第3章物理层.ppt

第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,章,物理层,第3章 物理层,3.1 物理层的基本概念,3.2 传输介质,3.3 物理层接口协议,3.4 常用的物理层接口标准,3.5 物理层网络互连设备,3.6 数据传输技术,思考题与习题,3.1 物理层的基本概念,由前述可知，物理层是,OSI,体系结构中的最低一层。它向上毗邻数据链路层，向下直接与传输介质相连接。它起着数据链路层和传输介质之间的逻辑接口作用。,ISO/OSI,参考模型对物理层的描述是：物理层为传送二进制比特流数据而激活、维持、释放物理连接所提供的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。这种物理连接可以通过中继系统，每次都在物理层内进行二进制比特流数据的中继传输。这种物理连接允许进行全双工或半双工的二进制比特流传输。物理层服务数据单元(即二进制比特流)的传输可通过同步方式或异步方式进行。,由此可见，物理层接口协议的主要内容是：提供物理连接的四种特性，即机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。这些特性约定了使用什么样的物理信号来表示数据“1”和“0”；一位信号的持续时间多长；物理层与传输介质的连接接口(插头和插座)有多少针以及各针的功能和动作时序。为传送物理层服务数据单元非结构化的比特流确定通信方式、同步方式和编码规则。,物理层为数据链路层提供的主要服务是：物理连接，即为数据链路层的实体之间进行透明的位流传输建立联系。物理连接的建立将涉及到连接方式(即点对点连接或多点连接)和传输方式(包括通信方式、同步方式等)的选择、资源(如物理传输介质、中继电路、缓冲区等)的分配等问题。确定服务质量参数，比如误码率、传送速度、传输延迟、服务可用性等。物理连接的质量是由组成它的传输介质、物理设备等决定的。从服务质量参数可得出物理连接为数据链路层所提供的服务质量。,需要强调是，凡是具备上述协议和服务定义的层，即为物理层。物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输介质上传输数据的比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输介质。我们知道，现代计算机网络中的物理设备和传输介质的种类繁多，而通信手段也越来越丰富，物理层在数据链路层和传输介质之间起了屏蔽和隔离作用，使数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输介质是什么。,与,OSI,参考模型的其他层相比，物理层标准是不完善的。因为它没有提到物理实体、服务原语、物理层协议数据单元等概念，而是经常讲物理层的服务数据单元比特流、物理连接等。其原因是，早在,ISOOSI,参考模型提出之前，许多属于物理层的接口协议就已经制定出来了，而且在物理层采用这些接口协议的物理设备也被大量产业化，并广泛应用于数据通信领域。,在这样的实现背景下，如果,ISO,在制定物理层标准时，仍像其他层那样，提出严格的服务定义和协议规范硬性地制定一套,OSI,参考模型物理层的标准，势必很难得到应用和推广。况且，已经存在的物理层规范还是比较成功的。因此，,ISO,对,OSI,参考模型物理层的标准化工作并没有像其他层那样严格定义，只是提出了如上所述的描述。,3.2 传 输 介 质,传输介质是为数据传输提供物理的通路，并通过它把网络中的各种设备互连在一起。在现有的计算机网络中，用于数据传输的物理介质有很多种，每一种介质的带宽、时延、抗干扰能力和费用以及安装维护难度等特性都各不相同。本节将介绍计算机网络中常用的一些传输介质及其有关的通信特性。,3.2.1 有线介质,1.双绞线,双绞线又称为双扭线，它由若干对铜导线(每对有两条相互绝缘的铜导线按一定规则绞合在一起)组成。采用这种绞合起来的结构是为了减少对邻近线对的电磁干扰。为了进一步提高双绞线的抗电磁干扰的能力，还可以在双绞线的外层再加上一个用金属丝编织成的屏蔽层。根据是否外加屏蔽层，双绞线又可分为屏蔽双绞线,STP(Shield Twisted Pair),和非屏蔽双绞线,UTP(,UnShield,Twisted Pair),两类(如图3-1所示)。,非屏蔽双绞线的阻抗值为100,，,其传输性能适应大多数应用环境要求，应用十分广泛，是建筑物内结构化布线系统主要的传输介质。