第3章 物理层
第3章 物理层协议及分析
信号地线
3．3常见的物理层接口
3．3．1 RS-232接口
1、机械特性 2、电气特性 3、功能特性 4、规程特性
3．3常见的物理层接口
A站 RS-232 DTE CD（20） DCE DCE
…
D站 RS-232 DTE CD（20）
…
CC（6） CA（4） II CB（5） III CF（8） DB（15） BA（2） IV DD（17） BB（3） CA（4） CB（5） V CF（8）
发生器
平衡 互连电缆
负载 电缆 端接 RL R B' 接收
CCITT V.11/X.27 (EIA RS-422A)
A ห้องสมุดไป่ตู้ B C
A' 发生器 接口 负载 接口 Vg
C'
互连电缆 发生器 负载
CCITT V.28 (EIA RS-232A)
G
接口 点
R
采用分立元件技术 非平衡接口 每个电路使用一根导线 两个方向共用一个信号地线 信号速率 20kbit/s 距离 15m 发生器串扰较大
M
M
四线数 字环路
…
(a)用于模拟信道 图3.1 连接信道的DCE设备
(b)用于数字信道
3．2物理层接口基本特性分析
1、机械特性 2、电气特性 3、功能特性 4、规程特性
V系列建议 X系列建议 I系列建议 EIA标准 终 端 D T E D C E
…
V系列建议 I系列建议 线路 D C E
V系列建议 X系列建议 I系列建议 EIA标准
3．3．3 X.21接口
表 3.3 X.24 和 X.21 功能定义表
电路符号 G Ga T R C I S B F X Gb 电 路 名 称 信号地线或公共回线 DTE公共回线 发送线 接收线 控制线 指示线 信号码元定时 字节定时 帧开始识别 DTE信号码元定时 DCE公共回线 控制 数据/控制 数据/控制 控制 控制 定时 定时 定时 定时 控制 类 型 X.24接口电路 来自DCE 到DCE X.21接口电路 来自DCE 到DCE
计算机网络第3章习题及答案
第三章习题（物理层）一．名词解释1. ______ 基带传输2. ______ 频带传输3. ______ 线路交换4. ______ 数据报5. ______ 虚电路6. ______ 单工通7. ______ 半双工通信8. ______ 全双工通信A. 两台计算机进行通信前，首先要在通信子网中建立实际的物理线路连结的方法。
B. 同一报文中的所有分组可以通过与现在通信子网中建立的传输路径来传输的方法。
C. 在数字通信信道上直接传输基带信号的方法。
D. 在一条通信线路中信号只能向一个方向传送的方法。
E. 在一条通信线路中信号可以双向传送，但一个时间只能向一个方向传送的方法。
F. 利用模拟通信信号传输数字信号的方法。
G. 同一报文中的分组可以由不同的传输路径通过通信子网的方法。
H. 在一条通信线路中可以同时双向传输数据的方法。
二．单项选择1．在常用的传输介质中，带宽最宽、信号传输衰减最小、抗干扰能力最强的一类传输介质是_______ ：。
A .双绞线B.光缆C. 同轴电缆D. 无线信道2．通过改变载波信号的频率来表示数字信号1、0的方法叫作_______ 。
A. 绝对调相B. 振幅键控C. 相对调相D. 移频键控3．两台计算机利用电话线路传输数据信号时必备的设备是_______ 。
A. 调制解调器B. 网卡C. 中继器D. 集线器4．哪种数字数据编码方式属于自含时钟编码？_______A. 非归零码B. 脉冲编码C. 曼彻斯特编码D. 二进制编码5．利用载波信号频率的不同来实现电路服用的方法有_______ 。
A. 频分多路复用B. 数据报C. 时分多路复用D. 码分多路复用6．当通信子网采用_______ 方式时，我们首先要在通信双方之间建立起逻辑连接。
A. 线路连接B. 虚电路C. 数据报D.无线连接7．在ATM技术中，信元作为数据传输的基本单位，它的长度为_______ 。
A. 43BB. 5BC. 48BD. 53B三．判断对错1．在数据传输中，多模光线的性能要优于单模光纤。
第3章：物理层p88-98
193*8000= 1.544 Mbps = (193/125)*10^6
• T1载波的数据传输速率为 载波的数据传输速率为1.544Mb/s (24路) 。 载波的数据传输速率为 路
12
时分多路复用的分类
(p92- sup)
同步时分多路复用 时间片固定分配 同步时分多路复用:时间片固定分配 时分多路复用
3
“1”:output=f1=1270, “0”:output=f2=1070
modem实现全双工通信的工作原理 实现全双工通信的工作原理
电话交换网 计算机 modem modem 计算机
发送端
调制器
带通滤波器 fol =1170Hz
带通滤波器 fol =1170Hz
解调器
发送端
接收端
解调器
带通滤波器 foh =2125Hz
3.5 频带传输技 术
3.5.1
1级局 （大区局）
1级局 （大区局）
2级局 （区局）
2级局 （区局）
3级局 （初级区局）
