计算机网络通信3ppt课件

.,1,物理层,物理层是网络体系结构的最低层，是唯一直接传输数据的。,内容主要包括传输介质、数据交换技术、物理层的接口及其协议。,.,2,一、传输介质特性,2传输特性：使用模拟信号发送还是数字信号发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。,1物理描述：说明传输介质的特征。,3连通性：点到点或者多点连接。,4地理范围：网上各点间的最大距离，是在建筑物内、建筑物之间或扩展到整个城市。,5抗干扰性：防止噪音对传输数据影响的能力。,6相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础。,.,3,1双绞线(Twisted-Pair，TP),（1）非屏蔽双绞线电缆UnshieldedTwisted-Pair，UTP（2）屏蔽双绞线电缆ShieldedTwisted-Pair，STP,.,4,铜线,铜线,聚氯乙烯套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,非屏蔽双绞线UTP,屏蔽双绞线STP,.,5,UTP线的分类,1、2类：语音传输电缆，被第3类电缆取代,3类：传输频率最高规定至16MHz，用于语音和传输速率为10Mbps的数据传输，如10Mbps以太网(IEEE802.3),4类：传输特性最高规定至20MHz，该类系统的范例是使用UTP标准的16Mbps令牌环网(IEEE8025)，目前较少使用。,5类：最高规定至100MHz，用于语音、图像和最高传输速率为155Mbps的数据传输，此类系统的范例是使用UTP的快速以太网以及ATM网络。,.,6,UTP的特点,安装容易：既轻又薄还柔韧无屏蔽层，电缆外径比较小采用平衡传输特性,有一定的抗干扰能力支持高速数据传输具有广泛的标准支持,在IEEE802中几乎所有标准都支持UTP介质标准的布线传输介质传输距离不超过100m价格相对便宜,.,7,STP的特点,价格：大容量STP较UTP昂贵，但与同轴电缆或光缆相比要便宜些安装难易程度：STP的安装比UTP难一些，类似于同轴电缆，它必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器以及相应的安装技术容量：从理论上讲，STP受外界影响减少，因此它采用的频率会更高，同时也能采用更宽的有效带宽信号技术。它具有更高的传输速率，100米内可以达到500Mbps带宽。但是，通常使用的数据传输速率不超过155Mbps范围内。衰减：STP受衰减的影响程度与UTP相似，当前的技术也只允许STP有效范围在几百米之内抗电磁干扰性：与UTP相比STP的最大优点就是抗干扰能力增加以及EMI辐射的降低，然而STP仍会受到一小部分干扰。,.,8,双绞线抗干扰的原理,结论：线径越细，节距越短，抑制感应噪声的效果越明显,耦合,+u-u+u-u+u-u,总感应电压抵消,.,9,2u,+u-u,2u,共模干扰,v,u+v-u+v,2u,2u0,2u+v0,共模干扰,v,2u+v,结论：双绞线要采用平衡方式传输,.,10,2.同轴电缆,50W基带电缆，用于数字传输75W宽带电缆，用于模拟传输同轴电缆的带宽取决于电缆长度，1km的基带电缆可以达到10Mbps的数据传输速率。,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,同轴电缆,.,11,传输特性,描述同轴电缆的最为重要的电参数就是它的特性阻抗。电缆特性阻抗的大小与内外导体的几何尺寸、绝缘层介质常数相关。同轴电缆的主要传输特征:电缆的内外导体半径越大，其衰减也就越小。同一型号的电缆中，绝缘物外径越粗，对电波的损耗就越小，同轴电缆呈低通特性。电缆的传输信号衰减与温度有关。随着温度增高其衰减也增加。,.,12,基带系统和宽带系统的区别,基带系统电缆上只有一个信道，传输距离相对较短，可双向传输宽带系统可传输多个信道，覆盖区域广，单向传输,.,13,宽带系统覆盖的区域广，传输距离可以达到100公里，在传输过程中通常需要模拟放大器周期性地加强信号。这些放大器仅能单向传输信号，因此，如果计算机间有放大器，则数据就不能在计算机间逆向传输。,为什么宽带系统只能单向传输？,双向放大的系统不稳定,.,14,宽带系统双向通信的实现：双缆系统和单缆系统,.,15,光导纤维,光纤通信的特点：光纤通信采用频率很高的光波作为载波光纤通信采用光纤作为传输媒质光纤通信优点：传输频带很宽，通信容量大中继距离长免电磁干扰保密性好，无串话干扰自然界有大量的二氧化硅，从而可节约有色金属和原材料线径细，重量轻；抗化学腐蚀,.,16,光纤传输的原理,包层较纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。