第3章 物理层接口

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第4讲 物理层接口
主讲:柴亚辉
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
学习目标
学习完本章,您应该能够:
描述物理层的功能 描述物理层的介质 理解线缆的规范和连接方式 制作和测试线缆
3
课程内容
物理层概述 物理介质 线缆的规范和连接
12345678
12345678
Side 2
Side 1
1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕
Side 1
1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕
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Side 2
1=白/橙 2=橙 3=白/绿 4=蓝 5=白/蓝 6=绿 7=白/棕 8=棕
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功能与规程特性
功能特性: 说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种
意义。即每一条线的功能分配和确切定义。 通常 信号线可分为四类:数据线、控制线、同步线和 地线。
规程特性: 即通信协议,说明对于不同功能的各种可能
事件的出现顺序。即各信号线的工作规则和先后 顺序。
10
课程内容
物理层概述 物理介质 线缆的规范和连接
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EIA-232/V.24信号定义
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过程特性
接口进行数据交换的工作过程: 1.设备加电; 2.发出连接请求; 3.接受连接请求; 4.建立连接; 5.数据交换; 6.发出断开请求; 7.接受断开请求。
保证通信的基本要求:传输速度、组成数据包 的位数、包的起始位 /停止位、奇偶校验以及 半双工 /全双工等协调一致。
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RS - 232传输距离
传输率 20Kbps 1200 bps 9600bps
距离 50英尺(15.24 m)
3000英尺 20英尺。
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功能特性
内容:对接口各引脚的功能和连接关系作出定义。 RS-232-C接口在不同的应用场合所用到的信号线 是不同的。 例如,在异步传输时,不需要定时信号线;在非交 换应用中则不需要某些控制信号;在不使用备用 信道操作时,则可省去5个反向信号线。
物理介质采用5类以上双绞线 网段长度最多100米 100Base-FX 物理介质采用单模光纤,网段长度可达10公里 物理介质采用多模光纤,网段长度最多2000米
T代表Twisted(双绞线),F代表Fiber(光纤)
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1000Mb/s以太网
由IEEE802.3z和IEEE802.3ab定义 1000Base-T
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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。
Side 2
1=白/绿 2=绿 3=白/橙 4=蓝 5=白/蓝 6=橙 7=白/棕 8=棕
设备连接方式
主机 路由器 交换机MDIX 交换机MDI 集线器
主机 路由器 交换机 MDIX 交换机 MDI 集线器
交叉 交叉 直连
N/A
直连
交叉 交叉 直连
N/A
直连
直连 直连 交叉
直连
交叉
N/A N/A 直连
21
常见光接口连接器
SC/PC型光连接器
ST型光连接器
FC/PC型光连接器
BNC型光连接器
22
MTRJ型光连接器
无线通信 无线电波:传输数据速度为2-6Mbps,适用于短距离 微波:地面微波的速度为4-6GHz,卫星微波为11-
14GHz 红外线:一个方向16Mbps,多个方向不超过1Mbps
23
44
异步传输的空Modem接线
TxD 2 RxD 3 Gnd 7
2 TxD 3 RxD 7 Gnd
异步传输的空Modem简单连接
45
异步传输空Modem接线图
TxD 2
RxD 3
RTS 4
CTS 5
CD
8
Gnd 7
DTR 20
DSR 6
2 TxD
3 RxD
4 RTS
5 CTS
8
CD
7 Gnd
20 DTR
29
10Mb/s以太网
10Base-T 目前使用最广泛的局域网标准之一 使用双绞线作为物理传输介质
10Base5 曾经广泛应用于主干局域网 使用粗同轴电缆作为物理传输介质
10Base2
5代使用表细传同输轴距电离缆为作5为0物0米理,传2输代介表质200米 (185m)
30
100Mb/s以太网
又称快速以太网,由IEEE802.3u标准定义 100Base-TX
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物理介质分类
有线传输介质
同轴电缆
双绞线 光纤
无线传输介质
卫星
微波 红外线
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同轴电缆
10base2 细同轴电缆
10base5 粗同轴电缆
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同轴电缆和计算机连接
客户机
终端 电阻
客户机
BNC T型连接器
终端 电阻
服务器
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客户机
双绞线
双绞线
RJ-45 和AUI
Attachment Unit Interface
6 DSR
46
同步传输空Modem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
光信号导入光纤 光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转
变成电信号,经解码后再作相应处理
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光纤
光纤中心是光传播的玻璃芯
芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套,以使光 纤保持在芯内
再外面的是一层薄的塑料外套,用来保护封套
塑料外壳
光芯
玻璃封套
一束三根光纤的剖面图
18
单模光纤与多模光纤的比较
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电气特性缺陷
参考地(信号地)问题: 1、发送端和接收端的逻辑地可能不一致 2、为减少地电位对信号的影响,使用较高的传送
电压。
电缆电容问题: EIA标准规定在数据传输率为20Kbps时,被驱动 电路的电容(包括所连电缆电容)必须小于 2500pf。对于一个多芯电缆来说,每英尺电容为 40~50pf,限制了传输距离。
标准 定义了物理层接口通信的标准,包括:
机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
6
物理层 802.3
物理层功能
物理层协议要解决的是主机、工作站等数据终端 设备与通信线路上通信设备之间的接口问题。 按照国际标准化组织(ISO)的术语,将这两种 设备分别称为DTE和DCE
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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常见局域网类型
不同网络类型,物理层规范和标准不同 常见局域网包括:
以太网(Ethernet) 令牌总线(Token Bus) 令牌环网(Token Ring) FDDI(光纤分布式数据接口) IEEE802.3定义以太网标准,支持多种速率和在多种介 质上传输数据 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 同轴电缆、STP、UTP、单模光纤、多模光纤
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各种电缆
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
Βιβλιοθήκη Baidu
绝缘层 铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 绝缘层
铜线
同轴电缆
绝缘保护套层 外导体屏蔽层 绝缘层
内导体
光纤通信系统的基本构成
光源是光波产生的根源(激光器或发光二极管产生) 光纤是传输光波的导体(单模、多模光纤) 光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再将
无线与卫星通信技术
电磁波的传播有两种方式:
— 以无线方式一种是在自由空间中传播; — 以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。
无线方式进行通信的主要有: 1.无线(radio):传输数据速度为2-6Mbps,适用于短距离 2.微波(microwave):地面微波速度4-6GHz,卫星为11-14GHz 3.红外(infrared):一个方向16Mbps,多个方向不超过1Mbps 4.可见光(visible light)
物理介质采用5类以上双绞线,网段长度最多 100米
1000Base-F 物理介质采用单模光纤,网段长度最多500米
Base代表传输基带信号,曼彻斯特编码
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5类双绞线的线序
直连网线
交叉网线
12345678
橙绿蓝棕 白白 白 白 橙绿 蓝 棕
Side 1
12345678
12345678
Side 2 Side 1
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机械特性
RS-232-C的机械接口类型: 9针、15针、25针。
标准的 RS-232-C接口使用 25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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空Modem
概念: 直接通过RS-232-C接口将两个DTE连接起来 的方法称为空Modem(null modem)连接 方式。
注意:空Modem连接不同于一般标准RS-232-C连 接电缆,标准RS-232-C电缆由于两端的连接器不 同,因而它有方向性。 而空Modem连接没有方向性,其任一端均可与 计算机或终端等DTE设备相连,而计算机或终端 的接口均和原来与Modem连接时的接口相同。
4
2.2.1 数据通信系统的模型
数据通信系统
数字比特流 模拟信号
模拟信号 数字比特流
正文 PC 机 调制解调器
公用电话网
调制解调器
正文 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统