3级局 （初级区局）
电话交换网的 结构p88
4级局 （长途局）
4级局 （长途局）
5级局 （市话局）
5级局 （市话局）
1
电话用户 电话用户
3.5.2
频带传输的定义
• 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频 带传输；
22
同步光纤网SONET 同步光纤网
• ITU-T对SDH的速率、复用帧结构、复用 对 的速率、 的速率 复用帧结构、 设备、线路系统、光接口、 设备、线路系统、光接口、网络管理和信 息模型等进行了定义， 息模型等进行了定义，确立了作为国际标 准的同步数字体系 同步数字体系SDH； 准的同步数字体系 ； • 目前各个发达国家都把 目前各个发达国家都把SDH作为新一代的 作为新一代的 传输体系，加紧对SDH的研究、开发与应 的研究、 传输体系，加紧对 的研究 用工作。 用工作。
第三章计算机网络的层次结构
第3章 计算机网络的层次结构
TCP/IP与OSI/RM的比较 除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。 （1）层次性是否严格 OSI/RM最大的贡献在于它作为一种理论模型， 有清晰的层次结构，并且用服务、接口和协议 三个基本概念作为每一层的核心。 TCP/IP是实践中形成的，是经验的总结，虽然T CP/IP模型也分层次，但是层次间的依赖关系不 像OSI/RM那样强。
第3章 计算机网络的层次结构
1.物理层 物理层（Physical Layer）的功能是解决 “物理连接”的标准问题，而不是物理线路的 敷设问题，具体可以有以下3点： 以下3 （1）它建立在传输介质之上，并不考虑传输 介质的具体敷设问题，而只关心介质两端的连 接，或者说它只关心链路两端点的物理特性。
第3章 计算机网络的层次结构 3.3 TCP/IP体系结构
3.3.1 TCP/IP模型 TCP/IP协议是事实上的工业标准 ，其中以TCP、 IP协议为主。 TCP/IP模型共划分了四个层次： 网络接口层、网络层、传输层、应用层。 网络层、传输层是核心层次，向上支持各 种应用，向下要进行数据的传输，加入了网络 接口层。
第3章 计算机网络的层次结构
6. 表示层 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法问题， 解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表 示方法不同等问题。
第3章 计算机网络的层次结构
7. 应用层 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换 信息的界面━━用户应用程序，如电子邮件、文 件传输等。简单地说，就是接收用户数据。
第3章 计算机网络的层次结构
（2）可靠性第一还是效率第一 可靠性是指网络正确地传输数据的能力。 OSI/RM以可靠性第一作为其基本宗旨; TCP/IP模型则以效率第一作为其基本宗旨. （3）主机负担重还是通信子网负担重 OSI/RM系统中通信子网负担较重，主机负担较轻， 即OSI/RM对主机的要求不高。 在TCP/IP模型中主机的负担较重。
第三章物理层3
第三章 物理层（三）
六、多路复用
把许多信号在单一的传输线路上用单一的传输设备来 进行传输，即一个信道同时传输多路信号，可以大大节省 电缆的安装和维护费用。
多路复用可分为：
• 频分多路复用 • 时分多路复用 • 波分多路复用
1.频分多路复用（FDM）
在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽情况 下，可将该物理信道的总带宽，分割成若干个与传输的单 个信号带宽相同（或略宽一点）的子信道，每个子信道传 输一路信号，称为频分多路。 如某信道带宽1MHZ，传送音频信号，每个音频信号 带宽为4KHZ（话音信号），那么，可以按频率分成：
L T 电路交换 S （n+1）m B
4.报文交换
不需要在两个站点之间建立一条专用通路。 数据传输的单位是报文（即站点一次性要发送的数据 块，长度不限且可变）。 传送的方式采用存储-转发方式。
站点的延迟时间：
等于接收报文的所有位所需的时间+等待时间（重传 到下一节点所需的排队延迟时间）。
设两个给定站点之间的转接点为n，报文长 度为L，分组的长度为P，其中每个分组有开销 h，数据速率为B，虚电路建立时间为S。两个 节点之间的传播延迟时间为m，每个节点的处 理延迟时间为d。 分组个数为L/（P-h）假设为x个分组，其 中x-1个分组是满的，长度为P ；最后一个分组 有可能长度不是为P。设最后一个分组长度为y：
物理层的接口特性_计算机网络与通信(第2版)_[共3页]
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第3章 物 理 层31式中，n 是在一定时间内系统传输的码元总数；n e 是在相同时间内传输中产生差错的码 元数。
