考研 计算机网络 第二学时 物理层
计算机网络-物理层知识点整理
计算机网络-物理层知识点整理●2.1 物理层的基本概念●物理层考虑的是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●物理层的作用是尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异●用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)●物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性●机械特性●指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等●电气特性●指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围●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●过程特性●指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序●2.2 数据通信的基础知识 #重点●2.2.1 数据通信系统的模型一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统（发送端、发送方）、传输系统（传输网络）、目的系统（接收端、接收方）●源系统●源点●源点设备产生的数据●又称信源或源站●发送器●将源点产生的数字比特流进行编码以便在传输系统中传输●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●目的系统●接收器●接收传输系统传送过来的信号，转换为能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数字比特流●又称信宿或目的站●2.2.2 有关信道的几个基本概念●数据、信号的不同种类●数据●数据是运送消息的实体●信号●信号是数据的电气或电磁的表现●模拟数据●模拟数据是由传感器采集到的运送消息的模拟信号的集合，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像●模拟信号●亦称连续信号，代表消息的参数的取值是连续的●基带信号●来自信号源的信号，即基本频带信号●带通信号●即经过载波调制后的基带信号。
载波调制是把基带信号的频率范围搬移到较高频段，并转换为模拟信号，以便在模拟信道中传输●数字数据●数字数据是模拟数据经量化后得到的数字信号的集合，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据●数字信号●亦称离散信号，代表消息的参数的取值是离散的●码元●在使用时间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是码元●通信方式●按数据传输的方式分类●串行传输●数据在传输中只有1个数据位在设备之间进行的传输。
计算机网络第三版课后习题答案
计算机网络第三版课后习题答案计算机网络第三版课后习题答案计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分，它连接了世界各地的人们并促进了信息的传递和共享。
而对于学习计算机网络的人来说，课后习题是检验自己对所学知识的理解和掌握程度的重要途径。
本文将为大家提供《计算机网络第三版》的部分课后习题答案，希望能够对大家的学习有所帮助。
第一章：导论1. 答案：计算机网络是指将地理位置不同的计算机和其他设备通过通信线路连接起来，以便实现数据和信息的传输和共享的系统。
2. 答案：计算机网络的主要优点包括资源共享、高效的数据传输、灵活性和可靠性。
3. 答案：计算机网络的分类可以从不同的角度进行，常见的分类包括局域网、城域网、广域网和互联网。
第二章：物理层1. 答案：物理层主要负责将比特流转化为电信号，并通过传输介质进行传输。
2. 答案：物理层的主要功能包括数据的传输、数据的同步、数据的编码和解码等。
3. 答案：常见的物理层传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。
第三章：数据链路层1. 答案：数据链路层的主要功能包括将物理层传输的比特流转化为数据帧，并通过链路进行传输。
2. 答案：数据链路层的主要协议包括以太网、令牌环和点对点协议等。
3. 答案：数据链路层的主要技术包括流量控制、差错控制和访问控制等。
第四章：网络层1. 答案：网络层的主要功能包括将数据链路层传输的数据帧转化为数据包，并通过网络进行传输。
2. 答案：网络层的主要协议包括IP协议、ICMP协议和路由协议等。
3. 答案：网络层的主要技术包括路由选择、拥塞控制和分组转发等。
第五章：传输层1. 答案：传输层的主要功能是为应用层提供可靠的端到端的数据传输服务。
2. 答案：传输层的主要协议包括TCP协议和UDP协议等。
3. 答案：传输层的主要技术包括流量控制、差错控制和拥塞控制等。
第六章：应用层1. 答案：应用层是最靠近用户的一层，主要负责为用户提供各种网络应用服务。
《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
《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。
《计算机网络》课程标准【计算机科学与技术专业】(20130522)
·《计算机网络》课程标准适应专业：计算机科学与技术系计算机科学与技术专业所属教研室：网络工程教研室课程编号：课程名称：计算机网络(Computer Networks)课程类型：专业核心课学时学分：48学时（3学分）一、课程概述（一）课程性质。
