第9章-物理層和數(shù)據(jù)鏈路層.ppt

1、第9章物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，9.1物理層9.2數(shù)據(jù)鏈路層9.3局域網(wǎng)，9.1物理層是開放系統(tǒng)互連參考模型的最下層，與物理信道直接連接，發(fā)揮數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸媒體之間的邏輯接口的作用，通信雙方之間、9.1.1物理層的功能、物理連接的建立、維護(hù)和釋放物理服務(wù)數(shù)據(jù)單元的傳輸物理層管理、9.1.2物理層的特性、物理層的主要任務(wù)是確定與傳輸介質(zhì)的接口特性，即機(jī)械特性：指定接口使用的連接器的形狀和大小、導(dǎo)數(shù)和配置等電氣特性：表示接口電纜各線路出現(xiàn)的電壓范圍。 功能特性：表示出現(xiàn)在某條線上的某個(gè)電壓水平表示什么意思。 流程屬性：顯示關(guān)于各種功能的可能的各種事件的發(fā)生順序。 在9.1.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

2、數(shù)據(jù)通信中，一些接口標(biāo)準(zhǔn)是常見的并在其上采用。 其通常被稱為RS-232、RS-422和RS-485標(biāo)準(zhǔn)。 這些都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA )制定公布。 RS-232接口(也稱為EIA RS-232 )是當(dāng)前最常見的串行通信接口，有關(guān)此接口的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見5.2節(jié)。 另外，RS-232接口以及9.1.4物理層下面的傳輸介質(zhì)(傳輸信道)也被稱為傳輸介質(zhì)或傳輸介質(zhì)，其是傳輸系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的物理路徑。 傳輸介質(zhì)可以分為兩種，即，導(dǎo)致電磁波沿固體介質(zhì)傳播的有線傳輸介質(zhì)(有線信道、轉(zhuǎn)向傳輸介質(zhì))。 例如，雙絞線、同軸電纜、光纖無(wú)線傳輸介質(zhì)(無(wú)線信道、非定向傳輸介質(zhì)):

3、信號(hào)能量以放射電磁波的形式在自由空間中傳播。 例如，地面微波、衛(wèi)星、紅外線、一端、有線信道、雙絞線屏蔽雙絞線電纜STP (Shielded Twisted Pair，串聯(lián)雙絞線電纜STP )、無(wú)屏蔽雙絞線電纜UTP (Unshielded Twisted Pair，未屏蔽雙絞線電纜) 同軸電纜50同軸電纜75同軸電纜單模光纖多模，各線對(duì)的扭轉(zhuǎn)目的是使各線對(duì)之間的電磁干擾最小化。 雙絞線適用于短距離的信號(hào)傳輸，既可以傳輸模擬信號(hào)，也可以傳輸數(shù)字信號(hào)。 銅線、銅線、聚氯乙烯護(hù)套、聚氯乙烯護(hù)套、屏蔽護(hù)套、絕緣層、絕緣層、非屏蔽雙絞線UTP、屏蔽雙絞線STP、局域網(wǎng)使用的雙絞線為護(hù)套作為非屏蔽雙絞線最

4、常用的雙絞線電纜有3種和5種，都由4對(duì)雙絞線電纜構(gòu)成，3種雙絞線電纜的傳輸速度達(dá)到10bps，5種雙絞線電纜的傳輸速度達(dá)到100bps。 這些差異是每單位長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)次數(shù)不同。 3種扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度為7.5cm10cm 5種扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度為0.6cm0.85cm 3種，5種扭轉(zhuǎn)線的最大傳輸距離為100m。 (2)同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅線芯線(單根中實(shí)線或多根絞線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層(也可以是箔狀)和絕緣保護(hù)外層組成。 內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外導(dǎo)體屏蔽層、絕緣保護(hù)外層通常根據(jù)特性阻抗而不同，同軸電纜也稱為基帶同軸電纜，主要用于在數(shù)據(jù)通信中傳輸數(shù)字信號(hào)： 50同軸電纜。 現(xiàn)在幾乎被淘汰了。 75同軸電纜：是用

