Was in der TCP/IP-Protokollsuite sendet binäre Streams auf physischen Medien

Die „physische Schicht“ in der TCP/IP-Protokollsuite sendet Binärströme auf dem physischen Medium. Die physikalische Schicht stellt Übertragungsmedien und Verbindungsgeräte für die Datenkommunikation zwischen Geräten bereit und stellt eine zuverlässige Umgebung für die Datenübertragung bereit. Die elektrischen Eigenschaften der physikalischen Schicht legen die Signalspannung und Impedanzanpassung auf der Leitung fest, wenn binäre Bitströme auf der physikalischen Verbindung übertragen werden . , Übertragungsgeschwindigkeit und Entfernungsbeschränkungen usw.

Die Betriebsumgebung dieses Tutorials: Windows 10-System, Dell G3-Computer.

Die „physische Schicht“ in der TCP/IP-Protokollsuite sendet Binärströme auf dem physischen Medium.

Die physikalische Schicht (oder Physical Layer) ist die unterste Schicht im OSI-Modell des Computernetzwerks. Spezifikation der physikalischen Schicht: Bietet mechanische, elektronische, funktionale und normative Eigenschaften für die Erstellung, Aufrechterhaltung und den Abbau physischer Verbindungen, die für die Datenübertragung erforderlich sind. Vereinfacht gesagt sorgt die physikalische Schicht dafür, dass Rohdaten über verschiedene physikalische Medien übertragen werden können. Sowohl LAN als auch WAN gehören zur Schicht 1 und 2.

Die physikalische Schicht ist die erste Schicht von OSI, obwohl sie die Grundlage des gesamten offenen Systems ist. Die physikalische Schicht stellt Übertragungsmedien und Verbindungsgeräte für die Datenkommunikation zwischen Geräten bereit und stellt eine zuverlässige Umgebung für die Datenübertragung bereit. Wenn Sie sich diese erste Ebene in möglichst wenigen Worten merken möchten, heißt sie „Signale und Medium“.

Die Hauptprobleme, die von der physikalischen Schicht gelöst werden müssen:

(1) Die physikalische Schicht sollte die physischen Geräte und Übertragungsmedien sowie die verschiedenen Kommunikationsmethoden so weit wie möglich abschirmen, damit die Datenverbindungsschicht diese nicht spüren kann Unterschiede und berücksichtigen nur Abschlussprotokolle und -dienste auf dieser Ebene.

(2) Geben Sie seinen Dienstnutzern (Datenverbindungsschicht) die Möglichkeit, Bitströme (im Allgemeinen serielle und sequentielle Übertragungsbitströme) auf einem physischen Übertragungsmedium zu senden und zu empfangen. Zu diesem Zweck sollte die physische Schicht den physischen Verbindungsaufbau lösen , Wartungs- und Release-Probleme. (3) Identifizieren Sie Datenleitungen zwischen zwei benachbarten Systemen eindeutig. [2]

Hauptfunktionen der physikalischen Schicht: Bereitstellung von Datenübertragungskanälen und Übertragung von Daten für Datenendgeräte.

1. Stellen Sie einen Pfad für die Datenübertragung für Datenendgeräte bereit. Der Datenpfad kann ein physisches Medium oder mehrere verbundene physische Medien sein. Eine vollständige Datenübertragung umfasst das Aktivieren der physischen Verbindung, das Übertragen von Daten und das Beenden der physischen Verbindung. Die sogenannte Aktivierung bedeutet, dass unabhängig von der Anzahl der beteiligten physischen Medien die beiden kommunizierenden Datenendgeräte zu einem Pfad verbunden werden müssen.

2. Um Daten zu übertragen, muss die physikalische Schicht eine für die Datenübertragung geeignete Einheit bilden und der Datenübertragung dienen. Zum einen soll sichergestellt werden, dass die Daten ordnungsgemäß übertragen werden können, zum anderen muss ausreichend Bandbreite bereitgestellt werden (Bandbreite bezieht sich auf die Anzahl der Bits (BIT), die pro Sekunde übertragen werden können), um die Überlastung des Kanals zu verringern. Die Methode zur Datenübertragung kann die Anforderungen der Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Mehrpunkt-, seriellen oder parallelen, Halbduplex- oder Vollduplex-, synchronen oder asynchronen Übertragung erfüllen.