屏蔽式双绞线的阻抗值为150,，,具有一个金属甲套，对电磁干扰,EMI(Electromagnetic Interference),具有较强的抵抗能力。因其使用环境要求苛刻，以及产品价格成本等原因，目前应用较少。,图3-1 双绞线结构示意图,双绞线既可用于模拟信号传输，也可用于数字信号传输，其通信距离一般为几到十几公里。导线越粗，通信距离越远，但导线价格也越高。由于双绞线的性能价格比相对其他传输介质要好，所以使用十分广泛。随着局域网上数据传输速率的不断提高，美国电子工业协会的远程通信工业分会(,EIA/TIA),在1995年颁布了新的“商用建筑物电信布线标准”,EIA/TIA-586-A。,此标准规定了5个种类的,UTP,标准(从1类线到5类线，见表3-1)。最常用的,UTP,是3类线和5类线。5类线与3类线的主要区别是：,前者大大增加了每单位长度的绞合次数；其次，在线对间的绞合度和线对内两根导线的绞合度上都经过了精心的设计，并在生产中加以严格的控制，使干扰在一定程度上得以抵消，从而提高了线路的传输特性。目前，在结构化布线工程建设中，计算机网络线路普遍采用100,的5类或者超5类(5,e),的非屏蔽双绞线系列产品作为主要的传输介质。,EIA/TIA-586,标准会随着技术的发展而不断修正和完善，例如，在1998年4月已有6类双绞线的草案问世。,表3-1,EIA/TIA-A,标准,双 绞 线,适 用 范 围,1 类双绞线,电话传输,2 类双绞线,电话和低速数据传输(最高4,Mb/s),3 类双绞线,10,Mb/S,的10,Bas-T,以太网数据传输,4 类双绞线,16,Mb/s,的令牌环网,5 类双绞线,100,Mb/s,的100,Base-TX,和100,Base-T4,快速以太网,2.同轴电缆,同轴电缆由内导线铜质芯线、单股实心线(或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成(如图3-2所示)。同轴电缆的这种结构使其具有高带宽和较好的抗干扰特性，并且可在共享通信线路上支持更多的站点。按特性阻抗数值的不同，同轴电缆又分为两种，一种是50,的基带同轴电缆；另一种是75,的宽带同轴电缆。,图3-2 同轴电缆结构示意图,(1)基带同轴电缆。一条电缆只支持一个信道，传输带宽为120,Mb/s。,它可以10,Mb/s,的速率把基带数字信号传输11.2,km,远。所谓“基带数字信号传输”，是指按数字信号位流形式进行的传输，无需任何调制。它是局域网中广泛使用的一种信号传输技术。,(2)宽带同轴电缆。宽带同轴电缆支持的带宽为300450,MHz，,可用于宽带数据信号的传输，传输距离可达100,km。,所谓“宽带数据信号传输”是指可利用多路复用技术在宽带介质上进行多路数据信号的传输。它既能传输数字信号，也能传输诸如话音、视频等模拟信号，是综合服务宽带网的一种理想介质。,同轴电缆的类型如表3-2所示。,表3-2 同轴电缆的类型,电缆类型,网络类型,电缆电阻/端接口器(口),RG-8,10,Base5,以太网,50,RG-11,10,Base5,以太网,50,RG-58A/U,10,Base2,以太网,50,RG-59/U,ARCnet,网，有线电视网,75,RG-62A/U,ARCnet,网,93,3.光纤,光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲来进行通信。有光脉冲的出现表示“1”，不出现表示“0”。由于可见光的频率非常高，约为108,MHz,的量级，因此，一个光纤通信系统的传输带宽远远大于其他各种传输介质的带宽，是目前最有发展前途的有线传输介质。,光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如图3-3所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都有它自己的封套。这一玻璃或塑料封套涂层的折射率比芯低，从而使光波保持在芯内。环绕一束或多束封套纤维的外套由若干塑料或其他材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防止磨损或挤压等伤害。,图3-3 光纤结构示意图,在数据传输中，最重大的突破之一就是实用光纤通信系统的成功开发。含有光纤的传输系统一般由三个部分组成：光源、光纤传输介质和检测器。其中，光源是发光二极管或激光二极管，它们在通电时都可发出光脉冲；检测器是光电二极管，遇光时，将产生电脉冲。它的基本工作原理是：发送端用电信号对光源进行光强控制，从而将电信号转换为光信号，然后通过光纤介质传输到接收端，接收端用光检波检测器再把光信号还原成电信号。