箜一章述

-計算機網絡

計算機網絡是將分布在不同地理范圍的多臺巨主的計算機（一般稱為host或工

作站）通過傳輸介質按照一定的幾何拓撲結構連接在一起蛆成的計算機系統。

client2

客戶機/服務器（c/s）

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箜一章概述

■INTERNET

又稱因特網，是國際計算機互聯網的英文簡稱，是由各種網絡互聯起來組成的

?個全球信息網，由成千上萬個具有特殊功能的專用計算機通過各種通信線路,

把地理位置不同的計算機網絡在物理上連接起來形成的一個幽眄，是世界上

規模最大的計算機網絡。

中國四大互連網：

CHINANET:中國電信主辦

CHINAGBN:吉通公司主辦

CERMET:國家教委

CSTNET:中科院主辦

中國8個經批準的互連單位：

中國電信、中國移動、聯通、網通、吉通5個經營性單位和中國教育科研網、

中國科技網、中國國際經濟貿易互連網等3家公益性單位。

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第一章概述

計算機網絡的分類

■按地域范圍分類

IanMan(metropolitan)wan

V20公里V100公里>100公里

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青海師范大學校園

2005年8月19日制

CERNET

家屬樓

計費網關

片家炳書院

?總務樓,I總公司

體育場國際交流?

人生公寓]_東7樓東9樓

,勺^東10F福亨東11樓

數字化樓

圖書館

南

圖書館

校西5樓

實驗樓

區

文科樓＜fe^~

1#樓^0

2#樓東13樓

東15樓

3#樓

4#樓三備.

學生1#學生2#新公寓東14樓

圖例:

華為S3526EF華為S3552華為S2403H1000Base-LX1000Base-SX100Base-LX100Base-TX

青海省西寧市教育構圖

2005年8月19日制

卜四中五中四中

虎臺中學lOGbps

訴-六i清華大學

西安交大?

