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物理層概述:
物理層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最低層
它既不是指連接計(jì)算機(jī)的具體物理設(shè)備,也不是指負(fù)責(zé)信號(hào)傳輸?shù)木唧w物理介質(zhì), 而是指在連接開(kāi)放系統(tǒng)的物理媒體上為上一層(指數(shù)據(jù)鏈路層)提供傳送比特流的一個(gè)物理連接。
物理層的主要功能——為它的服務(wù)用戶(hù)(即數(shù)據(jù)鏈路層的實(shí)體)在具體的物理媒體上提供“透明”傳輸比特流的能力。 ?
物理層的作用——盡可能屏蔽計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的物理設(shè)備、傳輸介質(zhì)和通信方式的差異,使得數(shù)據(jù)鏈路層不必去考慮物理設(shè)備和傳輸介質(zhì)的具體特性,而只要考慮完成本層的協(xié)議和服務(wù)。
物理層的協(xié)議與具體的物理設(shè)備、傳輸媒體及通信手段有關(guān)。用于物理層的協(xié)議也常稱(chēng)為規(guī)程。
物理層的許多協(xié)議是在OSI/RM公布以前制定的,并沒(méi)有用OSI術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述,只能將物理層實(shí)現(xiàn)的主要功能描述為與傳輸媒體接口有關(guān)的四個(gè)重要特性:機(jī)械特性、電氣特性、功能特性 、規(guī)程特性
物理層接口特性
物理層協(xié)議實(shí)際上是DTE與DCE之間的一組約定。這組約定規(guī)定了DTE與DCE之間標(biāo)準(zhǔn)接口特性。
數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過(guò)DTE-DCE,再經(jīng)過(guò)DCE-DTE的路徑
DTE(Data Terminal Equipment) ? 數(shù)據(jù)終端設(shè)備的英文縮寫(xiě),它是一種具有一定的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)能力的設(shè)備。DTE可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端或各種I/O設(shè)備。
DCE(Data Circuit-Terminating Equipment數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備) ? 在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能,并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的設(shè)備。典型的DCE,如調(diào)制解調(diào)器(modem)。
DTE/DCE接口是標(biāo)準(zhǔn)化的。它具有機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程四個(gè)方面的特性。 ??
機(jī)械特性
指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。
常用的標(biāo)準(zhǔn)接口:
ISO 2110 ?數(shù)據(jù)通信--25芯DTE/DCE接口接線器及引線分配。用于串行和并行音頻調(diào)制解調(diào)器、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)接口、電報(bào)(包括用戶(hù)電報(bào))接口和自動(dòng)呼叫設(shè)備。
ISO 2593 ? ?高速數(shù)據(jù)終端設(shè)備用接線器和引線分配。34芯接線器用于V.35(通用終端接口的規(guī)定)寬帶MODEM
ISO 4902 ? ?數(shù)據(jù)通信-37芯和9芯DTE/DCE接口接線器及引線分配,用于串行音頻和寬帶調(diào)制解調(diào)器。
ISO 4903 ?數(shù)據(jù)通信-15芯DTE/DCE接口接線器及引線分配 。用于X.20、X.21、X.22所規(guī)定的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)接口。