《计算机网络》是计算机科学与技术专业核心课，是一门理论与实践相结合的课程，计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合而形成的新的技术领域是当今计算机界公认的主流技术之一，也是迅速发展并在信息社会中得到广泛应用的一门综合性学科。
作为计算机科学与技术专业学生应该了解并掌握一定程度的计算机网络与数据通信的知识及应用。
《计算机网络》是计算机各本科专业教学中的一门重要专业核心课，在教学计划中占有重要地位和作用。
本课程的教学目的使学生能够在已有的计算机基础知识等基础上，对网络技术有一个系统的、全面的了解；理解计算机网络的体系结构和基本原理，尤其是TCP/IP协议簇和IEEE 802系列，培养实际动手能力，使学生能充分运用并掌握科学的现代化网络管理方法和手段，为本专业服务，为今后能够迅速地适应社会各方面管理工作的需要服务，为Internet开发与管理和局域网的组建、规划和管理打下良好基础，从而为社会培养高素质的现代化信息管理人才。
《计算机导论》等课程是《计算机网络》的先修课程，而《网络互联与路由技术》、《无线传感器网络》、《网络工程》等课程是它的后续课程。
（二）基本理念。
1.全面贯彻党的教育方针，准确把握本门课程在人才培养方案中的作用和地位，教学内容、方法、手段的选择必须以培养新时期为安徽服务的计算机专业人才的目标和要求为依据。
2.要坚持学生为主体，教师为主导的教学理念。
全程渗透素质教育、创新教育和个性化教育等现代教育思想和观念。
教学重在启发，贵在引导，授之以“渔”。
突出学生学习的主体地位，充分发挥学生的积极性和学习潜能，形成适合自己的个性化学习方法，提高学习效率和学习水平。
物理层的基本概念
物理层的基本概念
物理层是计算机网络体系结构中的第一层，也是网络通信的最底层。
它负责通过物理媒介传输比特流，将数据从发送方传输到接收方。
以下是物理层的几个基本概念：
1. 媒体传输：物理层负责选择合适的物理媒介，如铜线、光纤或无线电波，来传输数据。
不同的物理媒介具有不同的传输速率和传输距离限制。
2. 数据编码：在物理层中，数据需要经过适当的编码方式转换为比特流。
常见的编码方式包括不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
3. 时钟同步：为了确保数据的正确传输，发送方和接收方的时钟需要保持同步。
物理层负责确保数据以正确的速率和时序传输。
4. 数据传输模式：物理层定义了数据的传输模式，可以是单工模式、半双工模式或全双工模式。
单工模式只允许数据在一个方向上传输，半双工模式允许数据在两个方向上交替传输，全双工模式允许数据在两个方向上同时传输。
5. 物理地址：物理层使用物理地址来唯一标识网络中的设备。
这些地址通常由网络适配器（网卡）提供，如MAC地址。
6. 基带与宽带传输：基带传输指的是将原始比特流直接传输到物理媒介上，适用于短距离数字通信。
宽带传输则指的是将数
据进行调制，转换为模拟信号再进行传输，适用于长距离传输和高速信号传输。
物理层的主要任务是确保数据在发送方和接收方之间可靠、高效地传输。
它提供了一些基本的传输机制和规范，为更高层的网络协议提供可靠的通信基础。
计算机网络(第二版)课后习题答案
计算机网络(第二版)课后习题答案计算机网络(第二版)课后习题答案一、绪论计算机网络是指在多个计算机之间传输数据和共享资源的系统。
随着互联网的普及和发展，计算机网络已经成为现代社会中不可或缺的组成部分。
本文将回答《计算机网络(第二版)》课后习题，并提供详细的解答。
二、物理层1. 什么是物理层？物理层的任务是什么？物理层是计算机网络模型中的第一层，主要负责传输比特流。
其任务包括确定物理传输媒介的规范、数据的编码认证、物理连接的建立和维护等。
2. 传输媒介可分为哪几种类型？各有什么特点？传输媒介可分为有线传输媒介和无线传输媒介两种类型。
有线传输媒介包括双绞线、同轴电缆和光纤等，其特点是传输速度快、传输距离较长、抗干扰能力强。
无线传输媒介包括无线电波和红外线等，其特点是灵活性高、易于扩展和部署，但传输速度和距离受到限制。
3. 什么是调制和解调？其作用是什么？调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调是将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制和解调的作用是在发送端将数字数据转换为适合在传输媒介上传输的模拟信号，然后在接收端将模拟信号转换为可被计算机理解的数字数据。
4. 什么是信道复用？常见的信道复用技术有哪些？信道复用是指通过合理地利用通信线路，将不同用户的数据流合并在一起传输的技术。
常见的信道复用技术包括频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）等。
三、数据链路层1. 数据链路层有哪些基本的功能？数据链路层的基本功能包括封装成帧、物理寻址、错误检测和流量控制等。
封装成帧将网络层交付的数据分成适当的数据帧进行传输；物理寻址通过物理地址标识源和目的设备；错误检测使用帧检验序列等方法检测传输中的错误；流量控制通过控制数据的发送速率来保证接收端能够正确接收数据。
2. 什么是差错控制？常见的差错检测技术有哪些？差错控制是指在数据传输过程中采取一定的机制来检测和纠正传输中发生的差错。
常见的差错检测技术有纵向奇偶校验、循环冗余检验（CRC）和海明码等。
物理层的定义
物理层的定义物理层是计算机网络体系结构中的第一层，主要负责传输原始的比特流。
它位于整个网络体系结构的最底层，为上层提供了可靠的传输媒介。
物理层的主要任务是将比特流从发送方传输到接收方。
