计算机网络 第3章 物理层
第三章 计算机网络体系结构ppt课件
图1 OSI参考模型
最顶层
最底层
.
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（A）
（P） （S） （T） （N）
（DL） （PH）
通信子网
.
OSI中数据流动过程
用户看到的据流向
向实 际 数 据 流
向实 际 数 据 流
实际数据流向
.
2.3 OSI-RM 各层主要功能概述
1、物理层
2.1 网络体系结构及协议概念
2.1.1 网络体系结构的概念
计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术 中的关键。
计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。 例如：①支持多种通信介质；②支持多厂商和异种机互 联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；③支 持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；④ 支持高级人机接口。
服务数据单元是指（N）实体为完成（N） 服务用户请求的功能所设置的数据单元
.
2.4.3 、服务原语： 在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下
层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
请求：用户要求服务做某项工作
服务原语
指示：用户被告知某事件发生了 响应：用户表示对某事件的响应
确认：用户实体收到关于它的请求答复
● 数据链路层协议分为两类：
● 面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组 控制字符完成数据链路控制功能。
● 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单 位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。
.
1、数据链路层的功能
传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、
光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：
计算机网络原理公式及计算题
计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一：数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒(bits per second），记作bps或b/sR=1/T*Log2N(bps）T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况）单位为秒。
N一个码元所取有效离散值个数，也称调制电平数，取2的整数次方值公式二：信号传输速率(码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率，单位为波特（Baud)。
B=1/T (Baud）公式三：调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B*Log2N（bps)公式四:奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2＊H H是信道的带宽，单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式：C=2*H*Log2N公式五：香农公式受随机噪声干扰的信道情况,给出了计算信道的香农公式： C=H*Log2（1+S/N）（bps)其中，S表示信号功率，N为噪声功率,S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10＊log10 （S/N），以分贝（dB）为单位来计算，在使用时要特别注意公式六：误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位,其中出错的位数为Ne，则误码率表示为；Pe= Ne/N公式七：采样定律采样定理❖Fs（= 1/Ts ）≥ 2Fmax 或Fs≥2Bs❖Fs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率，Ts 为采样周期，Bs（= Fmax— Fmin）为原始信号的带宽.❖量化级是2的整数倍，用来生成每次采样的二进制码的个数，❖2二进制码个数=量化级，比如量化级为128，则每次采样二进制码为7个❖信号传输速率=采样频率*每次采样的二进制码个数❖R（数据传输率)=1/T*log2N公式八： T1载波和E1载波的编码效率和开销率。
计算机网络课后习题答案(第三章)
计算机网络课后习题答案（第三章）(2009-12-14 18:16:22)转载▼标签：课程-计算机教育第三章数据链路层3-01 数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?答：数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了，但是，数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：链路管理帧定界流量控制差错控制将数据和控制信息区分开透明传输寻址可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。
3-03 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?答：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：帧定界是分组交换的必然要求透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源3-05 如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：无法区分分组与分组无法确定分组的控制域和数据域无法将差错更正的范围限定在确切的局部3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错不使用序号和确认机制地址字段A 只置为0xFF。
第3章计算机网络体系结构(习题参考答案)
第3章计算机网络体系结构三、简答题1. 为什么要采用分层的方法解决计算机的通信问题？通过分层的方法，使得计算机网络复杂的通信处理问题转化成为若干相对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理变得相对容易。