ISO標(biāo)準(zhǔn)化的部分接線器
電氣特性
指明在接口電纜的各條線上電氣連接及有關(guān)電路特性,包括信號(hào)電平范圍、阻抗、負(fù)載、速率和距離限制等。
如表5-1是普通電話交換網(wǎng)接口電氣特性的主要規(guī)定
功能特性
主要對(duì)各接口信號(hào)線作出確切的功能定義以及相互間的操作關(guān)系。
對(duì)接口線按具有的功能多少,通常采有一線一義法(每根信號(hào)線定義一種功能)和一線多義法(每根信號(hào)線被定義為多種功能)。
信號(hào)線按其功能一般可分為四大類(lèi):數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和接地線。常用的接口功能特性的標(biāo)準(zhǔn)有:EIA RS-232-C,EIA RS-449,ITU-T V.24等(見(jiàn)表5-3)。
規(guī)程特性
主要規(guī)定接口各信號(hào)線之間的相互關(guān)系、動(dòng)作順序以及維護(hù)測(cè)試操作等內(nèi)容。反映了在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中,通信雙方可能發(fā)生的各種可能事件。
目前,用于物理層規(guī)程特性的標(biāo)準(zhǔn)有:ITU-T ?V.24、V.25、V.54、X.20、X.20bis、X.21、X.21bis、X.22、X.150等。 表5-4給出了EIA、ITU-T和ISO有關(guān)DTE/DCE主要接口標(biāo)準(zhǔn)及其兼容關(guān)系。
物理層的常用標(biāo)準(zhǔn)
(一)EIA RS-232
EIA RS-232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA于1962年制訂的著名物理層異步通信接口標(biāo)準(zhǔn)。
RS-232-C接口的機(jī)械特性
使用25芯接線器(與ISO 2110兼容)。
在DTE側(cè)采用針式(凸插頭)結(jié)構(gòu),DCE側(cè)采用孔式(凹插座)結(jié)構(gòu)。
實(shí)際使用可采用芯針較少的9芯接線器。
RS-232-C接口的電氣特性
采用單端發(fā)送單端接收、雙極性電源供電,其邏輯1電平為-5V~-15V,邏輯0電平為+5V~+15V,詳見(jiàn)表5-5。
RS-232-C的接口電平不能和TTL(晶體管-晶體管邏輯集成電路)、DTL(二極管-晶體管邏輯門(mén)電路)輸出、輸入的電平(1為2.4V,0為0.4V)相兼容,而必須外加傳輸線驅(qū)動(dòng)/接收器實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。RS-232-C的最大傳輸距離為15m。
RS-232-C接口的功能特性
信號(hào)線的功能定義見(jiàn)表5-6。信號(hào)線共20條,可分為四類(lèi):數(shù)據(jù)線(4條)、控制線(11條) 、定時(shí)線(3條)和地線(2條) 。其余5條是未定義或?qū)S玫摹?/p>
RS-232-C接口有主、輔兩種信道。輔信道用于在互連設(shè)備之間傳送一些輔助的控制信息,通常很少使用,其速率低于主信道。
RS-232-C接口的規(guī)程特性
規(guī)程特性描述了在不同的條件下,各條信號(hào)線呈現(xiàn)“接通”(正電平,邏輯0)或“斷開(kāi)”(負(fù)電平,邏輯1)狀態(tài)的順序和關(guān)系。例如, DTE若想將數(shù)據(jù)發(fā)往傳輸線路,必須做到CC(數(shù)據(jù)設(shè)備就緒)、CD(數(shù)據(jù)終端就緒)、CA(請(qǐng)求發(fā)送)、CB(允許發(fā)送)這4條控制線全部呈“接通”狀態(tài),也就是既做到設(shè)備就緒,又做到線路就緒。
由于RS-232-C對(duì)許多用戶(hù)環(huán)境有所限制,而用戶(hù)又迫切要求改善原有特性,如提高速率、增大距離、追加某些必要的功能(如環(huán)回測(cè)試)等。于是,EIA于1987年將C版本修訂為D版本,1991年又修訂為E版本,1997年再修訂為F版本。因各版本修訂內(nèi)容不多,許多廠商仍用為原來(lái)的舊名稱(chēng)RS-232-C。
(二)EIA RS-232?