（2）误比特率。
在系统传输中发生差错的比特数占传输总比特数的比例称为误比特率。
记为n p n b b lim Ğ→= 式中，n 是在一定时间内系统传输的比特总数；n b 是在同一时间内传输中产生差错的比 特数。
对于二进制数据信号，误码率和误比特率相等。
而对于多进制数字信号，其误码率总是大于等于误比特率。
3.2 物理层概述3.2.1 物理层的基本概念物理层通常不是指连接计算机的具体物理设备，而是指在连接开放系统的传输介质上为上一层（指数据链路层）提供传送比特流的一个物理连接。
用OSI 的术语来说，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。
这种能力具体表现为物理层要建立（或激活）一个连接，然后在整个通信过程中保持这种连接，当通信结束时，释放连接。
目前，可供计算机网络使用的物理设备和传输介质种类很多，特性各异，物理层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。
物理层的协议（面向通信的协议通常也称为通信规程）与具体的物理设备、传输介质及通信手段有关。
物理层的许多协议是在OSI 模型公布之前制定的，并为众多的厂商接受和采纳，当然这些物理层协议与OSI 的严格要求相比是有一定的差距的，因为它们既没有按照OSI 那样严格的分层来制定，也没有像OSI 那样将服务语言和协议规范区分开来。
因此，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4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4个特性的作用，在数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）和数据电路终接设备（Data Circuit-Terminating Equipment，DCE）之间，实现物理通路的连接。
第3章 计算机网络体系结构
计算机网络技术基础任课老师: 田家华第3章计算机网络体系结构本章要点3.1 网络体系结构概述3.2 OSI七层协议模型3.3 TCP/IP的体系结构本章要点：网络体系结构的概念物理层、数据链路层、网络层、传输层、高层的功能TCP/IP体系结构3.1.1 网络体系结构的概念高层不需要知道低层是如何实现的，只需要知道低层所提供的服务，以及本层向上层提供的服务，各层独立性强。
当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他层，适应性强。
整个系统已被分解为若干易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂的系统实现和维护起来更容易。
每层的功能与所提供的服务都有精确的定义和说明，有利于促进标准化。
邮政服务的层次模型3.1.2网络协议网络协议的定义为实现网络通信而建立的关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组规则、标准或约定，统称为网络协议(Protocol)网络协议的三要素语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。
语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。
定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。
3.1.2网络协议TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议3.1.3 OSI参考模型1 OSI参考模型概述OSI参考模型是标准化的、开放式的计算机网络层次结构模型。
“开放”的含义是：任何两个遵守OSI参考模型和有关标准的系统都可以进行互连。
这里的“系统”指的是计算机、终端或其他外部设备等。
OSI参考模型将计算机网络分成了互相独立的7层，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层2 OSI参考模型中的数据传输过程在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。
除了最底层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。
《计算机网络技术基础》第三章
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
图3-3 OSI参考模型的结构
OSI参考模型中，划分层（子模块）要遵循以下原则： （1）各层（子模块）具有相对的独立性，保持层间交互的信息最少。 （2）单向调用：各层（子模块）只能引用其下层提供的服务。 （3）增值服务：在使用下层服务的基础上，各层完成特定的通信功能。