,实际上，如果不是利用一个有趣的物理原理，光传输系统会由于光纤的漏光而变得没有实际价值。当光线从一种介质穿过另一种介质时，如从玻璃到空气，光线会发生折射，如图3-4(,a),所示。当光线在玻璃上的入射角为,1,时，则在空气中的折射角为,1。,折射的角度取决于两种介质的折射率。当光线在玻璃上的入射角大于某一临界值时，光纤将完全反射回玻璃，而不会漏入空气。这样，光纤将被完全限制在光纤中，而几乎无损耗地传播，如图3-4(,b),所示。,根据传输数据的模式不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤两种。多模光纤意指光在光纤中的传传播可能是有多条不同入射角度的光线在一条光纤中同时传播(如图3-5所示)。这种光纤所含纤芯的直径较粗。单模光纤意指光在光纤中的传播没有反射，沿直线传播(如图3-6所示)。这种光纤的直径非常细，细到只有一个光的波长，就像一根波导那样，可使光线一直向前传播。这两种光纤的性能比较见表3-3。,图3-4 光折射原理图,图3-5 多模光纤传送模式,图3-6 单模光纤传送模式,表3-3 单模光纤与多模光纤的比较,项 目,单模光纤,多模光纤,距离,长,短,数据传输率,高,低,光源,激光,发光二极管,信号衰减,小,大,端结,较难,较易,造价,高,低,光纤不易受电磁干扰和噪声影响，可进行远距离、高速率的数据传输，而且具有很好的保密性能。但是，光纤的衔接、分岔比较困难，一般只适应于点到点或环形连接。,FDDI(,光纤分布数据接口)就是一种采用光纤作为传输介质的局域网标准。,最后要提一下，在有线介质中，还有一种是架空明线。这是在20世纪初就已经大量使用的方法，即在电线杆上架设的一对对互相绝缘的明线。架空明线安装简单，但通信质量差，受气候环境等影响较大。所以，在发达国家中早已淘汰了架空明线，在许多发展中国家中也已基本停止了架设架空明线。但目前我国在一些农村和边远地区或受条件限制的地方仍有不少的架空明线使用着。,3.2.2 无线介质,如果经过一些高山、岛屿或偏远地区时，用有线介质铺设通信线路就非常困难，尤其在信息时代，很多人需要利用笔记本电脑、袖珍计算机随时、随地与社会或单位保持在线联系，获取信息。对于这些移动用户，有线介质无法满足他们的要求，而无线介质可以帮助他们解决上述问题。,无线介质是指信号通过空气载体传播，而不被约束在一个物理导体内。常用的无线介质有无线电波、微波和卫星通信等。,1.无线电波,大气中的电离层是具有离子和自由电子的导电层。无线电波通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射，或电离层与地面的多次反射而到达接收端的一种远距离通信方式，如图3-7所示。由于大气层中的电离层高度在距地面数十公里至百余公里以上，可分为各种不同的层次，并随季节、昼夜以及太阳活动情况而发生变化。除此之外，无线电波还受到来自水、自然物体和电子设备的各种电磁波等的干扰。因而无线电波通信与其他通信方式相比，在质量上存在不稳定性。,图3-7 无线电波的传播,无线电波被广泛地用于室内通信和室外通信，因为无线电波很容易产生，传播距离很远，并很容易穿过建筑物，而且它可以全方向传播，使得无线电波的发射和接收装置不必要求精确对准。,无线电波通信使用的频率一般在3,MHz1 GHz。,它的传播特性与频率有关。在低频段，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减；在高频段，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡。,2.微波,频率在100,MHz,以上并且其能量集中于一点并沿直线传播的无线电波即为微波。微波通信就是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式。由于微波只能沿直线传播，所以微波的发射天线和接收天线必须精确地定位对准，这种高度定向性使得成排的多个发射设备与成排的多个接收设备相互并行通信而不发生串扰。最常见的微波天线是抛物线曲面“圆碟”(形状类似卫星接收天线)，典型的直径大约为3米。它可将微波的能量集中于一小束，从而可获得极高的信噪比。,微波天线通常设置在地面之上较高的位置，以便加大收发两个天线之间的距离，同时能够排除天线之间障碍物的干扰。为实现微波远程传输，需要建立一系列微波中继塔站转发器，以构成微波接力信道(如图3-8所示)。