3.1.1 物理层接口与协议
物理层的定义
物理层不是具体的物理设备，也不是物理传输介质。
而是一种在DTE和DCE之间，建立、保持、断开物理连接的手段，具体包括了机械、电气、功能性的、规程性的4个方面。
- 标准接口的机械连接特性
- 电气信号特性
- 信号的功能特性
- 交换电路的规程特性
DTE：
- Data Terminal Equipment，数据终端设备。
DTE属于资源子网，是信源或信宿，包括：计算机、终端。是用户所有的设备。
DCE：包括了数据通信设备，或者数据电路终接设备
- Data Communication Equipment，数据通信设备
- Data Circut-Terminating Equipment，数据电路终接设备
DCE属于通信子网，是为用户提供网络接入点的通信设备。包括：自动呼叫应答设备、调制解调器等，是网络运营商所有的设备。
ACE：
- Automatic Calling Equipment，自动呼叫设备。
物理层协议也称为接口
因为物理层是连接DTE和DCE的中间系统，因此物理层协议有时也称为接口。 
物理层的传输单位是bit
物理层的传输单位是bit，即一个0或1。
物理层的功能
只关心能否实现比特流的传输，而不关心比特流的含义，因此也无法进行传输差错的控制。
3.1.2 物理层的功能和提供的服务
1.机械特性
DTE和DCE之间，通常采用连接器（即插头、插座）实现机械上的互连。 物理层的机械特性，对插头插座的几何尺寸、插针或插孔的芯数及排列方式，锁定装置形式等做了详细的规定。
2.电气特性
DTE与DCE之间有多根导线相连，物理层的电气特性就规定了这组导线的电气连接方式，及其特性。
电气连接方式： + 非平衡方式 + 采用差动接收器的非平衡方式 + 平衡方式
3.信号的功能特性
物理层的功能特性规定了接口中每根信号线的各方面： + 信号传输方向（DTE->DCE，或DCE->DTE) + 信号的作用：发送数据、接受数据、保护地线、请求发送...... + 信号线之间的关系 ：某一信号线可以控制其他几个信号线，或，几个信号线组合起来表示某个意思。
信号线按功能可分为几类： + 数据信号线 + 控制信号线 + 定时信号线 + 接地线
信号线的命名方法可分为几类： 1. 数字命名法：
用于DTE-DCE接口时，信号线名称均为1XX
用于DTE-ACE接口时，信号线名称均为2XX
字母组合法：
比如 RS 232C 中 TxD 表示Data Out。
英文缩写命名法：
比如 RS-449中，SD是Send Data的缩写。
4.规程特性
规程，即“规则+流程”。
规程特性规定了：使用交换电路进行数据交换的控制步骤。
这些控制步骤保证了比特流的正常传输。
ITU建议使用的物理层规程包括： + V系列标准：V.24 ， V.25, V.54等 + X系列标准：X.20, X.20 bis， X.21，X.21 bis 等 V系列标准和X系列标准分别适用于不同的交换电路中。
3.1.3 物理层协议举例
1. EIA RS-232C 接口标准
EIA：Electronic Industry Association，美国电子工业协会。 RS：Recommand Standard，推荐标准。
EIA RS-232 C：
232是标准的标识号码，C是修订版本号。
EIA RS-232C 是一个串行物理接口标准。
RS-232C标准提供了两种连接DTE和DCE的方式： 1. 远程连接 使用公用电话网络（模拟网络）作为传输媒介，通过调制解调器（DCE）将两个远程的DTE（计算机、终端）连接起来。
DTE1通过RS232C接口与调制解调器DCE1相连，DCE1把DTE1的数字信号转换成模拟信号，通过模拟电话网络传输到远程的调制解调器DCE2，DCE2将模拟信号转换成数字信号，发送给远程的DTE2，从而实现比特流的传输。
在这个过程中， + DTE是信源或信宿，负责生成和处理信号 + DCE负责通过传输媒介，将信号从信源送到信宿 + RS232C负责DTE和DCE之间的通信
- 近地连接 既不使用公用电话网络，也不使用调制解调器。 直接使用RS232C接口连接两台计算机。
RS232C要求两端必须是DTE和DCE，所以在近地连接中使用“信号线交叉跳接”电缆，使任一方都会将对方视为DCE。
