6147 数据通信技术教程 第2版 电子教案 蒋占军主编 第六章 物理层接口与传输控制规程

物理层接口与传输控制规程这一章将探讨物理层的接口标准及相关的传输控制规程,涉及到网络设备之间的互联互通机制。了解这些基本概念对于理解整个网络体系至关重要。ＯabyＯＯＯＯＯＯＯＯＯ6.1物理层接口功能物理层接口负责数据在网络节点间的物理传输,定义了电气、机械、功能和过程特性。分类物理层接口根据传输介质和数据信号类型,可分为有线接口和无线接口。常见接口常见的有线接口包括RS-232、USB、以太网等,无线接口包括WiFi、蓝牙、红外等。6.1.1物理层接口的功能物理层接口负责将数字信号转换为适合物理传输媒体传输的模拟信号。物理层接口还需要提供信号的时钟同步、双方设备的连接控制等功能。物理层接口需要确保数据的可靠传输,包括检测和纠正传输过程中的错误。6.1.2物理层接口的分类基于通信媒体分类：有线接口和无线接口基于电气接口特征分类：串行接口和并行接口基于接口标准分类：行业标准接口和厂商专有接口6.1.3常见的物理层接口常见的物理层接口包括串行接口、并行接口、光纤接口、无线接口等多种形式。串行接口如RS-232、RS-422、RS-485等,用于低速数据传输。并行接口如Centronics、SCSI等,用于高速数据传输,如打印机和存储设备等。异步传输模式异步传输模式是一种广泛应用的基本通信模式。它以字节为基本单位,不需要额外的时钟信号,数据按序传输。相较于同步传输,异步传输更加灵活和简单,适用于短距离低速通信。但数据传输效率略低于同步模式。6.2.1异步传输模式的特点数据传输时没有时钟信号同步,依靠双方约定的波特率进行传输可变长数据帧,根据传输内容长短动态调整帧长无需连续媒体,可间歇传输,提高信道利用率通信双方可独立操作,无需事先建立同步适合间断性、突发性数据传输,如键盘输入、鼠标点击等6.2.2异步传输帧格式异步传输帧的基本格式包括以下几个部分:起始字符(START):表示帧的开始。通常使用一个特殊的编码字符,如0x7E。控制字段(CONTROL):用于指示帧的类型和操作。如数据帧、确认帧等。地址字段(ADDRESS):用于标识发送端和接收端设备。信息字段(INFORMATION):承载实际传输的数据内容。帧检验序列(FCS):用于错误检查,如CRC或奇偶校验。6.2.3异步传输的控制流程异步传输通信采用半双工的工作方式，发送端与接收端轮流占用信道进行数据交换。发送端首先发送一个起始位，告知接收端即将开始传输数据帧。随后发送数据位，数据位个数通常为5-8比特，然后发送停止位，完成一个数据帧的传输。接收端在检测到起始位后开始读取数据位，直到检测到停止位，完成一个数据帧的接收。通过循环往复的方式，发送端和接收端可以实现全双工通信。同步传输模式同步传输模式是一种常见的物理层传输控制技术。它通过维护一个固定的时钟频率来实现连续数据流的传输,适用于大容量、高速的通信环境。6.3.1同步传输模式的特点同步传输模式以固定的时钟节拍为基础,发送端和接收端时钟必须同步。数据以连续的比特流传输,无需帧标志和控制位,具有较高的传输效率。同步传输依赖于专用的硬件电路,如圆波时钟恢复电路,对硬件要求较高。同步传输通常用于高速大容量的网络环境,如光纤网络,有助于提高传输效率。6.3.2同步传输帧格式同步传输模式下,数据帧采用固定长度的格式,包括帧头、有效数据和帧尾等部分。帧头用于标识数据帧的开始,帧尾用于帧错误检测。数据帧中还包括同步位、地址位和控制位等,用于同步、寻址和控制传输过程。帧头:标识数据帧开始的同步字符,通常为特定的二进制模式。地址位:标识通信双方的逻辑地址,用于数据帧的寻址。控制位:提供传输控制信息,如帧序号、确认信号等。数据域:承载用户数据的有效载荷部分。帧尾:用于数据帧错误检测的校验字符。6.3.3同步传输的控制流程同步传输模式下,数据传输必须保持时间同步,由主站和从站共同维护时钟同步。主站定期向从站发送同步字符串,从站根据这些时钟同步字符检查自身时钟,并进行调整。在每个通信周期内,主站先发送命令帧,从站响应并返回数据帧。主从双方需严格遵守帧格式和时序规则。HDLC传输控制规程HDLC是一种流行的数据链路层协议,被广泛应用于电信和计算机网络中。它提供了可靠和高效的数据传输机制,支持多种工作模式以适应不同的网络环境。HDLC的主要特点包括帧格式、工作模式和控制流程。HDLC的帧格式HDLC（高级数据链路控制）是一种流行的链路层协议,它定义了数据帧的格式和传输过程。HDLC帧由五个部分组成:标志、地址、控制、信息和检验。标志字段用于标识帧的开始和结束。地址字段用于指示发送方和接收方的地址。控制字段包含帧类型、序号等信息,用于流量控制和错误恢复。信息字段包含实际传输的数据。检验字段用于检测传输过程中是否存在错误。6.4.2HDLC的工作模式HDLC工作在全双工模式下,双方可以互相发送和接收数据帧。HDLC采用广播传输方式,一个站点可以向多个站点发送数据。HDLC支持主从式和平等式两种工作模式。在主从式中,主站负责数据流控和错误检查;在平等式中,双方平等地进行数据交换。6.4.3HDLC的控制流程HDLC采用面向连接的传输控制方式,包括连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。在连接建立阶段,通信双方交换UA（UnnumberedAcknowledgment）和SABM（SetAsynchronousBalancedMode）帧进行身份验证和参数协商。在数据传输阶段,发送端和接收端通过I（Information）、RR（ReceiveReady）和REJ（Reject）等帧进行流控和重传控制。在连接释放阶段,通信双方交换DISC（Disconnect）和UA帧完成连接的有序释放。PPP传输控制规程PPP（Point-to-PointProtocol）是一种广泛应用的点对点数据链路层协议。它支持多种网络层协议并提供身份验证、加密和压缩等功能。了解PPP的帧格式、工作模式和控制流程有助于理解数据传输的基本原理。6.5.1PPP的帧格式PPP(Point-to-PointProtocol)是一种常用的数据链路层协议,它定义了数据帧的格式。PPP帧由多个字段组成,包括标记字段、地址字段、控制字段、协议字段、数据字段和校验字段。标记字段用于帧的开始和结束标识,地址字段标识源和目标设备,控制字段负责流控和确认。协议字段指示上层协议,数据字段存放用户数据,校验字段用于检测帧错误。通过规范化的帧格式,PPP协议能够在点对点链路上可靠地传输数据。6.5.2PPP的工作模式PPP采用点对点通信模式,即只有两个设备之间才能建立连接。PPP支持多种类型的网络层协议,如IP、IPX、AppleTalk等,并通过协议控制信息(PCI)来识别上层协议。在数据链路层,PPP采用基于字符的数据帧结构，包括开始标志、结束标志、地址域、控制域、协议域和信息域等部分。6.5.3PPP的控制流程链路建立：通过LCP（链路控制协议）建立HDLC链路并协商各种参数，如最大帧长、认证方式等。数据传输：通过NCP（网络控制协议）在已建立的HDLC链路上传输IP数据包。数据帧格式遵循PPP帧格式。链路