3. Führen Sie einige Verwaltungsarbeiten auf der physischen Ebene durch.

Eigenschaften der Schnittstelle der physikalischen Schicht

Die vier Eigenschaften der physikalischen Schnittstelle, die im Protokoll der physikalischen Schnittstelle widergespiegelt werden, sind mechanische Eigenschaften, elektrische Eigenschaften, funktionale Eigenschaften und prozedurale Eigenschaften.

(1) Mechanische Eigenschaften

Geben Sie die Form und Größe des in der Schnittstelle verwendeten Steckverbinders, die Anzahl und Anordnung der Leitungen, Befestigungs- und Verriegelungsvorrichtungen usw. an. Dies ähnelt stark den gängigen Netzsteckergrößen verschiedener Spezifikationen, für die strenge Vorschriften gelten.

(2) Elektrische Eigenschaften

Geben Sie den Spannungsbereich an, der auf jeder Leitung des Schnittstellenkabels auftritt.

Die elektrischen Eigenschaften der physikalischen Schicht legen die Signalspannung auf der Leitung, die Impedanzanpassung, die Übertragungsrate und Entfernungsbeschränkungen bei der Übertragung eines binären Bitstroms über eine physikalische Verbindung fest. Die frühen Normen für elektrische Eigenschaften definierten die elektrischen Eigenschaften an den physikalischen Verbindungsgrenzpunkten, während die neueren Normen für elektrische Eigenschaften die elektrischen Eigenschaften von Sendern und Empfängern definieren und außerdem relevante Vorschriften für Verbindungskabel enthalten. Im Vergleich dazu begünstigen neuere Standards die Integration von Sende- und Empfangsleitungen. Die elektrischen Eigenschaften der physikalischen Schichtschnittstelle werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: unsymmetrischer Typ, neuer unsymmetrischer Typ und neuer symmetrischer Typ.

Unsymmetrische Signalsender und -empfänger arbeiten unsymmetrisch. Jedes Signal wird über ein Kabel übertragen und alle Signale teilen sich ein Erdungskabel. Der Signalpegel beträgt +5V~+15V, was binär „0“ darstellt, und -5V~-15V, was binär „1“ darstellt. Die Signalübertragungsrate ist auf 20 Kbit/s und die Kabellänge auf 15 m begrenzt. Da es sich bei der Signalleitung um eine einzelne Leitung handelt, ist die Interferenz zwischen den Leitungen groß und die externe Interferenz während des Übertragungsprozesses ist ebenfalls groß.

Im neuen unsymmetrischen Standard arbeitet der Sender unsymmetrisch. Der Empfänger arbeitet symmetrisch (d. h. ein Differentialempfänger). Jedes Signal wird über eine Leitung übertragen. Alle Signale teilen sich zwei Erdungskabel, eines in jede Richtung. Der Signalpegel verwendet +4V~+6V, um die binäre „0“ darzustellen, und -4V~-6V stellt die binäre „1“ dar. Wenn die Übertragungsentfernung 1000 M erreicht, liegt die Signalübertragungsrate unter 3 kbit/s. Mit zunehmender Übertragungsrate verkürzt sich die Übertragungsentfernung. Bei kurzen Distanzen innerhalb von 10 m kann die Übertragungsrate 300 kbit/s erreichen. Da der Empfänger einen differenziellen Empfang übernimmt und die Signalerde unabhängig in jede Richtung nutzt, werden Interferenzen zwischen den Leitungen und externe Interferenzen reduziert.

Der neue symmetrische Standard schreibt vor, dass sowohl der Sender als auch der Empfänger differenziell arbeiten. Die gesamte Schnittstelle kann normal funktionieren, ohne dass Signale geteilt werden Drähte. Wertdarstellung. Bezogen auf eine bestimmte Leitung stellt eine Differenz zwischen +4V und +6V eine binäre „0“ dar und eine Differenz zwischen -4V und -6V stellt eine binäre „1“ dar. Wenn die Übertragungsentfernung 1000 m erreicht, liegt die Signalübertragungsrate unter 100 kbit/s; wenn die Übertragungsentfernung innerhalb von 10 m liegt, kann die Signalübertragungsrate 10 Mbit/s erreichen. Da jedes Signal über zwei Leitungen übertragen wird, werden Interferenzen zwischen den Leitungen und externe Interferenzen stark abgeschwächt und es weist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Gleichtaktstörungen auf.