转发器之间的距离大致与天线塔高度的平方成正比，在没有任何干扰障碍物的情况下，两个天线之间的最大距离由下列公式确定：,(3-1),式中，为两个天线之间的距离，以为单位；为天线高度，以为单位；是调整因子。引入主要考虑以下事实：微波会随着地球表面的弯曲而弯曲和折射，因此微波要比光学上的可见直线距离传播得更远。一个好的经验法则是。,图3-8 地面微波接力示意图,微波广泛用于远程通信。按所提供的传输信道可分为模拟微波和数字微波两种类型。目前，模拟微波通信主要采用频分多路复用技术和频移键控调制方式，其传输容量可达306000个电话信道。数字微波通信目前大多采用时分多路复用技术和频移键控调制方式，和数字电话一样，数字微波的每个话路的数据传输率为64,Kb/s。,在传输质量上，微波通信相对无线电波通信要稳定。,微波通信常用的工作频率为2,GHz、4 GHz、8 GHz、12 GHz。,所用的频率越高，潜在的带宽就越宽，因而潜在的数据传输速率也就越高。表3-4给出了一些典型数字微波系统的带宽和数据传输速率。,表3-4 典型工作频率的数字微波性能,工作频率,带宽(,MHz),数据传输速率(,Mb/s),2,7,12,6,30,90,11,40,90,18,220,270,3.卫星微波,通信卫星实际上是一个微波中继站，卫星用来连接两个或多个基于地面的微波发射/接收设备。卫星接收某一频段(上行链路)的发射信号，然后放大并用另一频段(下行链路)转发它。图3-9给出了通过卫星微波传播的通信系统示意图。,图3-9 通过卫星微波传播的通信系统示意图,为了有效地工作，通常要求通信卫星处在相对于地面静止的位置上，否则，它就无法保持在任何时刻都处在它的各个地面站的视域范围之内。为此，要求通信卫星的旋转周期必须等于地球的自转周期，以保持相对的静止状态。卫星满足上述要求的匹配高度是35 784,km。,如果使用相同或十分接近频段的两个卫星，则将会相互产生干扰。为了避免出现干扰问题，一般要求在46,Ghz,频段上有(从地球上测量出的角位移)的间隔，在1214,GHz,频段上有的间隔。这使得能在地球静止轨道上设置的通信卫星数量十分有限。,卫星最重要的应用领域包括电视转播、远程电话传输、企业应用网络等。由于卫星的广播特性，使得它特别适合用于广播服务网。卫星技术在电视转播方面的最新应用是直播卫星，它可把卫星视频信号直接发射到家庭用户中。,除了上述的无线介质外，还有无导向的红外线、激光等通信介质，前者广泛地用于短距离通信，如电视、录像机、空调器等家用电器使用的遥控装置都利用了红外线装置，它们有方向性，便宜且易于制造；后者可用于建筑物之间的局域网连接，因为它具有高带宽和定向性好的优势，但是，它易于受天气、热气流或热辐射等影响，使得它的工作质量存在不稳定性。,表3-5列出了常用介质的传输特性。,最后需要说明的是，传输介质与信道之间是有区别的，前者是指传输数据信号的物理实体；而后者是为传送某种信号提供所需的带宽，更强调了介质的逻辑功能。也就是说，一个信道既可能由多个传输介质级联而构成，一个传输介质也可能同时提供多个信道，多路复用技术正是利用了这个特性。,表3-5 常用介质的传输特性,传输介质,传输速率,传输距离,抗干扰性,价 格,适用范围,双绞线,模拟：3003400,Hz;,数字：10100,Mb/s,几十千米,一般(对电磁干扰比较敏感),低,局域网(模拟信号传输、数字信号传输),50欧姆同轴电缆,10,Mb/s,1,km,内,较好,一般,局域网(基带数字信号传输),75欧姆同轴电缆,300900,MHz,100,km,较好,较高,CATV(,模拟传输(可采用频分多路复用技术划分多个信道),光纤,100,M10,Gb,/s,30,km,很好,较高,长话线路、主干网(远距离高速传输),无线电波,30,MHz1 GHz,全球,相对较差,较低,广播(远程低速通信),微波,440,GHz,几百千米,低于同容量、同长度的电缆,电视(远程通信),卫星,1,GHz10 GHz,费用与距离无关,电视、电话、广域网(远程通信),3.3 物理层接口协议,物理层接口主要指数据终端设备,DTE(Data Terminal Equipment),和数据传输电路端接设备,DCE(Data Circuit-terminal Equipment),之间的接口。这里,DTE,就是具有一定的数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备，它可以是一台计算机或一个终端，也可以是各种的,IO,设备等。由于数据终端设备的数据传输能力是很有限的。直接将相隔很远的两个终端设备连接起来是无法进行通信的。