,光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,高折射率(纤芯),低折射率(包层),.,17,单模光纤,多模光纤,光纤分类,.,18,光传输系统由3个部分组成，除了作为传输介质的光导纤维，还有光源和检测器。在光纤系统中使用两种不同类型的光源：发光二极管LED(LightEmittingDiode)和注入式激光二极管ILD(InjectionLaserDiode)。在接收端用来将光变换成电能的检测器是光电二极管。有两种固态器件：PIN检测器和APD检测器。,.,19,光纤接口环路,.,20,光纤接口结构,光传输方向,光纤,铜导线,连计算机,光纤,光接收器,光发送器,信号再生器,.,21,非导向传输媒体,非导向（无线）传输媒体都不需要架设或铺埋电缆或光纤，而通过大气传输，目前主要有三种技术：微波，红外线和激光。,.,22,优点：不需要铺设电缆，对于连接不同建筑物内的局域网特别有用。缺点：这三种技术对环境气候较为敏感，例如：雨，雾和雷电。,.,23,卫星通信,优点：容量大，距离远；缺点：是传播延迟时间长。从发送站通过卫星转发到接收站的传播延迟时间约为270ms，且这个传播延迟时间是和两站点间的距离无关的。,.,24,物理层接口及协议,国际标准化组织ISO定义：“物理层为启动、维护和释放数据链路实体之间二进制位传输而进行的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。这种物理连接可以通过中间系统，每次都在物理层内进行中继的二进制位传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制位流传输。物理服务数据单元(即二进制位)的传输可以通过同步方式或异步方式进行。”,.,25,1物理层主要负责在物理链路上传输非结构的位流。2提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。,定义的要点：,.,26,物理层的特性,1.机械特性物理层的机械特性规定了物理连接时所采用的可接插连接器的规格的尺寸、连接器中引脚的数量和排列情况等。,.,27,2.电气特性,1-非平衡型,输入,输出,发送器,接收器,.,28,2.电气特性,2-半平衡型（新的非平衡型）,输入,输出,发送器,差分接收器,.,29,2.电气特性,3-平衡型,输入,输出,差分接收器,差分发送器,.,30,3功能特性,物理层的功能特性规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口上的信号线一般可以分为几类：数据，控制，定时和地线。,.,31,4规程特性,物理层的规程特性定义了利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程，即各信号线的工作的规则和先后顺序。,.,32,物理层接口标准,不同的物理层接口标准有不同的基本特性。在实际的网络中使用比较广泛的物理层接口标准有EIARS232-C、EIARS-449422-A423-A和CCITT建议的X21。,.,33,EIARS-232接口标准,EIARS-232是美国电子工业协会EIA制定的著名物理层标准。它最早在1962年制定的标准RS-232。RS表示EIA的一种“推荐标准”。1969年修订为第三版，为RS-232-C。1987年修订为RS-232-D。1991年修订为RS-232-E。,RS-232C定义的是DTE和DCE之间的接口标准。,.,34,DCE(数据通信设备)和DTE(数据终端设备),DCE(datacommunicationequipment)是位于数据终端设备(DTE)和传输线路之间的中介通信设备。DTE只有有限的数据传输能力，很少直接接到传输线路或网络设施，而是将DCE作为中介设施。DCE负责发送和接收在传输介质上的信号。,.,35,DTE通过DCE与通信传输线路相连,DTE,DCE,DCE,串行比特传输,信号线与控制线,用户环境,通信环境,用户设施,通信设施,DTE,信号线与控制线,用户设施,.,36,RS-232C特性,（1）电气特性:电压范围,传输距离小于15米传输速度小于20kbps,.,37,（2）机械特性标准规定采用DB-25插座，但现在常用DB-9插座。DB25与DB9插座之间的转换见表。,RS-232C引脚分配,.,38,DB-9和DB-25信号对照,.,39,（3）功能特性DTE和DCE之间的连接必须包含数据传输引线、信号传输引线和控制引线以及其他重要的功能，这就是RS232C的功能。