省發改委蘭州大學

省政府155Mbps圖日實驗指導中心

備份

省科技中心

G2/6特殊教育學校

202.112.62.25

省黨校G1/I

考試管理中心

cisco7204202.112.62.26_____

省圖書館

76096509小島基地

交通職業技術學演

教育廳工業學校

4506

師大節點省電教館

廣播電視大學NE40-8

青海大學醫學院

青海師范大學|

衛生職業技術學院

2.5Gbps

RPR環建筑職業技術學院

青海大學

青大節點醫學院節點省藝術學校

NE40-4NE40-4

說明：每節點4芯

涅川中學

單模光纖，教育

廳與主節點青海

市教育局

師大為8芯光纖。

肯海民族學院昆侖中學

民院節點七中

NE40-4

華為NE40Cisco

圖例:路由器

路由交換機路由交換機1000Base-LX100Base-LX100Base-TX

第一章述

計算機網絡的拓撲結構

-按拓撲結構分類

■總線

?所有節點掛接到一條總線上,總線形拓撲

廣播式信道

?需要有介質訪問控制規程以防

止沖突

-環形

■所有節點連接成一個閉合的環,

結點之間為點到點連接

■星形

■有一個中心節點，其它節點與

其構成點到點連接

星形拓撲

網絡分析與設計（osi參考模型）-青海師范大學網絡信息中心

第一章概述

按拓撲結構分類（續）

■樹形

樹形拓撲

■一個根結點、多個中間分支節點和葉子節

點構成

?全連接

■點到點全連接，隨節點數的增長（Nx（N-

1）/2）,建造成本急劇增長，只適用于節

點數很少的廣域網中

全連接

?不規則

■點到點部分連接，多用于廣域網，由于連

接的不完全性，需要有交換節點

不規則拓撲

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第一章概述

按通信傳播方式分類：

■點對點傳播方式的網絡：由一對對機器間的多條鏈路構成。這種網絡上

的報文分組在信源和信宿之間需通過一臺和多臺中間設備進行傳播。

-廣播方式網絡：僅有一條通道，由網絡上所有的計算機共享。

一般來說，局域性網絡使用廣播方式；廣域性網絡使用點對點方式。

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第一章概述

router

workstation

0server

mobile

因特網中的拓撲結構

-端接系統（PC、服務器、PDA等）

-交換/節點設備（路由器、集線

器、交換機等）

-通信鏈路（光纖、線纜、無線信

號等）

-因特網服務提供商（ISP）提供

網絡接入

網絡分析與設計（osi參考模型）-

第一章概述

計算機網絡術語

4+k

■市見

帶寬是通信信道的寬度，是介質傳輸能力的度量，在計算機網絡中，一

般使用每秒位數（b/s或bps）作為帶寬的計量單位。主要單位：kb/s,Mb/s,

Gb/so通常一個以太局域網的帶寬有10Mb/s、100Mb/s、IGb/s、

10Gb/so

-時延

信息從網絡的一端傳送到另一端所需的時間

時延之和二處理時延+排隊時延+發送時延+傳播時延

處理時延二分組首部和錯誤校驗等處理（微秒）

排隊時延二數據在中間結點等待轉發的延遲時間

發送時延二數據位數/信道帶寬

傳播時延二小（毫秒）"：距離s:傳播速度光光速

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箜一章概述

時延帶寬乘積

某一鏈路所能容納的比特數

時延帶寬乘積二帶寬X傳播時延

例如，某鏈路的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達目

的端時，源端已發送了100萬比特。

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箜一章概述

往返時延(Round-TripTime，RTT)

從信源發送數據開始，到信源收到信宿確認所經歷的時間

RTT^2X傳播時延

-通信技術的模式：按信息傳遞的方向區分：

單工通信(SimplexCommunication')：數據僅在一個方向上傳輸；

雙工通信(DuplexCommunication')：數據能同時雙向傳輸；

半雙工通信(%/F-血//exCoinmunication)：數據能在任意一個方向上傳輸，但不能同時傳輸。

■傳輸可靠性

兩個含義：數據能正確送達數據能有序送達(當采用分組交換時)

