物理层接口及其协议.ppt

1第九章物理层接口及其协议物理层接口及其协议2主要内容主要内容9.1 物理层的定义和功能物理层的定义和功能9.2 物理层的特性物理层的特性9.3 典型的物理层标准接口典型的物理层标准接口9.4 传输介质传输介质39.1 9.1 物理层的定义和功能（物理层的定义和功能（1 1））•物理层的定义物理层的定义–ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机关于物理层的定义：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•物理层的功能物理层的功能–在两个网络设备之间提供在两个网络设备之间提供透明透明的比特流传输的比特流传输•研究内容研究内容–物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理以及维护管理49.1 9.1 物理层的定义和功能（物理层的定义和功能（2 2））•几点说明几点说明–连接方式（点到点，点到多点）连接方式（点到点，点到多点）–通信方式（单工，半双工，全双工）通信方式（单工，半双工，全双工）–位传输方式（串行，并行）位传输方式（串行，并行）•物理层的四个重要特性物理层的四个重要特性–机械特性机械特性 (mechanical characteristics)–电气特性电气特性 (electrical characteristics)–功能特性功能特性 (functional characteristics)–规程特性规程特性 (procedural characteristics)59.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（1 1））•机械特性机械特性–主要定义物理连接的边界点，即接插装置。

规定物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–常用的标准接口常用的标准接口•ISO 2110，，25芯连接器，芯连接器，EIA RS-232-C，，EIA RS-366-A•ISO 2593，，34芯连接器，宽带芯连接器，宽带MODEM•ISO 4902，，37芯和芯和9芯连接器，芯连接器，EIA RS-449•ISO 4903，，15芯连接器，芯连接器，69.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（2 2））•电气特性电气特性–规定传输二进制位时，线路上信号的电压高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，例如早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS-232-C、、V.28；；最近的标准则说明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有关对连接电缆的控制 79.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（3 3））–CCITT 标准化的电气特性标准标准化的电气特性标准•CCITT V.10/X.26：：新的非平衡型电新的非平衡型电气特性，气特性，EIA RS-423-A•CCITT V.11/X.27 ：：新的平衡型电气新的平衡型电气特性，特性，EIA RS-422-A•CCITT V.28：：非平衡型电气特性，非平衡型电气特性，EIA RS-232-C89.2 9.2 物理层的特性（物理层的特性（4 4））•功能特性功能特性–主要定义各条物理线路的功能。

主要定义各条物理线路的功能–线路的功能分为四大类：线路的功能分为四大类：•数据数据•控制控制•定时定时•地地•规程特性规程特性–主要定义各条物理线路的工作规程和时序关主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系99.3 9.3 典型的物理层标准接口（典型的物理层标准接口（1 1））9.3.1 EIA RS-232-C•1960年美国电子工业协会年美国电子工业协会EIA提出提出RS-232，，1963年提出年提出RS-232-A，，1965年提出年提出RS-232-B，，1969年提出年提出RS-232-C用于用于DTE/DCE之间的接口之间的接口•RS-232C标准中所提到的标准中所提到的“发送发送”和和“接收接收”，都，都是站在是站在DTE立场上，而不是站在立场上，而不是站在DCE的立场来定义的立场来定义的由于在计算机系统中，往往是的由于在计算机系统中，往往是CPU和和I/O设备设备之间传送信息，两者都是之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送，因此双方都能发送和接收 •目前在目前在IBM PC机上的机上的COM1、、COM2接口，就是接口，就是RS-232C接口 10RS-232-C特性（特性（1））•机械特性机械特性–连接器：由于连接器：由于RS-232C并未定义连接器的并未定义连接器的物理特性，因此，出现了物理特性，因此，出现了DB-25、、DB-15和和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。

也各不相同–下面分别介绍下面分别介绍DB-25、、 DB-9两种连接器两种连接器11RS-232-C：： DB-25（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接器DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24）③空6个（9，10，11，18，21，25）④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）　　DB-25型连接器的外形及信号线分配如左图所示注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持 12RS-232-C：： DB-9（2）DB-9连接器　 在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器它只提供异步通信的9个信号DB-9型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同因此，若与配接DB-9型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线　　 电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。

