第3 讲 物理层与数据通信接口

《数据通信技术》课堂教学教案
数据解封
3.OSI 七层协议的功能
物理层：
物理层建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特（bit，01二进制数）流传输，只有该层为真实物理通信，其它各层为虚拟通信。

物理层实际上是设备之间的物理接口，物理层传输协议主要用于控制传输媒体。

简单来说物理层确定物理设备接口，提供点－点的比特流传输的物理链路。

数据链路层：
数据链路层为网络层相邻实体间提供传送数据的功能和过程；提供数据流链路控制；检测和校正物理链路的差错。

物理层不考虑位流传输的结构，而数据链路层主要职责是控制相邻系统之间的物理链路，传送数据以帧为单位，规定字符编码、信息格式，约定接收和发送过程，在一帧数据开头和结尾附加特殊二进制编码作为帧界识别符，以及发送端处理接收端送回的确认帧，保证数据帧传输和接收的正确性，以及发送和接收速度的匹配，流量控制等。

简言之数据链路层利用差错处理技术，提供高可靠传输的数据链路。

网络层：
网络层控制分组传送操作，即路由选择，拥塞控制、网络互连等功能，根据传输层的要求来选择服务质量，向传输层报告未恢复的差错。

网络层传输的信息以报文分组为单位，它将来自源的报文转换成包文，并经路径选择算法确定路径送往目的地。

网络层协议。

第3章 物 理 层31式中，n 是在一定时间内系统传输的码元总数；n e 是在相同时间内传输中产生差错的码 元数。

（2）误比特率。

在系统传输中发生差错的比特数占传输总比特数的比例称为误比特率。

记为n p n b b lim Ğ→= 式中，n 是在一定时间内系统传输的比特总数；n b 是在同一时间内传输中产生差错的比 特数。

对于二进制数据信号，误码率和误比特率相等。

而对于多进制数字信号，其误码率总是大于等于误比特率。

3.2 物理层概述3.2.1 物理层的基本概念物理层通常不是指连接计算机的具体物理设备，而是指在连接开放系统的传输介质上为上一层（指数据链路层）提供传送比特流的一个物理连接。

用OSI 的术语来说，物理层的主要功能就是为它的服务用户即数据链路层的实体在具体的传输介质上提供发送或接收比特流的能力。

这种能力具体表现为物理层要建立（或激活）一个连接，然后在整个通信过程中保持这种连接，当通信结束时，释放连接。

目前，可供计算机网络使用的物理设备和传输介质种类很多，特性各异，物理层的作用就在于要屏蔽这些差异，使得数据链路层不必去考虑物理设备和传输介质的具体特性，而只要考虑完成本层的协议和服务。

物理层的协议（面向通信的协议通常也称为通信规程）与具体的物理设备、传输介质及通信手段有关。

物理层的许多协议是在OSI 模型公布之前制定的，并为众多的厂商接受和采纳，当然这些物理层协议与OSI 的严格要求相比是有一定的差距的，因为它们既没有按照OSI 那样严格的分层来制定，也没有像OSI 那样将服务语言和协议规范区分开来。

因此，对物理层协议就不便利用OSI 的术语加以阐述，而只能将物理层实现的主要功能描述为与传输介质接口有关的4个特性,即机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

物理层就是通过这4个特性的作用，在数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）和数据电路终接设备（Data Circuit-Terminating Equipment，DCE）之间，实现物理通路的连接。

本文所有的习题均来自教师上课布置的题目和书上，答案是一家之言，仅供参考。

第一章计算机概论1.术语解释计算机网络网络拓扑结构局域网城域网广域网通信子网资源子网2.计算机网络的的发展可以划分为几个阶段？每个阶段各有什么特点？3.以一个你所熟悉的因特网应用为例，说明你对计算机网络定义和功能的理解。

