控制网络基础2-物理层链路层

1、现场总线技术,物理层与链路层协议,OSI参考模型示意图,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层,物理层,数据链路层,网络层,分组,帧,位流,TPDU,SPDU,PPDU,APDU,应用协议,表示协议,会话协议,传输协议,网络协议,数据链路协议,物理协议,端到端,点到点,一、物理层协议概述,用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。 可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即： （1）机械特性。 （2）电气特性。 （3）功能特性。 （4）规程特性。,在物理连接上的传输方式一般都是串

2、行传输，即一个比特一个比特地按照时间顺序传输。但是，有时也可以采用多个比特的并行传输方式。,物理层下面的传输媒体,传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。 传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。,导向传输媒体 1双绞线 把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合(twist)起来就构成了双绞线。 从用户电话机到交换机的这段线称为用户线或用户环路(subscriber loop)。,双绞线,2同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及保护塑料外层所组

3、成。,通常按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为两类： （1）50 同轴电缆 50 同轴电缆又称为基带同轴电缆。 在传输基带数字信号时，可以有多种不同的编码方法。下图画的是未经编码的原基带数字信号和在计算机网络中常用的两种编码方法，即：曼彻斯特(Manchester)编码和差分曼彻斯特编码。,（2）75 同轴电缆 75 同轴电缆又称为宽带同轴电缆。 在计算机通信中，“宽带系统”是指采用了频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络。 双电缆系统的示意图如图3-9(a)所示。头端(headend)的作用是将各计算机从发送电缆发过来的信息转换到接收电缆，使得各计算机能从接收电缆上收到发送给它们的信息。 图3

4、-9(b)为单电缆系统。,3光缆 光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8 100 m。正是这个纤芯用来传导光波。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(如图3-10所示)。,下图画出了光波在纤芯中传播的示意图。,只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射。因此，可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤(如图3-12(a)所示)。若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次

5、反射。这样的光纤就称为单模光纤(图3-12(b)。,光纤不仅具有通信容量非常大的优点，而且还具有其他的一些特点： （1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。 （2）抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。 （3）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。 （4）体积小，重量轻。,当采用光纤连网时，常常将一段段点到点的链路串接起来构成一个环路，通过T形接头连接到计算机。 T形接头有两种：无源的和有源的。无源的T形接头由于完全是无源的，因此非常可靠。 有源的T形接头实际上就是一个有源转发器(如图3-14所示)。,非导向传输媒体 1无线传输 2地面微波接力通信 其

6、主要特点是：微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；因为工业干扰和天电干扰的主要频谱成分比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波和米波通信小得多，因而微波传输质量较高；与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。,微波接力通信缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差； 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。,3卫星通信 卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关

7、。 卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。,二、数据链路层协议,链路(link)就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。 数据链路(data link)则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要通信协议来控制这些数据的传输(这将在后面讨论)。 也有人采用另外的术语。这就是将链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。,1. 数据链路层需要解决的问题,1）为网络层提供的服务 2）成帧 3）差错控制 4）流量控制,如何在有差错的线路上， 进行无差错

8、传输。,数据链路层协议,1）为网络层提供的服务,将源端网络层的数据传输给宿端网络层。,物理层,数据链路层,网络层,传输层,应用层,比特流,物理层,数据链路层,网络层,保证数据流的顺序,传输层,应用层,源,宿,2）成帧（Framing）,为了给网络层提供服务，需要使用物理层提供的服务（比特流的透明传输） 使用物理层服务的方法： 把比特流分成离散的帧 通过帧的校验和检错，采取相应措施 成帧的方法 标识帧的首尾,字符流举例,帧头：说明帧的字符数,控制字符传输错误,出现差错带来的问题 无法确定下一帧的帧头位置 无法确定重传帧的帧头位置,位填充的首尾标识法举例,帧首,01111110,01111101101111100,01111110,帧尾,数据,带填充位的首尾标志法（面向位） ：HDLC,填充位,数据链路层协议的基本功能,物理层,数据链路层,网络层,比特流,物理层,数据链路层,网络层,发送方A,接收方B,from_network_layer,from_physical_layer,to_network