2. “各层协议之间存在着某种物理连接，因此可以进行直接的通信。
”这句话对吗？不对。
物理连接只存在于最底层的下面。
各层协议之间只存在着称为“对等层通信”的逻辑连接。
3. 请简要叙述服务与协议之间的区别。
通过协议的规定，下一层可以为上一层提供服务，但是对于上一层的服务用户来说下面的协议是透明的。
协议是存在于对等层之间的，是水平的；服务存在于直接相邻的两个层次之间，是垂直的。
4. 请描述一下通信的两台主机之间通过OSI模型进行数据传输的过程。
发送数据的具体过程为：要进行通信的源用户进程首先将要传输的数据送至应用层并由该层的协议根据协议规范进行处理，为用户数据附加上控制信息后形成应用层协议数据单元再送至表示层；表示层根据本层的协议规范对收到的应用层协议数据单元进行处理，给应用层协议数据单元附加上表示层的控制信息后形成表示层的协议数据单元再将它传送至下一层。
数据按这种方式逐层向下传送直至物理层，最后由物理层实现比特流形式的传送。
当比特流沿着传输介质经过各种传输设备后最终到达了目标系统。
此后，接收数据的具体过程为：按照发送数据的逆过程，比特流从物理层开始逐层向上传送，在每一层都按照该层的协议规范以及数据单元的控制信息完成规定的操作，而后再将本层的控制信息剥离，并将数据部分向上一层传送，依此类推直至最终的、通信的目的用户进程。
5. 请简述虚电路服务的特点。
虚电路服务要求发送分组之前必须建立连接，即虚电路。
之后所有的分组都沿着虚电路依次进行传送。
在所有分组传送完毕后要释放连接。
它可以提供顺序、可靠的分组传输，适用于长报文的通信，一般应用于稳定的专用网络。
6. 请简述无连接服务的特点。
无连接服务无需事先建立连接。
计算机网络课后习题答案解析(第三章)
计算机网络课后习题答案（第三章）(2009-12-14 18:16:22)转载▼标签：课程-计算机教育第三章数据链路层3-01 数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?答：数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了，但是，数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。
3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：链路管理帧定界流量控制差错控制将数据和控制信息区分开透明传输寻址可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。
3-03 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?答：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：帧定界是分组交换的必然要求透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源3-05 如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：无法区分分组与分组无法确定分组的控制域和数据域无法将差错更正的范围限定在确切的局部3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错不使用序号和确认机制地址字段A 只置为0xFF。
计算机网络原理复习第三章习题
计算机网络原理复习习题第三章物理层一、选择题1．以下哪个是物理层的协议？( )A．EIA RS-232C B．HDLC C．BSC D．TCP2 ．以下哪个不是物理层的协议A ． EIA RS-232CB ．． X. 213 ．采用RS-232C 接口标准连接PC 机和RTS ）的连接方向为（）。
A ．DCE→DTEB ．DCE→DCEC ．DTE→DTE4．在RS-232C RIA．DTE→．DCE→DCE D．DTE→DTE(DTR)信号的连接方向为( )． DCE→DTE． DTE→DTE6．RS—232CA． DB—15连接器C． DB—20连接器( )． -5V至-15V． 0V至-5V8．EIA RS-232C）。
A．+12伏B．-12伏C．+15伏9．X.21）。
A．DB-25连接器 B．DB-9连接器C．DB-15连接器D．RJ11连接器。
．过滤与转发帧 C．路由选择D．协议转换( )。
．数字信号的编码D．数字信号的放大( )B．将模拟信号转换成数字信号．使用不同频率的载波将信号变换到不同频率范围,实现模拟信号与数字信号间转换功能的是( )。
A．D/A B．A/D D．MODEM14为数字信号的设施为（）．编码解码器（CODEC）中的解码器．调制解调器（MODEM）中的解调器15( )。
A．编码．解码D．解调16( )。
A．解调 B．解码 C．调制17A．调频 B．调幅 C．正交相移18．）B．调频C．相位调制D．幅度相位调制方式进行。
A．单工．半双工D．全双工20种通信方式为( )A．并行．单工D．全双工( )．只能在一个方向上传输D．以上均不对22( )A．单工方式 B．半双工方式．多路复用方式B．报文交换D．分组交换与电路交换结合( )B．信道所能提供的同时通话的路数．信道所允许的最大误码率( )C．计算机与外设之间的通信都采用并行方式D．与并行方式相比，串行方式的传输速率更大27．在下面的说法中，( )是正确的。
计算机网络_第3章习题解答
第三章习题解答3.1简述数据链路层的功能。
答：数据链路层是在物理层提供的比特流传送服务的基础上，通过一系列的控制和管理，构成透明的、相对无差错的数据链路，向网络层提供可靠、有效的数据帧传送的服务。
其主要功能包括：链路管理，帧定界，流量控制，差错控制，数据和控制信息的识别，透明传输，寻址。
3.2 试解释以下名词：数据电路，数据链路，主站，从站，复合站。
答：数据电路是一条点到点的，由传输信道及其两端的DCE构成的物理电路段，中间没有交换节点。
数据电路又称为物理链路，或简称为链路。
数据链路是在数据电路的基础上增加传输控制的功能构成的。
一般来说，通信的收发双方只有建立了一条数据链路，通信才能够有效地进行。
在链路中，所连接的节点称为“站”。
发送命令或信息的站称为“主站”，在通信过程中一般起控制作用；接收数据或命令并做出响应的站称为“从站”，在通信过程中处于受控地位。
同时具有主站和从站功能的，能够发出命令和响应信息的站称为复合站。
3.3 数据链路层流量控制的作用和主要功能是什么？答：流量控制简称“流控”，是协调链路两端的发送站、接收站之间的数据流量，以保证双方的数据发送和接收达到平衡的一种技术。
在计算机网络中，由于接收方往往需要对接收的信息进行识别和处理，需要较多的时间，通常发送方的发送速率要大于接收方的接收能力。