網絡體系結構：

-網絡協議

網絡協議是指在計算機網絡中，各計算機之間或計算機與終端之間在有關信息傳輸順序、信息格式

和信息內容等方面的一組約定或規則。它由三個要素組成：語義、語法、規則

?網絡體系結構的概念

網絡層次結構模型與各層協議的集合定義為計算機網絡體系結構(NetworkArchitecture)o

網絡分析與設計(OSi參考模型)-青海師范大學網絡信息中心

第一章概述

計算機網絡協議層次

■定義

-計算機網絡協議是互連的計算機上對等實體間交換信息的規則和約

定，也就是通信各方就如何通信達成的協定。

■概念

■分層

-實體（有限狀態機），對等實體

?接口，服務，服務提供者，服務用戶

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第一章概述

分層模型帶來的好處

?容易解決通信的異質性（heterogeneity）問題

?語言層解決不同種語言的相互翻譯：（漢-英）

■媒介層解決信息傳遞：語音（電話）/文字（傳真）

-使復雜問題簡化，高層屏蔽低層細節問題

?概念層只關心會話內容，不關心語種和會話方式

?語言層只關心語種，不關心會話內容和方式

■媒介層只關心信息的傳遞，不關心信息的內容

-使設計容易實現

■每一層向上一層提供服務

?每一層向下一層請求服務

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第一章概述

復雜系統的層次結構

?第N層的功能

■向N+1層提供服務

?實現N層協議

?通過向NT層請求服務實現

-層次劃分的特點

＜各層的功能相對獨立

-每層的改變不影響其他層

■接口的作用

-定義請求/提供服務的方式

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第一章概述

計算機網絡分層模型

的例子

■對等實體Peer

■不同機器里包含的對應

層的實體（軟件或硬件）

-對等實體通信

■一種抽象概念

-實現邏輯通信

網絡分析與設計（osi參考模型）-

第一章概述

計算機網絡體系結構

■計算機網絡體系結構定義

■一組協議層和它們的協議共同構成一個網絡體系結構。

（接口不屬于網絡體系結構）

-作用

-復雜網絡的抽象概念描述，形成網絡的框架結構，實現

網絡的結構化設計；

-對每一層進行功能界定，成為該層次的實現者進行軟件

編程和硬件設計的依據。

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第一章述

接口與服務的關系

服務訪問點SAP

（唯一標識）

n/n+1接

口

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第一章概述

網絡分析與設計（osi參考模型）-青海師范大學網絡信息中心

第一章概述

■無連接服務（數據報）

-每個報文相對獨立

■到達目的地的先后順序可能是亂序

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第一章述

服務的類型

連接性服務類型應用例子

可靠的報文流貝面序列

面向連接可靠的字節流遠程登錄

不可靠的連接數字話首

不可靠的數據報電子垃圾郵件

無連接有確認的數據報掛號郵件

請求/應答數據庫查詢

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第一章概述

服務原語

原語（操作）含義

請求request(\)實體請求服務完成某項工作

指示indication(/)實體被通知以發生某個事件

響應response(/)實體對某個事件作出響應

確認confirm(\)某個早期請求的響應返回實體

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第一章述

協議與服務的關系

■服務

■本層向上一層提供的一組原語（操作）。

■定義本層準備好代表其用戶執行什么操作，但不管它們的具體實現。

■協議

-對等實體間交換的分組的格式和含義的一組規則。

-實體根據協議實現自己的服務定義。

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.第一章

概述

有關標準化組織

ANSI：美國國家標準協會(AmericanNationalStandardInstitute)

ITU：國際電信聯盟(InternationalTelecommunicationUnion)

EIA：電子工業協會(ElectronicIndustriesAssociation)

IEEE：電氣和電子工程師協會(InstituteofElectricalandElectronics

Engineers)

ISO：國際標準化組織(InternationalStandardOrganization)

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第一章述

OSI參考模型各層

國際標準化組織(ISO)發表了開放系統互連參考模型(OSI/RM：OpenSyterms

Interconnection/ReferenceModel)并被正式批準為國際標準。稱為0SI參考模型,

并記為OSI/RM,有時簡稱為OSIo

第7層應用層Application

第6層表示層Presentation

第5層會話層Session

第4層傳輸層Transport

第3層網絡層Network

第2層數據鏈路層DataLink

第工層物理層Physical

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第一章概述

OSI參考模型的基本思想

網絡中各節點具有相同的層次

不同節點的同等層具有相同的功能

同一節點內相鄰層之間通過接口通信

每一層可以使用下層提供的服務，并

向其上層提供服務

不同節點的同等層按照協議實現對等

層之間的通信

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第一章概述

在網絡體系結構中，對等層協議之間交換的信息單元統稱為協議數據單元

（PDU,ProtocolDataUnit）o

而傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：

A應用層----報文（Message）

A傳輸層----數據段（Segment）（報文）

A網絡層——分組（數據包）（Packet）

A數據鏈路層----數據幀（Frame）

A物理層——比特（Bit）

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第一章概述

?數據封裝

一臺計算機要發送數據到另一臺計算機，數據首先必須打包，打包的過程稱為封裝。

封裝就是在數據前面加上特定的協議頭部。

數據

■OSI參考模型7層的運行方式,協議頭I數據一

■各層的數據單元

APDUAPDU

PPDUPH+APDU

SPDUSH+PPDU

TPDUTH+SPDU

分組(Packet)PacketHeader+TPDU

幀(Frame)FH+Packet+FT

比特流(BitsStream)0100011010110011100101101

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第一章概述

完整的OSI數據傳遞與流動過程

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第一章述

各層的網絡設備

物理層：中繼器(Repeater)＞集線器

(Hub)

網絡中數據的流動數據鏈路層：網橋(Bridge)＞交換機

(Switch)

主機A網絡層：路由器(Router)主機B

7高層：網關(Gateway)APDU7

6PPDU6

5SPDU5

路由器

4TPDU4

3

2

1

C主機1

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第一章概述

數據傳輸的封裝和解封

7.APPLICATIONLAYER

封裝過程

6.PRESENTATIONLAYERsegmentfpacketf

frame-Bit

5.SESSIONLAYER

解封過程

4.TRANSPORTLAYERbit—frame—packet

—segment

3.NETWORKLAYER

2.DATALINKLAYER

1.PHYSICALLAYER

I第一章概述

OSI各層功能概述

■第7層：應用層(Application)

