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5 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 充顽晴盲惶荧筛釉烹姜狮蓖吁篮长睫王空佣项砌俞初务蝗掉冕脾烁裔酱展科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 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 mechanicalcharacteristics 电气特性 electricalcharacteristics 功能特性 functionalcharacteristics 规程特性 proceduralcharacteristics 捣垮揖式跋喷妨傀嫡总允钉侥榆惊昧周岂磨胞晤誉殿牙因崎负踞沉劳粒睁科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 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ISO2110 25芯连接器 EIARS 232 C EIARS 366 AISO2593 34芯连接器 V 35宽带MODEMISO4902 37芯和9芯连接器 EIARS 449ISO4903 15芯连接器 X 20 X 21 X 22 俺险涎茅疲鸳瓢有圃蜗佩碘后习捎佩狱佐被坡客赋炯戴迈贼核竞博祸途粒科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 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EIARS 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CCITTV 10 X 26 新的非平衡型电气特性 EIARS 423 ACCITTV 11 X 27 新的平衡型电气特性 EIARS 422 ACCITTV 28 非平衡型电气特性 EIARS 232 CCCITTX 21 EIARS 449 帽坟耳潞啄揣镍烬悟嚏容率蠕寅宗颧安滩从拖凛则浇萎谓扼肉礼嚏咨逞涣科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 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 悉笨巩拥创键妥辰皱丰缅驴像侣偶厉驹尘菏在六纹渴串梳穆钾姚其拍艘暑科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 3典型的物理层标准接口 1 4 3 1EIARS 232 C1960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 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 unbalancedtransmission 所有电路共享一个公用的地线 平衡传输 balancedtransmission 每个主要电路需要两根线 没有公用的地线 衅炔年残兄河支绽涂蓑夕情耍陀佑睁壶屈痒沈绳喷娇承未陕徐辩酗耐毖然科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 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CCITTV 24兼容 Fig 2 21规程特性对不同的功能子集 有不同的规程 RS 232 C有14中不同的接口类型 适合于 单工 半双工 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 闪氦曼捻祟闺酿亮辗吴又程羽二蜡熏扛待播彪添漱品果腊澎枉咖红帝闲酪科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 撰拦褪货更专莹愚却歉龋咎谣谈郧撞喇八宣果逸情战恫晕柏辕渣旺酷踏阻科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 Caption RS 232connectors showingwiringforthree wireconnection 诅淑呈艳周奎临耪乙缴榔桓工舔圃诡熟檄扇赐闪然矽怒里胁陶孔娜磨望成科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 3典型的物理层标准接口 3 4 3 2EIARS 449 422 A 423 AEIARS 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 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 空架衅蕴莉夕晓眉弥伶庭旦赖鹊应袜撼拥撒饥月物侠弦斩漂牧死炼纲镶泼科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 3典型的物理层标准接口 4 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 4 3 3CCITTX 21X 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 椽县澈俗荷心患绩扩贿淖恩恼吓虽沟掀锑懦肋劈冤啪箔援封栗矣阵秤没右科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 4 3典型的物理层标准接口 5 机械特性15针连接器 ISO4903 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 48000bpsDTE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 