当接收方的接收处理能力小于发送方的发送能力时，必须限制发送方的发送速率，否则会造成数据的丢失。
流量控制就是一种反馈机制，接收方随时向发送方报告自己的接收情况，限制发送方的发送速率。
保证接收方能够正常、有序地接收数据。
3.4 在停止-等待协议中，确认帧是否需要序号？为什么？答：在停止-等待协议中，由于每次只确认一个已经发送的帧，确认帧可以不需要序号。
但在一些特殊情况下会出现问题。
如果发送方在超时重发一个帧后又收到了迟到的确认，就不能确定该应答是对哪一个帧的确认，并可能导致随后的传送过程重新差错。
3.5 解释为什么要从停止-等待协议发展到连续ARQ协议。
计算机网络原理——物理层
105 106 双绞线 调幅 海事 无线电 无线电
107 同轴电缆
108
109
1010 卫星
1011 1012
1013
1014
1015 光纤
1016
地面微波
调频 移动 无线电 无线电 电视 HF VHF UHF SHF EHF THF
波段
LF
MF
地表 对流层 电离层 空间及视线
空间
26
物理层
微波通信
允许发送 振铃指示
物理层
TD DTR SG DSR RTS
CTS RI
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RS-232-C的规程特性
• 过程特性指RS-232-C的各条控制线在下列不同情况下接通
（ON，逻辑0）和断开（OFF，逻辑1）的顺序：
• 建立物理连接 • 传输数据比特流 • 释放物理连接
PSTN
物理层
17
建立物理连接
• 当DTE-A要与DTE-B通信时，将DTR(20)臵为ON ，同时通过TD(2)向 DCE-A发送电话号码信号，请求与对方建立物理连接； • DCE-B将RI(22)臵为ON，通知DTE-B有呼叫到达。DTE-B将DTR(20)臵 为ON，DCE-B接着产生载波信号，并将DSR(6)臵为ON ，表示已准备好；
30
[例1]
•采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则 S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps) B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
物理层
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信道容量
1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps) 信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据 传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输 速率。 2)离散的信道容量 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H 的关系： B=2*H (Baud) ......⑸ 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式： C=2*H*log2N (bps) ......⑹ 式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单 位为Hz； N为一个码元所取的离散值个数。
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4.奈奎斯特准则
• 波特的概念 波特是码元传输速率的单位，码元传输 速率也称为调制速率或波形速率、符号速 率。 • 信道最大数据传输速率与码元之间的关系：
• 其中，M 为信号状态数量； W为信道带宽。
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5. 香农公式
• 香农（Shannon）公式指出信道的极限信息 传输速率 • C=Wlog2(1+S/N) • W：信道的带宽 • S：信道内部所传信号的平均功率 • N：信道内部高斯噪声的功率 • S/N:信道的信噪比
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4B/5B编码
• 4B/5B编码是将要发送的数据流分为4bit一 组，然后按照4B/5B编码规则转换为相应的 5bit编码，编码的效率可以达到80%
滨江学院
NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SICENCE & TECHNOLOGY
计算机网络
第 3 章 物理层
主讲： 计算机系 刘生
章节内容
第3章 物理层
3.1 物理层概述
3.2 数据通信基础 3.2.1 数据通信系统的模型 3.2.2 数据通信的几个基本概念 3.3 基带传输与宽带传输
•宽带信号：将基带信号调制后，形成频分复 用模拟信号，再进行传输。
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
（4）按传输介质分类 • 有线信道 • 无线信道
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
4. 奈奎斯特准则
5. 香农公式
• 香农公式表明，信道的带宽以及信道中的 信噪比越大，信息的极限传输速率也就越 高。这意味只要信道的信息传输速率低于 信道的极限信息传输速率，就可能找到某 种办法来实现无差错的传输。
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奈氏准则和香农公式在数据通信系 统中的作用范围
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3.2.1 数据通信系统的模型
2. 目的系统 •目的系统也称为接收方，是接收信号的一端 •一般包括接收器和目的站或信宿两个部分。 •接收器用来接收传输系统传送的信号，并把 信号转换为可以被目的站设备识别与处理的 数据信息。
•目的站从接收器获取传送来的数字比特流， 然后把信息输出。
3.6.6 无线接入
3.7 小结
2018ห้องสมุดไป่ตู้7月10日8时23分
计算机网络 刘 生
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本章重点
1.数据通信的基础知识
2.传输介质（媒体）
3. 数字传输系统
4.信道复用技术
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3.1 物理层概述
• 主要任务：确定与传输媒体的接口的一些 特性。 1．机械特性 • 机械特性定义了传输介质接线器、物理接 口的形状和尺寸、引线数目、排列顺序， 以及连接器与接口之间的固定和锁定装置 等。
