04-控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2-物理層鏈路層

1、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)物理層與鏈路層協(xié)議OSI參考模型示意圖物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話(huà)層表示層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話(huà)層表示層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層分組幀位流TPDUSPDUPPDUAPDU應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會(huì)話(huà)協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議物理協(xié)議端到端點(diǎn)到點(diǎn)一、物理層協(xié)議概述用于物理層的協(xié)議也常稱(chēng)為物理層規(guī)程(procedure)?？梢詫⑽锢韺拥闹饕蝿?wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：（1）機(jī)械特性。（2）電氣特性。（3）功能特性。（4）規(guī)程特性。在物理連接上的傳輸方式一般都是串行傳輸，即一個(gè)比特一個(gè)比特地按照時(shí)間順序傳輸。但是，有時(shí)也可以采用多個(gè)比特的并行傳輸方

2、式。物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也稱(chēng)為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類(lèi)，即導(dǎo)向傳輸媒體和非導(dǎo)向傳輸媒體。導(dǎo)向傳輸媒體1雙絞線(xiàn)把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)。從用戶(hù)電話(huà)機(jī)到交換機(jī)的這段線(xiàn)稱(chēng)為用戶(hù)線(xiàn)或用戶(hù)環(huán)路(subscriber loop)。雙絞線(xiàn)2同軸電纜同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線(xiàn)(單股實(shí)心線(xiàn)或多股絞合線(xiàn))、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層(也可以是單股的)以及保護(hù)塑料外層所組成。通常按特性阻抗數(shù)值的不同，將同軸電纜分為兩類(lèi)：（1）50 同軸電纜50 同軸電纜又稱(chēng)為基帶同軸電纜。在

3、傳輸基帶數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以有多種不同的編碼方法。下圖畫(huà)的是未經(jīng)編碼的原基帶數(shù)字信號(hào)和在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的兩種編碼方法，即：曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼。（2）75 同軸電纜75 同軸電纜又稱(chēng)為寬帶同軸電纜。 在計(jì)算機(jī)通信中，“寬帶系統(tǒng)”是指采用了頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。雙電纜系統(tǒng)的示意圖如圖3-9(a)所示。頭端(headend)的作用是將各計(jì)算機(jī)從發(fā)送電纜發(fā)過(guò)來(lái)的信息轉(zhuǎn)換到接收電纜，使得各計(jì)算機(jī)能從接收電纜上收到發(fā)送給它們的信息。圖3-9(b)為單電纜系統(tǒng)。3光纜光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只

4、有8 100 m。正是這個(gè)纖芯用來(lái)傳導(dǎo)光波。包層較纖芯有較低的折射率。當(dāng)光線(xiàn)從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角(如圖3-10所示)。下圖畫(huà)出了光波在纖芯中傳播的示意圖。只要從纖芯中射到纖芯表面的光線(xiàn)的入射角大于某一個(gè)臨界角度，就可產(chǎn)生全反射。因此，可以存在許多條不同角度入射的光線(xiàn)在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱(chēng)為多模光纖(如圖3-12(a)所示)。若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線(xiàn)一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射。這樣的光纖就稱(chēng)為單模光纖(圖3-12(b)。光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：（1）傳輸損耗小，中

5、繼距離長(zhǎng)，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。（3）無(wú)串音干擾，保密性好，也不易被竊聽(tīng)或截取數(shù)據(jù)。（4）體積小，重量輕。當(dāng)采用光纖連網(wǎng)時(shí)，常常將一段段點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)環(huán)路，通過(guò)T形接頭連接到計(jì)算機(jī)。T形接頭有兩種：無(wú)源的和有源的。無(wú)源的T形接頭由于完全是無(wú)源的，因此非?？煽?。有源的T形接頭實(shí)際上就是一個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖3-14所示)。 非導(dǎo)向傳輸媒體1無(wú)線(xiàn)傳輸2地面微波接力通信其主要特點(diǎn)是：微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；因?yàn)楣I(yè)干擾和天電干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對(duì)微波通信的危害比對(duì)短波

6、和米波通信小得多，因而微波傳輸質(zhì)量較高；與相同容量和長(zhǎng)度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設(shè)投資少，見(jiàn)效快。微波接力通信缺點(diǎn)：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時(shí)一個(gè)天線(xiàn)發(fā)射出的信號(hào)也會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)接收天線(xiàn)，因而造成失真；微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差； 對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。3衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。衛(wèi)星通信的另一特點(diǎn)就是具有較大的傳播時(shí)延。二、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議鏈路(link)就是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線(xiàn)路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)鏈路(data

7、 link)則是另一個(gè)概念。這是因?yàn)楫?dāng)需要在一條線(xiàn)路上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，除了必須有一條物理線(xiàn)路外，還必須有一些必要通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸(這將在后面討論)。也有人采用另外的術(shù)語(yǔ)。這就是將鏈路分為物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路就是上面所說(shuō)的鏈路，而邏輯鏈路就是上面的數(shù)據(jù)鏈路，是物理鏈路加上必要的通信協(xié)議。1. 數(shù)據(jù)鏈路層需要解決的問(wèn)題1）為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)2）成幀3）差錯(cuò)控制4）流量控制如何在有差錯(cuò)的線(xiàn)路上，進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議1）為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)將源端網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸給宿端網(wǎng)絡(luò)層。物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層比特流物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層保證數(shù)據(jù)流的順序傳輸層應(yīng)用層源宿2）成幀（

8、Framing）為了給網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，需要使用物理層提供的服務(wù)（比特流的透明傳輸）使用物理層服務(wù)的方法：把比特流分成離散的幀通過(guò)幀的校驗(yàn)和檢錯(cuò)，采取相應(yīng)措施成幀的方法標(biāo)識(shí)幀的首尾字符流舉例幀頭：說(shuō)明幀的字符數(shù)控制字符傳輸錯(cuò)誤出現(xiàn)差錯(cuò)帶來(lái)的問(wèn)題 無(wú)法確定下一幀的幀頭位置 無(wú)法確定重傳幀的幀頭位置位填充的首尾標(biāo)識(shí)法舉例幀首011111100111110110111110001111110幀尾數(shù)據(jù)帶填充位的首尾標(biāo)志法（面向位） ：HDLC填充位 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的基本功能物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層比特流物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送方A接收方Bfrom_network_layerfrom_physical_layerto_ne