CH2 计算机网络物理层
计算机网络的工作原理
计算机网络的工作原理计算机网络是现代信息技术的基础，它使得人与人之间、人与计算机之间能够进行迅速、准确的信息交流。
计算机网络的工作原理是基于一系列协议和技术实现的，接下来将详细介绍计算机网络的工作原理。
一、物理层物理层是计算机网络的最基本的层次，它负责将数据从一个地方传输到另一个地方。
物理层使用不同的电子、光学和无线传输介质来传输数据。
其中，最常见的物理层设备是网线、光纤和无线网卡。
二、数据链路层数据链路层负责管理和组织物理层传输的数据，将其划分为适当的数据帧，并通过物理层进行传输。
数据链路层还处理数据的错误检测和纠正，以确保数据的可靠性。
常见的数据链路层设备有交换机和网桥。
三、网络层网络层负责在计算机网络中进行数据的路由和转发，以确保数据从源地址传输到目标地址。
网络层使用IP地址来标识网络上的设备，并使用路由算法来选择最佳的路径将数据发送到目标地址。
常见的网络层设备包括路由器和三层交换机。
四、传输层传输层提供端到端的可靠数据传输服务。
它通过使用传输协议（如TCP或UDP）来确保数据的可靠传输和完整性。
传输层还负责对数据进行分段和重组，以适应下层网络的传输能力和接收方的接收能力。
五、应用层应用层是计算机网络中最高层，它提供了各种应用程序的接口。
应用层协议定义了数据的格式和交换规则，常见的应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP等。
应用层协议与传输层协议进行交互，以实现数据的可靠传输和应用程序的正常运行。
总结：计算机网络的工作原理是由不同层次的协议和设备相互配合实现的。
物理层负责传输数据，数据链路层管理和组织数据，网络层进行数据的路由和转发，传输层提供可靠的数据传输服务，应用层提供各种应用程序的接口。
这些层次之间相互依赖，共同构建起了一个稳定、高效的计算机网络系统。
通过学习计算机网络的工作原理，我们能够更好地理解计算机网络的运作过程，为我们日常的网络使用和网络应用的开发提供有力的支持。
计算机网络的不断发展和创新将为我们的生活和工作带来更多便利和可能性。
ch2 计算机网络的体系结构
1
主机 1 向主机2 发送数据
主机 1
AP1 5
我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！
主机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
① 客户发起连接建立请求 ② 服务器接受连接建立请求 以后就逐级使用下层 提供的服务 (使用 TCP 和 IP）
应用层
服务器
运输层
网络层
数据链路层
网络层
数据链路层
物理层
因特网
物理层
功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程
计算机 1 应用层 客户 1
计算机 3 应用层 服务器 服务器 2 1
计算机 2 应用层 客户 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
1
电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层
OSI模型
从下到上依次为 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层
各层功能
物理层：物理信道上传输比特流，DTE与DCE的接口 ：机械、电气、功能、规程 数据链路层：相邻两节点间无差错传输数据帧，建 立和拆除数据链路（逻辑通道）、帧传输、差错与 流量控制、链路管理。 网络层：报文分组，点到点通信。地址翻译确定路 由；分组交换、拥塞控制和流量控制。
2、协议分层
网络互联信息交换、资源共享 复杂的工程设计问题，采用分层结构
《计算机网络（第7版）谢希仁著》第二章物理层要点及习题总结
《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第⼆章物理层要点及习题总结1.物理层基本概念：物理层考虑的是怎样才能再连接各种计算机的传输媒体上传输数据⽐特流，⽽不是指具体的传输媒体2.物理层特性：机械特性，电⽓特性，功能特性，过程特性3.数据通信系统：分为源系统（发送端）、传输系统（传输⽹络）、⽬的系统（接收端）三⼤部分，通信的⽬的是传送消息，数据是运送消息的实体，信号则是数据的电⽓或电磁的表现，通信系统必备的三⼤要素：信源，信道，信宿4.信号： （1）模拟信号（连续信号） 代表消息的参数的取值是连续的，连续变化的信号，⽤户家中的调制解调器到电话端局之间的⽤户线上传送的就是模拟信号。
（2）数字信号（离散信号），代表消息的参数的取值是离散的。
⽤户家中的计算机到调制解调器之间，或在电话⽹中继线上传送的就是数字信号。
在使⽤时间域（或简称为时域）的波形表⽰数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。
在使⽤⼆进制编码时，只有两种不同的码元，⼀种代表0状态⽽另⼀种代表1状态。
（1码元可以携带的信息量不是固定的，⽽是由调制⽅式和编码⽅式决定的，1码元可以携带n bit的信息量，可以通过进制转换和多级电平）5.信道 （1）基本概念：信道⼀般⽤来表⽰向某⼀个⽅向传送信息的媒体，⼀条通信电路往往包含⼀条发送信道和⼀条接收信道。
