物理層有多種實現方式。網絡設備提供了廣泛的連接選項。使用OSI模型可以很好地定義某些網絡，在其中可以輕松識別電纜、網橋、工業路由器、串口服務器、DTU和PC。有時，只有少數幾個設備通過某種專有網絡鏈接在一起，或者在網絡服務與該設備捆綁在一起的情況下采用黑盒方式。
最常見的串行數據交換設備是串口服務器，它是是用于將兩個或多個設備連接在一起的RS232、RS422和RS485設備。這三個接口都使用數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)術語。DTE是想要與其他地方的另一個組件進行通信的組件，例如與另一個PC進行通信的PC。DCE是實際上進行通信或執行標準中討論的生成器和接收器功能的組件。調制解調器是DCE的常見示例。
DTE和DCE之間的接口可以按機械、電氣、功能和過程方面進行分類。機械規格定義了連接器的類型和引腳數。電氣規范定義了線路電壓和波形，以及故障模式和影響。功能規格包括時序、數據、控制和信號接地，以及要使用的功能引腳。程序接口指定如何交換信號。
RS485是另一種串行數據傳輸方法。正式而言，它是EIA 485，或電子行業協會(EIA)的“平衡數字多點系統中使用的發生器和接收器的電氣特性標準”。該標準定義了一種將零作為電壓脈沖生成的方法。請記住，對于上層執行的所有數據處理，成幀，分組，路由和尋址，它仍然歸結為在某些物理介質上推入1和0。
有關RS485的重要信息是，它允許多個接收器和發生器，并且根據信令速度和長度指定電纜特性。典型的電纜是屏蔽雙絞銅線，足以滿足1000萬比特/秒(Mbps)的典型信令速率。該標準僅定義波形的電氣特性。請注意，RS485沒有指定任何媒體控制功能-嚴格取決于連接到發生器的設備(通常是芯片)。RS-485通常適用于最長2,000英尺的電纜。
簡單串行網絡的一個示例可能是一系列記錄器，這些記錄器通過RS-485鏈路連接到PC，該PC接收每個記錄器采集的數據。制造商出售一張插卡，該插卡安裝在每臺錄像機中，并附有接線說明。每個網絡卡都通過一系列屏蔽雙絞線電纜菊花鏈連接到其他網絡電纜，這些電纜最終終止在PC中的網絡接口卡上。除了了解RS-485的局限性(距離，屏蔽，數據速率等)外，實際上并不需要了解和理解這種安排中的網絡層。
標題上，RS422標準是TIA / EIA 422 B，由電信工業協會(與EIA聯合)制定的“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。類似于RS485;主要區別在于波形的上升時間和電壓特性。RS422通常允許最長1.2公里的電纜，每秒最高10萬比特(kbps)。在1000萬bps(Mbps)時，電纜長度限制在10米左右(圖4-3)。在存在電纜不平衡或高共模噪聲水平的情況下，可以進一步減少電纜長度，以保持所需的信令速率。
RS232C可能是串行數據交換的最常見形式。TIA再次與EIA一起將其正式稱為EIA / TIA 232 E，“使用二進制數據交換的數據終端設備與數據電路終結設備之間的接口”。后綴“ E”表示比普通“ C”版本更高的版本。該標準與RS422和RS485的不同之處在于，它定義了機械接口和電氣接口。
RS232適用于高達20 kbps的信號速率，距離可達50英尺。根據與信號公共端的電壓差(+3 V dc = 0，-3 V dc = 1)測量零(空格)和一個(標記)。最常見的機械接口是D-sub 9和D-sub 25連接器。
RS232設備中的交換電路(引腳)分為四類：信號公共、數據電路(發送的數據、接收的數據)，控制電路(即，請求發送、清除發送、DCE準備就緒、DTE準備就緒)和定時電路。
上述標準全部用于為更長距離而設計的串行通信方案中。有一個通用的并行接口，稱為通用接口總線(GPIB)或IEEE-488。可以互連多達15個設備，通常是個人計算機和科學設備。它提供了高達1 Mbps的高數據信令速率，但長度受到限制。允許的總總線長度為20米，設備之間的距離不超過4米。
IEEE-488總線是多點并行接口，所有設備均可訪問24條線路。這些線分為數據線、握手線、總線管理線和地線。通信是數字的，并且消息一次發送一個字節。連接器是24針連接器;總線上的設備使用凹形插座，而互連電纜具有匹配的凸形插頭。典型的電纜將具有公頭和母頭連接器，以實現設備之間的菊花鏈連接。
IEEE-488實現的一個示例是設計用于評估化學樣品池性能的測量系統。水槽對水樣進行樣品調節(壓力，流量和溫度控制)和化學分析(pH，溶解氧和電導率)。水槽裝有壓力傳感器，電阻溫度檢測器(RTD)，熱電偶和參考結。30點掃描儀用于多路復用來自所有傳感器的數據。掃描儀使用GPIB接口連接到臺式機或筆記本電腦。在IEEE-488下，可以使用PC上的應用程序高效，可靠地獲取、存儲、顯示和減少數據。
用于實現物理層的介質通常是一組銅線。非屏蔽雙絞線(UTP)電纜最實惠。與屏蔽雙絞線(STP)相比，它重量輕，易于拉扯，易于端接，并且占用的電纜橋架空間更少。但是，它更容易受到電磁干擾(EMI)的影響。
STP較重且更難制造，但是它可以在給定的傳輸方案中極大地提高信令速率。扭曲消除了一對導體上的磁場和電流。磁場會在其他載有大電流的導體周圍以及大型電動機周圍產生。有各種等級的銅電纜可用，其中5級是最好和最昂貴的。適用于100 Mbps應用的5級銅纜每英寸的扭曲比低級銅纜更大。每英寸更多的捻數意味著用于構成電纜線路的銅線的線性英尺數更多，而銅的數量更多則意味著更多的錢。
屏蔽提供了一種反射或吸收電纜周圍電場的方法。屏蔽有多種形式，從銅編織或銅網到包裹在每個導體上的鋁化聚酯薄膜帶，再到雙絞線。
隨著用戶應用要求越來越高的帶寬，越來越多地使用光纖。術語“帶寬”在技術上是指傳輸通道的最高頻率和最低頻率之間的差異，以赫茲(Hz)為單位。更常見的是，它表示可以通過給定電路發送的數據的容量或數量。
使用光纜的標準帶寬為100 Mbps。首次引入時，光纖被認為僅用于特殊應用，因為它價格昂貴且難以使用。近年來，對更大帶寬的追求與更易于使用的光纖相結合，使其變得更加普遍。提供了用于安裝光纖和對光纖進行故障排除的工具和培訓。
共有三種基本的光纖電纜：多模步進索引，多模漸變索引和單模。多模光纖通常由電纜兩端的LED驅動，而單模光纖通常由激光器驅動。單模光纖可以實現比多模光纖更高的帶寬，但是比多模光纖更薄(10微米)并且物理上較弱。發射和接收單模光纖信號的設備成本比多模信號高得多(至少四倍)。
光纖電纜的一個明顯優勢是抗擾性。盡管應遵守防火等級，但是可以將光纖電纜隨意穿過高噪聲區域而不受懲罰。穿過工廠中多個空間的電纜應符合美國國家消防協會(NFPA)的耐火/通風/空調(HVAC)通風系統等級。
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