5、于模擬傳輸?shù)南到y(tǒng)，在該電纜上傳輸?shù)男盘?hào)是采用頻分復(fù)用的寬帶信號(hào)，因此也稱作寬帶同軸電纜。 有線電視系統(tǒng)CATV使用75同軸電纜。 同軸電纜的分類，(3)光纖、光纖(光纖)是直徑8m100m的柔軟的能夠傳輸光波的介質(zhì)。 光纖的制造中，可以使用使用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖，可以使用能夠?qū)鬏敁p耗抑制在最小限度的多個(gè)玻璃和塑料。在折射率高的1根光纖之外，用折射率低的包層包裹，可以構(gòu)成1根光纖通道。 光線在光纖中的折射、折射角、入射角、包層(低折射率的介質(zhì))、包層(低折射率的介質(zhì)) 、光纖傳輸模式以及單模光纖(直徑8m10m )多模光纖(通常為50m或62.5m ) 多模光纖和單模光纖、單模光纖

6、多模光纖多模光纖：多模與單模光纖相比，芯徑非常大、色散非常大，限制了傳送數(shù)字信號(hào)的頻率多模光纖與單模光纖的比較，使得阿卡迪亞以單根光纖的數(shù)據(jù)傳輸速度打破了10Tbit/s的極限，2001年4月5日，作為智能光纖網(wǎng)絡(luò)的世界領(lǐng)先者，阿卡迪亞公司近來(lái)發(fā)表了兩項(xiàng)世界記載阿卡迪亞公司打破了10Tbit/s的第二，阿卡迪亞在300公里的越洋傳輸中創(chuàng)造了速度達(dá)到3 t bit/s (3000 gbit/s )的記錄。 另外，光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，還具有(1)傳輸損耗小、中繼距離長(zhǎng)、對(duì)遠(yuǎn)程傳輸特別經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。 (2)抗雷擊和電磁干擾性能好。 這在有大電流脈沖噪聲的環(huán)境下特別重要。 (3)無(wú)串?dāng)_干擾

7、，機(jī)密性高，不易竊聽或截獲數(shù)據(jù)。 (4)體積小，重量輕。 光纖的缺點(diǎn)：光纖對(duì)接需要專用設(shè)備，光電接口也很高。 光纖的優(yōu)缺點(diǎn)，范艾克實(shí)驗(yàn)，1985年，在國(guó)際計(jì)算機(jī)安全會(huì)議上，范艾克(Fan Ettc )使用了數(shù)百美元的設(shè)備，改造普通的電視機(jī)，安裝在汽車上，從街上8樓上放置的接收計(jì)算機(jī)電磁波信息，計(jì)算機(jī)畫面他的示威游行給參加的各國(guó)代表帶來(lái)了很大的震動(dòng)。 根據(jù)海外考試，在1000米以外就能接收和恢復(fù)計(jì)算機(jī)顯示終端的信息，而且看得很清楚。 二、利用電磁波在空間中的傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線信道和無(wú)線信道中的信號(hào)傳輸。 無(wú)線傳輸方式有各種各樣，這里主要介紹無(wú)線電波、微波、衛(wèi)星三種無(wú)線傳輸介質(zhì)，它們是無(wú)線信道的主要構(gòu)

8、成要素。 一、無(wú)線電波、無(wú)線電波主要應(yīng)用于無(wú)線電廣播、電視及通信領(lǐng)域。 國(guó)際電信聯(lián)盟的ITU-R將電波的頻帶分割成幾個(gè)頻帶。 在低頻和中頻的電磁波頻帶中，電波繞過(guò)障礙物容易沿著地表面?zhèn)鞑ィ@種傳播方式稱為地波傳播。 但是，由于能量隨著與信號(hào)源的距離變大而急劇減少，因此傳播距離受到限制，一般在數(shù)百公里的范圍內(nèi)。 長(zhǎng)波、中波、中短波用這種方式進(jìn)行無(wú)線電廣播。 高頻和非常高頻的頻帶內(nèi)的電波在距離地面數(shù)十公里到數(shù)百公里高度的帶電粒子層(電離層)反射，到達(dá)更遠(yuǎn)的地方，這種傳播方式稱為天線傳播。 短波廣播最適合以這種形式廣播，一般可達(dá)數(shù)千米以上。 二、微波、微波是電磁波頻譜介于超短波與紅外線之間的波段，是

