第2章物理层技术

《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。

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）。

计算机网络谢希仁第七版课后答案完整版计算机网络是现代社会中不可或缺的重要组成部分，对于我们的生活和工作都有着深远的影响。

谢希仁教授的《计算机网络》是计算机网络领域的经典教材，第七版课后题目是巩固学习的重要方式之一。

下面是对《计算机网络谢希仁第七版》课后答案的整理和完整版分享。

第一章：计算机网络和因特网1.了解计算机网络和因特网的基本概念，掌握计算机网络的体系结构以及因特网的发展历史和组成部分。

2.计算机网络由多个网络节点和连接在节点之间的通信链路组成。

根据不同的尺寸和覆盖范围，可以划分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。

3.因特网是全球最大的计算机网络，是由众多计算机网络相互连接而成。

4.因特网的组成部分包括主机（Host）、路由器（Router）和通信链路。

主机用于用户进行网络通信，路由器用于转发数据包，通信链路分为有线链路和无线链路。

5.因特网的发展历史经历了ARPANET、Internet和Web三个阶段。

ARPANET是美国军方研究机构ARPA建立的第一个分组交换网络，Internet是全球性的计算机网络，Web是基于超文本的信息浏览和检索系统。

1.了解物理层的基本概念和作用，掌握物理层的传输媒介、信号调制和调制解调技术。

2.物理层的主要任务是在传输媒介上传输比特流。

传输媒介可以是双绞线、同轴电缆、光纤和无线信道。

3.信号调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，调制解调器（Modem）是实现信号调制和解调的设备。

4.常见的调制技术有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。

5.物理层还包括码式转换和时钟同步等技术，以及差错检测和纠正技术。

第三章：数据链路层1.了解数据链路层的基本概念和作用，掌握帧的结构和流量控制技术。

2.数据链路层的主要任务是将网络层传递的数据分组封装成帧，并在物理链路上可靠地传输。

3.帧由首部、数据区和尾部组成。

首部包括帧起始标志、地址字段、控制字段和校验序列。

第二章物理层2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？答：物理层要解决的主要问题：（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。

（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

物理层的主要特点：①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。

②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

2-02 归层与协议有什么区别？答：规程专指物理层协议。

2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。

答：源点：源点设备产生要传输的数据。

源点又称为源站。

发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。

终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。

终点又称为目的站。

传输系统：信号物理通道。

2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，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种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

第二章物理层(一) 通信基础1. 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念2. 奈奎斯特定理与香农定理3. 编码与调制4. 电路交换、报文交换与分组交换5. 数据报与虚电路(二) 传输介质1. 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质2. 物理层接口的特性(三) 物理层设备1. 中继器2. 集线器2.1 通信基础2.1.1 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念（1）信道：向某一个方向传送信息的媒体。

（2）信号：数据的电磁或电气表现。

（3）带宽：媒介中信号可使用的最高频率和最低频率之差，或者说是频带的宽度，Hz；另一定义是信道中数据的传送速率，bps。

（4）码元：在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

（5）波特：单位时间内传输的码元数。

（6）比特率：单位时间内传输的比特数。

（7）信源（8）信宿计算机网络的性能计算1. 速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

一个比特就是二进制数字中的一个1 或0。

速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。

速率的单位是b/s（bps），kb/s, Mb/s, Gb/s 等“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s (bit/s)，bps。

更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s （103 b/s）兆比每秒，即Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即Gb/s（109 b/s）太比每秒，即Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K = 210 = 1024M = 220, G = 230, T = 240。

3. 时延(delay 或latency)传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

第二章物理层2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？答：物理层要解决的主要问题：（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。

（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

物理层的主要特点：①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。

②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

2-02 归层与协议有什么区别？答：规程专指物理层协议。

2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。

答：源点：源点设备产生要传输的数据。

源点又称为源站。

发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。

终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。

终点又称为目的站。

传输系统：信号物理通道。

2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，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种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

第22章物理层22.1 通信基础温馨提示：本考点主要考查通信基础，请同学们：1、了解信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源和信宿等基本概念；2、掌握奈奎斯特定理和香农定理的原理和应用场景；3、了解编码和调制的方法；4、掌握电路交换、报文交换和分组交换；5、掌握数据报和虚电路。

1.在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz，采用4 个相位，每个相位具有4 种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是（）。

A.12kbit/sB.24kbit/sC.48kbit/sD.96kbit/s【2009年——第34题】【考查内容】奈奎斯特定理。

【解析】奈奎斯特给出了理想低通信道中（不考虑噪声干扰）为了避免码间串扰，码元速率的极限值（B）与信道带宽（H）的关系：B=2H。

由此可知，码元传输速率是受限的，不能任意提高。

实际信道中，最高码元速率要比理想低通信道条件下得出的数值小。

在码元传输速率最大时，可求出信道容量C：C=2H log2 N其中，C表示信道容量，H表示信道带宽，N表示一个码元所取的有效离散值个数。

对于本题，H=3KHz，N=4，可计算得到C=3K ×log2(4×4)=12Kbps。

故而，选择A答案。

【参考答案】A2.在下图所示的采用“存储-转发”方式分组的交换网络中，所有链路的数据传输速率为100Mbps，分组大小为1000 B，其中头部大小为20 B。

若主机H1向主机H2发送一个大小为980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和等待延迟的情况下，从H1发送到H2接收完为止，需要的时间至少是（）ms。

A.80B.80.08C.80.16D.80.24【2010年统考——第34题】【考查内容】存储转发机制。

【解析】由题设可知，分组携带的数据长度为980B，文件长度为980000B，需拆分为1000个分组，加上头部后，每个分组大小为1000B，总共需要传送的数据量大小为1MB。