,必须在数据终端设备和传输线路之间加上一个中间设备,DCE，,它的作用就是在,DTE,和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接，它可以是指多路复用器、集中器、调制解调器等。,DTE,与,DCE,之间的接口一般都有若干条并行线，包括各种信号线和控制线。,DCE,将,DTE,传过来的数据按比特流顺序逐个发往传输线路，或者反过来，从传输线路上接收串行的比特流，然后再交给,DTE。,显然，这些操作的完成需要,DTE,与,DCE,间接口信号线的高度协调工作。为了减轻数据处理设备的负担，就必须对,DTE,和,DCE,的接口进行标准化。这种接口标准也就是所谓的物理层接口协议。,因此，物理层接口协议是用于定义,DTE,与,DCE,之间的物理接口，并为物理接口规定了机械连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及信号规程特性。,3.3.1 机械特性,机械特性规定了,DTE,与,DCE(,或,DTE,与,DSE,或,DSE,与,DSE),之间的连接器形状、大小、尺寸，各个接线引脚的引脚数目和排列，固定和锁定措施等。这一特性如同我们常见的各种规格电源插座、插头的形状和大小都有严格的规格。,ISO,物理层的机械特性的标准如下：,(1),ISO 2110：,为25针插头的,DTE-DCE,接口的连接器。它与美国的,EIA RS-232C、EIA RS-366A,兼容。常用于串行和并行的音频调制解调器、公共数据网接口、自动呼叫设备接口等。,(2),ISO 2593：,为32针插头的,DTE-DCE,接口的连接器。用于,CCITT V.35,建议的宽带调制解调器。,(3),ISO 4092：,为37针插头的,DTE-DCE,接口的连接器。它与美国的,EIA RS-449,兼容。常用于串行音频调制解调器，宽带调制解调器。,(4),ISO 4093：,为15针插头的,DTE-DCE,接口的连接器。常用于,CCITT X.20，X.21，X.22,建议所规定的公共数据网接口。,3.3.2 电气特性,电气特性规定了,DTE-DCE,接口电缆上传送信号的电压大小，即信号1和信号0的电压值；传号和空号的电压识别等；最大数据传输率的说明；发送端与接收端间电路特性的说明等。,ISO,物理层采用的电气特性的标准如下：,(1),CCITT V.10X.26,建议：在数据通信中，通常与集成电路一起使用的新型的非平衡式接口电路的电气特性。它与,EIA RS-423A,兼容。,(2),CCITT V.11X.27,建议：在数据通信中，通常与集成电路一起使用的新型的平衡式接口电路的电气特性。它与,EIA RS-422A,兼容。,(3),CCITT V.28,建议：非平衡式接口电路的电气特性。它与,EIA RS-232C,兼容。,(4),CCITT V.35,建议：平衡式接口电路的电气特性。,图3-10给出了几种接口电路的电气特性。,图3-10 常见的电气特性,3.3.3 功能特性,在,DTE-DCE,接口，规定了每一信号引脚线的功能分配和确切定义。比如数据线、控制线、定时线(同步信号用线)、地线等。,ISO,物理层采用的功能特性的标准如下：,(1),CCITT V.24,建议：,DTE-DCE,接口定义表，它提出了100系列接口和200系列接口。与100系列兼容的有,EIA RS-232C、RS-449，,与200系列兼容的有,EIA RS-366A。,我国的国家标准,GB 3454-82,与,V.24,兼容。,(2),CCITTX.24,建议：,DTE-DCE,接口定义表，它是在,X.20、X.21,和,X.22,的基础上发展而成的，用于公共数据网。,3.3.4 规程特性,规程性特性定义了,DTE-DCE,接口进行二进制比特流传输过程的一组操作序列，即各信号引脚线的工作规程和时序关系。,ISO,物理层采用的规程性特性的标准如下：,(1),CCITT X.20,建议：公共数据网上起止式操作的,DTE-DCE,接口规程。,(2),CCITT X.21,建议：公共数据网上同步工作的,DTE-DCE,接口规程。,(3),CCITT X.22,建议：公共数据网上多路时分复用的,DTE-DCE,接口规程。,(4),CCITT V.24,建议：交换电路之间建立起相互联系需要提供的标准规程性特性。它与,EIA RS-232C,和,RS-449,具有相同的规程性特性。,(5),CCITT V.25,建议：在普通电话交换网上使用自动呼叫应答设备的线路接线控制规程。