9、電波中波長(zhǎng)最短(即頻率最高)的波段，其頻率范圍從300 MHz (波長(zhǎng)1m )到3000GHz (波長(zhǎng)0.1mm )。 高頻微波和低頻電波不同的重要特征之一不是向所有方向擴(kuò)散，而是沿著直線傳播。 這種傳播方式稱為視線傳播。中繼站、地球表面是曲面，天線塔需要進(jìn)行信號(hào)的中繼，信號(hào)的直接傳輸距離與天線塔的高度有關(guān)，塔越高距離越遠(yuǎn)。 由于地形和天線的高度限制，兩站之間的通信距離一般為50100km，因此在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)需要中繼多個(gè)中繼站。 三、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星通信實(shí)際上也是微波通信的一種方式，不過(guò)是以地球同步衛(wèi)星為中繼站傳輸微波信號(hào)。 衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)是能夠克服陸地微波通信距離的限制，并且具有傳播延遲時(shí)間長(zhǎng)

10、的缺點(diǎn)。 然而，衛(wèi)星通信的傳播延遲時(shí)間與地面站之間的距離無(wú)關(guān)，并且因此特別適合于長(zhǎng)距離通信。 電磁波譜、無(wú)線電、微波、紅外線、可見光、紫外線、x射線UHF、SHF、EHF、THF、頻帶、104105106107108101011011011013101410151016， 100102104108101010141014101410141014101410141014101410141014101410141014101410141016101610181018這是物理層攜載原始比特流的功能的增強(qiáng)，并將物理層可能提供的錯(cuò)誤的物理連接邏輯化數(shù)據(jù)鏈路層的功能，數(shù)據(jù)鏈路層的基本功能是為網(wǎng)絡(luò)層提供透明

11、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。 透明度意味著在該層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、編碼沒有限制，也不需要說(shuō)明信息結(jié)構(gòu)的意義?？煽康膫鬏斂梢詭椭脩粝畔G失、干擾信息、順序不準(zhǔn)確等擔(dān)心。數(shù)據(jù)鏈路層的信道類別、數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道廣播信道、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道，該信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。 廣域網(wǎng)采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道。 中國(guó)教育科研修訂機(jī)網(wǎng)絡(luò)CERNET骨干拓?fù)洹V播頻道，由于該頻道使用一對(duì)多的廣播通信方式，進(jìn)程復(fù)雜。 由于連接到廣播信道的主機(jī)很多，因此需要使用專用的共享信道協(xié)議來(lái)協(xié)調(diào)這些主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。 以前的局域網(wǎng)通常采用廣播信道，然后改進(jìn)的局域網(wǎng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道，總線網(wǎng)，9.2.1數(shù)據(jù)鏈路層的基本

12、功能，1，幀同步功能2，差錯(cuò)控制3， IP數(shù)據(jù)圖，1010 0110，幀，取出，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，鏈路，節(jié)點(diǎn)a，節(jié)點(diǎn)b， (1)如何識(shí)別幀的起始和終止；(2)在介入的增強(qiáng)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀中，當(dāng)接收和重發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)，接收站可以識(shí)別幀是新的數(shù)據(jù)幀還是被標(biāo)識(shí)為重發(fā)幀幀同步技術(shù)允許接收方從未完全排序的比特流中精確地分離每幀的開始和結(jié)束，并標(biāo)識(shí)重發(fā)幀。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 封裝到幀中時(shí)，會(huì)在一個(gè)數(shù)據(jù)的前后分別添加標(biāo)題和末尾，構(gòu)成一個(gè)幀。 第一個(gè)和最后一個(gè)重要的作用之一是進(jìn)行幀邊界。、幀結(jié)束、幀報(bào)頭、IP數(shù)據(jù)報(bào)、幀的數(shù)據(jù)部分、幀末尾、MTU、數(shù)據(jù)鏈路層的幀長(zhǎng)度、傳輸開始、幀開始、最大傳輸單元MTU、各

