准接口
3.1 EIA RS-232-C 3.2 EIA RS-449/422-A/423-A 3.3 CCITT X.21
4 传输介质 5 其它网络传输技术
2
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。
▪ 规程特性
- 基本上以RS-232-C为基础。
3.3 CCITT X.21 ▪ X.21：在公共数据网PDN中进行同步操作的
DTE/DCE之间的通用接口。 ▪ 1980年的X.21由两部分组成：
- “通用接口”：真正的物理层部分； - 用于电路交换网络的呼叫控制规程，用于DTE之间的连
接，涉及到许多数据链路层和网络层的功能。