(duan)第06讲 物理层——电气特征及常用网络设备.ppt

第4章 物理层基本要求：基本要求：掌握常用网络互联设备的基础知识：对各种网络互连设备的工作原理进行深入细致的分析；从网络工程角度探讨各种网络互连设备的运用教学重点和难点：教学重点和难点：u网络接口卡及其使用u集线器及其使用u交换机及其使用u路由器及其使用u网关概念第4章 物理层4.1.1物理层的功能 物理层实现在计算机网络中的各种硬件设备和传 输介质上传输数据比特流，将一个一个比特从 一个结点移动到下一个结点，而不是指具体的 网络设备和传输介质大家知道，计算机网络 中的硬件设备和传输介质的种类非常繁多，而 通信手段也有不同的方式物理层的作用是尽 可能地屏蔽掉这些差异，使上层的数据链路层 感觉不到这些差异这样使得数据链路层只需 考虑本层的协议和服务如何完成，而不必考虑 网络的硬件设备和传输介质是什么 4.1 物理层的基本概念4.1.2物理层协议及其特性 物理层主要任务可以看成是确定与传输介质的接 口有关的一些特性物理层的协议即物理层接 口标准，也称为物理层规程在“协议”这个名 词出现前人们就先使用了“规程”这一名词 在物理层中的协议是与物理连接方式、实际硬件 设备和传输介质相关的具体的物理层协议较 多，这是因为物理连接的方式很多（如可以采 用点对点连接、多点连接或广播连接），传输 介质种类也很多。

物理层协议实际上是规定与 传输介质接口的机械特性、电气特性、功能特 性和规程特性 4.1 物理层的基本概念4.1.2物理层协议及其特性 1.机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引 脚数目和排列方式、接口机械固定方式等机械特 性决定了网络设备与通信线路在形状上的可连接性 2.电气特性 指明接口引脚中的电压范围，即用多大 电压表示“1”或“0”电气特性决定了数据传输速率 和信号传输距离 3.功能特性 指明某条线上出现某一电平表示何种意 义，即接口信号引脚的功能分配和确切定义 4.过程特性 指明利用信号线进行比特流传输的操作 过程，包括各信号线的工作规则和时序 4.1 物理层的基本概念4.1.3常用的物理层接口 RS-232和RJ-45 RJ-11接口 RS-449 通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）接口 4.1 物理层的基本概念DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终 端设备，是具有一定的数据处理能力和发 送、接收数据能力的设备 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据 电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供 信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和 释放数据链路的连接。

4.1 物理层的基本概念DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTEDCEDCE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用户环境2.RS-232接口特性 （1）机械特性 RS-232使用ISO 2110插头座标准采用25根引脚 分为上排13根引脚、下排12根引脚有时将25芯 接口制成专用的9芯接口，供计算机与调制解调 器的连接使用，如计算机的COM接口（如图4.2 所示）还规定了插头应安装在DTE设备端，插 座应安装在DCE设备端4.1 物理层的基本概念2.RS-232接口特性 （2） 电气特性 采用负逻辑电平用-15V～-5V表示逻辑“1”电 平，用+5V ～ +15V表示逻辑“0”电平当连 接电缆长度不超过15m时，允许数据传输速率 不超过20kb/s 4.1 物理层的基本概念2.RS-232接口特性 （3）功能特性4.1 物理层的基本概念(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DTEDCE计算机 或 终端调制解调器2.RS-232接口特性 4）过程特性 规定了在DTE和DCE之间所发生事件的合法序列。

4.1 物理层的基本概念2.RS-232接口特性 4）过程特性 DTE-A要向DTE-B发送数据的主要过程 （1）当DTE-A要进行通信时，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传送号码信号 （2）DCE-B将引脚22“振铃提示”置为ON，表示通 知DTE-B有入呼叫信号到达DTE-B就将其引脚 20“DTE就绪”置为ONDCE-B接着产生载波信 号，并将引脚6“DCE就绪”置为“ON”，表示已做 好准备接收数据4.1 物理层的基本概念2.RS-232接口特性 4）过程特性 （3）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知道通信线路已经建立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）DCE-A接着向DCE-B发送载波信号，DCE-B 将其引脚8“载波检测”置为“ON”4.1 物理层的基本概念2.RS-232接口特性 4）过程特性 （5）当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发 送”置为“ON”DCE-A响应将其引脚5“允许发送 ”置为“ON”。