,在25个插脚的RS232C接口中，每个引脚按功能被分成以下四大类：接地，数据，控制和定时。,.,40,（4）规程特性DTE-A向DTE-B,(1)当DTE-A要和DTE-B进行通信时，就将引脚20“DTE就绪”置为ON，同时通过引脚2“发送数据”向DCE-A传送电话号码信号。(2)DCE-B将引脚22“振铃指示”置为ON，表示通知DTE-B有人呼叫信号到达(在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均为OFF状态)。DTE-B就将其引脚20“DTE就绪”置为ON。DCE-B接着产生载波信号，并将引脚6“DCE就绪”置为ON，表示已准备好接收数据。,.,41,(3)当DCE-A检测到载波信号时，将引脚8“载波检测”和引脚6“DCE就绪”都置为ON，以便使DTE-A知道通信电路已经建立。DCE-A还可通过引脚3“接收数据”向DTE-A发送在其屏幕上显示的信息。(4)接着，DCE-A向DCE-B发送其载波信DCE-B将其引脚8“载波检测”置为ON。(5)当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发送”置为ON。DCE-A作为响应将引脚5“允许发送”置为ON。然后DTE-A通过引脚2“发送数据”来发送其数据。DCE-A将数字信号转换为模拟信号向DCE-B发送过去。(6)DCE-B将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚3向DTE-B发送。,.,42,利用虚调制解调器与两台计算机相连,插头,插头,插座,插座,计算机,虚调制解调器,计算机,（1）保护地,（2）发送,（3）接收,（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,（1）保护地,（2）发送,（3）接收,（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,.,43,计算机与计算机通过RS232C通信的最简连线,（采用DB9插座）,.,44,收发器IC型号：MAX232,ICL232等,.,45,RS-232C的缺点,距离限制RS-232C的主要缺点是距离限制在15米。如果不是采用最高传输速率，电缆长度还可以再长些。速度限制RS-232C的另一个限制是最大传输速率不能超过20kbps。接地限制如果电缆两端的地电位存在一个差值(这种情况多见于远距离传输)，那么0与l信号之间的过渡区将变窄，遇到这种情况，就有可能出现信号识别出错的现象。,.,46,RS-232C距离和速度受限制的原因,RS-232C发送器产生的+5V到+25V之间的电压代表信号0，而在-5V到-25V之间则代表信号1。当信号从一个状态改变到另一状态时，规定这个过渡时间(也即非工作区域的时间)要限制在信号的5以内。这个要求也就决定了电缆所允许的寄生电容的极限值。因为寄生电容限制了信号的上升时间(过渡时间)。RS-232C规定这个电容不能超过2500pF，而RS-232C所用的电缆一般是4050pF英尺，所以限制了RS-232C电缆长度应为50英尺(250050=50)，约15米。,.,47,EIARS-449,RS-449实际上是一个一体化的三个标准：它的机械、功能和过程性的接口由RS-449定义，而电气接口由两个不同的标准定义：新的非平衡型由RS-423标准定义；平衡型由RS-422标准所定义。,.,48,.,49,RS-422标准,RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接收器分别采用平衡发送器和差动接收器，由于采用双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。,传输距离与速度的关系,.,50,RS-485标准,RS-485标准最初由EIA于1983年制订并发布,它是由RS-422发展而来，RS-485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆。,.,51,单片机通过RS485通讯,RS-485标准是一种多点、半双工通信链路电气性能同RS-422。,收发器IC型号：MAX485,SN75176等,.,52,.,53,.,54,单片机通过RS485通讯,RS-485标准是一种多点、半双工通信链路电气性能同RS-422。,收发器IC型号：SN75176,MAX485,MAX1487等,.,55,.,