这根交叉跳接信号线的电缆，称为零调制解调器，null modem。
近地连接，又有两种连接方式： + 完整连接 + 简单连接
RS232机械特性
规定：使用25芯标准连接器，对连接器的尺寸、针或孔的排列位置做了详细规定。
但在实际应用中，尤其是个人计算机中，某些厂家去掉了不常用的信号线，制造了RS232C的简化版本，9芯标准连接器。 ###### RS232C的电气特性 正负15V的负逻辑电平：
逻辑1的电平为-15V-5V，逻辑0的电平为5V15V。
RS232C采用非平衡式发送接受电路。传输距离短，通信速率低。
RS232C的功能特性
略
RS232C的规程特性
RS-232C的工作过程必须在各根控制信号线的有序配合下进行。
比如：
只有当CD和CC都处于ON状态时，RS232C接口才能进行各种操作。
要发送数据，必须先将CA置为ON状态。
要等待CB处于ON状态后，才能在BA上发送数据。
2. EIA RS-449（RS-422,RS-423）接口标准
因为RS-232C采用高电平信号 + 非平衡发送接受方式，存在：传输距离短、通信速率低、串扰信号大等问题。
为了解决上述问题，就推出了 RS449标准。
之后又发布了449的两个电气子标准：RS422、RS423。
机械特性：规定采用37芯和9芯连接器。
电气特性：有两个子标准： + RS 422：平衡式，抗串扰能力大大增强，传输距离远，速率高。 + RS 423：非平衡式，比RS232C好很多，差于RS422。
3. 100系列和200系列接口标准
ITU：国际电信联盟。
CCITT：国际电报电话咨询委员会，是ITU的前身。
从事通信标准的研究和制定。
其制定的标准通常称为建议。
ITU对 DTE - DCE的接口标准有V系列和X系列两大类： + V系列：DTE与，调制解调器、网络控制器（即网络适配器，网卡）之间的接口。接口复杂，信号线+控制线。 + X系列：DTE与，“公共数据网(PDN)的电路终接设备DCE”之间的接口。接口简单，只有很少的信号线。X系列接口标准是应用于广域网的接口标准。
公共数据网，PDN，Public Data Network：
是由电信部门或广泛认可的私有组织建立、运营的网络，用于向公众提供数据传输服务。
PDN可以是电路交换，或分组交换网络，以数字形式提供传输服务。
ITU V.24建议中，与DTE-DCE连接有关的接口标准有： + 100系列：DTE与不带自动呼叫设备的DCE（如调制解调器）之间的接口 机械特性：根据传输速率不同，采用34芯或25芯连接器。 电气特性：根据传输速率不同，采用V.28、或V.35两种建议。
- 200系列：DTE与带有自动呼叫设备的DCE（如网络控制器）之间的接口 机械特性：采用25芯连接器。 电气特性：采用V.28建议。
4. X.21 和 X.21 bis 建议
X.21建议：
用户计算机DTE和数字化DCE之间的接口标准。
所谓数字化DCE，是指传输介质上传输的不是模拟信号，而是数字信号。
X.21的设计目标： + 减少信号线的数目，机械特性上：采用15芯连接器代替传统的25芯连接器，且其中仅使用了8芯。 + 允许DTE-DCE的接口距离更长、速率更高（相对于RS232C）。电气特性：采用类似于平衡式的发送接受器，
X.21的优点：
形式简单，操作过程全自动，有助于消除传输差错（数字信号可以奇偶校验、循环冗余校验等方式），数据与控制信号比特流都可以通过该接口进行传输。
X.21适合数字线路的公用数据网（比如欧洲），不适用于模拟线路的公用数据网。
OSIRM建议采用X.21作为物理层规范。
因为从V系列标准升级到X系列标准，需要升级很多硬件，比如接入用户端的信道仍然是模拟信道（电话线），大多数计算机和终端不具备X.21接口。
最终ITU推出了X.21 bis接口标准，作为从V到X.21的过渡标准： + 公共数据网使用数字传输方式，但用户入户可以使用模拟信道 + DTE->DCE之间，仍然使用V系列标准，连接器与RS-232D非常类似。
X.21和X.21 bis 为三种类型的服务定义了物理电路： 1. 租用电路：专用线，两个DTE之间的持续连接。 2. 直接呼叫服务：可使用户在任何时间直接连接指定的目标。 3. 设备地址呼叫服务：如同拨号电话，每次连接前由用户呼叫指定目标。