,最后，需要说明的一点是，具体的物理层协议是相当复杂的。这是因为物理连接的方式很多(例如，可以是点对点的，也可以采用多点连接或广播连接)，而传输介质的种类也非常之多(如架空明线、同轴电缆、光导纤维、双绞线，以及各种无线介质等)。因此，在学习物理层时，应将重点放在掌握基本概念上。,3.4 常用的物理层接口标准,物理层接口主要涉及各种传输介质和传输设备的接口。由于传输介质和传输设备的种类繁多，所以物理层接口的标准也非常多。这里将扼要介绍一下常用的物理层接口标准。,3.4.1,EIA RS-232C,RS-232C,是美国电子工业学会(,EIA),制定的物理接口标准，这里“,RS”,表示,EIA,的一种“推荐标准”，“232”是个编号。它最初是为促进利用公共电话网络进行远程数据通信而制定的。图3-11是利用,RS-232C,接口实现远程数据通信的一个连接示意图。,后来，当计算机之间使用RS-232C,接口直接相连时，引入了一种虚调制解调器的电缆，以解决在不使用调制解调器的情况下，,RS-232C,接口需要,DTE-DCE,成对使用的问题。图3-12是利用,RS-232C,接口实现计算机或终端之间近距离数据通信的连接图。,图3-11 利用公共电话交换网实现远程连接,图3-12 计算机或终端之间的直接,RS-232C,连接,RS-232C,标准是用于,DTE-DCE,之间的串行二进制通信，数据传输速率为020,kb/s，,电缆长度限制在30,m,之内。它的不足之处是：传输性能低，距离短，速率低。最后改进设计了,X.21,标准。目前，,RS-232C,接口不仅广泛用于公共电话网的远程数据通信中，而且也被广泛用于计算机之间或计算机与终端之间的近距离数据通信中。,RS-232C,的接口特性见表3-6；功能特性见表3-7。,表 3-6,RS-232-C,接口特性,类 别,特 性,机械特性,使用,ISO 2110,的标准，即25芯连接器，,DTE,为插头，,DCE,为插座,电气特性,与,CCITT V.28,建议书一致。采用非平衡型电气特性，,逻辑“1”或传号状态的电压范围为155,V；,逻辑“0”或空号状态的电压范围为155,V，,所允许的线路电压降为2,V。,非平衡传输，其所有电路共享一个公共的地线。平衡传输是每个主要电路需要两根地线，没有公共的地线,功能特性,与,CCITT V.24,建议书一致。定义了21条线和许多子集，基本与,CCITT V.24,兼容。具体内容见表3,-,7所示,规程特性,规定了控制信号在不同的情况下有效(接通状态)和无效状态(断开状态)的顺序和相互关系。对不同的功能子集，有不同的规程。,RS,-,232C,有14种不同的接口类型，适合于单工、半双工、全双工、同步、异步,表3-7,RS-232C,功能特性,电路,名 称,方 向,说 明,引脚号,地线,AA,保护地线,1,AB,信号地线与公共返回线,为所有的交换电路建立公共返回参考点,7,数据,BA,发送数据,DTEDCE,向通信信道传输数据信号,2,BB,接收数据,DTEDCE,接收来自通信信道的数据信号,3,CA,请求发送,DTEDCE,请求向通信信道发送数据,4,CB,准备发送,DTEDCE,指出,DCE,是否已准备好发送数据,5,CC,数传机准备好,DTEDCE,指出,DCE,是否处在数据方式,6,CD,数据终端准备好,DTEDCE,控制,DCE,与通信们道间的信息交换,20,CE,振铃指示,DTEDCE,指出,DCE,是否开始接收“环信号”,22,CF,接收线路信号检测,DTEDCE,指出,DCE,是否正在接收信道上的信号,8,CG,信号质量检测,DTEDCE,指出在接收数据中发生错误的概率,21,CH,数据信号速率选择(,DTE,源),DTEDCE,发送数据信号速率的选择,23,CI,数据信号速率选择(,DTE,源),DTEDCE,指出一种信号发送速率,18,定时,DA,传输信号元件定时(,DTE,源),DTEDCE,为数据传输提供定时信号,24,DB,发送信号元件定时(,DTE,源),DTEDCE,同上,15,DD,接收信号元件定时(,DTE,源),DTEDCE,为接收数据提供定时信号,17,次级,信道,SBA,次级信道发送数据,DTEDCE,与,BA,等同(应用在次级信道),SBB,次级信道接收数据,DTEDCE,与,BB,等同(同上),SCA,次级信道请求数据,DTEDCE,与,CA,等同(同上),SCB,次级信道清除数据,DTEDCE,与,CB等同(同上),SCF,次级信道接收线路信号检测,DTEDCE,与,CF,等同(同上),下面针对图3-11的远程通信例子，说明,DTE-A,要向,DTE-B,发送数据所要经过的规程或步骤：,(1)当,DTE-A,要和,DTE-B,进行通信，就将引脚20“,DTE,就绪”置为,ON，,同时通过引脚2“发送数据”向,DCE-A,传送电话号码信号。