计算机网络技术第3章 物理层.pptx

计算机网络技术第3章 物理层.pptx

《计算机网络技术第3章 物理层.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术第3章 物理层.pptx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

计算机网络技术第3章,物理层,第3章物理层,本章导读本章主要讲解物理层的基本概念，物理层的接口特征，常见物理层的传输介质，物理层的接口与设备连接以及常见的物理层网络设备。

第3章物理层,学习目标了解物理层的接口特征掌握常见的物理层传输介质了解物理层的接口与设备连接了解常见的物理层网络设备,3.1物理层概述,计算机网络的物理层位于OSI参考模型的最底层，是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。

物理层的主要任务是定义计算机网络通信中的如下几个方面特性：

机械特性：

指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列方式、固定和锁定装置。

电气特性：

指明接口电缆各条线上的电压范围。

功能特性：

指明某条线上出现的某一电平的电压含义。

规程特性：

指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3.2物理层接口特征,机械特性电气特性功能特性规程特性,3.2物理层接口特征,机械特性机械特性也称物理特性，它说明了DTE和DCE接口所用接线器的形状和几何尺寸，引线数目和排列方式、固定和锁定装置等。

3.2物理层接口特征,由于与DTE连接的DCE设备多种多样，所以连接器的标准有多种。

常见的ISO的标准化的接口如图所示。

3.2物理层接口特征,电气特性电气特性说明了在DTE和DCE之间多条信号线的连接方式、发送器和接收器的电气参数以及其它有关电路的特征，包括信号源的输出阻抗、负载的输入阻抗、信号“1”和“0”的电压范围、传输速率、平衡特性和距离的限制等。

3.2物理层接口特征,功能特性DTE-DCE接口线除要符合电气连接的参数外，每条接口线还有其特定作用。

功能特性说明了接口上各条线路的具体功能，即说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

与功能特性有关的国际标准主要有ITU-T的V.24和V.21。

接口信号线按其功能一般可分为接地线、数据线、控制线和定时线等几类。

3.2物理层接口特征,规程特性规程特性主要定义各种接口电路之间的相互关系和操作要求，主要说明了DTE和DCE之间各接口信号线实现数据传输的操作过程，也就是在物理连接的建立、维持和拆除时，DTE和DCE双方在各电路上的动作顺序以及维护测试操作等。

规程特性反映了在数据通信过程中通信双方可能发生的各种事件。

3.2物理层接口特征,ITU-T建议书中定义了几种规程，用的较多的有：

（1）V.24为利用公共电话网进行数据传输而制定的规程。

（2）X.20/X.21公用数据网上异步/同步传输用DTEDTE之间的接口规程。

（3）X.20bis/X.21bis在公用数据网中与V系列异步双工/同步Modem接口的DTE的使用规程。

（4）X.2236类用户用的多路复用的DTE与DCE之间的接口规程。

（5）V.25用于自动呼叫设备的规程。

（6）V.54关于维修测试环境的规程。

（7）V.150关于公用数据网的DTE与DCE测试回路规程。

3.3传输介质,双绞线同轴电缆光纤无线及磁介质,3.3.1双绞线,双绞线的分类双绞线的制作标准双绞线连接,3.3.1双绞线,双绞线的分类双绞线（TwistedPair）是目前使用最广、价钱相对便宜的一种传输介质。

它由两条相对绝缘的铜导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。

双绞线分为屏蔽双绞线（ShieldedTwistedPair，STP，如图3-1）与非屏蔽双绞线（UnshieldedTwistedPair，UTP，如图3-2）。

3.3.1双绞线,图3-1非屏蔽双绞线,图3-2屏蔽双绞线,3.3.1双绞线,非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

既可以传输模拟数据也可以传输数字数据。

3.3.1双绞线,双绞线的标准型号如下：

一类线：

主要用于语音传输，不适合传输数据。

二类线：

传输频率为1MHz，用于语音传输和最高传输速率为4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps规范令牌传递协议的旧的令牌网。

三类线：

指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率为16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10Base-T。

四类线：

该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率为16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10Base-T/100Base-T。

