第3章物理层.

计算机网络原理（4741）第三章物理层本章主要内容•物理层接口与功能•传输介质•数据通信技术•调制与编码•数据交换技术基础一、串讲•物理层定义：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活、保持和去除提供机械的、电气的、功能性和规程性的手段。P29•DTE:：数据终端设备，对属于用户所有的联网设备或工作站的统称，如计算机、终端等。P29•DCE：数据通信设备，为用户提供入网连接点的网络设备的统称，如调制解调器。P29•物理信道的特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。P29•电气特性分三种：P301，非平衡方式（非平衡发送器+接收器+1导线+1地线）2，采用差动接收器的非平衡方式（非平衡发送器+差动接收器+1导线+2地线）3，平衡方式（平衡发送器+差动接收器+2导线+2地线）。P31•功能特性分四类：数据信号线、控制信号线、定时信号线、接地线。P31•规程特性规定了使用（交换电路）进行数据交换的控制步骤P31•EIA（美国电子工业协会）RS-232C，：提供了利用公用电话网络作为传输介质，通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定。P32•RS-422（平衡方式），RS-423（采用差动接收器的非平衡方式）P34•X.21机械特性采用15芯标准P35•100系列标准电气特性采用（V.28）（V.35）建议；200系列采用（V.28）建议（P35）•X.21的设计目标是（减少）信号线的数目字更长的距离上进行更（高速率）的数据传输（P35）•有线介质：双绞线、同轴电缆、光纤。P36•无线介质：无线电波、微波、红外线、激光、卫星通信。P36•同轴电缆分基带同轴电缆（阻抗50欧，支持百台设备）和宽带同轴电缆（阻抗75欧，支持千台设备）。P36•光纤：多模是发光二极管LED，注入型激光二极管ILD是单模P37。•有线双绞线无屏蔽UTP和屏蔽STPP36•同轴电缆基带、宽带P316（如CATV）单根同轴电缆直径1.02-2.54厘米P37•传输距离取决于传输的信号形式和传输速率P37•光纤多模（可见光）、单模（激光）P37•0.85微米波长区（0.8-0.9微米）单模、1.3微米（1.25-1.35）两种、1.55（1.53-1.58）多模光纤通信方式P38•无线频率低到高无线电波/微波/红外线/可见光P38•蜂窝移动通信网的设计，设计OSI参考模型的三层分别为（物理层）（数据链路层）（网络层）（P39）•传输介质选择取决因素：（拓扑）（容量）（可靠性）（价格）（P41）•数据传输速率：是指每秒能传输的二进制信息位数，单位为位/秒(bps)。R=1/T*log2N（bps）P42•信号传输速率（调制速率）：表示单位时间内通过信道传输的码元个数。B=1/T（Baud）P42•信道容量：表征一个信道传输数据的能力，单位为位/秒（bps）。•信道容量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，数据传输速率表示实际的数据传输速率。P43•奈奎斯特公示：C=2*H*log2N（bps），P43•香农公式：C=H*log2(1+S/N)（bps）(H：信道带宽，S/N：信噪比)P43•误码率=出错数(Ne)/总数(N)（误码率）是二进制数据位传输时出错的概率，可靠性指标（P44）•通信方式有并行串行（P44）；串行通信的方向性结构有单工半双工全双工P45•调制解调器将（数字数据）调制转换成（模拟信号），将（模拟信号）解调还原成（数字数据）（P46）•调制解调器：数字转模拟，CODEC：模拟转数字•数据转换成信号的过程称为（调制），信号还原成数据的过程称为（解调）（无）•模拟信号利用（放大器）增强能量P46，数字信号利用（中继器）扩大距离（P47）•数据通信：是一种通过计算机或其他数据装置与通信线路，完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。P47•多路复用技术：频分多路复用FDM，时分多路复用TDM，波分是频分的变形。P47•FDM：物理信道分为若干子信道，同时传送若干信号。P47•TDM：物理信道按时间片轮流分给多个信号使用。P48•频分多路复用FDM同时发送多路信号（带宽超过单个）•时分多路复用TDM时间片轮流分信号（介质超过单个）•波分多路复用WDM光纤•T1/E1载波（P49）编码效率开销率•T1PCM/TDM193位，24路，7位编码，1位同步，1.544Mbps24×7/193=87%25/193=13%•E1PCM256位，30路，8位信令，8位同步，2.048Mbps30×8/256=93.8%16/256=6.3%•实现字符或数据块之间在起止时间上同步的常用方法有异步传输和同步传输两种P50•同步：时间片预先分配且固定•异步：时间片动态分配•（P51）数字数据的编码表示（图3-20）•基带传输的同步：位同步和群同步P52•位同步又分为外同步法和自同步法P52•曼彻斯特编码中间位跳变：低到高中间位跳变：高到低P52•差分曼彻斯特开始位跳变：有跳变开始位跳变：无跳变P52•对模拟数据进行数字信号编码最常用的方法是（脉码调制PCM）（P53）•模拟信号转化为数字信号的转换过程可包括（采样）（量化）（编码）三个步骤（P54）•P55调制解调器作用•传输线路存在三个主要问题：衰减、延迟畸变、噪声P56•ADSL将本地贿赂是那个可供使用的频谱分成三个频段：（POTS）（上行数据流）（下行数据流）（P61）•非对称数字用户线路ADSL允许的速度下行速度/上行速度,ADSL标准8Mbps1Mbps供应商标准512Kbps64Kbps供应商高级1Mbps256Kbps（P61）•电路交换三个过程：（电路建立）（数据传输）（电路拆除）（P63）•字长=log2N•分组交换网分为虚电路和数据报两种P65简答•简述群同步传输的工作过程。（P53）•群同步是靠起始位和停止位来实现字符的定界及字符内比特的同步的。接收端靠检测链路上由空闲位或前一字符停止位到该字符起始位的下降沿和来获知一个字符的开始，然后按收、发双方约定的时钟频率对约定的字符比特数进行逐位接收，最后以约定算法进行差错检测，完成一个字符的传输。