（2）通信双⽅的交互⽅式： ①单⼯通信（单向通信）：即只能有⼀个⽅向的通信⽽没有反⽅向的交互，例如：⽆线电⼴播，有线电⼴播 ②半双⼯通信（双向交替通信）：即通信的双⽅都可以发送信息，但不能双⽅同时发送（当然也就不能同时接收）。
这种通信⽅式是⼀⽅发送另⼀⽅接收，过⼀段时间后可以再反过来。
例如：对讲机 ③全双⼯通信（双向同时通信）：即通信的双⽅可以同时发送和接收信息。
例如：打电话 （3）调制和解调 原因：信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。
像计算机输出的代表各种⽂字或图像⽂件的数据信号都属于基带信号。
计算机网络课后习题第2章物理层
第二章物理层2-01物理层要解决哪些问题？物理层的主要特色是什么？答：物理层要解决的主要问题：（1）物理层要尽可能地障蔽掉物理设施和传输媒体，通讯手段的不一样，使数据链路层感觉不到这些差别，只考虑达成本层的协讲和服务。
（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传递和接收比特流（一般为串行按次序传输的比特流）的能力，为此，物理层应当解决物理连结的成立、保持和开释问题。
（3）在两个相邻系统之间独一地表记数据电路。
物理层的主要特色：①因为在 OSI 以前，很多物理规程或协议已经拟订出来了，并且在数据通讯领域中，这些物理规程已被很多商品化的设施所采纳，加之，物理层协议波及的范围宽泛，所以致今没有按OSI 的抽象模型拟订一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确立为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特征。
②因为物理连结的方式好多，传输媒体的种类也好多，所以，详细的物理协议相当复杂。
2-02归层与协议有什么差别？答：规程专指物理层协议。
2-03试给出数据通讯系统的模型并说明其主要构成建立的作用。
答：源点：源点设施产生要传输的数据。
源点又称为源站。
发送器：往常源点生成的数据要经过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。
接收器：接收传输系统传递过来的信号，并将其变换为能够被目的设施办理的信息。
终点：终点设施从接收器获取传递过来的信息。
终点又称为目的站。
传输系统：信号物理通道。
2-04试解说以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通讯号，数字数据，数字信号，码元，单工通讯，半双工通讯，全双工通讯，串行传输，并行传输。
答：数据：是运送信息的实体。
信号：则是数据的电气的或电磁的表现。
模拟数据：运送信息的模拟信号。
模拟信号：连续变化的信号。
基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。
像计算机输出的代表各样文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
带通讯号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频次范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频次范围内能够经过信道）。
CH2 物理层
课件制作人：谢希仁
几种最基本的调制方法
调制就是进行波形变换（频谱变换）。 最基本的二元制调制方法有以下几种：
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。
不能通过
0
能通过 W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 1 个码元。
课件制作人：谢希仁
要强调以下两点
实际的信道所能传输的最高码元速率， 要明显地低于奈氏准则给出上限数值。 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。
波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个 码元）。码元传输速率也称为调制速率、波 形速率或符号速率。 比特是信息量的单位。传输速率“比特/秒”与码元的传 输速率“波特”在数量上却有一定的关 系。 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则 “比特/秒”和“波特”在数值上相等。 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传 输速率为 M × n b/s。
课件制作人：谢希仁
2.4.3 数字传输系统
现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。
信号
采样周期 T
产生量化噪声
课件制作人：谢希仁
产生量化噪声的地方（续）
（经过 A/D 变化的地方）
使用 V.90 调制解调器（56 kb/s）
仅在此处 产生量化噪声 用户环路 模拟信号 A D/A 交换机 A/D 2/4 V.90 56 kb/s 调制解调器 A/D 数字信号 V.90 56 kb/s 调制解调器 仅在此处 产生量化噪声 因特网服务提供者 至因特网 （数字信号）
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构是指将计算机网络中的各种设备和