3.2.2 数据通信的几个基本概念
3.信道
•信道是沿某一方向传送信息的媒体或介质， 是线路的逻辑部件，一条通信线路至少包含 一条发送信道和一条接收信道。
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
信道的分类 （1）从信息交互方式分类 •单工通信：只有一个方向的通信。 •半双工通信：通信双方都可以发送和接收 信 息，但不能同时发送，也不能同时接收。 •全双工通信：通信双方可以同时发送和同时 接收。
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
发送 单向通道 (a) 发送 双向通道 接收 (b) 发送 双向通道 接收 (c)
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接收
接收 发送
接收 发送
3.2.2 数据通信的几个基本概念
（2）以传送信号分类 •模拟信道 •数字信道 （3）以传送信号的形式分类 •基带信号：将数字0和1直接用两种不同的电 压表示和传输。
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3.2.1 数据通信系统的模型
3.传输系统
•传输系统在源系统和目的系统之间，是计算 机网络上的数据传输通道，除了源系统和目 的系统外，网络中的其他部分都属于传输系 统。 •可以是简单的传输线，也可以是在源系统和 目的系统之间复杂的网络系统。
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3.5.2 时分多路复用
3.5.3 波分多路复用 3.5.4 码分多路复用
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章节内容
3.6 接入网技术
3.6.1 电话拨号接入
3.6.2 DSL接入 3.6.3 混合光纤同轴电缆接入 3.6.4 光纤接入 3.6.5 LAN接入
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理想低通信道下的奈氏准则
（1）理想低通信道 对于信号的低频分量，只要其频率不超 过某个上限值，都能够不失真的通过此信 道。而频率超过该上限值的所有高频分量 都不能通过该信道。 （2）奈氏准则 理想低通信道下的最高码元传输率＝2W Baud W:理想低通信的带宽,单位Hz
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3.3 基带传输与宽带传输
3.3.1 基带传输概述
•传输计算机系统中的二进制数据最直接的方 式就是采用脉冲信号。脉冲信号一般由直流 信号和基频、低频、高频等多个谐波分量组 成。其中从零开始有一段能量相对集中的频 率范围被称为基本频带（base band，简称基 频或基带）。基带属于脉冲信号的固有频率， 与基带对应的数字信号也被称为基带信号。
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3.3.2 数字数据编码方法
• 在基带传输系统中要解决的关键问题是数 字数据的编、解码问题。 • 发送端要将二进制数据通过编码(Encoding) 转换为适合在数字信道上传送的基带信号。
• 接收端则要将接收到的基带信号通过解码 ( Decoding)恢复为与发送端相同的二进制数 据
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理想低通信道下的奈氏准则
（1）理想低通信道 对于信号的低频分量，只要其频率不超 过某个上限值，都能够不失真的通过此信 道。而频率超过该上限值的所有高频分量 都不能通过该信道。 （2）奈氏准则 理想低通信道下的最高码元传输率＝2W Baud W:理想低通信的带宽,单位Hz
3.2 数据通信基础
• 3.2.1 数据通信系统的模型
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
PC 机
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
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3.1 物理层概述
2．电气特性 •规定了在物理线路上传输二进制BIT流时，在 线路上信号使用的电压范围、阻抗匹配及传 输距离和传输速率等参数。
•目前使用的电气特性标准定义的都是接口发 送器和接收器的电器特性，还给出了互连电 缆的相关规程。
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
• 不论是数据或信号，其数据值可以是模拟 的，也可以是数字的。根据数据的取值方 式不同，可分为数字数据和模拟数据。根 据信号的参数取值方式不同，信号也可分 为模拟信号与数字信号。
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
3.3.1 基带传输概述
3.3.2 数字数据编码方法 3.3.3 宽带传输技术
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章节内容
3.4 传输介质
3.4.1 有线传输介质
3.4.2 无线传输介质 3.4.3 不同传输介质的比较 3.5 多路复用技术 3.5.1 频分多路复用
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3.2.2 数据通信的几个基本概念
1.数据和信号 •数据是表示信息的载体。 •信号则是数据的电气或电磁特性的表现。 2.模拟和数字 •模拟就是随时间在连续变化。 •数字就是在时间上是离散的，不连续的，仅 取几个有限的离散数值。
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3.3.1 基带传输概述
• 通常将数字数据以基带信号形式直接传输的方 式称为基带传输。
• 基带传输是一种非常基本的数据传输方式，它 适合传输各种速率的数据，且传输过程简单， 设备投资少。 • 基带信号的能量在传输过程中很容易衰减，因 此基带传输较多地用于短距离的数据传输 • 基带信号的传输距离在没有信号再放大的情况 下一般不超过2.5 km。
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3.2.1 数据通信系统的模型
1．源系统 •也称为发送方或信源，是发送信号的一端。 •一般包括源站和发送器两个部分。 •源站由计算机或服务器等终端设备产生要传 输的数据。 •发送器是对要传送的数据进行编码或者调制 的设备，如各种调制解调器、计算机网卡。