在这个过程中，物理层负责将比特流转换为电信号，并通过传输介质传输到接收方。
为了确保传输的可靠性，物理层还负责处理传输介质中的噪声和干扰，并提供错误检测和纠正机制。
物理层的工作原理可以分为两个方面：信号的表示和传输介质的选择。
信号可以是模拟信号或数字信号，它们分别使用不同的编码方式进行表示。
传输介质有许多种类，包括双绞线、同轴电缆、光纤等，每种传输介质都有其特定的优缺点，需要根据实际需求进行选择。
在进行信号表示时，物理层通过将比特流转换为电信号来实现。
对于模拟信号，物理层通过调制技术将比特流转换为连续的模拟信号。
而对于数字信号，物理层通过编码技术将比特流转换为离散的数字信号。
在选择传输介质时，物理层需要考虑传输速率、传输距离、抗干扰能力等因素。
传输速率是指单位时间内传输的比特数，它决定了网络的传输能力。
传输距离是指信号能够传输的最远距离，它决定了网络的覆盖范围。
抗干扰能力是指传输介质对外界干扰的敏感程度，它决定了网络的稳定性和可靠性。
除了信号表示和传输介质选择，物理层还包括了数据的同步和时钟的同步。
数据的同步是指发送方和接收方之间的时钟同步，确保数据能够按照正确的速率传输。
时钟的同步是指网络中各个节点之间的时钟同步，确保数据能够按照正确的顺序传输。
在物理层的实现中，常用的设备有中继器、集线器和调制解调器等。
中继器是物理层设备中最简单的一种，它的主要功能是将信号从一个传输介质转发到另一个传输介质上。
集线器是中继器的一种扩展，它可以将多个设备连接在一起形成一个局域网。
调制解调器是用于模拟信号和数字信号之间的转换，它在网络中起到了桥接的作用。
物理层是计算机网络体系结构中的基础层，负责将比特流从发送方传输到接收方。
它通过信号表示和传输介质选择来实现数据的可靠传输，并通过同步机制来确保数据的正确传输顺序。
03 物理层概述、数据通信、传输介质
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计算机网络技术基础
人民邮电出版社
屏蔽双绞线
优点
传输质量较高；电缆尺寸和重量与UTP相当。
缺点
安装不合适有可能引入外界干扰；成本较高。
2、同轴电缆
同轴电缆由两个导体组成，是一个空心圆柱 形网状导体围裹着一个实心导体的结构。
光纤的特点
传输特性：数据传输率可达几千Mb/s，传输 距离达几千米。 连 通 性：普遍用于点到点的链路。 地理范围：6km～8km的距离内不用中继器传 输。 抗干扰性：不受电磁波干扰或噪声影响。 价 格：目前价格较高，但随着技术的改 进会大幅下降。
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计算机网络技术基础
人民邮电出版社
无线传输介质
计算机网络技术基础 人民邮电出版社
DTE
DCE
DTE 2 3 4 5 8 7 6 20 （b）近程连接
DTE 2 3 4 5 8 7 6 20
1 2 3 4 5 8 7 6 20
（a）远程连接
1 2 3 4 5 8 7 6 20
EIA RS-232-C接口的物理特性
两个DTE通过DCE进行通信的例子
人民邮电出版社
信道容量
2、香农公式 香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪 比越大，则信息的极限传输速率就越高。只要信 息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一 定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 由于码元传输速率受奈氏准则的制约，所以 要提高信息的传输速率，就必须设法使每一个码 元能携带更多个比特的信息量。这就需要采用多 元制（又称多进制）的调制方法。
DTE-A 信号线与控制线 DCE-A 调制解调器 EIA-232/V.24 接口 用户环境 用户设施
计算机网络原理 物理层的基本概念
计算机网络原理物理层的基本概念
物理层为传输二进制比特流数据而建立、连接、释放物理连接提供机械的、电气的、功能的、规程性的特性。
这种物理连接可以通过中继系统，每次都在物理层内进行二进制比特流数据的编码传输。
这种物理连接允许进行全双工或者半双工的二进制比特传输的通信方式。
物理层服务数据单元（即二制比特流）的传输可通过同步方式进行。
物理层向上毗邻数据链路层，向下直接与传输介质相连接。
它起着数据链路层和传输介质之间的逻辑接口作用。
通信子网分为点到点通信线路通信子网与广播信道通信子网：广域网主要采用点到点通信线路；局域网与城域网一般采用广播信道。
由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点-点通信线路，另一类是基于广播信道。
物理层考虑的是如何在传输媒体上传输数据比特流，而不是传输媒体或物理设备本身。
物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的4个特性：
●机械特性接口的形状、尺寸、引线数目、排列顺序等。
●电气特性接口电缆上各线的电压范围。
●功能特性指明某条线上某一电平的电压代表何种意义。
●规程特性指明各种可能事件的出现顺序。
计算机网络知识精讲 第二章 物理层
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。
计算机网络习题集(第二章 物理层)
第二章物理层练习题一、填空题1从双方信息交互的方式来看，通信有以下三个基本方式：（）通信、（）通信和（）通信。
(第二章物理层知识点: 通信的方式答案: 单工、半双工、全双工。
)2 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率为每秒（）个码元。