(3) Funktionsmerkmale

legt die Quelle und Funktion von Schnittstellensignalen sowie die Beziehung zwischen anderen Signalen fest. Das heißt, die Funktionszuordnung und genaue Definition jeder Signalleitung auf der physikalischen Schnittstelle. Signalleitungen physikalischer Schnittstellen werden im Allgemeinen in Datenleitungen, Steuerleitungen, Zeitleitungen und Erdungsleitungen unterteilt.

Die Funktionsmerkmale der DTE/DCE-Standardschnittstelle bestehen hauptsächlich darin, die genauen Funktionen jeder Schnittstellensignalleitung zu definieren und die Betriebsbeziehung zwischen ihnen zu bestimmen. Normalerweise werden zwei Methoden verwendet, um jede Schnittstellensignalleitung zu definieren: Eine Methode ist die One-Line-One-Meaning-Methode, das heißt, jede Signalleitung wird als Funktion definiert, CCITT V24, EIA RS-232-C, EIA RS- 449 usw. Verwenden Sie diese Methode. Die andere Methode ist die Einleitungspolynommethode, was bedeutet, dass jede Signalleitung als mehrere Funktionen definiert ist. Diese Methode trägt zur Reduzierung der Anzahl der Schnittstellensignalleitungen bei und ist CCITT X. 21 angenommen.

Schnittstellensignalleitungen können im Allgemeinen entsprechend ihrer Funktion in Erdungsleitungen, Datenleitungen, Steuerleitungen, Zeitleitungen und andere Typen unterteilt werden. Für die Benennung jeder Signalleitung werden normalerweise drei Formen verwendet: Zahlen, Buchstabenkombinationen oder englische Abkürzungen. Beispielsweise verwendet EIA RS-232-C Buchstabenkombinationen, EIA RS-449 englische Abkürzungen und CCITT V. 24 ist nach einer Zahl benannt. In CCITT V. In den 24 Empfehlungen beginnt der Name der DTE/DCE-Schnittstellensignalleitung mit 1, daher wird sie normalerweise als Schnittstellenleitung der 100er-Serie bezeichnet, und der Name der DTE/ACE-Schnittstellensignalleitung beginnt mit 2, daher wird sie normalerweise als Schnittstellenleitung der Serie 100 bezeichnet Signalleitung der Serie 200.

(4) Verfahrensmerkmale

definiert eine Reihe von Betriebsverfahren für die binäre Bitstromübertragung auf Signalleitungen, einschließlich der Arbeitssequenz und des Timings jeder Signalleitung, damit die Bitstromübertragung abgeschlossen werden kann.

Die regulatorischen Merkmale der DTE/DCE-Standardschnittstelle legen die gegenseitige Beziehung zwischen den Signalleitungen der DTE/DCE-Schnittstelle, die Abfolge von Aktionen sowie Wartungs- und Testvorgänge fest. Verfahrensmerkmale spiegeln verschiedene mögliche Ereignisse wider, die zwischen kommunizierenden Parteien während des Datenkommunikationsprozesses auftreten können. Da die Reihenfolge des Auftretens dieser möglichen Ereignisse unterschiedlich ist und es viele Kombinationen gibt, sind die Merkmale der Verfahren häufig komplex. Eine bessere Möglichkeit, die Eigenschaften einer Prozedur zu beschreiben, ist die Verwendung eines Zustandsübergangsdiagramms. Da das Zustandsübergangsdiagramm den Übergangsprozess des Systemzustands widerspiegelt und der Systemzustandsübergang durch den aktuellen Zustand und die aufgetretenen Ereignisse (bezogen auf die zu diesem Zeitpunkt aufgetretenen Steuersignale) bestimmt wird.

Verschiedene Standards für physikalische Schnittstellen unterscheiden sich in den oben genannten vier wichtigen Merkmalen. Zu den physikalischen Schnittstellenstandards, die in tatsächlichen Netzwerken häufiger verwendet werden, gehören EIA-232-E, EIA RS-449 und CCITT's X. 21 Vorschläge. EIA RS-232C ist immer noch die am häufigsten verwendete asynchrone Kommunikationsschnittstelle für Computer.

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