然后DTE-A通过引脚2“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“接收数据”向DTE-B发送 4.1 物理层的基本概念一个计算机网络是由各种各样的网络设 备相互连接组成的使用这些设备后，就可 以建立更大规模的网络——覆盖更大的范围 ，支持更多的计算机，提供更多的宽带一台网络设备被用于实现某个具体的功 能，但某个功能也能用不同的网络设备实现 ，只是实现的网络特性可能有些细微的差别 4.3.3 网络接口卡4.3.3.1 网卡的功能 4.3.3.2 网卡的分类 4.3.3.3 网卡的结构 4.3.3.4 提高网卡性能 4.3.3.5 网卡的选择网络接口卡（Network Interface Card，NIC）简称网卡，又称网络适配器，是插在计算 机总线插槽内或某个外部接口上的扩展卡网卡与网络程序（网络操作系统）配合工 作，负责将要发送的数据转换为网络上其它 设备能够识别的格式，通过网络介质传输， 或从网络介质接受信息，转换成网络程序能 够识别的格式，提交给网络操作系统网卡上一般有一个或多个网络接口，用来 连接网络传输介质。

在局域网中，每一台 需要联网传输层的计算机都必须配置一块 （或多块）网络接口卡数据缓存数据缓存帧的封装和解封装帧的封装和解封装介质访问控制串介质访问控制串/ /并转换并转换数据编码数据编码/ /解码解码数据发送数据发送/ /接收接收4.3.3.1 网卡的功能网卡实现了物理层和数据链路层的功能：4.3.3.1 网卡的功能为了使计算机处理数据的速率与网络数据传输的速率 相匹配，网卡通常配有一定的数据缓冲区发送时，网卡从网络层实体接收已经被网络层协议封装 好的数据，然后再将这些数据装配成一个帧根据数据包的大小和所使用的数据链路层协议，网卡还 必须将数据分割成合适网络传输的、大小合适的数据段数据缓存数据缓存帧的封装和解封装帧的封装和解封装4.3.3.1 网卡的功能使用一种适当的介质访问控制机制，以便协调系统对 共享网络介质的访问•网卡向网络发送数据或从网络接收数据使用的是串行传输 方式故必须在发送时将并行数据转换成适合网络介质传 输的串行位流 •如果是接收数据，网卡必须将串行位流转换成并行数据介质访问控制介质访问控制串串/ /并转换并转换4.3.3.1 网卡的功能•编码方法是由使用的数据链路层协议来决定的。

•如以太网使用曼彻斯特编码，令牌环网使用差分曼 彻斯特编码把编码后的物理信号通过网络介质将数据发送出 去或者把网络介质上的物理信号接收进来数据编码数据编码/ /解码解码数据发送数据发送/ /接收接收按总线接口类型分按总线接口类型分按网络接口划分按网络接口划分按带宽划分按带宽划分按网卡应用领域来分按网卡应用领域来分4.3.3.2 网卡的分类1. 按总线接口类型分ISA总线网卡 PCI总线网卡 PCI-X总线网卡 PCMCIA总线网卡 USB总线接口网卡 2. 按网络接口划分除了可以按网卡的总线接口类型划分外， 我们还可以按网卡的网络接口类型来划分目前常 见的接口主要有：以太网的RJ-45接口细同轴电缆的BNC接口粗同轴电AUI接口FDDI接口ATM接口3. 按带宽划分 10Mbps网卡 100Mbps网卡 10Mbps/100Mbps网卡 1000Mbps以太网卡4. 按网卡应用领域来分根据网卡所应用的计算机类型来分，我们可 以将网卡分为应用于工作站的网卡和应用于服务 器的网卡在大型网络中，服务器通常采用专门的网卡 4.3.3.3 网卡的结构网卡主要由以下六个逻辑功能模块组成：网卡主要由以下六个逻辑功能模块组成：主机接口控制电路：主机接口控制电路：完成网卡与主机的接口控制和数据交完成网卡与主机的接口控制和数据交 换功能换功能数据缓冲区：数据缓冲区：缓存计算机与网卡之间交换的数据缓存计算机与网卡之间交换的数据数据链路控制器：数据链路控制器：实现数据链路层大部分功能的逻辑部件实现数据链路层大部分功能的逻辑部件编码译码器（编码译码器（MCCMCC）：）：对数据编码解码对数据编码解码内部收发器：内部收发器：网卡与线缆之间的接口，从网卡与线缆之间的接口，从MCCMCC接收信号并接收信号并 传送给电缆；也从电缆上接收信号并传送给传送给电缆；也从电缆上接收信号并传送给MCCMCC介质连接装置：介质连接装置：网卡与介质相连的接口部件网卡与介质相连的接口部件4.3.3.4 提高网卡性能提高与主机的传输速度：与主机的存储器传输数据时采用DMA传 送方式总线采用传输速度较快的PCI总线。

全双工当网卡以全双工方式运行时，网卡能够在 任何时候同时接收和发送数据，不需要使用介 质访问控制机制可以避免出现信息传输的冲突，从而挺高 网络的整体运行机制需集线器/交换机的支持并行处理发送/接收和数据处理同步进行允许当数据送到网卡的同时，网卡。