2-1 物理层基本概念和传输媒体

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物理层的传输媒体（1）
v交叉方式：联线一边是568A标准，另一边568B 标准 v适用场合：两主机或交换机直接相连
EIA/TIA568A连接标准
工作站 工作站
针号： 1 一端：白绿 另端：白橙
2 绿 橙
3 白橙 白绿
4 蓝 蓝
5 6 白蓝 橙 白蓝 绿
7 白棕 白棕
8 棕 棕
(b)采用EIA/TIA568A连接标准交叉方式
功能特性
过程特性
物理层的基本概念
【物理层标准举例—EIA-232接口标准】
r1960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—推荐标 准，232—标识号码，E—标准已被修改过的次数。
DCE-A
EIA-232/V.24 接口
调制解调器
网络 串行比特传输
调制解调器
EIA-232/V.24 接口
rDCE将DTE传过来的数据按比特顺序逐个发往传输线路， 或从传输线路收下串行的比特流交给DTE。 r为了减轻数据处理设备用户的负担，必须对DCE与DTE 的接口进行标准化。这种接口标准就是物理层协议。
注意：有些网卡或交换机能自适应直通和交叉方式
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物理层的传输媒体（1）
物理层的传输媒体（1）
屏蔽双绞线：内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜
线，外层由铝箔包着。
rSTP在抗干扰方面优于UTP，但相对要贵一些。 r屏蔽双绞线除了用于IBM网络产品安装，并未普遍
流行起来。
物理层的传输媒体（2）
【同轴电缆】 【结构】：
物理层的传输媒体（3）
【光纤】
包层
折射角
纤 芯
包层 （低折射率的媒体） 纤芯 （高折射率的媒体） 包层 （低折射率的媒体）
物理层的传输媒体（1）
白橙白蓝白 绿白棕 橙 绿 蓝 棕
EIA/TIA-568A
① ② ③ ④
EIA/TIA-568B
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
以 太 网 用 的 插 头 RJ-45
电 话 线 使 用 的 插 头 RJ-11
在通常的工程实践中，T568B使用得较多。
物理层的传输媒体（1）
白橙白蓝白 绿白棕 橙 绿 蓝 棕
物理层的传输媒体（1）
非屏蔽双绞线：由四对双绞线和一个塑料外皮构成。
r非屏蔽双绞线(UTP)易受外部干扰，但其价格低廉 且易于安装和使用，应用非常广泛。
r在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使用， 最大长度一般限制在100米之内。
物理层的传输媒体（1）
§ EIA为非屏蔽双绞线定义了6种质量级别：
r 内导体； r 绝缘层； r 网状外导体屏蔽 层； r 外部保护层。
物理层的传输媒体（2）
【同轴电缆】 【特点】：
r r r r 高带宽； 抗干扰能力好； 性能价格比高； 连接麻烦。
物理层的传输媒体（2）
【分类】：
r基带同轴电缆：一条电缆只用于一个信道，阻抗 为50Ω，用于数字传输。数据速率一般是 10Mbps，最大距离限制在几公里。曾经广泛用 于局域以太网。 r宽带同轴电缆：一条电缆划分为若干个独立信道， 阻抗75W，既可传输数字信号也可传输模拟信号。 用于模拟传输，频带达300—450MHz，传输距 离100km。一条电缆同时传输不同频率的几路 模拟信号，广泛应用于有线电视技术。
物理层的传输媒体
【传输介质的特性】
①物理特性：说明传输媒体的特性。 ②传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字 信号发送、传输容量及传输频率范围。 ③连通性：采用点到点连接还是多点连接。 ④地理范围：在不用中间设备并将失真限制在允许范 围内的情况下，整个网络所允许的最大距离。 ⑤抗干扰性：防止噪音、电磁干扰对传输数据影响的 能力。 ⑥相对价格：包括元件、安装和维护等价格。
- 第1、2类：电话通信中的语音和低速数据线，其最高传输速率为 4Mb/s - 第3类：计算机网络中的数据线，其最高传输速率为10Mb/s - 第4类：计算机网络中的数据线，其最高传输速率为16Mb/s - 第5类：使用最多的一类，其最高传输速率为100Mb/s，是连接桌面 设备的首 选传输介质 - 第6类：具有200MHz以下的传输特性，最高传输速率1000Mb/s
物理层的基本概念
§ 机械特性
- 37芯或9芯连接器。
§ 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
§ 功能特性
- 定义了30条功能线。
§ 规程特性
rEIA-232是DTE与DCE之间的接口标准，只控制DTE与 DCE之间的通信，与连接在两个DCE之间的电话网没有 直接的关系。
物理层的基本概念
【DTE/DCE的概念】
DTE-A DTE-B DCE-A
DCE , (Data 据终端设 Data Circuit-terninal ,数指具有一定的数作 数 Equipment DTE备 （ ):据电路端接设备 Terminal Equipment )据用就是
【双绞线】 【特点】：
5.其通信距离一般为几到十几 公里； 6.对于模拟传输，距离太长时 就要加放大器以便信号放 大； 7.对于数字传输，加上中继器 以便将数字信号进行整形。
物理层的传输媒体（1）
【双绞线】 【分类】：
非屏蔽双绞线 (UTP) 没有任何附加屏蔽
屏蔽双绞线(STP) 以箔屏蔽以减少干扰和串音
数 据 链 路 层 物 理 层
数 据 链 路 层 物 理 层
数 据 链 路 层 物 理 层
传 输 介 质
传 输 介质
传 输 介 质
物理层的基本概念
【进一步说明的几点】
r不是指与计算机相连接的具体的物理设备或者具体 的传输介质； r如何在连接开放系统的传输介质上透明地传输各种 数据的比特流； r数据链路层在实现过程中不需要考虑物理传输设备 与传输介质的差异的存在；