,(2),DCE-B,将引脚22“振铃指示”置为,ON，,表示通知,DTE-B,有(某人的)呼叫信号到达(在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均为,OFF,状态)。,DTE-B,就将其引脚20“,DTE,就绪”置为,ON。DCE-B,接着产生载波信号，并将引脚6“,DCE,就绪”置为,ON，,表示已准备好接收数据。,(3)当,DCE-A,检测到载波信号时，将引脚8“载波检测”和引脚6“,DCE,就绪”都置为,ON，,以便使,DTE-A,知道通信电路已经建立。,DCE-A,还可通过引脚3“接收数据”向,DTE-A,发送在其屏幕上显示的信息。接着,DCE-A,向,DCE-B,发送载波信号，,DCE-B,将其引脚8“载波检测”置为,ON(,至此，完成了传输信道的物理连接建立)。,(4)当,DTE-A,要发送数据时，将其引脚4“请求发送”置为,ON。DCE-A,作为响应将引脚5“允许发送”置为,ON(,这一过程是实现传输信道的逻辑连接建立)。,(5),DTE-A,通过引脚2“发送数据”向对接的远端,DTE-B,发送数据。首先由,DCE-A,将数字信号转换为模拟信号向,DCE-B,发送过去，然后，,DCE-B,将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚3“接收数据”向,DTE-B,传递。,(6)当,DTE-A,发送完数据后，首先通过引脚4、5断开数据链路的逻辑连接。随后，再通过引脚6、8、20断开数据链路的物理连接。,RS-232C,的其他引脚作用是：选择数据的发送速率，测试调制解调器，传送数据的码元定时信号，以及从另一个辅助信道反向发送数据等。但是这些引脚在实际中很少使用。,3.4.2,EIA RS-449/422A/423A,RS-449,也是EIA,的接插件规格，它是在,RS-232C,的基础上发展起来的，并有取而代之的倾向。,RS-449,是,EIA,于1977年11月公布的，主要改进体现在：改善了性能，加大了接口电缆距离，提高了数据传输率；增加了新的接口功能，例如回送检查；解决了机械接口问题。实际上，,RS-449,由3个标准组成。,(1),RS-449：,规定了接口的机械特性、功能特性和过程特性。,RS-449,采用37根引脚的插座。在,CCITT,的建议书中，,RS-449,相当于,V.35。,(2)RS-423A：,规定在采用非平衡传输时(即所有的电路共用一个公共地)的电气特性。当连接电缆长度为10,m,时，数据的传输速率可达300,kb/s。,(3),RS-422A：,规定在采用平衡传输时(即所有的电路没有公共地)的电气特性。它可将传输速率提高到2,Mb/s，,而连接电缆长度可超过60,m。,当连接电缆长度更短时(如10,m)，,传输速率还可以更高些(如达到10,Mb/s)。,通常,RS-232V.24,用于标准电话线路(一个话路)的物理层接口，而,RS-449V.35,则用于宽带电路(一般都是租用电路)，其典型的传输速率为48168,kb/s，,都是用于点到点的同步传输。它的接口特性如表3-8所示。,表3-8,RS-449,接口特性,类 别,特 性,机械特性,37芯或9芯连接器,电气特性,与,RS,-,232C,相连，采用非平衡型电气特性,RS,-,423A，,速率为20,Kb/s,以下。其他情况，采用平衡型电气特性,RS,-,422A,和,RS,-,423A，,速率为20,Kb/s,2 Mb/s,功能特性,定义了30条功能线。保留了在,RS-232C,中定义的基本交换电路的功能,规程特性,基本上以,RS,-,232C,为基础,RS-449,标准的接口电路可分为5类：地或公共电路、数据电路、控制电路、定时电路和辅助信道电路。它除了在电气特性及机械特性方面与,RS-232C,标准不同之外，还有以下主要不同点：,(1),RS-449,新定义了10个接口电路。其中包括3个用于测试状态的电路；2个用于控制,DCE,在辅助信道传输的电路；1个在,DTE,控制下提供终止使用功能的接口电路；1个提供新信号功能的电路和1个对,DCE,进行频率选择的电路。,RS-449,还定义了2个为每个方向传输提供公共参考的接口电路。,(2)有3个,RS-232C,的接口电路(即引脚1、9、10)在,RS-449,中没有定义。