-為用戶的應用程序提供網絡通信服務

-識別并證實目的通信方的可用性

-使協同工作的應用程序之間進行同步

-判斷是否為通信過程申請了足夠的資源

應用層協議的例子：

遠程登錄協議Telnet、文件傳輸協議FTP、

超文本傳輸協議HTTP、域名服務DNS、

簡單郵件傳輸協議SMTP、郵局協議POP3等

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第一章概述

:第6層：表示層（Presentation）

-處理被傳送數據的表示問題，即信息的語法和語義。如有必

要，使用一種通用的數據表示格式在多種數據表示格式之間進

行轉換。

例如：在日期、貨幣、數值（特別是浮點數）等本地數據表示

格式與標準數據表示格式之間進行轉換；數據的加解密、壓縮/

解壓縮等

本地表示1本地表示2

表示層

傳輸層

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第一章概述

第5層：會話層(Session)

-建立、管理和中止不同機器上的應用程序之間的會話。

?會話：完成一項任務而進行的一系列相關的信息交換。

-同步(解決失敗后從哪里重新開始)

?設置檢查點一會話失敗后，恢復到最后一個檢查點處，而不用從頭開始。

例如：數據送到打印服務器上打印。接收的數據已被確認，但打印機出現

故障。這時沒必要再從頭開始打印，只要在每頁開始處設置檢查點，打印出錯

時只需重傳最后一個檢查點以后的頁面。

-活動管理，保證活動的完整性和正確性。

?活動:相對獨立的一組相關操作。

例如：一次會話傳送多個文件，其中每一個文件的傳

I第一章概述

■第4層：傳輸層（Transport）

-為源端主機到目的端主機提供可靠的數據傳輸服務;

屏蔽各類通信子網的差異，使上層不受通信子網技術

變化的影響。

-進行數據分段并組裝成報文流；

-提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數據報）

兩種服務；

-傳輸差錯校驗與恢復；

-信息流控制，防止數據傳輸過載。

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第一章概述

數據報與虛電路的概念「

數據報：無連接的服務；虛電路：面向連接的服務

數據報——每個分組作為一個獨立的信息單位傳送

特征：不需要連接，也無需確認

完整的網絡地址（源和目的）——信道利用率低

不保證按序到達；每個分組均需進行路由選擇

虛電路——傳輸前先建立一條邏輯連接，傳輸結束后拆除

特征：需要建立連接

僅在建立連接時需要全網地址，傳輸時用虛電路號

按序到達；僅在建立連接時需要路由選擇

兩類虛電路：

永久虛電路一租用后便永久建立，退租后拆除。

交換虛電路一需要通信時建立，通信結束便拆除。

?傳輸層的特點

?傳輸層以上各層：面向應用；以下各層：面向傳輸。傳輸層位于資源子網和通信子網的交界處,

起著承上啟下的作用。

■與網絡層的部分服務有重疊交叉。如何平衡取決于兩者的功能劃分。

■真正意義上的從源到目標實現“端到端”連接的層。

-1-3層：鏈接中繼；

■4-7層：端到端

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第一章概述

■第3層：網絡層（Network）

-在源端與目的端之間建立、維護、終止網絡的連接。

-功能和服務

?最佳路由選擇和數據包中轉

?流量控制和擁塞控制

?差錯檢測與恢復

?流量統計和記賬

路由選擇

如何在多條通信路徑中找一條最佳路徑？

依據：速度，距離（步跳數），價格，擁塞程度

路由表建立與維護

■靜態：人工設置，只適用于小型網絡

■動態：運行過程中根據網絡情況自動地動態維護

路由算法距離向量算法：RIP、CGP等鏈路狀態算法:OSPF

寺

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第一章概述

第2層：數據鏈路層(DataLink)

