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。
计算机网络 第三章课后答案
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
16
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
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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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调制解调器最基本的调制方法：
（1）调幅（AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0 对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。
（2）调频（FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0 对应于频率f1，而1对应于频率f2。
（3）调相（PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如， 0对应于相位0度，而1对应于180度。
信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），是数据
的电气或电磁表现，数据以信号的形式传播。 模拟信号：是指随时间连续变化的信号，时间上连续，包
含无穷多个值。
数字信号：是指其值用离散状态（即所谓的“二进制信号
”）
表示的信号。时间上离散，仅包含有限数目的
2020/7/10 预定值。
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发 送 端
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信道 1 信道2 信道3 信道4 信道5 信道6 信道7 信道8
接 收 端
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2．串行传输方式
发送端到接收端只要一根传输线，一个一个比特按照时间顺序 传送。（远距离数据传输常用）
1
1
2
2
3
3
发
4
送
5
端
6
并
串
4
串 12345678
并
转
转
5
换
换
6
接 收 端
7
7
8
8
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模拟信号 数字比特流
正文 PC 机 调制解调器
公用电话网
调制解调器
正文 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
源点
发送器
输
输
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
2020/7/10
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3.2.2 有关信道的几个基本概念 信道是指信息传输的通道，即信息进行传输时所经过的一条通
第3章 物理层
3.1 物理层的基本概念
物理层主要考虑如何能在连接各种计算机的传输媒体上传输数 据的比特流，如使用什么传输介质，在传输介质上如何进行数据传 输等，为数据链路层提供一个物理连接，以透明的传送比特流。
在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信 号代表什么意思。但物理层由于规定了电气特性，因此能够识别所 传送的比特流。
物理层本身并不是物理设备或物理媒体。
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注意：传输媒体不是是物理层！
传输媒体在物理层的下面。由于物理层是体系结构的第一层， 因此，有时称传输媒体为0层。
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数据在物理连接上的传输方式： 1．并行传输方式 发送端到接收端信道需要若干条，一次传输多个比特。
t
a) 模拟信号
b) 数字信号
非周期信号
tTTTT源自2020/7/10周期信号
TT
t
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模拟与数字的特点
模拟： 波动性； 持续变化； 反映事物的本质； 在电信业已经被广泛使用
数字： 离散性； 跃变性； 设备性能先进，成本低
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3.2.1 数据通信系统的模型
数字比特流 模拟信号
数据：模拟数据、数字数据 信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道
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模拟数据，模拟信号
话音
模拟
模拟传输
模拟数据，数字信号
模拟
数字 CODEC
数字数据，模拟信号
数字
1010
模拟 调制器
数字数据，数字信号
数字
数字
1010
数字发送器
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模拟传输与数字传输
（1）模拟数据在模拟信道上传输
话音信号电话系统中传输。人的语音频率范围是300—3400Hz ，为了进行传输，国际标准取4KHz为一个标准话路所占用的频带 宽度。语音信号以300—3400Hz频率输入，发送方的电话机把这个 语音信号转变成模拟信号，信号经过一个频分多路复用器进行变化 ，使得线路上可以同时传输多路模拟信号，当到达接收端以后再经 过一个解频的过程把它恢复到原来的频率范围的模拟信号，再由接 收方电话机把模拟信号转换成声音信号。
路。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。 一般分为数字信道和模拟信道： 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。
模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。
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不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合。
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由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，所以把 这两个设备合在一起形成我们通常所说的调制解调器（Modem）。
调制解调器提供全双工的数字信道。
数据
调制器
解调器
数据
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电话 线
RS232电缆线
COM1或COM2 串行口
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3.2 数据通信基础知识
基本概念：
数据通信：依照一定协议，利用数据传输技术在两个终端之
间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。
数据(Data)：传递（携带）信息的实体。
模拟(Analog)数据：用连续变化形式表示的数据。
数字(Digital)数据：用不连续变化形式表示的数据。
基带信号：将数字信号1或0直接用不同的电压来表示，然后送 到线路上去传输。
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 经过调制的基带信号在不同频段，可以在一条电缆 中同时传输多路信号而不会发生相互干扰，提高 线路利用率。
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信号种类图示： t
用电平的高低分 别表示0或1
语音
语音
模拟信号
电话机
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多路复用器
多路复用器
模拟信号 电话机
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（2） 数字数据在模拟信道上传输
计算机和终端设备都是数字设备，它们只能接收和发送数字数 据，而电话系统只能传输模拟信号，所以这个数字数据要进入到模 拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模拟信号的转换，以便 它能在模拟信道上传输，这样的一个变换过程叫调制（注意：这个 调制过程并不改变数据的内容，仅是把数据的表示形式进行了改 变）。这个变换器又叫做调制器(MOdulator)。
调制器也即波形变换器,它将基带数字信号的波形变换成适合 于模拟信道传输的波形。
而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也有一个变 换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字信号，这样的一 个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器(DEModulator)。
解调器也即波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢 复成原来的数字信号。