　　最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的1314RS-232-C特性特性（（2 2））电气特性电气特性ØEIA-RS-232C对电器特性、逻对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作辑电平和各种信号线功能都作了规定Ø在在TxD和和RxD上：上：逻辑逻辑1(MARK)=-3V～～-15V逻辑逻辑0(SPACE)=+3～＋～＋15VØ在在RTS、、CTS、、DSR、、DTR和和DCD等控制线上：等控制线上：信号有效（接通，信号有效（接通，ON状态，正电状态，正电压）＝压）＝+3V～～+15V信号无效（断开，信号无效（断开，OFF状态，负电状态，负电压压)=-3V～～-15V 图图1显示了显示了1488和和1489的内部结构和引脚的内部结构和引脚 图中的左边是微机串行接口电路中的主芯图中的左边是微机串行接口电路中的主芯片片UART，它是，它是TTL器件，右边是器件，右边是EIA-RS-232C连接器，要求连接器，要求EIA高电压 15远距离通信远距离通信 Ø远距离通信（传输距离大于远距离通信（传输距离大于15m的通的通信）的例子，故一般要加调制解调器信）的例子，故一般要加调制解调器MODEM，因此使用的信号线较多。

因此使用的信号线较多1、采用、采用Modem(DCE)和网通信时和网通信时的信号连接：的信号连接：若在双方若在双方MODEM之间采用普通交之间采用普通交换线进行通信，除了需要换线进行通信，除了需要2～～8号信号线号信号线外还要增加外还要增加RI(22号号)和和DTR(20号号)两个两个信号线进行联络，如图所示信号线进行联络，如图所示 2、采用专用线通信：、采用专用线通信：在通信双方的在通信双方的MODEM之间采用线之间采用线进行通信，则只要使用进行通信，则只要使用2～～8号信号线进号信号线进行联络与控制不需要机、振铃信行联络与控制不需要机、振铃信号号RI和和DTR信号，其信号线的连接如图信号，其信号线的连接如图那样 16近距离通信近距离通信 Ø零零Modem 的最简连线（的最简连线（3线制）线制）图是零图是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接），方式的最简单连接（即三线连接），图中的图中的2号线与号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时，号线交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收在这种方式下，通信双方的任何一方，只也可收。

在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送要请求发送RTS有效和数据终端准备好有效和数据终端准备好DTR有效就有效就能开始发送和接收能开始发送和接收 17189.3 9.3 典型的物理层标准接口（典型的物理层标准接口（2 2））9.3.2 EIA RS-449/422-A/423-A•RS-232 C的数据传输不能超过的数据传输不能超过20 Kbps，同时电，同时电缆最大长度不能超过缆最大长度不能超过15米这大大限制了其应用米这大大限制了其应用能力后来（能力后来（1977年），年），EIA/TIA推出了一个新推出了一个新的标准：的标准：RS-449.如图所示如图所示•　　该标准的机械、功能和过程性由　　该标准的机械、功能和过程性由RS-449定定义，电气接口由两个不同的标准定义一个标准义，电气接口由两个不同的标准定义一个标准是是RS-423 A，它与，它与RS-232 C相似，所有的电路相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输共享一个公共地，称为非平衡传输（（unbalanced transmission）•　　另一个电气标准是　　另一个电气标准是RS-422 A，采用平衡传，采用平衡传输（输（balanced transmission），无公共地。

