计算机网络与通信 申普兵 第4章 物理层与数据链路层

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1、第4章物理层与数据链路层物理层的功能与特性4.1物理层接口特性4.2数据链路层的基本概念4.3数据链路层协议4.4【本章内容简介】本章主要介绍物理层与数据链路层常用的协议标准，包括物理层的功能特性，物理层的接口特性，数据链路层的功能，数据链路层的停等协议、ARQ协议、HDLC协议以及PPP协议。【本章重点难点】重点掌握HDLC协议的工作原理，PPP协议原理及工作过程，PPP帧的封装方法。4.1物理层的功能和特性1．物理层的功能物理层的主要功能就是为它的服务用户即数据链路层的实体在具体的传输介质上提供发送或接收比特流的能力。目前，可供计算机网络使用的物理设备和传输媒体种类很多，特性各异，物理层

2、的作用就在于要屏蔽这些差异，使得数据链路层不必去考虑物理设备和传输介质的具体特性，而只要考虑完成本层的协议和服务。2．物理层的特性对物理层协议就不便利用OSI的术语加以阐述，而只能将物理层实现的主要功能描述为与传输介质接口有关的四个特性：即机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。物理层就是通过这四个特性的作用，在DTE和DCE之间，实现了物理通路的连接。4.2物理层接口特性物理层协议实际上是DTE和DCE之间的一组约定。这组约定规定了DTE与DCE之间标准接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。数据终端设备（DataTerminalEquipment，DTE），它是一种具有一定的数据处

3、理能力及转发数据的设备。具有根据协议控制数据通信的功能。DTE是对属于用户所有的组网设备或工作站的总称。图4.1DTE与DCE的连接DTE/DCE接口是DTE与DCE之间的界面。标准化的DTE/DCE接口包括以下四个方面的特性。4.2.1机械特性在ISO标准中，涉及DTE/DCE接口机械特性的标准有以下几种。①ISO2110—25芯DTE/DCE接口连接器。②ISO2593连接器。③ISO4902连接器。④ISO4903连接器。4.2.2电气特性DTE/DCE标准接口的电气特性规定了DTE/DCE之间多条信号线的电气连接及有关电路特性，通常包括：发送器和接收器的电路特性（如发送信号电平，发送

4、器的输出阻抗，接收器的输入阻抗，平衡特性等），负载要求，传输速率和连接距离等。DTE/DCE接口的电气连接有以下三种方式。（1）非平衡方式（2）差动接收的非平衡方式（3）平衡方式图4.2DTE/DCE接口的三种电气连接4.2.3功能特性DTE/DCE标准接口的功能特性主要是对各接口信号线作出确切的功能定义并确定相互间的操作关系。接口信号线按其功能一般可分为接地线、数据线、控制线及定时线等类型。4.2.4规程特性DTE/DCE标准接口的规程特性规定了DTE/DCE接口各信号线之间的相互关系，动作顺序以及维护测试操作等内容。4.2.5常用的物理层标准常用的物理层接口标准有以下几种。1．EIARS

5、-232-C和EIA-232-D2．EIARS-449，RS-422-A和RS-423-A图4.3EIARS-232-C接口的物理特性4.3数据链路层的基本概念4.3.1数据链路层概述数据链路层是OSI参考模型中的第二层，位于物理层与网络层之间。数据链路层最基本的功能是将物理层为传输原始比特流而提供的可能出差错的物理链路改造成为逻辑上无差错的数据链路。数据链路有时又称逻辑链路，它是指发信节点与收信节点之间用于数据传输的一条逻辑通路。图4.4物理链路与数据链路的区别4.3.2数据链路层的主要功能（1）链路管理（2）帧同步（3）差错控制（4）流量控制（5）透明传输4.4数据链路层协议数据链路层的

6、数据传输单位是帧，数据链路层协议是构造数据链路层帧的标准和方法，不同的数据链路层协议匹配着不同的物理层标准及介质。常见的数据链路层协议有停等协议、ARQ协议、高级数据链路控制规程HDLC及点对点协议（PPP）等。4.4.1停等协议停等协议规定发送端每发送一帧数据信息后，必须停下来等待接收端返回应答后，方能继续操作下去。停等协议就是由于操作过程中的停等特点而得名的。4.4.2ARQ协议停等协议之所以信道利用率不高，是因为发送端在等待接收端返回应答帧时，白白地浪费了信道可利用的时间。为此，若使发送端在发送完一帧数据信息之后，不是停下来等待对方的应答，而是继续再发送若干帧，这样就可有效地利用等待时

7、间，提高了整个通信的吞吐量。这就是连续ARQ协议工作原理的基本点。1．连续ARQ协议图4.5连续ARQ协议工作原理示意图2．选择重传ARQ协议图4.6选择重传ARQ协议工作原理图4.4.3高级数据链路控制规程（HDLC）高级数据链路控制规程是一种灵活、方便、高效率的传输控制规程。它适应于同步数据终端之间的数据传输。由于链路级传输的信息单位为帧，有时又将其称为帧级协议或HDLC链路层协议。HDLC用来检查收/发