协议划分为不同的层次，以实现数据传输和通信的有效性和可靠性。
1. 物理层
物理层是网络层次结构的最底层，主要负责传输原始比特流。
它涉及硬件设备，例如网线、光纤和网络接口卡。
物理层的功能包
括数据传输的编码和解码，数据的传输速率控制，以及物理连接的
建立和维护。
2. 数据链路层
数据链路层位于物理层之上，负责将原始比特流划分为帧，并
提供基本的错误检测和纠正功能。
数据链路层主要解决点对点直连
的通信问题，确保数据在物理链路上的可靠传输。
3. 网络层
网络层是计算机网络中最重要的层次之一。
它负责为数据包选
择和设置最合适的路径以进行跨网络的传输。
网络层协议有IP
（Internet Protocol），它通过将数据包封装在各自的数据报中，使
得数据能够在不同网络之间传输。
4. 传输层
传输层负责在源主机和目标主机之间提供可靠的数据传输。
传
输层的主要协议是传输控制协议（TCP），它使用错误检测和重新
发送机制确保数据的完整性和可靠性。
5. 应用层
网络层次结构的设计和实现可以简化网络的管理和维护，提高
网络的可靠性和性能。
通过将不同的功能划分到不同的层次，网络
设备和协议可以更加独立地进行开发和升级。
总结：
计算机网络的网络层次结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
每个层次都有各自的功能和协议，以实现数据传
输和通信的可靠性和效率。
计算机网络(第二版)课后习题答案
计算机网络(第二版)课后习题答案计算机网络(第二版)课后习题答案一、绪论计算机网络是指在多个计算机之间传输数据和共享资源的系统。
随着互联网的普及和发展，计算机网络已经成为现代社会中不可或缺的组成部分。
本文将回答《计算机网络(第二版)》课后习题，并提供详细的解答。
二、物理层1. 什么是物理层？物理层的任务是什么？物理层是计算机网络模型中的第一层，主要负责传输比特流。
其任务包括确定物理传输媒介的规范、数据的编码认证、物理连接的建立和维护等。
2. 传输媒介可分为哪几种类型？各有什么特点？传输媒介可分为有线传输媒介和无线传输媒介两种类型。
有线传输媒介包括双绞线、同轴电缆和光纤等，其特点是传输速度快、传输距离较长、抗干扰能力强。
无线传输媒介包括无线电波和红外线等，其特点是灵活性高、易于扩展和部署，但传输速度和距离受到限制。
3. 什么是调制和解调？其作用是什么？调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调是将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制和解调的作用是在发送端将数字数据转换为适合在传输媒介上传输的模拟信号，然后在接收端将模拟信号转换为可被计算机理解的数字数据。
4. 什么是信道复用？常见的信道复用技术有哪些？信道复用是指通过合理地利用通信线路，将不同用户的数据流合并在一起传输的技术。
常见的信道复用技术包括频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）等。
三、数据链路层1. 数据链路层有哪些基本的功能？数据链路层的基本功能包括封装成帧、物理寻址、错误检测和流量控制等。
封装成帧将网络层交付的数据分成适当的数据帧进行传输；物理寻址通过物理地址标识源和目的设备；错误检测使用帧检验序列等方法检测传输中的错误；流量控制通过控制数据的发送速率来保证接收端能够正确接收数据。
2. 什么是差错控制？常见的差错检测技术有哪些？差错控制是指在数据传输过程中采取一定的机制来检测和纠正传输中发生的差错。
常见的差错检测技术有纵向奇偶校验、循环冗余检验（CRC）和海明码等。
CH02物理层_4
第3次课知识点
2.7 传输媒体可分为两大类：导引型传输媒体和 非导引型传输媒体
2.8 导引型传输媒体可分为：双绞线、同轴电缆、 光纤
2.9 导引型传输媒体的特点 习题：2-10、11、12
随堂测试2
单选题 问答题
单选题
1. 通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送 的通信方式称为（ ）。
C2
频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过 程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注 意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
频率 频带 n
第 2 章 物理层
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数数据据链链路路层层 1 物理层
应用层 (application layer) 运输层 (transport layer) 网络层 (network layer) 数据链路层 (data link layer) 物理层 (physical layer)
用户 Aa
时分复用 当某用户暂时无数据发送时，
a t①
在时分复用帧中分配给该用户 的时隙只能处于空闲状态。
Bb b
t②
C
cc
t③
④
D
dt
ab #1
bc
ca d
t #2 #3 #4
4 个时分复用帧
时分复用可能会造成线路资源的浪费
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户 Aa
统计
STDM 帧不是固定分配时