在物理線路上提供可靠的數據傳輸，使之對網絡層呈現為一條無

錯的線路。所關心的問題包括：

?物理地址、網絡拓撲；

?組幀：把數據封裝在幀中，按順序傳送，并處理返回的確認幀;

?定界與同步：產生/識別幀邊界；

?差錯恢復：采用重傳(ARQ)的方法；

?流量控制：收發雙方傳輸速率的匹配。

■廣播式信道問題(LANorWireless)：

涉及到如何控制對共享信道的訪問。

將數據鏈路層劃分為邏輯鏈路控制(LogicalLinkControl,LLC)ffi

介質訪問控制子層(MediaAccessControl,MAC)兩個子層，由

MAC子層解決介質訪問控制問題。

幾種主要的介質訪問控制方法：

-CSMA/CD-TOKENPASSING-TokenRing-Token

Bus

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I第一章概述

-MAC子層的地址

*網絡中的每臺主機都必須有一個48位（6Byte）的全局地址，它是該主機在全球范圍的

唯一標識符，與其物理位置無關。（比較IP地址）

*該全局地址稱為MAC地址，也稱為物理地址，通常固化在網卡上。

*當一臺計算機插上一塊網卡后，該計算機的物理地址就是該網卡的MAC地址。

*MAC地址的例子（以十六進制表示）：02?60?8C?67?05-A2

----------------------校驗區間--------------------?

A：MAC地址字段，包括源地址和目的地址

C：控制字段

FCS：幀檢驗序列，一般采用CRC校驗。其校驗范圍包括A、C和Data字段

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第一章概述

■第1層:物理層(Physical)

-實現在物理媒體上透明地傳送原始比特流。

-定義了激活、維護和關閉終端用戶之間機械的、電氣的、過程的和功

能的特性。

數據終端設備DTE、數據通信設備DCE

?DTE——用于處理用戶數據的設備。如計算機、路由器。

?DCE——用于把DTE發出的數字信號轉換成適合于在傳輸介質上傳

輸的形式。如MODEM。

物理層的特性包括：

■機械特性：物理連接器的尺寸、形狀、規格

■電氣特性：信號電平，脈沖寬度，頻率，數據傳送速率，最大傳

送距離等

■功能特性：接口引腳的功能作用

■規程特性：信號時序，應答關系，操作過程

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t第二章物理層

物理層的功能

處于計算機網絡體系結構中的最低層；

作用：實際的物理傳輸，即用來傳遞原始比特流信息的載體。

物理層就是定義激活、維護、中斷終端用戶之間物理層的電子的、機械的、

過程的、功能的規范。

數據單位：比特流。

物理層的基本概念

■位信號（比特）bit:一個二進制位所含的信息為1比特。

注意：Byte表示字節，1字節表示8bit。一般用B表示字節，b表示比特（或

位）。一個漢字二2個字節。

■數據傳輸速率：bps或b/s（bitpersecond）位/秒。即每秒比特數為發送信

息快慢的單位。

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第二章物理層

本章內容

物理層的定義和功能

物理層的特性

典型的物理層標準接口

EIARS-232-C

IEARS-449/422-A/423-A

CCITTX.21

傳輸介質

基本網絡傳輸技術

其它網絡傳輸技術

物理傳輸信息編碼與調制技術

物理接口標準與信道復用技術

物理層網絡設備

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第二章物理層

物理層的定義和功能

-物理層的定義

-ISO/OSI關于物理層的定義：物理層提供機械的、電氣的、功能的和規

程的特性，目的是啟動、維護和關閉數據鏈路實體之間進行比特傳輸的

物理連接。這種連接可能通過中繼系統，在中繼系統內的傳輸也是在物

理層的。

■物理層的功能

-在兩個網絡設備之間提供透明的比特流傳輸。

-兒點說明

■連接方式（點到點，點到多點）

■通信方式（單工，半雙工，全雙工）

■位傳輸方式（串行，并行）

物理層的四個重要特性

機械特性(mechanicalcharacteristics)

電氣特性(electricalcharacteristics)

功能特性(functionalcharacteristics)

