1
计算机网络
Computer Networks
数据通信基础（五） & 物理层接口
2
内容提要调制解调器物理层接口
3
调制解调器调制解调器结合了数据通信和计算机技术，用于数据通信的一个重要设备，在网络连接和远程访问方面也起着重要作用调制解调器主要用于在模拟线路上传输数字信息
4
调制解调器
Modem计算机 Modem 计算机
PSTN
数字信号 模拟信号 数字信号
5
调制解调器的构成
CPU 存储器 接口调制解调器接口到计算机连接电话线
6
调制解调器的作用信号转换同步提高数据在传输中抗干扰能力实现信道的多路复用（调制）
7
调制解调器的功能差错控制功能
V.42协议（ CCITT）
MNP1— 4协议（ Microcom）
数据压缩功能
V.42bis,最大压缩率 4:1
MNP5,MNP7,MNP9,其中 MNP5使用最广，其压缩率为 2:1
8
调制解调器的分类按调制方式频移键控（ FSK）
相移键控（ PSK）
相位幅度调制（ APSK）
智能调制解调器按传输速率高速中速低速按与计算机连接的方式内置外置
9
调制解调器的选择了解常用的国际标准和工业标准调制解调器的速率及接口标准调制解调器的工作方式调制解调器的附属功能
10
56k调制解调器技术
V.32bis 14.4k
V.34 28.8k
V.34bis 33.6k
V.90 56k
11
56k调制解调器技术
D/A
A/D D/A
A/D
电话网络
V.34 modem V.34 modem
下行数据流上行数据流噪声噪声模拟模拟数字数字最大的噪声来源于模数转换的量化噪声，信道容量极限值约 35kbps
12
56k调制解调器技术
DAC
ADC
电话网络
V.90 modem
下行数据流上行数据流噪声工作在非对称方式，上行速率遵循 v.34的 33.6kbps标准，下行速率可达到 56kbps
模拟数字数字
ISP
13
内容提要调制解调器物理层接口
14
物理层接口通信方式单工、半双工、全双工传输方式串行、并行、同步、异步标准接口
RS-232-C,RS-449,USB
15
按数据代码传输的顺序分为,串行传输和并行传输按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输按数据传输的流向和时间关系分为,单工、
半双工和双工传输
16
串行通信：数据流以串行方式在一条信道上传输,该方法实现简单,采用较多,缺点是,为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步措施并行通信：将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时传输,并行传输不需要另外的措施就可实现收发双方的字符同步,缺点是,需要传输信道多、设备复杂、成本高，故较少采用。
值得注意的是：串行和并行的概念是指组成一个字符的各码元是依顺序逐位传输还是并行地传输。至于数据字符还是逐个依次发送。
17
W o r k s t a t i o n I B M C o m p a t i b l e
Workstation IBM Compatible
串行通信并行通信
18
异步传输信息是以字符为单位传送的；
每个字符由发送方异步产生，有随机性；
字符一般采用 5,6,7或 8位二进制编码；
需要辅助位，每个字符可能需要用 10位或 11
位才能传送，例如：
起始位,1位；
字符编码,7位；
奇偶校验位,1位；
终止位,1 ~ 2位。
19
异步传输
0 1 0 1 0 11 00 1
起始位 字符编码 奇偶校验 终止位优点：
字符同步实现简单，收发双方的时钟信号不需要精确的同步。
缺点：
–传输效率低；
–主要用于字符终端与计算机之间的通信。
20
同步传输
1）面向字符的同步信息是以帧为单位传送的；
传输开始时，以同步字符 SYN(0010110)使收发双方同步；
特点：
可以不间断地传输信息，传输效率较高；
字符间减少了辅助信息；
传输的信息中不能有同步字符出现，透明性较差。
SYN 数 据 帧 SYN
21
同步传输
2）面向位的同步信息以二进制位流为单位传送；
传输过程中收发双方以位为单位同步；
传输的开始和结束由特定的八位二进制位
(01111110)标志同步。
特点：
传输效率高；
透明性好。
标志 二进制位流 标志
22
物理层接口（ DTE-DCE）
DTE DTE
DCE DCE
网络数据终端设备数据终端设备数据电路端设备数据电路端设备
DTE,数据终端设备 — 指用户端产生要传送或接收位流的设备。
如 PC
DCE,数据电路端设备 — 在数据传输的两端负责通信的设备。
如调制解调器
23
物理层的四个重要特性为了保证 DTC和 DCE两种设备间能够正常通信以及不同厂家的设备能够互联，接口必须标准化、规范化。
机械特性 (mechanical characteristics)
电气特性 (electrical characteristics)
功能特性 (functional characteristics)