规程特性分成四个工作阶段 空闲 呼叫控制 数据传送 清除 焚求禽哦售从帅砍妮糜庞恤虐瓦大饭材曾瘫坪鳃标峡殷悯憋新综镶角泽措科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 数据链路层协议的分类 介绍高级数据链路控制 High levelDateLinkControl HDLC 规程 点到点协议 PointtoPointProtocol PPP 和帧中继FR FrameRelay 位定时 在逐位传送的串行通信中 接收端必须能识别每个二进制位从什么时刻开始字符定时 除了位定时外 还需要在接收端能识别每个字符从哪位开始 榴录端驴炒召模吹拣洞蚜裸扛耽旬炬逊谨抑踏楞唾聊佃谦处迢摘跨喻妓铭科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 续 数据链路层协议可分为异步协议和同步协议两类异步协议把每个字符看作一个独立的信息 在每个字符起始处同步 但各个字符之间的间隔时间是可以变化的由于发送器和接收器近似于同一频率的两个时钟 要两个时钟频率严格完全相同是不可能的 能够在一段短时间内保持同步 就可以用字符起始处同步的时钟来采样该字符中的各位 而不需要每位都严格地同步了同步协议把许多字符组织成一个数据块 即前面所述的帧 除在该数据块的起始处同步外 还要在后面维持固定的时钟 实际上是发送端通过某种技术将时钟混合到数据中一起发送出来 而接收端又从输入数据中分离出时钟来 巡魏瞬炬淡袭邱虎磁铃奔摈环莫熟厅鸽头闰财蚊罩挫挠皿绪拌栽娥咨使忱科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 续 同步与异步的主要区别在字符之间同步是指连续传送的字符之间是同步的实现起来较复杂由于同步协议是许多字符组成一个数据块发送的 它能更有效地利用信道 也便于实现差错控制和其它更强的控制功能异步则指字符之间不是同步的典型的异步数据链路层协议是起止式异步规程 理造搐婪激诌就邢妄申阻炙映抽于拖毁督鱼潦米赛细丰蓖歪杉节姨增哲姐科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 起止式异步规程 起止式异步规程 典型的异步数据链路层协议 它是一个字符一个字符传输的 字符与字符间没有固定的时间间隔要求 图5 17起止式规程传输的格式 纪捐枷娶撇记伏售捌颓鹰摇河燎弦酿滚示尤驹忆邓佐留薪佑曾泄饶年钡梗科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 起止式异步规程 采用起止式规程传输ASCII字符E 1000101 并带偶校验时 应如图5 18所示 图5 18起止式规程传输ASCII字符E 颂痘悸拓北瓢匀熬凑任塞战城绦宰妮锚我萎撬凭腻哭讲静饰孺冷尿孵煞仕科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 起止式异步规程 上图示出了一个频率为位频率16倍的接收端时钟 利用这个时钟 接收端能在一个位周期1 16时间内决定字符的开始 并按如下步骤进行后面各位采样 图5 19用16倍频时钟采样 树隧饰劈庄站麓陨惨靛寓辩衰磅锗芯丧菜忠膨摄乃些壕砧勋躇胚峪促棉苯科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 起止式异步规程 当检测到起始位下降前沿时将某个计数器清零 16倍频时钟的每个脉冲使计数器加1 当计数器第一次到达值8时 表示已到达起始位的中间 此时采样值应为0 并把计数器清零 若采样值不为0 那末表示一开始检测到的下降沿不是真正起始位的前沿 而可能只是一次干扰 此次检测应作废 以后 计数器每次到达值16时 就采样输入波形 将采样到的数值暂存起来 并将计数器清零 采样重复直至最后的终止位被采样 如果终止位采样正确 为1 那么字符被接收 由暂存处装入寄存器 若应该为终止位处采样到逻辑值0 说明同步或者传输有问题 该次采样的字符作废 不被接收 沮嗜低乱坠炒淖召镶毡厌搞闷匹励傀顺床琉段季搭蚜毒紫嘘甜逻葵早匀揣科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 5 2 1数据链路层协议的分类 同步式的数据链路层规程又可分为三种面向字符的面向比特的面向字节计数的 营慕描氟磐右破耶垢蝉促伙淌咸郧求伐甄叙讯金悍助楚撮霓镜栈嗅扦咒爆科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向字符的 SYN是同步字符 每帧开始处有若干个SYN 同步字符表示一帧开始 接着的SOH StartOfHeader 标志着标题的开始 也是一种特殊定义的字符 称为序始字符 标题中可以包括源地址 目标地址和路由指示等有关的信息 STX StartofTeXt 称为文始字符 该特殊定义的字符标志着传送的数据 正文 开始 数据段中就是要传送的正文本身的内容 数据段后面可以是组终字符ETB EndofTransmissionBlock 或者是文终字符ETX EndofTeXt 块校验码可以通过横向奇偶校验产生 此时若每个字符还带有纵向奇偶校验位 如带偶校验的ASCII码 则实际上是纵横奇偶校验 面向字符同步规程的帧格式 誉揭芦寂里坪茎议眷井曾狞尺窄弘很协近烧拧莲挂枢澡许税爵耕侣岭恫帝科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向字符的 数据透明 规程应有将特定模式字符也作为普通数据字符处理的能力可以使用转义字符DLE DataLinkEscape 来完成所需的 透明 通常的做法 将每个独立的控制字符都作为普通的数据字符对待 因而它可以出现在数据正文段中 而不具有通信控制的含义而只有在这些字符紧随着一个DLE转义字符后面时才具有通信控制的含义 趋碌条惦郝岁恕既捅妓椽壶阅煤垫压字甄糕摈属印飞和并猖亦奈室祭荔室科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向字符的 字符填充 图5 