无公共地RS-422 A能在不超过能在不超过60米长的电缆上达到米长的电缆上达到2Mbps的数据传输速率的数据传输速率19控制台端口控制台端口 •很多厂商的各类不同的网络设备都提供了控制台端口很多厂商的各类不同的网络设备都提供了控制台端口（（Console Port）对设备进行初始、带外配置对于）对设备进行初始、带外配置对于Cisco来说，其所有路由、交换设备都提供了控制台端口很多平来说，其所有路由、交换设备都提供了控制台端口很多平台、型号还配有辅助端口（台、型号还配有辅助端口（Auxiliary Port），提供了远程维），提供了远程维护设备的手段护设备的手段•　　根据设备类型、型号不同，其控制台端口的接口形式也　　根据设备类型、型号不同，其控制台端口的接口形式也不同常见的有两种：采用不同常见的有两种：采用DB-25的控制台端口和采用的控制台端口和采用RJ-45的控制台端口它们都符合的控制台端口它们都符合EIT/TIA 232异步串行接口规范异步串行接口规范•　　　　Cisco的低端设备，一般都提供采用的低端设备，一般都提供采用RJ-45的控制台端口的控制台端口它是它是DCE端，当我们将其与调试工作站的串行接口（端，当我们将其与调试工作站的串行接口（COM1、、COM2）相连时，必须使用）相连时，必须使用EIT/TIA 232到到RJ-45的转换器和的转换器和反转电缆。

反转电缆•　　　　20辅助端口辅助端口 •辅助端口是标准的异步串行设备，有着标准串行设备的所有功能，如流量控辅助端口是标准的异步串行设备，有着标准串行设备的所有功能，如流量控制因此可以在较高的速率上运行，一般可以达到制因此可以在较高的速率上运行，一般可以达到115200bps.•辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供了可能，如图所示　　辅助端口为网络管理人员远程管理网络设备提供了可能，如图所示　　尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口在主链路失败的尽管速率有限，辅助端口也可以作为链路临时备份端口在主链路失败的时候，拨号到目的网络，保持连通性如图所示时候，拨号到目的网络，保持连通性如图所示 21异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 •异步串行接口：异步串行接口：Ø异步串行接口的缺省封装异步串行接口的缺省封装是是SLIP，还可以是，还可以是PPP取决于使用的电缆，异步取决于使用的电缆，异步串行接口的速度最高可达串行接口的速度最高可达128K.ØCisco模块化路由器可以模块化路由器可以接入多种异步接口网络模接入多种异步接口网络模块，如块，如8A、、16A、、32A。

图给出了异步接口网络模图给出了异步接口网络模块块NM-32A的照片 22异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 •同步串行接口同步串行接口 ：：•同步串行接口的缺省封装为同步串行接口的缺省封装为HDLC（（Cisco私有），还私有），还可以是可以是PPP、、FRAME-RELAY、等缺省速度为、等缺省速度为T1-1.544Mbps.不同电缆最不同电缆最高速度不同，高速度不同，EIA/TIA 232为，为，EIA/TIA 449、为、为2Mbps等•　　典型的同步串行接口卡　　典型的同步串行接口卡如：如：WIC-1T.图给出了广域图给出了广域网接口卡网接口卡WIC-1T的照片23异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 •异步异步/同步串行接口同步串行接口 ：：•异步异步/同步串行接口可以提同步串行接口可以提供串行异步或同步连接供串行异步或同步连接在异步模式时，最高速度在异步模式时，最高速度可达，在同步模式时，可可达，在同步模式时，可以达到以达到128Kbps.•　　典型的异步　　典型的异步/同步串行同步串行接口模块如：接口模块如：2A/S、、8A/S等。

图给出了异步等图给出了异步/同步串同步串行接口网络模块行接口网络模块NM-8A/S的照片24异步、同步串行（广域网）接口异步、同步串行（广域网）接口 •远程访问接入（异步）模块远程访问接入（异步）模块 ：：•Cisco也提供集成远程访问接入也提供集成远程访问接入网络模块，如网络模块，如8AM、、16AM.该网该网络模块将模拟调制解调器集成到络模块将模拟调制解调器集成到远程访问接入模块中从而节省了远程访问接入模块中从而节省了外接调制解调器占用的空间及投外接调制解调器占用的空间及投资该网络模块提供了资该网络模块提供了8~16个个RJ-11接口，我们可以将线接口，我们可以将线直接接入远程访问模块如图所直接接入远程访问模块如图所示，给出了模拟调制解调器接入示，给出了模拟调制解调器接入模块模块NM-8AM的照片。