规程特性 (procedural characteristics)
24
机械特性机械特性涉及的是 DTE到 DCE的实际物理连接。规定物理连接时所采用的接插件规格、引脚的数量和排列等。
常用的标准接口：
ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，
EIA RS-366-A
ISO 2593 34芯连接器 V.35宽带
MODEM
ISO 4902 37芯和 9芯连接器 EIA RS-449
ISO 4903 15芯连接器 X.20,X.21，
X.22
25
电气特性规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。
早期的标准是在边界点定义电气特性，例如 EIA RS-
232-C,V.28； 最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。
CCITT 标准化的电气特性标准：
CCITT V.10/X.26,新的非平衡型电气特性,EIA
RS-423-A
CCITT V.11/X.27,新的平衡型电气特性,EIA
RS-422-A
CCITT V.28,非平衡型电气特性,EIA RS-232-
C
CCITT X.21/EIA RS-449
26
功能特性主要定义各条物理线路的功能。
线路的功能分为四大类：
数据控制定时地线
27
规程特性主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
如：在建立、维持物理连接和交换信息时，以及连接释放时 DTE和 DCE双方在各个电路上的动作序列
28
典型的接口标准
EIA RS-232-C
RS-494
USB
29
EIA RS-232-C
EIA RS-232-C
1960年美国电子工业协会 EIA提出 RS-232,1963年提出
RS-232-A,1965年提出 RS-232-B,1969年提出 RS-232-C。
用于 DTE/DCE之间的接口。
机械特性
25芯连接器,DTE为插头,DCE为插座。
电气特性采用非平衡型电气特性，采用负逻辑，低于 -3V为,1”，
高于 +3V为,0”，最大 20Kbps,最长 15m。 不能直接与
TTL电路连接，需使用 MC1488,MC1489进行电平转换。
非平衡传输（ unbalanced transmission）,所有电路共享一个公用的地线。
平衡传输（ balanced transmission）,每个主要电路需要两根线，没有公用的地线。
30
EIA RS-232-C
功能特性定义了 21条线，许多子集，基本与 CCITT V.24兼容。
规程特性对不同的功能子集，有不同的规程。
RS-232-C 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
RS-232-C的不足与改进不足：
传输性能低，距离短，速率低。
改进：
重新设计,X.21；
以 RS-232-C为基础改进,1977年提出 RS-449。
31
EIA RS-232-C
32
EIA RS-232-C
RS-232 连接器
33
EIA RS-449
EIA RS-449 是为替代 RS-232-C而提出的物理层标准接口。实际上是一体化的三个标准 RS-449/422-A/423-A
主要改进：
改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；
增加了新的接口功能，例如，回送检查；
解决了机械接口问题。
机械特性
37芯或 9芯连接器。
电气特性与 RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，
20Kbps以下其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A,20Kbps ~
2Mbps
34
EIA RS-449
功能特性定义了 30条功能线。
规程特性基本上以 RS-232-C为基础。
35
USB（ 通用串行总路线）
USB1.0主要用于低速外设上，它提供低速 1.5Mbps和全速 12Mbps两种
USB2.0兼容所有 USB1.0的外部设备，
数据速率达到 480Mbps,更多的设备可以经由 USB连接到计算机，如数字视频设备、快速存储设备、高速刻录机等。
36
USB（ 通用串行总路线）
USB的特点：
速度快
USB2.0数据传输速率高达 480Mbps
连接简单快捷
可以进行热插拔，无须关机或打开机箱无须外接电源
USB提供内置电源，能向低压设备提供 5V的电源，系统不用另配交流电源供外设使用扩充能力强
USB支持多设备连接，减少了 PC机 I/O口数量，使用设备插架技术最多可扩充 127个外设良好的兼容性
USB接口具有良好的向下兼容性
37
USB（ 通用串行总路线）
电气特性
USB总线的的物理介质由一根 4线的电缆组成，其中两条用于提供设备工作所需的电源，
另外两条用于传输数据，信号线的特性阻抗为 90?