RS-232-C接口的電氣特性
采用單端發(fā)送單端接收、雙極性電源供電,其邏輯1電平為-5V~-15V,邏輯0電平為+5V~+15V,詳見(jiàn)表5-5。
RS-232-C的接口電平不能和TTL(晶體管-晶體管邏輯集成電路)、DTL(二極管-晶體管邏輯門(mén)電路)輸出、輸入的電平(1為2.4V,0為0.4V)相兼容,而必須外加傳輸線驅(qū)動(dòng)/接收器實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。RS-232-C的最大傳輸距離為15m。
RS-232-C接口的功能特性
信號(hào)線的功能定義見(jiàn)表5-6。信號(hào)線共20條,可分為四類(lèi):數(shù)據(jù)線(4條)、控制線(11條) 、定時(shí)線(3條)和地線(2條) 。其余5條是未定義或?qū)S玫摹?/p>
RS-232-C接口有主、輔兩種信道。輔信道用于在互連設(shè)備之間傳送一些輔助的控制信息,通常很少使用,其速率低于主信道。
RS-232-C接口的規(guī)程特性
規(guī)程特性描述了在不同的條件下,各條信號(hào)線呈現(xiàn)“接通”(正電平,邏輯0)或“斷開(kāi)”(負(fù)電平,邏輯1)狀態(tài)的順序和關(guān)系。例如, DTE若想將數(shù)據(jù)發(fā)往傳輸線路,必須做到CC(數(shù)據(jù)設(shè)備就緒)、CD(數(shù)據(jù)終端就緒)、CA(請(qǐng)求發(fā)送)、CB(允許發(fā)送)這4條控制線全部呈“接通”狀態(tài),也就是既做到設(shè)備就緒,又做到線路就緒。
由于RS-232-C對(duì)許多用戶(hù)環(huán)境有所限制,而用戶(hù)又迫切要求改善原有特性,如提高速率、增大距離、追加某些必要的功能(如環(huán)回測(cè)試)等。于是,EIA于1987年將C版本修訂為D版本,1991年又修訂為E版本,1997年再修訂為F版本。因各版本修訂內(nèi)容不多,許多廠商仍用為原來(lái)的舊名稱(chēng)RS-232-C。
(三)EIA RS-449
EIA RS-449 是為替代EIA RS-232-C而提出的物理層標(biāo)準(zhǔn)接口。由 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成。
RS-449 規(guī)定了接口的機(jī)械特性、功能特性的過(guò)程特性(相當(dāng)于V.35)。
RS-423-A 規(guī)定采用非平衡傳輸時(shí)(即所有的電路共用一個(gè)公共地)的電氣特性。
RS-422-A 規(guī)定采用平衡傳輸時(shí)(即所有的電路沒(méi)有公共地)的電氣特性。
RS-449接口的機(jī)械特性
使用37芯和9芯接線器,后者用于輔信道操作。
RS-449接口的電氣特性
RS-423-A規(guī)定了采用差動(dòng)接收的非平衡電氣連接特性。信號(hào)電平采用±6V的負(fù)邏輯。當(dāng)傳輸距離為100m時(shí),速率為10kb/s;距離為10m時(shí),速率為300kb/s。
RS-422-A規(guī)定了采用平衡電氣連接特性,信號(hào)電平采用±6V 的負(fù)邏輯。傳輸距離為1000m時(shí),速率為100kb/s;距離為10m時(shí),速率可達(dá)10Mb/s。
RS-449接口的功能特性
對(duì)30條信號(hào)線作了功能性定義。與RS-232-C相比,新增的信號(hào)線主要是為了解決環(huán)回測(cè)試和其他功能的問(wèn)題。
RS-449接口的規(guī)程特性
沿用了RS-232-C的規(guī)程特性。
RJ-45
1. RJ-45插頭用于局域網(wǎng)與ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)用戶(hù)線)寬帶上網(wǎng)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間 網(wǎng)線連接。
2.雙絞線簡(jiǎn)介
最古老但又最常用的傳輸媒體。
把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起,然后用規(guī)則的方法絞合 (twist) 起來(lái)就構(gòu)成了雙絞線。
絞合度越高,可用的數(shù)據(jù)傳輸率越高。
2 大類(lèi):