13、種物理網(wǎng)絡(luò)、以及可移動(dòng)到每幀的一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的MTU 根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)的不同，MTU通常也不同。 以控制字符進(jìn)行幀邊界的方法的示例： SOH、幀中的數(shù)據(jù)部分、幀、幀開始字符、幀結(jié)束字符、發(fā)送前、EOT、SOH和EOT是控制字符的名稱。 在ASCII代碼中，十六進(jìn)制代碼分別為01 (二進(jìn)制為00000001 )和04 (二進(jìn)制為00000100 )。 第二，錯(cuò)誤控制受諸如物理鏈路的性能和網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境等的因素的影響，在數(shù)據(jù)通信期間不可避免地發(fā)生一些傳輸錯(cuò)誤。 為了確保數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確性，這些錯(cuò)誤發(fā)生的概率盡可能低。 數(shù)據(jù)鏈路層通過(guò)“錯(cuò)誤控制”技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一功能。錯(cuò)誤控制功能、位錯(cuò)誤的二進(jìn)制數(shù)據(jù)在傳輸中有可能

14、發(fā)生位錯(cuò)誤： 1有可能為0，0有可能為1。 在一定時(shí)間內(nèi)，將傳輸差錯(cuò)率在傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)中所占的比例稱為差錯(cuò)率。 差錯(cuò)率與信噪比有很大關(guān)系。 通信系統(tǒng)必須具有發(fā)現(xiàn)(即檢測(cè))錯(cuò)誤的能力，并采取糾正它的措施，將錯(cuò)誤控制在盡可能小的范圍內(nèi)。 這是一個(gè)差錯(cuò)控制過(guò)程，也是數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能之一。 (1)改進(jìn)線路質(zhì)量并增強(qiáng)線路自身的抗干擾性是減少錯(cuò)誤的最基本方法。 但是，這種改善以巨大的投入為代價(jià)。 (2)檢測(cè)錯(cuò)誤并對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾編碼，從而檢測(cè)和校正傳輸中的錯(cuò)誤。 在數(shù)據(jù)鏈路層使用循環(huán)冗馀校驗(yàn)(CRC )，其中CRC是一種非常強(qiáng)的檢錯(cuò)碼，用于實(shí)現(xiàn)編碼和編碼檢測(cè)的電路相對(duì)簡(jiǎn)單。 三、流量控制，一般來(lái)說(shuō)

15、，我們總是希望數(shù)據(jù)傳輸更快。 但是，如果發(fā)送方發(fā)送過(guò)多的數(shù)據(jù)，接收方就趕不上接收，可能會(huì)丟失數(shù)據(jù)。 流量控制(flow control )是指發(fā)送端的發(fā)送速率不太快，接收端能夠接收。 四、鏈路管理、數(shù)據(jù)鏈路層的“鏈路管理”功能包括數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護(hù)和釋放三個(gè)主要方面。 網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，數(shù)據(jù)的發(fā)送方需要確認(rèn)接收方是否準(zhǔn)備好接收。 為了進(jìn)行這種通信，首先需要交換必要的信息，建立基本的數(shù)據(jù)鏈路。 在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)維持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，在通信完成時(shí)解除數(shù)據(jù)鏈路。 五、參照MAC地址、下一個(gè)“以太網(wǎng)地址”的相關(guān)內(nèi)容，六、區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和控制信息，數(shù)據(jù)和控制信息都在相同的信道上傳輸，接收方通常在相同的幀中，因?yàn)榻邮辗絽^(qū)分它們， 傳輸?shù)缴蠈訒r(shí)必須只能傳輸數(shù)據(jù)信息，七、透明傳輸、“透明