•简述电路交换的特点。（P64）优点数据传输可靠、迅速不丢失且保持原序列电路利用率高通信量大时仍可接收可发送多目的地可速度和代码转换缺点电路空闲时信道浪费传输时间不长时，电路建立和拆除所用时间得不偿失不能实时或交互式通信经过网络延时长且不定不能用于语音或交互式终端适用高质量、大数据•简述信道容量与数据传输速率的区别。（P43）信道容量：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数据传输速率：实际的数据传输速率•简述报文交换方式的特点。（P64）优：电路利用率高通信量大时仍可接收可发送多目的地可速度和代码转换缺：不能实时或交互式通信经过网络延时长且不定不能用于语音或交互式终端适用高质量、大数据•简述数据报分组交换方式的工作原理。（P66）•当某一站点要发送一个报文时，先把报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，一次发送到网络节点上。此后，各个节点根据网络流量、故障等情况为各数据报选择不同的路径。因此，各个数据报不能保证按书序到达目的地，有的数据报甚至会在途中丢失。对到达的数据报要重新按原来的顺序进行排序。•简述使用虚电路方式，从H1站发送一个或多个报文到H3站的过程。（P65）•简述光纤的特点。（P38）•频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减少、能电磁隔离、误码率低，适宜在长距离内保持高数据传输率，能提供很好的安全性。二、本章主要填空题•1、_______________的主要功能是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。(物理层)P29•2、在物理层中，数据电路终接设备、数据通信设备等为用户提供入网连接点的网络设备统称为•_______________。(DCE)P29•3、DTE与DCE的连接方式采用差动接收器的非平衡方式，其信号速率最大可达____________________。•(300Kbps)P31•4、RS-232C的电气特性规定逻辑“1”的电平为-15伏至______________________。(-5伏)P32•5、RS-449标准的电气性有两个标准，分别是平衡式的RS-422标准和非平衡式的______________________•标准。(RS-423)P34•6、双绞线可分为两种，即____________________双绞线和屏蔽双绞线。(无屏蔽)P36•7、在计算机通信与网络中，广泛采用的同步方法有_________________和群同步两种。(位同步)P52•8、实现位同步的方法可分为外同步法和__________________两种。(自同步法)P52•9、对模拟数据进行数字编码最常用的方法是__________________。(脉码调制PCM)P53•10、ITU对DTE-DCE的接口标准有V系列和__________________两大类建议。(X系列)P35•11、__________________标准制定使用V.24/V.28接口，是对X.21的补充。(x.21bis)P35•12、__________________是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数•据位传输时出错的概率。(误码率)P44•13、传输介质的选择取决于以下诸因素：网络拓扑结构、___________________、可靠性要求、能承受的价格范围。(实际需要的通信容量)P41•14、物理层的__________________规定了使用电路进行数据交换的控制步骤。(规程特性)P31•15、物理层的__________________对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及其排列形式做了详细的规定。(机械特性)P30•16、闭路电视使用的CATV电缆是_________________。(宽带同轴电缆)P37•17、用电路交换技术完成数据传输要经历电路建立、___________________、电路拆除三个过程。(数据传输)P63•18、光源采用发光二极管LED，电流通过时产生可见光，通过在光纤石英玻璃介质内不断反射而向前传播，这种光纤称为________________。(多模光纤)P37•19、模拟传输系统用放大器来增强信号中的能量，数字信号为了获得更大的传输距离，可以使用_________________。(中继器)P46-47•20、ADSL将本地回路上可供使用的频谱分成三个频段：____________________、上行数据流、下行数据流。(POTS)P61•21、_________________使用具有波长发射和控制功能的交换功能模块取代了传统的外围光开关交换网络。(无交互式光路由器)P67三、本章课后作业及答案•1．物理层协议包括哪些内容？•包括：EIARS232C接口标准、EIARS449及RS-422与RS-423接口标准、100系列和200系列接口标准、X.21和X.21bis建议四种。•RS232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通信。•RS-449有二个标准的电子标准：RS-422(采用差动接收器的平衡方式)与RS-423(非平衡方式)•这些标准重新定义了信号电平，并改进了电路方式，以达到较高的传输速率和较大的传输距离。•100系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为：200bps~9600bps时，采有V.28建议；当传输速率为48Kbps时，采用34芯标准连接器。200系列接口标准则采用25芯标准连接器。•X.21是一个用户计算机的DTE如何与数字化的DCE交换信号的数字接口标准，以相对来说比较简单的形式提供了点-点的信息传输，通过它能够实现完全自动的过程操作，并有助于消除传输差错。•2．比较RS-232与RS-449的电气特性。•RS-232规定逻辑“1”的电平为：-15~-5，逻辑“0”的电平为+5~+15。两设备的最大距离也仅为15米，而且由于电平较高，通信速率反而