■規程特性(proceduralcharacteristics)

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第二章物理層

物理層的特性（1）

■機械特性

?主要定義物理連接的邊界點，即接插裝置。規定物理連接時所采用的規格、引腳的數

量和排列情況。

?常用的標準接口

ISO2110,25芯連接器,EIARS-232-C,EIARS-366-A

ISO2593,34芯連接器，V.35寬帶MODEM

ISO4902,37芯和9芯連接器，EIARS-449

ISO4903,15芯連接器，X.20、X.21、X.22

■電氣特性

?規定傳輸二進制位時，線路上信號的電壓高低、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制。

?早期的標準是在邊界點定義電氣特性，例如EIARS-232-C、V.28；最近的標準則說明

了發送器和接受器的電氣特性，而且給出了有關對連接電纜的控制。

-CCITT標準化的電氣特性標準

.CCITTV.10/X.26：新的非平衡型電氣特性，EIARS-423-A

.CCITTV.11/X.27：新的平衡型電氣特性，EIARS-422-A

.CCITTV.28：非平衡型電氣特性，EIARS-232-C

.CCITTX.21/EIARS-449

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第二章物理層

物理層的特性（2）

-功能特性

?主要定義各條物理線路的功能。

■線路的功能分為四大類：

-數據

-控制

-定時

?地

■規程特性

■主要定義各條物理線路的工作規程和時序關系。

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第二章物理層

典型的物理層標準接口：EIARS-232-C

■19fo年美國電子工業協會EIA提出RS-232,1963年提出RS-232-A,1965年提出RS-232-B,1969年

提由RS-232-C。用于DTE/DCE之間的接口。

?機械特性

-25芯連接器，DTE為插頭，DCE為插座。

■電氣特性

-采用非平衡型電氣特性，低于-3V為“1”，高于+4V為“0”，最大20Kbps,最長15m。

■非平衡傳輸(unbalancedtransmission)：所有電路共享一個公用的地線。

■平衡傳輸(balancedtransmission)：每個主要電路需要兩根線，沒有公用的地線。

■功能特性

-定義了21條線，許多子集，基本與CCHTV.24兼容。

.Fig.2-21

■規程特性

?對不同的功能子集，有不同的規程。

-RS-232-C有14中不同的接口類型，適合于：單工，半雙工，全雙工，同步，異步

-RS-232-C的不足與改進不足：傳輸性能低，距離短，速率低。

?改進：重新設計，以RS-232-C為基礎改進，1977年提出RS-449。

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第二章物理層

ProtectiveGround(1)

Transmit(2)

Receive(3)

RequesttoSend(4)

ComputerCleartoSend(5)Modem

orDataSetReady(6)

terminal

CommonReturn⑺

CarnerDetect(8)

DataTerminalReady(20)

Fig.2-21.SomeoftheprincipalRS-232-Ccircuits.Thepin

numbersaregiventnparentheses.

網絡分析與設計（osi參考模型）-青海師范大學網絡信息中心

Caption:RS-232connectors,showingwiringforthree-wire

connection.

網絡分析與設計（osi參考模型）-青海師范大學網絡信息中心

j第二章物理層

典型的物理層標準接口EIARS-449/422-A/423-A

■EIARS-449是為替代RS-232-C而提出的物理層標準接口。實際上是一體化的三個標準。

主要改進

-改善了性能，加長了接口電纜距離，加大了數據傳輸率；

■增加了新的接口功能，例如，回送檢查；

-解決了機械接口問題。

機械特性

■37芯或9芯連接器。

電氣特性

-與RS-232-C相連，采用非平衡型電氣特性RS-423-A,20Kbps以下

?其他情況，采用平衡型電氣特性RS-422-A和RS-423-A,20Kbps~2Mbps

功能特性

-定義了30條功能線。

規程特性

.基本上以RS-232-C為基礎。

網絡分析與設計（osi參考模型）-青海師范大學網絡信息中心

I第二章物理層

典型的物理層標準接口：CCITTX.21

-X.21：在公共數據網PDN中進行同步操作