第2章-1物理层资料

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）。

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2.1 物理层的基本概念用于物理层的协议也常称为物理层规程物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性∙机械特性∙电气特性∙功能特性∙过程特性数据在计算机内部多采用并行传输方式，但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输。

2.2 数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统的模型由原系统（发送端、发送方）、传输系统（传输网络）和目的系统（接收端，接收方）组成信号的分类：模拟信号（连续信号）：代表消息的参数的取值是连续的。

数字信号（离散信号）：代表消息的参数的取值是离散的。

2.2.2有关信道的几个基本概念双方信息交互的方式●单工通信（单项通信）●双半工通信（双向交替通信）●全双工通信（双向同时通信）来自信源信号常称为基带信号（即基本频带信号）调制：基带调制（编码）：数字信号->数字信号带通调制（需要使用载波）：数字信号->模拟信号常用编码方式●不归零制：正电平代表1，负电平代表0●归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0●曼切斯特编码（常用）：位周期中心的向上跳变代表0，向下跳变代表1.●差分曼切斯特编码：在每一位中心处始终都有跳变。

位开始边界有跳变代表0，没有跳变代表1.基本的带通调制方法：⏹调幅（AM）⏹调频（FM）⏹调相（PM）2.2.3信道的极限容量奈氏准则(理想条件下）：在任何信道中，在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

香农公式(带宽受限、高斯白噪声)指出：信道的极限信息传输速率 C 可表达为C = W log2(1+S) (b/s)W 为信道的带宽（以Hz 为单位）S 为信道内所传信号的平均功率N 为信道内部的高斯噪声功率信噪比=10 log10 (SN) (dB）提高信息传输速率的方法：●提高信道带宽●提高信噪比●提高每个码元携带的信息量2.3 物理层下面的传输媒体2.3.1导引型传输媒体1.双绞线（双扭线）2.同轴电缆50Ω同轴电缆——LAN/数字传输常用70Ω同轴电缆——有线电视/模拟传输常用3.光缆2.3.2非导引型传输媒体1.无线传输2.短波通信3.无线电微波2.4 信道复用技术●频分复用FDM：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源●时分复用TDM（等时信号）：将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。

数据通信与计算机网络第五版第二章物理层2-1物理层要解决哪些问题？物理层协议的主要任务是什么？解答：物理层考虑的是怎样才能在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。

因此物理层要考虑如何用电磁信号表示“1”或“0”；考虑所采用的传输媒体的类型，如双绞线、同轴电缆、光缆等；考虑与物理媒体之间接口，如插头的引脚数目和排列等；考虑每秒发送的比特数目，即数据率。

物理层协议的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。

2-2规程与协议有什么区别？解答：用于物理层的协议也常称为物理层规程（procedure）。

其实物理层规程就是物理层协议。

只是在“协议”这个名词出现之前人们就先使用了“规程”这一名词。

2-3物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？解答：（1）机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。

常见的各种规格的电源接插件都有严格的标准化的规定。

（2）电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

（3）功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

（4）过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

典，用户目的系统一般也包括以下两个部分：接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。

典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。

终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后进行信息输出（例如，把汉字在PC 屏幕上显示出来）。

终点又称为目的站或信宿。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

2-5 请画出数据流1 0 1 0 0 0 1 1的不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的波形（从高电平开始）。

解答：所求波形图如图所示。