2-1物理层基本概念和传输媒体.

第二章物理层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本章教学内容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。物理层的基本概念【物理层的定义】应表会用示话层层层传输层网络层数据链路层物理层传输介质传输介质传输介质主机CCP网络层数据链路层物理层应表会用示话层层层传输层网络层数据链路层物理层主机CCP网络层数据链路层物理层物理层的基本概念【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；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；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。【进一步说明的几点】物理层的基本概念机械特性电气特性功能特性过程特性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的基本概念【物理层接口的四大特性】主要定义物理连接的边界点，即接插装置。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。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。【物理层标准举例—EIA-232接口标准】物理层的基本概念DTE-BDTE-A接口接口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【DTE/DCE的概念】,据终端设,数指具有一定的数作DTE（TerminalEquipmentDCE-ADCE-BDCE(DataDataCircuit-terninal数Equipment备):据电路端接设备)据用就是在DTE理能力和发送、接收数据能力的设备。功能，并且负责232/V.24232/V.24处和传输线路之间提供信号变换和编码的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。DCE-BDTE-BDTE-ADCE-A网络串行比特传输调制解调器调制解调器EIA-232/V.24接口EIA-232/V.24接口物理层的基本概念信号线与控制线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。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。(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。DTE计算机或终端DCE调制解调器物理层的基本概念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。r美国电子工业协会EIA于1997年制定了标准RS-449。物理层的基本概念§§EIARS-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【物理层标准举例—RS-449接口标准】§§§§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-基本上以RS-232-C为基础。物理层的基本概念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。【物理层标准举例—RS-449接口标准】rRS-449由三个标准组成：物理层的基本概念物理层第一层0层传输媒体物理层信号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STP屏蔽双绞线细同轴电缆基带同轴电缆光缆地面微波接力通信非导向传输介质卫星通信（无线传输）双绞线非屏蔽双绞线UTP导向传输介质同轴电缆粗同轴电缆宽带同轴电缆多模光纤传输介质单模光纤物理层的传输媒体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。【传输介质的特性】物理层的传输媒体【双绞线】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。【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;4.频率越高衰减越大。物理层的传输媒体（1）【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】非屏蔽双绞线(UTP)没有任何附加屏蔽【分类】：屏蔽双绞线(STP)以箔屏蔽以减少干扰和串音物理层的传输媒体（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：-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物理层的传输媒体（1）①②③④⑤⑥⑦⑧EIA/TIA-568AEIA/TIA-568B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①②③④⑤⑥⑦⑧EIA/TIA-568AEIA/TIA-568B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）白橙白蓝白绿白棕橙绿蓝棕针号：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/TIA568A连接标准的直通方式27物理层的传输媒体（1）RJ-45的两种连接情况(EIA/TIA568A标准)•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/TIA568A连接标准集线器工作站工作站工作站针号：12345678一端：白绿另端：白橙绿橙白橙白绿蓝蓝白蓝橙白蓝绿白棕白棕棕棕(b)采用EIA/TIA568A连接标准交叉方式注意：有些网卡或交换机能自适应直通和交叉方式28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（1）【同轴电缆】【结构】：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】：rrrr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（2）§目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；8´2.5Gbps，8´10Gbps，32´10Gbps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）物理层的传输媒体（3）【光纤】折射角包层（低折射率的媒体）包层纤芯物理层的传输媒体（3）【光纤】纤芯（高折射率的媒体）入射角包层（低折射率的媒体）l由玻璃内芯、玻璃封套、塑料外套构成；l纤芯-折射率高，玻璃包层-折射率低。物理层的传输媒体（3）高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射l工作原理：利用大入射角时光的全反射原理。玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳多芯光缆物理层的传输媒体（3）【光纤特点】：1.通信容量非常大(具有25000～30000GHz带宽)；2.传输损耗小，中继距离长；3.抗雷电和电磁干扰性能好；4.无串音干扰，保密性好，不易被截取数据；5.体积小，重量轻；6.价格昂贵，安装麻烦。物理层的传输媒体（3）r多模光纤：指光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。r【特点】：频带较窄，传输衰减大，易于连接，价格便宜，一般用于中、短距离的传输。多模输入电信号单模波长:1300,1550nm输出电信号波长:850,1300nm【光纤】【分类】：物理层的传输媒体（3）r单模光纤：指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输。r【