4.计算机网络如何分类？请分别举出一个局域网、城域网和广域网的实例，并说明它们之间的区别。

5.何为计算机网络的二级子网结构？请说明它们的功能和组成。

6.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种？各自有何特点？试画出它们的拓扑结构图。

7.计算机网络具有哪些功能？8.目前，计算机网络应用在哪些方面？第二章网络体系结构与网络协议1.解释下列术语网络体系结构服务接口协议实体协议数据单元数据封装数据解封装2.在OSI参考模型中，保证端-端的可靠性是在哪个层次上完成的？CA．数据连路层B．网络层C．传输层D．会话层3.数据的加密和解密属于 OSI 模型的功能。

BA．网络层 B．表示层 C．物理层 D．数据链路层4.O SI 参考模型包括哪 7 层？5.同一台计算机之间相邻层如何通信？6.不同计算机上同等层之间如何通信？7.简述 OSI参考模型各层的功能。

8.简述数据发送方封装的过程。

9.O SI 参考模型中每一层数据单元分别是什么？10.在 TCP/IP协议中各层有哪些主要协议？11.试说明层次、协议、服务和接口的关系12.计算机网络为什么采用层次化的体系结构？13.试比较 TCP/IP 模型和 OSI 模型的异同点。

计算机网络为什么采用层次化的体系结构？【要点提示】采用层次化体系结构的目的是将计算机网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题。

通过“分而治之”，解决这些较小的、简单的问题，从而解决计算机网络这个大问题（可以举例加以说明）。

2.81．用生活中的实例说明面向连接的网络服务与无连接的网络服务解析：面向连接的网络服务与无连接的网络服务就相当于生活中的电话系统和普通邮政系统所提供服务。

《计算机网络（原理）》教学大纲一、课程概述《计算机网络》课程是当今计算机科学领域最重要的分支学科之一，它是研究计算机连结成网络的基本原理和方法手段，使计算机能够互联成网，进而实现计算机之间的软硬件资源共享、计算机之间信息的互通、实现数据的分布式存储和任务分布式处理。

在这基础上实现各种计算机网络应用，研究如何利用现有计算机网络协议实现各种新的应用，并为新的网络应用开发出新理论和新协议，对网络协议及网络性能进行改进和提高。

当今是信息网络化时代，因此这门学科其重要性是毋用置疑的。

《计算机网络》课程是计算机科学与技术和计算机应用专业的核心主干课程，它与《计算机组成原理》、《操作系统》、《计算机导论》、《编程基础》紧密关联，且比《计算机组成原理》和《操作系统》高一层次，与这两门科同等重要。

因为计算机网络是建立在计算机硬件的体系结构和软件的操作系统之上，所以必须以《计算机组成原理》和《操作系统》作为前导课程。

又因为《计算机网络》学科的内容随计算机网络技术的飞速发展而有非常大的变化，出现了很多新的内容和新的分枝课程，分枝出计算机网络的其它课程，如《局域网技术》、《广域网技术》、《Internet与Intranet》、《网页制作和网站组建》、《网络应用编程》、《多媒体网络技术》、《网络安全技术》、《网络信息安全》、《网络工程》、《网络系统集成与管理》等。

这些课程有些是内容相对陈旧，有些有内容上的重复，总体上计算机网络课程和内容可分为五部分：（1）《计算机网络原理》或《计算机网络》，主要内容是计算机网络分层的体系结构，ISO的七层模型，计算机网络中的基本概念，计算机网络功能实现的原理，TCP/IP协议，应用层的协议及实现原理，网络安全的基本常识等。

（2）《网络系统集成与管理》、《网络的组建》或《网络工程》：主要内容是网络工程，网络系统的规划、设计与实现，网络设备（交换机、路由器、服务器等）的安装与配置，网络的布线，网络操作系统选定与服务的安装与配置，网络安全配置等。

第2章物理层27 为与传输媒体接口有关的4个特性，即机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

物理层就是通过这4个特性的作用，在DTE和DCE之间实现物理通路的连接的。

2.1.2 物理层的接口特性物理层协议实际上是DTE和DCE之间的一组约定。

这组约定规定了DTE与DCE之间标准接口的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

DTE（Data Terminal Equipment）是数据终端设备的英文缩写，它是一种具有一定的数据处理能力并且可以转发数据的设备，具有根据协议控制数据通信的功能。