信号利用差模方式送入信号线
USB线缆最长可达几米
38
USB（ 通用串行总路线）
机械特性每个连接器有四个引脚，具有屏蔽的外壳、规定的坚固性和易于插拔的特性连接器分为 A系列和 B系列两种
计算机网络
Computer Networks
数据通信基础（五） & 物理层接口
2
内容提要调制解调器物理层接口
3
调制解调器调制解调器结合了数据通信和计算机技术，用于数据通信的一个重要设备，在网络连接和远程访问方面也起着重要作用调制解调器主要用于在模拟线路上传输数字信息
4
调制解调器
Modem计算机 Modem 计算机
PSTN
数字信号 模拟信号 数字信号
5
调制解调器的构成
CPU 存储器 接口调制解调器接口到计算机连接电话线
6
调制解调器的作用信号转换同步提高数据在传输中抗干扰能力实现信道的多路复用（调制）
7
调制解调器的功能差错控制功能
V.42协议（ CCITT）
MNP1— 4协议（ Microcom）
数据压缩功能
V.42bis,最大压缩率 4:1
MNP5,MNP7,MNP9,其中 MNP5使用最广，其压缩率为 2:1
8
调制解调器的分类按调制方式频移键控（ FSK）
相移键控（ PSK）
相位幅度调制（ APSK）
智能调制解调器按传输速率高速中速低速按与计算机连接的方式内置外置
9
调制解调器的选择了解常用的国际标准和工业标准调制解调器的速率及接口标准调制解调器的工作方式调制解调器的附属功能
10
56k调制解调器技术
V.32bis 14.4k
V.34 28.8k
V.34bis 33.6k
V.90 56k
11
56k调制解调器技术
D/A
A/D D/A
A/D
电话网络
V.34 modem V.34 modem
下行数据流上行数据流噪声噪声模拟模拟数字数字最大的噪声来源于模数转换的量化噪声，信道容量极限值约 35kbps
12
56k调制解调器技术
DAC
ADC
电话网络
V.90 modem
下行数据流上行数据流噪声工作在非对称方式，上行速率遵循 v.34的 33.6kbps标准，下行速率可达到 56kbps
模拟数字数字
ISP
13
内容提要调制解调器物理层接口
14
物理层接口通信方式单工、半双工、全双工传输方式串行、并行、同步、异步标准接口
RS-232-C,RS-449,USB
15
按数据代码传输的顺序分为,串行传输和并行传输按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输按数据传输的流向和时间关系分为,单工、
半双工和双工传输
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串行通信：数据流以串行方式在一条信道上传输,该方法实现简单,采用较多,缺点是,为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步措施并行通信：将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时传输,并行传输不需要另外的措施就可实现收发双方的字符同步,缺点是,需要传输信道多、设备复杂、成本高，故较少采用。
值得注意的是：串行和并行的概念是指组成一个字符的各码元是依顺序逐位传输还是并行地传输。至于数据字符还是逐个依次发送。
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W o r k s t a t i o n I B M C o m p a t i b l e
Workstation IBM Compatible
串行通信并行通信
18
异步传输信息是以字符为单位传送的；
每个字符由发送方异步产生，有随机性；
字符一般采用 5,6,7或 8位二进制编码；
需要辅助位，每个字符可能需要用 10位或 11
位才能传送，例如：
起始位,1位；
字符编码,7位；
奇偶校验位,1位；
终止位,1 ~ 2位。
19
异步传输
0 1 0 1 0 11 00 1
起始位 字符编码 奇偶校验 终止位优点：
字符同步实现简单，收发双方的时钟信号不需要精确的同步。
缺点：
–传输效率低；
–主要用于字符终端与计算机之间的通信。
20
同步传输
1）面向字符的同步信息是以帧为单位传送的；
传输开始时，以同步字符 SYN(0010110)使收发双方同步；
特点：
可以不间断地传输信息，传输效率较高；
字符间减少了辅助信息；
传输的信息中不能有同步字符出现，透明性较差。
SYN 数 据 帧 SYN
21
同步传输
2）面向位的同步信息以二进制位流为单位传送；
传输过程中收发双方以位为单位同步；
传输的开始和结束由特定的八位二进制位
(01111110)标志同步。
特点：
传输效率高；
透明性好。
标志 二进制位流 标志
22
物理层接口（ DTE-DCE）
DTE DTE
DCE DCE
网络数据终端设备数据终端设备数据电路端设备数据电路端设备
DTE,数据终端设备 — 指用户端产生要传送或接收位流的设备。
如 PC
DCE,数据电路端设备 — 在数据传输的两端负责通信的设备。
如调制解调器
23
物理层的四个重要特性为了保证 DTC和 DCE两种设备间能够正常通信以及不同厂家的设备能够互联，接口必须标准化、规范化。
机械特性 (mechanical characteristics)