3.3.1双绞线,五类线：

该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100Base-T和1000BASE-T网络。

超五类线：

超5类具有衰减小，串扰少，时延小的优点。

主要用于千兆位以太网（1000Mbps），常用在快速以太网及千兆以太网（1Gbit/s）中。

六类线：

该类电缆的传输频率为1MHz250MHz，六类线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。

六类与超五类的一个重要的不同点在于：

改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。

3.3.1双绞线,双绞线的制作标准双绞线的制作标准主要有T568A和T568B，区别是线序不一样，标准T568B的线序是（从左到右）：

白橙-1，橙-2，白绿-3，蓝-4，白蓝-5，绿-6，白棕-7，棕8。

标准T568A的线序是（从左到右）：

白绿-1，绿-2，白橙-3，蓝-4，白蓝-5，橙-6，白棕-7，棕8。

3.3.1双绞线,图3-3双绞线制作的两个标准线序,3.3.1双绞线,双绞线连接以超五类双绞线为例，在制作连接到网卡上的网线时（T568B），并没有用到网线内的所有4对绕对（8根），它只用了2对绕对，这两对线的电气特性定义如图3-4示,3.3.1双绞线,图3-4双绞线电气特性定义,3.3.1双绞线,如果一根网线的两端线序一样，即都为T568A或T568B，这样的线叫直通线，如果分别为T568A和T568B,则为交叉线，如图3-5所示。

图3-5双绞线直通与交叉,3.3.1双绞线,一般在计算机网络中，两台网络设备连接同种设备用交叉线，不同类设备间用直通线，常见连线类型如表所列,3.3.2同轴电缆,同轴电缆（CoaxialCable）也是局域网中最常见的传输介质之一，得名与它的结构相关，它是由绕同一轴线的两个导体所组成，即内导体（铜芯导线）和外导体（屏蔽层），外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离。

电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小，同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。

3.3.2同轴电缆,图3-6同轴电缆,3.3.2同轴电缆,同轴电缆根据其直径大小可以分为：

粗同轴电缆（RG-11）与细同轴电缆（RG-58），粗同轴电缆简称粗缆，粗缆的最大传输距离达到500米，阻抗75。

细同轴电缆的传输距离可达185m，使用BNC接口，其阻抗为50欧，直径为5mm。

3.3.3光纤,光纤是光导纤维的简称，是一种细小、柔韧的并能传输光信号的介质，微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。

图3-10光纤结构图,3.3.3光纤,根据使用的光源和传输模式，光纤分为单模光纤和多模光纤两类，多模光纤采用产生可见光的发光二级管作为光源，其定向性较差。

芯的直径是15m50m，大致与人的头发的粗细相当。

当光纤纤芯的直径比光波波长大很多时，由于光速进入纤芯中的角度不同，传播路径也不同，这时，光束是以多种模式在纤芯内不断反射而向前传播。

3.3.3光纤,图3-11单模光纤和多模光纤,3.3.4无线及磁介质,通信线路要通过一些高山、岛屿或河流时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，这时候就可以考虑使用无线电波在自由空间的传播来实现多种通信。

微波通信在数据通信中占有重要地位，微波在空间主要是直线传播。

无线传输是指信号通过空气传输。

无线介质实际上就是无线传输系统，利用电波或光波充当传输导体的传输介质,3.3.4无线及磁介质,电磁波谱英国著名的物理学家麦克斯韦指出：

变化的电场激发变化的磁场，变化的电场与变化的磁场不是彼此孤立的，而是相互联系、相互激发，这样就形成了电磁场。

3.3.4无线及磁介质,无线通信无线电波是电磁波的一部分，它指的是频率在0300MHz这一频段的电磁波，它的频段覆盖从低频到甚高频。

包括LF（长波/低频）、MF（中波/中频）、HF（短波/高频）和VHF（超短波/甚高频）。

3.3.4无线及磁介质,微波通信微波通信（MicrowaveCommunication），是使用电磁波微波进行的通信。

微波通信不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。

3.4物理层的接口与设备连接,RS-232接口,DTE和DCE,3.4.1RS-232接口,RS232接口是1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。

它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”，该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

3.4.1RS-232接口,图3-14DB9和DB25,3.4.2DTE和DCE,DTE英文全称DataTerminalEquipment（数字终端设备），指一般的终端或是计算机。

可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机。

DCE英文全称DataCircuit-terminatingEquipment（数字通信设备），通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。

3.4.2DTE和DCE,图3-15DTE和DCE,3.5网络设备,中继器集线器调制解调器,3.5.1中继器,中继器（RPrepeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，适用于完全相同的两类网络的互连。

中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，是网络物理层上面的连接设备，其主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。

3.5.1中继器,图3-16各种中继器,3.5.2集线器,集线器是一种安装在以太网接入层的网络设备，是中继器的一种形式，中继器通常带有两个端口，用于连接一对同轴电缆段，集线器有多个端口，也称为多口中继器，通常称为HUB，它主要用于将主机连接到网络。

集线器是一种简单的网络设备，从一个端口接受电信号，再将该消息从所有其它端口发送出去。

3.5.2集线器,集线器的种类基本型集线器（DumbHub）智能型集线器机架式集线器。

堆叠式集线器。

3.5.3调制解调器,调制解调器（Modem），是一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言，这一简单过程完成了两台计算机间的通信。

3.5.3调制解调器,图3-21不同的modem,