网络物理层省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

计 算 机 网 络第三章 物理层第1页本章主要内容本章主要内容掌握物理层基本概念及四个特征掌握物理层基本概念及四个特征熟练掌握传输媒体特征与应用技术熟练掌握传输媒体特征与应用技术了解无线网络工作原理及特点了解无线网络工作原理及特点了解了解ISDN与与ATM传输基本技术与特点传输基本技术与特点掌握物理层标准意义与功效掌握物理层标准意义与功效第2页难点与重点难点与重点物理层基本概念与特征物理层基本概念与特征各种传输介质特征与应用技术各种传输介质特征与应用技术无线网络基本工作原理无线网络基本工作原理第3页3.1物理层基本概念物理层基本概念物理层是物理层是OSI网络参考模型最低层，它网络参考模型最低层，它向下直接与传输媒体相连，向上相邻于向下直接与传输媒体相连，向上相邻于数据链路层并为其提供服务。数据链路层并为其提供服务。它研究是怎样才能在连接各种计算机传它研究是怎样才能在连接各种计算机传输媒体上传输数据比特流，而不是指连输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机详细物理设备或详细传输媒体。接计算机详细物理设备或详细传输媒体。主要处理是主机、工作站等数据终端设主要处理是主机、工作站等数据终端设备与通信线路上通信设备之间接口问题。备与通信线路上通信设备之间接口问题。第4页利用电话网络进行数据通信利用电话网络进行数据通信电信电信网络网络计算机计算机A计算机计算机B串行串行接口接口串行串行接口接口调制解调器调制解调器电话线电话线电话线电话线第5页物理层协议作用物理层协议作用DTEADTEBDCEBDCEARS-232CRS-232C通信线路通信线路以以EIARS-232C标准为例说明物理层协标准为例说明物理层协议概念与作用。议概念与作用。第6页物理层四个特征物理层四个特征机械特征机械特征电气特征电气特征功效特征功效特征规程特征规程特征第7页机械特征机械特征指明接口所用接线器形状和尺寸、引脚指明接口所用接线器形状和尺寸、引脚数目和排列方式，定义接插及锁紧方式数目和排列方式，定义接插及锁紧方式等。等。比如：比如：1131425RS232C使用25根引脚DB-25针式插座 第8页机械特征机械特征第9页电气特征电气特征指明在接口电缆线路上出现电压、电流指明在接口电缆线路上出现电压、电流等范围。比如：等范围。比如：RS-232C要求逻辑要求逻辑“1”电平为电平为-15至至-5伏，逻辑伏，逻辑“0”电平为电平为+5至至+15伏，也即伏，也即RS-232C采取采取+15伏和伏和-15伏负逻辑电平，伏负逻辑电平，+5伏和伏和-5伏之间为过渡区域不做定义。伏之间为过渡区域不做定义。第10页功效特征功效特征指明某条线上出现某一电平电压信指明某条线上出现某一电平电压信号表示何种意义，通信过程中完成号表示何种意义，通信过程中完成何种功效。何种功效。下表列出了下表列出了RS-232C主要引脚功效：主要引脚功效：第11页RS-232C引脚功效引脚功效引脚引脚 信号名称信号名称缩写缩写功效功效1保护地线保护地线PG机壳地机壳地2发送数据发送数据TXD终端发送串行数据终端发送串行数据3接收数据接收数据RXD终端接收串行数据终端接收串行数据4请求发送请求发送RTSDTE请求请求DCE切换到发送状态切换到发送状态5去除发去除发送送CTSDCE已经切换到发送状态已经切换到发送状态6数据设备就绪数据设备就绪DSRDCE已经准备好接收数据已经准备好接收数据7信号地线信号地线GND信号地线信号地线8载波检测载波检测DCDDCE已检测到远程载波已检测到远程载波20数据终端就绪数据终端就绪DTRDTE已准备好，能已准备好，能够接收够接收22振铃指示振铃指示RIDCE通知通知DTE线路已接通线路已接通第12页引脚连接引脚连接DTE计算机计算机或或终端终端DCE调制调制解调解调器器123456782022保护地线保护地线PG发送数据发送数据TXD接收数据接收数据RXD请求发送请求发送RTS去除发送去除发送CTSDCE就绪就绪DSR信号地线信号地线GND载波检测载波检测DCD振铃指示振铃指示RIDTE就绪就绪DTR第13页RS-232C引脚功效引脚功效第14页RS-232C接口工作过程接口工作过程DTRTXDRIDTRDSRDTEADTEBDCEADCEBDCDDSRDCDRTSCTSRXD第15页规程特征规程特征指明对于不一样功效各种可能事件出现指明对于不一样功效各种可能事件出现次序。