该设备不仅可以是数据源或数据宿，也可以既是数据源又是数据宿。

DTE是对属于用户所有的组网设备或工作站的总称。

由于多数数据处理设备的数据传输能力有限，因而必须在数据处理设备与传输线路之间嵌入一个中间设备，这个中间设备称为数据电路终接设备（Data Circuit Terminating Equipment，DCE）。

该设备的作用是在DTE和传输线路之间提供信号调换以及保持和释放数据链路的连接。

DCE属于网络设备，调制解调器是典型的DCE。

DTE与DCE的连接效果如图2.1所示。

图2.1 DTE与DCE的连接DTE/DCE接口是DTE与DCE之间的界面，这个界面上设有多条信号线和控制线。

为了减轻数据处理设备用户的负担，同时使不同厂家生产的产品能够互换或互通，DTE/DCE接口必须是标准化的。

标准化的DTE/DCE接口包括以下4个方面的特性。

1．机械特性DTE/DCE标准接口的机械特性涉及接口界面的物理结构，机械特性是对连接器（包括插头及插座的形状和尺寸，插针或插孔的数目及其排列，固定或锁定装置等）做出详细的规定。

在ISO标准中，涉及DTE/DCE接口机械特性的标准如下。

●ISO 2110连接器。

25芯DTE/DCE接口连接器，用于串行和并行音频调制解调器、公用数据网接口、电报（包括用户电报）接口和自动呼叫设备。

●ISO 2593连接器。

物理层（1）接⼝特性、数据通信模型、奈⽒准则、⾹农定理⼀、物理层接⼝特性 物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据⽐特流，⽽不是具体的传输媒体。

物理层主要任务是确定与传输数据有关的特性（定义标准）。

物理层定义的标准： 1）机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采⽤的规格、接⼝形状、引脚数⽬、引脚数量和排列情况。

2）电⽓特性：定义传输⼆进制位时，线路上信号的电压范围、传输速率和距离限制等。

3）功能特性：指某条线路上的电平表⽰何种意义，接⼝部件的信号线的⽤途。

（描述⼀个物理层接⼝引脚处于⾼电平时的含义） 4）规程特性：定义各条物理线路的⼯作规程和时序关系。

⼆、数据通信系统模型 数据通信系统的基本组成⼀般包括发送端、接收端以及收发两端之间的信道三个部分。

如图： 信息源是信息或信息序列的产⽣源，它泛指⼀切发信者，可以是⼈也可以是机器设备，能够产⽣诸如声⾳、数据、⽂字、图像、代码等电信号，信息源发出信息的形式可以是连续的，也可以是离散的。

发送设备把信息源发出的信息变换成便于传输的形式，使之适应于信道传输特性的要求并送⼊信道的各种设备。

信道是指传输信号的通道。

根据传输媒介的不同，可分为有线信道（电缆、光纤等）和⽆线信道（微波、卫星），只经信道经码⽽不经调制就直接送到电缆去传输的数字信号称为数字基带信号，经调制后的信号称为频带信号。

信道噪声，可能是进⼊信道的各种外部噪声，也可能是通信系统中各种电路、器件或设备⾃⾝产⽣的内部噪声。

接收设备接收从信道传输过来的信息，并转换成信息宿便于接收的形式，功能与发送设备的功能刚好相反。

信息宿是接收发送端信息的对象，它泛指⼀切信息接收者。

按照信道中所传输信号的不同形式，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统，如图是数字通信系统模型： 信源编码的主要功能是把语⾳、⽂字、图像等模拟信号转换成数字信号，即模/数（A/D）转换。

信道编码是将数字信号转换成与调制⽅式和传输信道匹配的形式，降低传输误码率，提⾼传输的可靠性。