网络体系结构之物理层

物理层功能

物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但是，物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。

1. 为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物
   理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。
2. 传输数据，物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数
   据传送服务。
3. 完成物理层的一些管理工作。

物理层特性

1. 机械特性

也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

2. 电气特性

电气特性规定了在物理连接上导线的电气连接及有关的电回路的特性，一般包括接收器和发送器电路特性的说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大传输速率的说明，以及与互连电缆相关的规则等。

3. 功能特性

功能特性规定了接口信号的来源、作用以及其他信号之间的关系。

4. 规程特性

指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式，即在物理连接建立、维持和交换信息时，DTE／DCE双方在各自电路上的动作序列。

物理层协议

物理层中较重要的新规程是EIA RS-449及X.21，然而经典的EIA RS-232C仍是目前最常用的计算机异步通信接口。

RS-232C协议

1.机械特性

• 由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。

1. DB-25：PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组：
   • ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
   • ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15，16，17，19，23，24）
   • ③空6个（9，10，11，18，21，25）
   • ④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）
   • DB-25型连接器的外形及信号线分配如图4-3所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持。
   

2. DB-9连接器
   在AT 机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连
   接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个
   串行接口的连接器。它只提供异步通信的 9个信号。DB-
   25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因
   此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用
   专门的电缆线。
   • 电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连
   接的最大物理距离为15m（50英尺）。
   • 最大直接传输距离说明：RS -232C标准规定，若不使用
   MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之
   间最大传输距离为15m（50英尺）。

2. 电气特性

EIA-RS-232C对电气特性、逻辑电平和各种信号线的功能
都作了规定。
• 在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V
• 逻辑0(SPACE)=+3～+15V
• 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：
• 信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3V～+15V
• 信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V～-15V

3.功能特性

RS-232C规定标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定
时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是：
2个数据信号：发送T X D；接收R X D。
1个信号地线：SG。
6个控制信号：
• DSR：数传机（即modem）准备好，Data Set Ready.
• DTR：数据终端（DTE，即微机接口电路，如Intel8250/8251，16550）准备好，Data Terminal Ready。
• RTS：用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号
有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。
• CTS：DCE允许DTE发送（Clear To Send），该信号是对RTS信号的回答。
当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。
• DCD：数据载波检出，Data Carrier Detection当本地DCE设备（Modem）收
到对方的DCE设备送来的载波信号时，使DCD有效，通知DTE准备接收， 并且由DCE将接收到的载波信号解调为数字信号， 经RXD线送给DTE。
• RI：振铃信号 Ringing当DCE收到交换机送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效，通知DTE已被呼叫

4.规程特性

上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置为有效（ON）状态，等CTS线上收到有效（ON）状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。