是功效事件时序描述。次序。是功效事件时序描述。以以RS-232C工作过程说明规程特征：工作过程说明规程特征：DTE-A将将DTR置有效，同时经过置有效，同时经过TXD向向DCE-A发送电话号码信号。发送电话号码信号。DCE-B将将RI置为有效，置为有效，DTE-B将将DTR置为有效，置为有效，DCE-B产生载波信号，并将产生载波信号，并将DSR置为有效，表示已准备好接收数据置为有效，表示已准备好接收数据.第16页RS-232C接口工作过程接口工作过程DCE-A检测到载波信号，将检测到载波信号，将DCD及及DSR置为置为有效，通知有效，通知DTE-A通信线路已连接好。通信线路已连接好。DCE-A向向DCE-B发送载波信号，发送载波信号，DCE-B将将DCD置为有效。置为有效。DTE-A若有发送数据，将若有发送数据，将RTS置为有效，置为有效，DCE-A作为回应信号，将作为回应信号，将CTS信号置为有效。信号置为有效。DTE-A经过经过TXD发送串行数据，发送串行数据，DCE-A将数将数据经过通信线路发向据经过通信线路发向DCE-B。DCE-B将收到数据经过将收到数据经过RXD传送给传送给DTE-B。第17页利用利用RS-232C双机通信双机通信第18页利用利用RS-232C双机通信双机通信第19页USB接口接口USB:UniversalSerialBus通用串行总线通用串行总线自带电源：自带电源：输出输出5V，500MA支持热插拔支持热插拔速度快：速度快：12M、480M、4.8G支持即插即用支持即插即用:驱动通用驱动通用标准统一：标准统一：USB1.1,2.0,3.0支持级联：支持级联：最高可连接至最高可连接至127个设备个设备第20页USB接口接口USB1.0/1.1：低速：低速1.5M全速：全速：12MUSB2.0：兼容：兼容USB1.0/1.1lowspeed1.5Mbpsfullspeed12Mbpshighspeed480MbpsUSB3.0兼容兼容USB1.0/1.1/2.0，8线制，线制，全双工工作，全双工工作，supperspeed最高速度支最高速度支持持4.8Gbps第21页USB接口接口USB2.0接口定义：接口定义：15V2DATA数据数据3DATA数据数据4GND地地USB接口分为A、B、mini 三种接头形式第22页USB接口接口TYPE A第23页USB接口接口TYPE ATYPE B第24页USB接口接口移动硬盘 TYPE B第25页USB接口接口带带miniUSB数码相机数码相机带带miniUSB数据线数据线第26页USB接口接口各种非标各种非标MINI-USB接口接口第27页USB接口接口Standard-A型公口、母口实物模拟图 第28页USB接口接口第29页USB接口接口USB3.0 B型接头第30页USB接口接口USB3.0接口线样品第31页USB接口接口A型接头实物第32页USB接口接口B型接头实物第33页USB接口接口USB3.0MINI接口第34页USB接口接口USB3.0PC接口卡第35页USB接口接口USB3.0笔记本接口卡第36页USB接口接口当前USB 3.0验证设备瞬时传输速度只有200MB/s，离开理论625MB/s还有距离，但已经大大超越了当前机械硬盘内部传输率 第37页USB接口接口第38页USB接口接口USB 3.0接口尺寸规范第39页USB接口接口USB 3.0接口尺寸规范第40页USB接口接口第41页USB接口接口USB2.0线缆线缆红色：电源线红色：电源线+5V棕色：地线棕色：地线黄色：黄色：DATA+蓝色：蓝色：DATA-采取差动传输，带填充反向不归零采取差动传输，带填充反向不归零NRZI编码（编码（1由不出现电平改变由不出现电平改变来表示，而来表示，而0由电平发生改变来由电平发生改变来表示表示）第42页USB接口接口USE3.0接口线定义第43页USE设备连接模式设备连接模式USB控制器Root hubhubhub设备hub设备设备设备hubhub设备设备设备可级联菊花链式连接方式，至多连接127个设备第44页USE设备连接模式设备连接模式USBhub第45页USB传输模式传输模式控制传输：控制传输：是双向传输，数据量通常较小，主要用来是双向传输，数据量通常较小，主要用来进行查询、配置和给设备发送通进行查询、配置和给设备发送通用命令。用命令。中止传输：中止传输：单向向主机输入，用于少许、分散、不可单向向主机输入，用于少许、分散、不可预测数据传输。键盘、游戏杆和鼠标就预测数据传输。键盘、游戏杆和鼠标就属于这一类型。属于这一类型。