在DTE 理能力和发送、接收数据能力的设备。功能，并且负责 处和传输线路之间提供信号变换和编码的
232/V.24 接口 接口 232/V.24
DCE-B
r通常DTE就是计算机或终端，甚至是各种I/O设备。 r当计算机利用电话网络进行通信时，典型的DCE就是调 制解调器。
物理层的基本概念
信号线与控制线 DTE-A DCE-B DTE-B
物理层的传输媒体（1）
【双绞线】 【特点】：
1.成本低、柔性好、易于 连接； 2.抗电磁干扰性较差；
3.导线越粗，其通信距离
越远，导线的价格越高;
由两条互相绝缘的铜线组成，其 典型粗细为直径1mm，这两条 线像螺纹一样拧在一起，这样可 以减少邻近线路的电气干扰。
4.频率越高衰减越大。
物理层的传输媒体（1）
- 基本上以RS-232-C为基础。
物理层的基本概念
【物理层标准举例—RS-449接口标准】
rRS-449由三个标准组成： lRS-449：用于宽带电路，其典型的传输速率为 48-168Kb/s，都是用于点到点的同步传输。 lRS-423-A：当连接电缆长度为10m，数据的传输
速率为300Kb/s。 lRS-422-A：数据的传输速率提高为2Mb/s，而连 接电缆长度可超过为60m。当连接电缆长度为 10m时，则数据传输速率还可以达到10Mb/s。
物理层的基本概念
【物理层的主要功能】
r是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数 据传输服务；
主 机 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 网 CCP 络 层 网 CCP 络 层 应 表 会 传 网 主 机 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
数 据 链 路 层 物 理 层
• 直通方式：联线两边都是568A标准，或者568B 标准 • 适用场合：主机与交换机相连
EIA/TIA 568A连接标准
集线器
工作站
针号： 1 一端：白绿 另端：白绿
2 绿 绿
3 白橙 白橙
4 蓝 蓝
5 白蓝 白蓝
6 橙 橙
7 白棕 白棕
8 棕 棕
(a)采用EIA/TIA 568A连接标准的直通方式
n
当连接电缆线的长度不超过15m时,允许数据传输速率 不超过20kb/s。当连接电缆长度较短时，数据传输速 率可以提高。
物理层的基本概念
rEIA -232功能特性：规定什么电路应当连接到引脚中 的哪一根以及该引脚的作用。
DTE
(1) 保护地 (2) 发送数据 (3) 接收数据 (4) 请求发送 (5) 允许发送 (6) DCE 就绪 (7) 信号地 (8) 载波检测 (20) DTE 就绪 (22) 振铃指示
EIA/TIA-568A
① ② ③ ④
EIA/TIA-568B
⑤ ⑥ ⑦ ⑧
以 太 网 用 的 插 头 RJ-45
电 话 线 使 用 的 插 头 RJ-11
线序是不能随意改动的。否则抗干扰能力就要下降， 误码率就可能增大，这样就不能保证网络的正常工作。
物理层的传输媒体（1）
RJ-45的两种连接情况(EIA/TIA568A标准)
第二章 物理层
物理层
本章教学内容
1.1 物理层的基本概念及传输媒体 1.2 数据通信的基础知识 1.3 模拟传输与数字传输 1.4 信道复用技术
物理层的基本概念
【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。
物理层的传输媒体（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； § 常用的三个波长窗口（光纤波段）
• 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）
r美国电子工业协会EIA于1997年制定了标准RS449。
物理层的基本概念
【物理层标准举例—RS-449接口标准】
§ 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。
物理层的基本概念
rEIA—232机械特性：规定使用一个25芯的标准连接 器，并对该连接器的尺寸及针或孔芯的排列位置等都 做了详细说明。 rEIA—232电气特性：EIA—232采用负逻辑。 n 逻辑“1”表示-3V～-15V的电压，逻辑“0”表示 +3V～+15V的电压。 n 逻辑“0”相当于数据线的“0”或控制线的“接通” 状态，逻辑“1”相当于数据线的“1”或控制线的 “断开”状态。
r物理层的主要任务描述为确定与传输介质的接口有 关的一些特性。
物理层的基本概念
【物理层接口的四大特性】
机械特性 电气特性 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 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 指明某条线上出现的某一电平的电压表示 何种意义 规范各条物理线路的工作规程和时序关系
物理层下的传输媒体
二、物理层下的传输媒体
【传输媒体的基本概念】
r传输媒体也称传输介质，就是网络中连接发方与接 方之间的物理通路，是通信中实际传送信息的载体。
比特流
100110101100
物理层 物理层
第一层0层ຫໍສະໝຸດ 传输媒体信号物理层的传输媒体
非屏蔽双绞线UTP 双绞线 STP 屏蔽双绞线 基带同轴电缆 导向传输介质 同轴电缆 粗同轴电缆 宽带同轴电缆 多模光纤 光缆 传输介质 单模光纤 地面微波接力通信 非导向传输介质 卫星通信 （无线传输）
DCE
计算机 或 终端
调制解调器
rEIA-232过程特性：规定在DTE与DCE之间所发生的 事件的合法序列。
物理层的基本概念
物理层的基本概念
rEIA-232接口标准用于标准电话线路（一个话路） 的物理层接口。有两个较大的弱点：
(1)数据的传输速率最高为20Kb/s；
(2)连接电缆的最大长度不超过15m。