(第二章物理层知识点: 信道的容量答案:2)3 为了提高信息的传输速率，就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量，即采用（）的调制方法。
(第二章物理层知识点:信道的信息传输速率答案:多进制)4 常用的传输介质有（）、（）、（）和（）。
(第二章物理层知识点:传输媒体答案: 双绞线、同轴电缆、光纤、无线5 物理层的主要任务是确定与传输介质有关的特性，即（）特性、（）特性、（）特性和（）特性。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案: 机械、电气、功能、规程)6常用的物理层标准有（）、（）。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案: RS-232、X.21)7 物理层的任务就是透明地传送( )。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案: 比特流)8 物理层上所传数据的单位是( )。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案: 比特)9 （）特性用来说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。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案:机械特性)10 ( ) 特性用来说明在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围，即什么样的电压表示1或0。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案:电气特性)11 ( ) 特性说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案:功能特性)12 ( ) 特性说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
(第二章物理层知识点:物理层的主要任务答案:规程特性)13 ( ) 通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
(第二章物理层知识点: 通信的方式答案: 单工)14 ( ) 通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。
《计算机网络》谢希仁第二章物理层复习资料
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(第二版)课件：物理层
3.1 物理层概述 3.2 传输介质 3.3 物理层协议举例 3.4 ADSL技术
3.1 物理层概述
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、保持和拆 除提供机械的、电气的功能特性和规程特性的 手段。
特别要指出的是，物理层并不是指连接计算 机的物理设备或具体的传输媒体，而是指在物 理媒体上的为上一层（数据链路层）提供一个 传输原始比特流的物理连接。
无线电 微波 红外线
X 射线
γ射线
可见光 紫外线
3.2.3 无线传输介质
1．无线电波通信 2．微波通信 3．红外通信
3.2 传输介质
3.2.1 传输介质的特性 3.2.2 有线传输介质 1．双绞线 2．同轴电缆 3．光缆 4．有线传输介质的比较 3.2.3 无线传输介质
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3.3 物理层协议举例
3.4 ADSL技术
3.4.2 ADSL基本原理
ADSL使用普通电话线作为传输介质，虽然 传统的MODEM也是使用电话线传输的，但 它只使用了0～4kHz的低频段，而电话线理 论上有接近2MHz的带宽，ADSL正是使用了 26kHz以后的高频段。经ADSL MODEM编 码后的信号通过电话线传到电话局后再通过 一个信号识别分离器，如果是语音信号就传 到交换机上，如果是数字信号就接入Internet。
3.1 物理层概述
物理层协议主要包括机械、电气、功能和规程4个 特性。
（1）机械特性。定义接口部件的形状、尺寸、规 格、引脚数量和排列顺序等。
（2）电气特性。定义接口部件的信号高低、脉冲 宽度、阻抗匹配、传输速率和传输距离等。
（3）功能特性。定义接口部件的引脚功能、数据 类型和控制方式等。
（4）规程特性。定义接口部件的信号线在建立、 维持、释放物理连接和传输比特流时的时序。
数据通信与计算机网络第五版（习题答案）——第二章物理层
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。
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第二章作业参考答案2-01 物理层要解决什么问题？物理层的主要特点是什么？（1）物理层要解决的主要问题：①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。
②物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。
（2）物理层的主要特点：①物理层确定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，因此物理层的协议种类较多。
2-05物理层的接口有哪几个特性？各包含什么内容？答：（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