用户写信人邮政局运输部门用户收信人邮政局运输部门用户间约定信件格式和内容邮局间约定邮政编码等运输部门间约定到站地点费用等用户邮局约定信封格式及邮票邮局运输部门约定到站地点时间等用户子系统邮局子系统运输部门子系统甲地乙地图31邮政通信系统分层模型31网络体系结构概述从图31中可以看出邮政系统中的各种约定都是为了将信件从写信人送到收信人而设计的也就是说它们是因信息的流动而产生的
计算机网络技术基础
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03
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第3章
网络体系 结构
章节导读
计算机网络是一个庞大的、多样化的复杂 系统，涉及多种通信介质、多厂商和异种机互 连、高级人机接口等各种复杂的技术问题。要 使这样一个系统高效、可靠地运转，网络中的 各个部分都必须遵守一套合理而严谨的网络标 准。这套网络标准就称之为网络体系结构。
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3.2 OSI参考模型
世界上第一个网络体系结构是1974年由IBM公司提出的“系统网络体系结构 （System Network Architecture，SNA）”。此后，许多公司纷纷推出了各自的网 络体系结构。虽然这些体系结构都采用了分层技术，但层次的划分、功能的分配 及采用的技术均不相同。随着信息技术的发展，不同结构的计算机网络互联已成 为迫切需要解决的问题。
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3.2 OSI参考模型
机械特性：规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与 排列情况等。
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第3章物理层
一．术语辨析
从给出的26 个定义中挑出20 个，并将标识定义的是字母填在对应术语前的空格位置。
A.计算机存储、处理和传输的信息。
B.可以通过传输介质进行传输的信息表现形式。
C.国际标准ISO 646 信息交换编码。
D.通过为多个信道分配互不重叠的时间片，达到同时传输多路信号的目的。
E.为每一个用户分配一种吗型，使多个用户同时使用一个信道而不互相干扰的方法。
F.信号可以同时双向传送的通信方式。
G.允许动态的分配时间片的方法。
H.以字符为传输单元，字符之间的时间间隔可以是任意的。
I.T1 载波波速率值
J.E1 载波波速率值
K.信号与光纤轴成多个可分辨角度的多路光载波传输方式。
L.信号与光纤轴成单个可分辨角度的单路光载波传输方式。
M.由缆芯、中心加强芯与护套三部分构成的传输线路。
N.专门划出、免予申请的工业、科学与医学专用频段的名称。
O.在模拟信道上传输数字数据信号的方法。
P.通过改变载波信号角频率来表示数字信号的方法。
Q.用相位的绝对值表示数字信号的方法。
R.为了提高数据传输速率常采用的多相调制的方法。
S.每秒钟载波调制状态改变次数。
T.每秒传送的构成代码二进制比特数，单位是bps
U.在数字信道值上直接传送基带信号的方法。
V.通过电话线路，并且上、下信道宽带是不对称接入方式。
W.通过有线电视网络接入ISP 的方式。
X.无线通信中手机与基站的通信接口，
Y.我国自主研发的3G 标准。
Z.描述最大传输速率与信道宽带、信号噪音功率比之间关系的理论。
二.选择题
1. 以下关于物理层的描述中，错误的是D
A. 物理层的主要任务是保证比特流通过传输介质的正确传输、
B. 连接物理层的传输介质可以有不同类型，如光纤与无线通信线路等
C. 物理层协议可以分为基于点-点通信线路与机遇广播线路两类
D. 物理层屏蔽了Ethernet 与IP 的差异性
2. 以下关于数据传输速率的描述中，错误的是C
A. 数据传输速率表示每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数
B. 对于二进制数据，数据传输速率为S=1/T(bps)
C. 常用的数据传输速率单位有：1Mbps=1.024x10^6bps
D. 数据传输速率是描述数据传输系统性能的重要技术指标之一
3. 以下关于时分多路复用概念的描述中，错误的是C
A. 时分多路复用将线路使用的时间分成多个时间片
B. 时分多路复用分为同步时分多路复用与统计时分多路复用
C. 统计时分多路复用将时间片预先分配给各个信道
D. 时分多路复用使用“帧”与数据链路层“帧”的概念、作用是不同的
4. 以下关于奈奎斯特准则的描述中，错误的是A
A. 用于计算有随机噪声状态下的“带宽”与“速率”的广西
B. 使用了窄脉冲信号通过理想通信信道的计算模型
C. 线路最大传输速率在数值上等于信道带宽的2 倍
D. 传输速率的单位为bps
5.如果以下是一个8bit 数据的曼彻斯特编码波形这个数据是B .