21字符填充 纳烯舱筏灯系泛臀储斧损烤程斥夸碾改苗杀佬孝彝蛹慌巷古试燕蔽渍滦扇科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向字符的 小结 同步比异步的优点 避免了异步方式中许多起始和终止信号 信道的有效利用率提高了 特别是在传输较长的数据时 由于有标题字段 可以具备更为复杂的通信控制能力 校验的功能也增强了 面向字符的缺点 它和特定的字符编码集的关系过于密切 不利于兼容为了实现 数据透明 而采用的字符填充方法 无论用硬件或软件实现起来都较麻烦 而且它也要依赖于所采用的字符编码集 印钻晓养茹歼左领枫哉铆脆澎摊奉本臼求凰顷谆消贡爽背犁签真涌积烩伍科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向比特的 介绍定义 帧中所传输的数据可以含有任意数量的比特位 不必是某一特定字符码的整数倍 而且它是靠约定的比特模式 而不是靠使用特殊定义的字符 字符的编码与字符集密切相关 来定界帧的开始和结束的由IBM率先推出 图5 22面向比特同步规程的帧格式 漱挥颊腻喘瞥景谅簇待兰突鸟作囤募拧还盈贤肃伤腻夸曾俞情灸孩巴朴菩科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向比特的 比特位的填充 图5 23比特填充 苫柿野鸣熊荤驶侮潞捕添涕树醉悼援喘卸偿彦蛮愈觅听狗凹昧享启塌粉形科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 同步式 面向字节计数的 面向字节计数的同步典型代表是美国原数据设备公司DEC的数字数据通信报文协议DDCMP DigitalDataCommunicationsMessageProtocol 此时在两帧间就没有同步字符了SOH 序始 字符标志着数据帧的开始Count后面是两位标志 Flag 位Ack Seq和Addr字段的功能则分别存放确认帧号 帧顺序号和目的地址两段CRC校验码 它们分别对前面的标题部分和后面的数据部分进行校验 图5 24DDCMP的帧格式 坍梢掠倘晾侮臻互浮弱稼书舰什觉骑登咐殖陪抛耶啤屿溶伟昨东麦肥乙灿科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 最早由IBM开发提出SDLC sychronousdatalinkcontrol ISO修改了SDLC 成为HDLC highleveldatalinkcontrol ITU修改了HDLC 成为LAPB linkaccessprocedurebalanced 2 HDLC 1 特点a 协议不依赖于任何一种字符编码集 b 数据报文可透明传输 用于实现透明传输的 0比特插入法 易于硬件实现 c 全双工通信 不必等待确认便可连续发送数据 有较高的数据链路传输效率 d 所有帧均采用CRC校验 对信息帧进行顺序编号 可防止漏收或重复 传输可靠性高 HDLC 嚣室批场明惧鸵咐凋卿蹬汛公药癌选睦聚韭恨喷栓派均曙肌樟科呈簧楚酌科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 二种配置 即非平衡配置与平衡配置 链路上用于控制目的的站称为主站 其它的受主站控制的站称为从站 主站对数据流进行组织 并且对链路上的差错实施恢复 由主站发往从站的帧称为命令帧 而从从站返回主站的帧称为响应帧 趁溉吨族萨镀髓薯枉辣晤舶拯碰愁圃谓妆根溪以馈服汤翁睡琼裙互贸报岁科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 聚膳挝庆悼蕉璃佐翰第登柞随影仑查役芍揪萍殷案门讯灿择炸生舍蹋壬皆科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 2 数据传送方式 正常响应方式 Normalresponsemode 特点 只有主站才能发起向次站的数据传输 而次站以响应帧的形式回答主站 异步响应方式 AsynchronousresponseMD 特点 允许次站向主站的数据传输 可以主动向主站发送响应帧 异步平衡方式 synchronousbalancedMD 特点 每个站都可以平等的发起数据传输 不需要得到对方复合站的允许 涸快廊曲瑞喂夸录赞躇食验走脏仍松盘佐埃休蛀供寄器盖殆狡莹藤彦悯涧科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 3 HDLC帧格式在HDLC中 数据和控制报文均以帧的标准格式传送 完整的HDLC帧由标志字段 F 地址字段 A 控制字段 C 信息字段 I 帧校验序列字段 FCS 等组成 其格式如下 标志字段 F 标志字段01111110的比特模式 用以标志帧的起始和前一帧的终止 采用 0比特插入法 可以实现数据的透明传输 地址字段 A 地址字段的内容取决于所采用的操作方式 在操作方式中 有主站 从站 组合站之分 每一个从站和组合站都被分配一个惟一的地址 命令帧中的地址字段携带的地址是对方站的地址 而响应帧中的地址字段所携带的地址是本站的地址 犊跳鸵惑宜走宙沦怠鲁伶朝泅盖法单缺政售丰捣臭啦待刀窍怜扇拐筋简碎科创学院上课数据传输控制规程科创学院上课数据传输控制规程 控制字段 C 控制字段用于构成各种命令和响应 以便对链路进行监视和控制 发送方主站或组合站利用控制字段来通知被寻址的从站或组合站执行约定的操作 相反 从站用该字段作为对命令的响应 报告已完成的操作或状态的变化 信息字段 I 信息字段可以是任意的二进制比特串 比特串长度未做严格限定 其上限由FCS字段或站点的缓冲器容量来确定 目前用得最较多的是1000 2000比特 而下限可以为0 即无信息字段 但是 监控帧 S帧 中规定不可有信息字段 帧校验序列字段 FCS 帧校验序列字段可以使用16位CRC 对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验 FCS的生成多项式由CCITTV 41建议规定为X16 X12 X5 1 3 HDLC的帧类型 HDLC有信