（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。
2-08 假定要用3kHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应该具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示），这个结果说明什么问题？解：由香农公式C=Wlog2（1+S/N）其中W=3khz，C=64kb/s可以计算出（用比值）：S/N=221-1=2.64×106或用分贝表示：信噪比（dB）=10log10（S/N）=10log10（2.64×106）＝64.2dB此结果说明：即使在无差错传输电话信道上要达到64kb/s的数据速率，对信噪比要求也很高。
2-10 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？答：常见的传输媒体有以下几种：1.双绞线特点：①可以传输模拟信号和数字信号；②双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高；③因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。
2.同轴电缆特点：①在局域网发展初期被广泛采用；②具有很好的抗干扰性能。
3.光导纤维特点：①传输损耗小，可实现长距离传输；②直径小、质量轻；③传播速率高、通信容量大；④抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好、误码率低。
计算机网络课后习题答案：第2章 物理层
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）。
计算机网络物理层简答题
计算机⽹络物理层简答题1.物理层接⼝有哪⼏⽅⾯的特性及其所包含的内容
答：①机械特性：说明接⼝所⽤的接线器的形状和尺⼨、引线数⽬和排列、固定和锁定装置等。
②电⽓特性：指明在接⼝电缆的各条线上出现的电压范围。
③功能特性：指明某条线上出现的某⼀电平的电压表⽰何意。
④规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2.为什么要使⽤信道复⽤技术、常⽤的信道复⽤技术
答：通过共享信道、最⼤限度提⾼信道利⽤率。
常⽤的信道复⽤技术有：频分、时分、码分、波分。
3.分层的特点（好处）
答：①各层之间是独⽴的
②灵活性好
③结构上可分割开来
④易于实现和维护
⑤能促进标准化⼯作
4.试从多⽅⾯⽐较电路交换、报⽂交换和分组交换的主要优缺点
答：①电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送⼤量数据效率⾼。
②报⽂交换：⽆需预约传输带宽，动态逐段利⽤传输带宽对突发式数据通信效率⾼，通信迅速。
③分组交换：具有报⽂交换之⾼效、迅速的要点，且各分组⼩，路由灵活，⽹络⽣存性能好。
2计算机网络物理层试题
（一）通信基础1．信道、信号、带宽、码元、波特、速率等基本概念2．奈奎斯特定理与香农公式3．信源与信宿4．编码与调制（二）传输介质1．双绞线、同轴电缆、光纤与无线介质2．物理层接口的特性（三）物理层设备1．中继器：又称转发器,作用是将信号放大并整形再转发出去,以消除信号由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减,使信号的波形和强度达到所需要的要求.工作在物理层,所以不能连接2个具有不同链路层协议的局域网.现在中继器的功能已经被组合到集线器和交换机等设备中. 2．集线器hub：主要功能是对接收到得信号进行再生、整形、放大,以扩大网络的传输距离.工作在物理层,相当于一个多口的中继器.重难点：1．波特和比特/秒的关系2．奈奎斯特定理与香农公式3．调制技术、编码方式和PCM4．中继器和集线器的功能和特点练习：一个带宽为4kHZ,信噪比为30dB,计算该信道的极限信息传输速率信噪比〔dB〕=10 log10<S/N>=30 dBS/N=1000 根据香农公式求出结果脉冲编码调制的过程1．常用的通信有线介质包括双绞线、同轴电缆和〔C〕.A>微波 B>红外线 C>光纤 D>激光2．当数字信号在模拟传输系统中传输时,在发送端和接收端分别需要〔A〕A>调制器和解调器B>解调器和调制器C>编码器和解码器 D>解码器和编码器3．调制解调器〔Modem〕的功能是实现〔D〕.A>数字信号的编码 B>数字信号的整形C>模拟信号的放大 D>数字信号与模拟信号的转换4.在计算机通信中,传输的是信号,把直接由计算机产生的数字信号进行传输的方式为〔A 〕传输.A>基带传输B>宽带传输 C>调制 D>解调5在网络中,将语音与计算机产生的数字、文字、图形与图像同时传输,将语音信号数字化的技术是〔B〕A．差分Manchester编码B．PCM技术C．Manchester编码D．FSK方法6 下面关于卫星通信的说法,错误的是〔C〕.A．卫星通信通信距离大,覆盖的范围广B．使用卫星通信易于实现广播通信和多址通信C．卫星通信的好处在于不受气候的影响,误码率很低D．通信费用高,延时较大是卫星通信的不足之处7 各种网络在物理层互联时要求〔A〕A.数据传输率和链路层协议相同B.数据传输率相同,链路层协议可不同C. 数据传输率可不同,链路层协议相同D. 数据传输率和链路层协议都可不同8 在下列多路复用技术中,〔B〕具有动态分配时隙的功能.A．同步时分多路复用B．统计时分多路复用C．频分多路复用D．波分多路复用9 在同一时刻,通信双方可以同时发送数据的信道通信方式为〔D〕.A．半双工通信Ｂ．单工通信Ｃ．数据报Ｄ．