第46页USB传输模式传输模式批量传输：批量传输：应用在没有带宽和间隔时间要求大量数据应用在没有带宽和间隔时间要求大量数据传送和接收，它要求确保传输。打印机传送和接收，它要求确保传输。打印机和扫描仪属于这种类型。和扫描仪属于这种类型。同时传输：同时传输：用于时间严格并含有较强容错性流数据传用于时间严格并含有较强容错性流数据传输，或者用于要求恒定数据传送率即时输，或者用于要求恒定数据传送率即时应用中。如语音、视频等。应用中。如语音、视频等。第47页USB工作过程工作过程当当USB设备接入设备接入hub或或roothub后，主机后，主机控制器和主机软件读取，如控制器和主机软件读取，如vendorID,productID,interface工作方式，电源消工作方式，电源消耗量耗量等一系列数据用于确认设备特征。等一系列数据用于确认设备特征。之后主机之后主机动态分配动态分配给外设一个给外设一个单独地址单独地址（各次可能不一样）后对设备进行初始（各次可能不一样）后对设备进行初始化，完成以后就能够对设备进行化，完成以后就能够对设备进行IO操作操作了。了。第48页USB接口总结接口总结项目项目USB1.1USB2.0USB3.0速率速率1.5M-12M1.5M-480M1.5M-4.8G线线448电源电源5V500MA5V500MA5V900MA级连级连127127127长度长度5米米5米屏蔽米屏蔽3米屏蔽米屏蔽节能节能待机待机待机待机待机、休眠和待机、休眠和暂停等状态暂停等状态第49页USB接口总结接口总结项目项目USB1.1USB2.0USB3.0结构结构简单简单简单简单复杂复杂兼容兼容向下兼容向下兼容向下兼容向下兼容用途用途低速设备低速设备移动硬盘、移动硬盘、扫描仪、打扫描仪、打印机等印机等蓝驱、显示器、蓝驱、显示器、外置硬盘、高外置硬盘、高清视频清视频成本成本低低低低高高系统系统XP、LinuxXP、Linuxwin7、Linux第50页RJ45接口接口双绞线应用于网络时，使用双绞线应用于网络时，使用RJ45接口，接口，其引脚分布以下列图所表示：其引脚分布以下列图所表示：12345678第51页RJ45接头接头双绞线用于星双绞线用于星型网络布线，型网络布线，每条双绞线经每条双绞线经过两端安装过两端安装RJ45接头（俗接头（俗称水晶头）将称水晶头）将网卡与集线器网卡与集线器或交换机连接或交换机连接起来。起来。第52页网卡网卡RJ45接口信号接口信号引脚引脚功效功效缩写缩写1发送数据发送数据+TxD+2发送数据发送数据-TxD-3接收数据接收数据+RxD+4保留保留5保留保留6接收数据接收数据-RxD-7保留保留8保留保留第53页ISDN综合业务数字网综合业务数字网数数字字连连接接：要要求求从从用用户户到到ISDN局局必必须须建立数字通道。建立数字通道。综综合合业业务务：从从理理论论上上说说，任任何何形形式式原原始始数数据据，只只要要能能转转换换成成数数字字信信号号，都都能能够够经过经过ISDN进行传输和交换。进行传输和交换。标标准准入入网网接接口口：ISDN向向用用户户提提供供一一组组标标准准多多用用途途网网络络接接口口，各各类类业业务务都都是是通通用用,也也即即多多达达8个个不不一一样样终终端端能能够够经经过过同同一一个接口接入网络。个接口接入网络。第54页ISDN连接与工作原理连接与工作原理电话电话传真传真DTEISDN接口接口电话电话传真传真DTEISDN接口接口ISDN网络网络当地电话企业当地电话企业第55页ISDN设备设备局域网局域网TANT1ISDN路由器路由器ISDN图像图像电话、传真电话、传真ISDN网络网络ISDN适配器适配器TE1终端设备终端设备网络终端机网络终端机TE2终端设备终端设备第56页ISDN接入接入ISDN每个数据信道带宽必须为每个数据信道带宽必须为64Kb/s。ISDN定定义义了了一一些些标标准准通通道道，其其中中常常见见有有B通通道道，提提供供64Kb/s数数字字化化PCM话话音音或或数数据据通通道道；D通通到到为为16Kb/s带带外外信信令令通通道道，负负责责传传输输实实现现连连接接管管理理、网网络络运运行行支支持持、计计费费等等功功效效控控制制信信令令。常常见见通通道道组合为：组合为：第57页BRI与与PRI速率速率基基本本速速率率BRI：为为普普通通用用户户或或小小单单位位提提供供服服务务2B+D=144Kb/s。两两个个B通通道道可可分分别别传传输输64Kb/sPCM话话音音或或数数据据信信息息，而而D通通道道用用来来传传输输控控制制信信息息。这这三三条条通通道道信息被分时复用至信息被分时复用至1条电话线上。