A.10110100
B.01001011
C.11010010
D.01011100
6.以下选项中不属于自含时钟编码的是___B___.
A.曼彻斯特编码
B.非归零码
C.差分曼彻斯特编码
D.都不是
7.一下关于传输速率基本概念的描述中，错误的是___D____.
A.调制速率描述的是每秒钟载波调制状态改变的数值
B.调制速率称为波特率（单位是1/s）
C.比特率描述在计算机通信中每秒传送的构成代码的二进制比特数
D.比特率S 与调制速率B 之间的关系可以表示为：S=B·lgk（k 为多相调制的相数）
8.以下关于统计时分多路复用技术特征的描述中，错误的是__C____.
A. 统计时分多路复用的英文缩写是“ATDM”
B. 统计时分多路复用允许动态地分配时间片
C. 统计时分多路复用发出的数据不需要带有收发双方的地址
D.多路复用设备也可以采用存储转发方式来调节通信线路的传输速率
9.以下关于T1 载波的描述中，错误的是D
A．T1 载波速率是针对脉冲编码调制PCM 的时分多路复用而设计
B．T1 系统将24 路数字语音信道复用在一条通信线路上
C．PCM 编码器轮流将24 路、每个信道8bit 的数字语音信号插入到帧中指定位置D．T1 载波的数据传输速率为2.048Mbps
10.以下关于ADSL 与HFC 技术特点比较的描述中，错误的是A
A．ADSL 主干线路使用光纤，HFC 主干线路使用宽带同轴电缆
B．ADSL 用户接入使用电话线，HFC 用户接入使用CATV 电缆
C．连接ADSL Modem 电话线是用户专用的，HFC 用户接入CATV 电缆是共享的D．ADSL 运营商可以对用户宽带做出承诺，HFC 的运营商一般不会明确承诺
三．计算与问答题
1．已知：电话线路宽带B=3000Hz，根据奈奎斯特准则，求：无噪声信道的最大数据传输速率是多少？
2．已知：S/N=30db，宽带B=4000Hz，根据香农定理，求：有限宽带，有热噪声信道的最大数据传输速率为多少？
3．已知：数据传输速率为14400bps，多相调制的相数k=16。
求：调制速率？
4．已知：S/N=30db，宽带B=3000Hz，采用QPSK-16 调制方式。
求：最大调制速率是多少？
5．请根据QAM 调制中波特率与相数，计算对应的比特率值。
6．已知：FDM 系统的一条通信线路的宽带为200kHz，每一路信号宽带为4.2kHz，相邻信道之间的隔离宽带为0.8kHz。
求：这条线路可以传输多少路信号？
7．已知：A=01101110。
请画出A 的差分曼彻斯特编码的波形。
8．如果主机的数据发送速率达到100Mbps，采用曼彻斯特编码，那么相应的时钟频率应该为多少？
9．已知：SONET 定义的OC-1 速率为51.840Mbps。
计算：STM-4 对应的速率为多少？
10．在CDMA 系统中，4 个站的码片序列分别为：
A．（-1+1-1+1+1+1-1-1）
B．（-1-1+1-1+1+1+1-1）
C．（-1-1-1+1+1-1+1+1）
D．（-1+1-1-1-1-1+1-1）
现在接受到码片序列为S：（-1+1-3+1-1-3+1+1）。
请判断：是哪个站发送的数据？发送的二进制数是0 还是1？。