全双工通信10 某信道的信号传输率为1000Baud,若想令其数据传输率达到4kb/s,则一个信元所取的有效离散值个数是〔A〕〔有效离散值个数是指有多少个组合〕A.16B.8C.4D.211通常所说的ADSL是指〔A〕.A.上网方式B.电脑品牌C.网络服务商D.网页制作技术12 个人计算机通过线拨号方式接入因特网时,应使用的设备是〔B〕.A.交换机B.调制解调器C. 机D.浏览器软件13、以下不属于无线介质的是〔C〕A 激光B 电磁波C 光纤D 微波14．物理层的主要功能是实现〔A〕的正确的传输A、位流B、帧C、分组D、报文15 在OSI参考模型的层次中,〔A〕的数据传送单位是比特A、物理层B、数据链路层C、网络层D、传输层16 ．〔多选题：五选四〕数据通信中,频带传输时可采用〔〕技术的调制解调；基带传输的编码方式可采用〔〕；脉冲编码调制可采用〔〕技术；多路复用时可采用〔〕方法.〔 BCAE 〕A. PCMB. 相移键控法PSKC. 差分曼彻斯特编码D. CRCE. FDM.17、将物理信道的总频带宽分割成若干个子信道,每个子信道传输一路信号,这就是〔D〕.A.同步时分多路复用B.空分多路复用C.异步时分多路复用D.频分多路复用18.双绞线由两个具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起组成,这样可以〔 B 〕.A.降低成本B.降低信号扰的程度C.提高传输速度D.无任何作用19、通信系统必须具备的三个基本要素是〔C〕.A.终端、电缆、计算机B.信号发生器、通信线路、信号接收设备C.信源、信道、信宿D.终端、通信设施、接收设备20、在常用的传输媒体中,带宽最宽,信息传输衰减最小,抗干扰能力最强的传输媒体是〔D〕.A、双绞线B、无线信道C、同轴电缆D、光纤21香农定理描述了信道带宽与哪些参数之间的关系？〔A〕①最大传输速率②信号平均功率③噪声功率A〕①②③ B> ①② C> ①③ D> ②③。
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为了有效地利用传输线路，可将多个话路的 PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然后 发送到线路上。 中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群。 美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一 次群。
E1 的时分复用帧
CH0 CH1 CH15 CH16 CH17 CH31
数据通信系统
数字比特流
正文 PC 机
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
正文
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
几个术语
数据(data)——运送信息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。
“数字的”(digital)——取值是离散数值。
调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。
解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 放大器 调制器
PCM 编码器 模拟信号
模拟数据
数字信号
数字数据
调制器
模拟信号
数字数据
数字 发送器
数字信号
2.2 有关信号的几个基本概念
奈氏准则和香农公式 在数据通信系统中的作用范围
源系统
传输系统 目的系统
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器 发送的 信号
传输 系统
接收的 信号
接收器 输 出 数 据
终点
码元传输速率受 奈氏准则的限制 信息传输速率受 香农公式的限制
输 出 信 息
3 物理层下面的传输媒体
电信领域使用的电磁波的频谱
5 信道复用技术
5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 5.2 波分复用 5.3 码分复用
6 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH 7 物理层标准举例
7.1 EIA-232-E接口标准 7.2 RS-449接口标准
1 物理层的基本概念
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接 口的一些特性，即：
调幅 海事 无线电 无线电 波段
调频 移动 无线电 无线电 电视
LF
MF
HF
VHF UHF SHF
EHF THF
3.1 导向传输媒体（传输介质）
双绞线
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
V.90 56 kb/s 调制解调器
A/D
调制解调器使用异步通信方式
数据通信可分为同步通信和异步通信两大类：
同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。 发送端发送连续的比特流。 异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送 端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送 下一个字节。
…
2.048 Mb/s 传输线路
… … 时分复用帧 T
CH0 CH1
CH15 CH16 CH17 CH31
… 时分复用帧
8 bit
时分复用帧
t
CH0
CH1 CH2
…
CH15 CH16 CH17
T = 125 ms
…
CH30 CH31 CH0