它们是保护地和两个留作测试用的接口电路。,(3)对电路功能的某些定义作了改变。如，将,RS-232C,中的,DSR(,数据设备就绪)引脚名改为,DM(,数据方式)，相应功能也发生了改变。,(4),RS-449,标准中的所有电路标识名都和,RS-232C,的电路标识名不同，其主要目的是防止它们之间相互混淆。,图3-13给出的是,RS-449V.35,的一些主要控制信号，包括发送、接收数据的接口。在,DTE,和,DCE,之间的连线上注明的“2”字，表明它们都是一对线。图中所示的几对线，在,DTE,方标注的是该线的英文缩写名称，而在,DCE,方还有对应的中文名称。,图3-13,RS-499/V.35,的信号定义,3.4.3,EIA RS-530,RS-530,也是,EIA,的接插件规格。它是1987年颁布的，作为对,RS-449,标准的改进建议。,RS-530,是,RS-232C、RS-422A,和,RS-423A,的结合物，它支持的数据传输率的范围从20,Kb/s2 Mb/s，,因此不能取代,RS-232C。EIA RS-530,的接口特性如下：,(1)机械特性：,EIA RS-530,采用了标准的25芯连接器。,(2)电气特性：,EIA RS-530,的电气特性遵循,RS-422A,标准，但有些细微的差别；其诊断电路则遵循,RS-423,标准。,(3)功能特性：包括,RS-232C,中的所有重要功能和电路，如,TxD,、,RxD,、DTR、DSR、RTS、CTS、CD,以及3个时钟电路。,EIA RS-232C,中的诊断电路也包括在内。,(4)规程特性：与,RS-232C,基本类似。,3.4.4,CCITT X.21,前述的接口标准都是支持模拟信道的远程数据通信。,CCITT X.21,是为支持数字信道的远程数据通信而制定的接口标准，即关于公共数据网,PDN,同步工作的,DTE-DCE,数字化接口标准。,(1)机械特性：,X.21,建议的机械接口为15芯的,DTE-DCE,接口连接器。,X.21,的机械接口采用了最新技术，如插头屏蔽技术，机械特性齐全、可靠。它增加了对交换电路中连接器插头数量的分配功能，这种功能允许交换电路向多对互联电缆提供连接。,因此，每个交换线路都是成对操作的，它特别为每一个交换线路提供了两根引线，这样能省略插头连接的接口线。,(2)电气特性：,X.21,建议的数据速率为600,b/s、2400 b/s、4800 b/s、9600 b/s、48 000 b/s。,为了增加,DTE,按多种速率设计的灵活性，允许,DTE,使用新的平衡或非平衡的电气性能，即,CCITT X.26,建议。但为了保证数据传输的高可靠性，48,kb/s,的传送速率仅使用于平衡电气性能的系统中。,(3)功能特性：图3-14给出了,X.21,的基本交换线路的信号定义。图中的发送线路、接收线路用来传送用户数据；网络控制信息由控制线路和指示线路承担；电路的定位由信号计时线路提供；二进制计时线路传递字节定时信息。此外还有公共地线和信号用地线。这些交换线路的详细定义在,CCITT X.24,建议中作了说明。,(4)规程特性：,X.21,的规程特性可分为三个阶段。,图3-14,X.21,接口的基本引脚信号定义,空闲或静止阶段：在此阶段中，接口不工作，类似电话网中电话挂起。,控制阶段(即呼叫建立与清除阶段)：呼叫建立是指通过控制线路和指示线路信号来建立,DTE,与远程,DTE,间的物理连接，类似电话系统中拨电话号码连通线路；呼叫清除是指通过控制线路和指示线路信号来断开,DTE,与远程,DTE,间的物理连接，相当于电话系统中通话结束后挂机。,数据传输阶段：在此阶段，通信双方利用发送线路和接收线路彼此交换数据，类似电话系统中双方通话。,表3-9给出了利用,X.21,接口实现,DTE,与远程,DTE,间的一次通信的工作过程。,表3-9,X.21,接口的工作过程,步骤,C,线,I,线,电话中类似事件,DTE,在,T,上发送,DCE,在,R,上发送,0,断,断,线路空闲,T=1,R=1,1,通,断,DTE,摘机,T=0,2,通,断,DCE,给出拨号音,R=“+”,3,通,断,DTE,拨电话号码,T=,地址,4,通,断,远地电话振铃,R=,呼叫进行,5,通,通,远地,DTE,摘机,R=1,6,通,通,对话,T=,数据,R=,数据,7,断,通,DTE,说再见,T=0,8,断,断,DCE,说再见,R=0,9,断,断,DCE,挂机,R=1,10,断,断,DTE,挂机,T=1,其具体过程如下：,第0步：当接口空闲时，4条信号线,T，C，R,和,I,都传送“1”码(