第3章 计算机网络底层协议-3.1 物理层
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数据 控制 定时 地
✓ 主要定义各条物理线路的功能。 ✓ 线路的功能分为四大类：
➢ 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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3.2 物理层
物理层实例：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。 ➢ PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接 口。
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3.2 物理层
物理层实例：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。
✓ 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 RS422-A ✓ CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C ✓ CCITT X.21/EIA RS-449
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3.2 物理层
➢ 功能特性
➢ 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。
➢ 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）
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3.2 物理层
物理层特性： ➢ 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 的范围。 ➢ 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。 ➢ 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
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。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
（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。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 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。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
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3.2 物理层
➢ 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 RS366-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
右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EIARS-232C连接器，要求EIA高电压。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
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。
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作业题： 1.物理层要解决什么问题？有哪些重要特性？ 2.光纤、同轴电缆、五类双绞线等是OSI模型中的物 理层吗？为什么？ 3.我们所学的课程中，哪些课程是为解决物理层的问 题？
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（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： ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2， 3，4，5，6，7，8，20，22 ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15， 16，17，19,23，24） ③空6个（9，10，11，18，21，25） ④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。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
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 上图显示了1488和1489的内部结构和引脚。 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
现代通信网络
第3章 计算机网络底层协议
3.1 物理层 3.2 数据链路层 3.3 网络层 3.4 MPLS技术 3.5 网络互联
1Fra Baidu bibliotek
3.2 物理层
➢ 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。
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3.2 物理层
➢ 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 RS232-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
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C 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。
✓ 主要定义各条物理线路的功能。 ✓ 线路的功能分为四大类：
➢ 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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3.2 物理层
物理层实例：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。 ➢ PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接 口。
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3.2 物理层
物理层实例：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。
✓ 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 RS422-A ✓ CCITT V.28：非平衡型电气特性，EIA RS-232-C ✓ CCITT X.21/EIA RS-449
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3.2 物理层
➢ 功能特性
➢ 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。
➢ 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）
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3.2 物理层
物理层特性： ➢ 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 的范围。 ➢ 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。 ➢ 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
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。
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物理层实例：EIA RS-232-C
（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。
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物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 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。
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物理层实例：EIA RS-232-C
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➢ 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 RS366-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
右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EIARS-232C连接器，要求EIA高电压。
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物理层实例：EIA RS-232-C
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。
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作业题： 1.物理层要解决什么问题？有哪些重要特性？ 2.光纤、同轴电缆、五类双绞线等是OSI模型中的物 理层吗？为什么？ 3.我们所学的课程中，哪些课程是为解决物理层的问 题？
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（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： ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2， 3，4，5，6，7，8，20，22 ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15， 16，17，19,23，24） ③空6个（9，10，11，18，21，25） ④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。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
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 上图显示了1488和1489的内部结构和引脚。 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
现代通信网络
第3章 计算机网络底层协议
3.1 物理层 3.2 数据链路层 3.3 网络层 3.4 MPLS技术 3.5 网络互联
1Fra Baidu bibliotek
3.2 物理层
➢ 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。
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3.2 物理层
➢ 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 RS232-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
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C 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。