电气特性 (electrical characteristics)
功能特性 (functional characteristics)
规程特性 (procedural characteristics)
24
机械特性机械特性涉及的是 DTE到 DCE的实际物理连接。规定物理连接时所采用的接插件规格、引脚的数量和排列等。
常用的标准接口：
ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，
EIA RS-366-A
ISO 2593 34芯连接器 V.35宽带
MODEM
ISO 4902 37芯和 9芯连接器 EIA RS-449
ISO 4903 15芯连接器 X.20,X.21，
X.22
25
电气特性规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。
早期的标准是在边界点定义电气特性，例如 EIA RS-
232-C,V.28； 最近的标准则说明了发送器和接受器的电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。
CCITT 标准化的电气特性标准：
CCITT V.10/X.26,新的非平衡型电气特性,EIA
RS-423-A
CCITT V.11/X.27,新的平衡型电气特性,EIA
RS-422-A
CCITT V.28,非平衡型电气特性,EIA RS-232-
C
CCITT X.21/EIA RS-449
26
功能特性主要定义各条物理线路的功能。
线路的功能分为四大类：
数据控制定时地线
27
规程特性主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
如：在建立、维持物理连接和交换信息时，以及连接释放时 DTE和 DCE双方在各个电路上的动作序列
28
典型的接口标准
EIA RS-232-C
RS-494
USB
29
EIA RS-232-C
EIA RS-232-C
1960年美国电子工业协会 EIA提出 RS-232,1963年提出
RS-232-A,1965年提出 RS-232-B,1969年提出 RS-232-C。
用于 DTE/DCE之间的接口。
机械特性
25芯连接器,DTE为插头,DCE为插座。
电气特性采用非平衡型电气特性，采用负逻辑，低于 -3V为,1”，
高于 +3V为,0”，最大 20Kbps,最长 15m。 不能直接与
TTL电路连接，需使用 MC1488,MC1489进行电平转换。
非平衡传输（ unbalanced transmission）,所有电路共享一个公用的地线。
平衡传输（ balanced transmission）,每个主要电路需要两根线，没有公用的地线。
30
EIA RS-232-C
功能特性定义了 21条线，许多子集，基本与 CCITT V.24兼容。
规程特性对不同的功能子集，有不同的规程。
RS-232-C 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
RS-232-C的不足与改进不足：
传输性能低，距离短，速率低。
改进：
重新设计,X.21；
以 RS-232-C为基础改进,1977年提出 RS-449。
31
EIA RS-232-C
32
EIA RS-232-C
RS-232 连接器
33
EIA RS-449
EIA RS-449 是为替代 RS-232-C而提出的物理层标准接口。实际上是一体化的三个标准 RS-449/422-A/423-A
主要改进：
改善了性能，加长了接口电缆距离，加大了数据传输率；
增加了新的接口功能，例如，回送检查；
解决了机械接口问题。
机械特性
37芯或 9芯连接器。
电气特性与 RS-232-C相连，采用非平衡型电气特性 RS-423-A，
20Kbps以下其他情况，采用平衡型电气特性 RS-422-A,20Kbps ~
2Mbps
34
EIA RS-449
功能特性定义了 30条功能线。
规程特性基本上以 RS-232-C为基础。
35
USB（ 通用串行总路线）
USB1.0主要用于低速外设上，它提供低速 1.5Mbps和全速 12Mbps两种
USB2.0兼容所有 USB1.0的外部设备，
数据速率达到 480Mbps,更多的设备可以经由 USB连接到计算机，如数字视频设备、快速存储设备、高速刻录机等。
36
USB（ 通用串行总路线）
USB的特点：
速度快
USB2.0数据传输速率高达 480Mbps
连接简单快捷
可以进行热插拔，无须关机或打开机箱无须外接电源
USB提供内置电源，能向低压设备提供 5V的电源，系统不用另配交流电源供外设使用扩充能力强
USB支持多设备连接，减少了 PC机 I/O口数量，使用设备插架技术最多可扩充 127个外设良好的兼容性
USB接口具有良好的向下兼容性
37
USB（ 通用串行总路线）
电气特性
USB总线的的物理介质由一根 4线的电缆组成，其中两条用于提供设备工作所需的电源，
另外两条用于传输数据，信号线的特性阻抗为 90?
信号利用差模方式送入信号线
USB线缆最长可达几米
38
USB（ 通用串行总路线）
机械特性每个连接器有四个引脚，具有屏蔽的外壳、规定的坚固性和易于插拔的特性连接器分为 A系列和 B系列两种