条电话线上。一次群速率一次群速率PRI：基于北美和日本基于北美和日本T1系系统统23B+D=1.544Mb/s，或基于欧洲和中或基于欧洲和中国国E1系统系统30B+D=2.048Mb/s。主要为大主要为大型单位网络接入服务。型单位网络接入服务。第58页N-ISDN和和B-ISDNISDN是基于是基于铜线数字传输铜线数字传输技术，称为技术，称为窄带窄带ISDN（N-ISDN）。伴随信息技术不停发展，人们。伴随信息技术不停发展，人们对通信要求越来越高，除原有语音、数据、传真业对通信要求越来越高，除原有语音、数据、传真业务外，还要求综合传输高清楚度电视、广播电视、务外，还要求综合传输高清楚度电视、广播电视、高速数据传真等宽带业务。高速数据传真等宽带业务。因为因为N-ISDN极难适应用户需求，所以一个新型极难适应用户需求，所以一个新型宽带宽带综合业务数字网综合业务数字网B-ISDN（Broadband-ISDN）思想）思想被提出来。这是一个基于被提出来。这是一个基于光纤采取新交换技术综合光纤采取新交换技术综合业务数字网络业务数字网络。B-ISDN不但包含全部不但包含全部N-ISDN业务，业务，还能够支持对带宽要求更高电信业务。还能够支持对带宽要求更高电信业务。第59页B-ISDN特点特点B-ISDN是从以下几方面来确保其服务。是从以下几方面来确保其服务。全光纤通信，全光纤通信，不论是主干线路还是用户线路均使用光纤接不论是主干线路还是用户线路均使用光纤接入，（近距离可采取双绞线）。它是基于光纤数字传输网入，（近距离可采取双绞线）。它是基于光纤数字传输网络络ATM传输模式传输模式。B-ISDN不再使用传统电路交换，而是采取不再使用传统电路交换，而是采取一个新型一个新型快速分组交换技术快速分组交换技术，异步传输模式即，异步传输模式即ATM使用虚通路概念，使用虚通路概念，其比特率只受用户到网络接口物理比特其比特率只受用户到网络接口物理比特率限制，网络可为用户提供尽可能带宽。率限制，网络可为用户提供尽可能带宽。从上面我们能够看出，从上面我们能够看出，B-ISDN关键技术为关键技术为ATM传输。传输。ATM是一个采取固定信元（是一个采取固定信元（cell），综合了电路交换与分组），综合了电路交换与分组交换优点新型交换技术。交换优点新型交换技术。第60页ATM特点及工作原理特点及工作原理固定信元固定信元ATM传输模式中，全部数据信息被组织成传输模式中，全部数据信息被组织成53字节小字节小分组分组，称为，称为信元信元。其中。其中5字节为信元首部，字节为信元首部，48字节为净负字节为净负荷。固定信元可使网络用硬件直接处理信元，缩短信元荷。固定信元可使网络用硬件直接处理信元，缩短信元处理时间，确保快速交换。处理时间，确保快速交换。简化数据链路层功效简化数据链路层功效因为因为ATM工作于低误码率光纤网络上，链路层没有工作于低误码率光纤网络上，链路层没有差错控制与流量控制，全部这些工作由端到端高层协议差错控制与流量控制，全部这些工作由端到端高层协议处理。处理。高效灵活复用技术高效灵活复用技术在在ATM传输中各信道信元是按信息量大小来排队，传输中各信道信元是按信息量大小来排队，是一个统计复用。是一个统计复用。第61页ATM特点特点能支持不一样速率各种业务能支持不一样速率各种业务任何业务也都可按实际需要来占用资源。任何业务也都可按实际需要来占用资源。不论业务特征怎样（不论业务特征怎样（速率高低、突发性大小、速率高低、突发性大小、质量和实时性要求等质量和实时性要求等），），ATM网络都按一样模网络都按一样模式来处理，真正做到了完全业务综合。式来处理，真正做到了完全业务综合。面向连接面向连接ATM采取虚通路与虚通道技术使得全部信采取虚通路与虚通道技术使得全部信息在最低层是以面向连接方式传送，确保实时息在最低层是以面向连接方式传送，确保实时数据交换。数据交换。第62页ATM特点特点尽管尽管ATM传输有很多优点，但传输有很多优点，但发展一直发展一直很迟缓很迟缓，因为技术复杂且设备太过昂贵，因为技术复杂且设备太过昂贵，往往极难应用于企业网。另外受到千兆往往极难应用于企业网。另外受到千兆以太网冲击，使得以太网冲击，使得ATM应用范围逐步缩应用范围逐步缩小，主要应用于因特网主干网络。小，主要应用于因特网主干网络。第63页第三章作业第三章作业作业：作业：1、物理层研究主要内容是什么？研究哪、物理层研究主要内容是什么？研究哪四个特征？四个特征？2、USB接口有何特点？有哪三组标准？接口有何特点？有哪三组标准？各标准主要特征是什么？各标准主要特征是什么？第64页