的信号




接收器
终点
接收


的信号






物理层功能
物理层的功能:实现在传输介质上传输比特流 物理层定义了建立、维护和拆除物理链路的规范和
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V.35电气特性、传输速率和距离
控制信号遵从标准RS-232电平标准:±12V 数据与时钟遵从V.35电平标准:±0.5V 同步方式下最大传输速率是:2048000 bps EIA/TIA-V.35 电缆的速率和传输距离
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机械特性与电气特性
机械特性:规定了DTE与DCE实际的物理连接,如接 插件的形状和尺寸、插头的数目、排列方式以及插头 和插座的尺寸、电缆的长度以及所含导线的数目等。
电气特性:定了数据交换信号以及有关电路的特性。 一般包括最大数据传输率的说明、表示信号状态(逻辑 电平,通/断)的电压和电流的识别,即什么样的电压 表示1或0,以及电路特性的说明和与互联电线相关的 规定
交叉
直连
直连 直连 交叉
直连
交叉
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WAN物理层规范
WAN物理层协议定义了DTE和DCE之间的接 口规范和标准
包括:EIA/TIA232、V.24、V.35等
DTE
DTE
WAN
DCE
DCE
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RS-232-C接口
RS-232-C是美国电子工业协会( EIA)于1973年 提出的串行通信接口标准。 RS-232-C是用于数据 终端设备(DTE)与数据电路端接设备(DCE)之 间的接口标准。 RS-232-C与CCITT 的V. 28建议 很相近。 RS-232-C接口标准所定义的内容属于国 际标准化组织 ISO所制订的开放式系统互联( OSI) 7层参考模型中的最低层—物理层所定义的内容。
(一个DTE具有时钟源时的连接) 47
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
(两个DTE具有时钟源时的连接)
输入脉冲
输出脉冲
输入脉冲
(a)多模光纤
(b)单模光纤
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输出脉冲
光缆 光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,
它有以下优点: 频带较宽(>10G,可达1000G或更高) 电磁绝缘性能好 衰减较小 中继器的间隔较大
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常见光纤接头
FC-PC型光尾纤接头外形图 SC-PC型光尾纤接头外形图 ST-PC型光尾纤接头外形图 FC/PC-SC/PC型光尾纤外形图
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(1)微波通信
视距传播
地球表面
电离层反射
25
电离层 地球表面
(2) 蜂窝无线通信 多址接入方法: 频分多址接入(FDMA) 时分多址接入(TDMA) 码分多址接入(CDMA)
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(3)卫星通信
卫星
卫星
地球表面
多点接收
发送
多点接收
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课程内容
物理层概述 物理介质 线缆的规范和连接
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