15 个话路
15 个话路
5 信道复用技术
5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
单向通信（单工通信）——只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——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)。 双向同时通信（全双工通信）——通信的 双方可以同时发送和接收信息。
基带(baseband)信号和 宽带(broadband)信号
A/D
D/A
产生量化噪声
产生量化噪声的地方（续）
（经过 A/D 变化的地方）
使用 V.90 调制解调器（56 kb/s）
仅在此处 产生量化噪声 用户环路 模拟信号 A D/A 交换机 仅在此处 产生量化噪声 因特网服务提供者
A/D
2/4
数字信号 数字信号
至因特网 （数字信号）
V.90 56 kb/s 调制解调器
能通过
0
不能通过
频率(Hz)
W (Hz)
每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 2 个码元。 Baud 是波特，是码元传输速率的单位， 1 波特为每秒传送 1 个码元。
另一种形式的奈氏准则
理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud
W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)
不能通过
（经过 A/D 变化的地方）
使用 V.34 调制解调器（33.6 kb/s）
产生量化噪声 用户环路 模拟信号 A D/A V.34 33.6 kb/s 调制解调器 交换机 1 A/D 2/4 数字信号 数字信号 产生量化噪声
交换机 2
D/A 4/2
产生量化噪声 用户环路 模拟信号 B A/D V.34 33.6 kb/s 调制解调器
频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的 带宽资源。 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的 频带宽度。
若识别不正确，则产生误码。 在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。
几种最基本的调制方法
调制就是进行波形变换（频谱变换）。 最基本的二元制调制方法有以下几种：
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。
对基带数字信号的几种调制方法
基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
一种正交调制 QAM
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
(r, ) r
可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。 由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。
调制解调器是指使用在标准的二线模拟话 路（3.1 kHz 的标准话路带宽）上的调制 解调器。
调制解调器的作用（续）
调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基 带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输 的波形 解调器的作用就是个波形识别器，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。
2.4 信道的极限信息传输速率
香农(Shannon)用信息论的理论推导出了 带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的 极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) 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。
0
能通过 W (Hz)
不能通过
频率(Hz)
每赫带宽的理想低通信道的最高码元传 输速率是每秒 1 个码元。
要强调以下两点
实际的信道所能传输的最高码元速率， 要明显地低于奈氏准则给出上限数值。 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。
波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个 码元）。码元传输速率也称为调制速率、波 形速率或符号速率。 比特是信息量的单位。
若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。
调制解调器的速率
目前调制解调器的信息传输速率已很接近 于香农的信道容量极限了。 要提高信息传输速率，只能设法提高信噪 比。 在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟 到数字的模数转换所带来的量化噪声。
产生量化噪声的地方
计算机网络
物理层
物理层
1 物理层的基本概念 2 数据通信的基础知识
2.1 数据通信系统的模型 2.2 有关信道的几个基本概念 2.3 信道的最高码元传输速率 2.4 信道的极限信息传输速率
3 物理层下面的传输媒体
3.1 导向传输媒体 3.2 非导向传输媒体
物理层（续）
4 模拟传输与数字传输
4.1 模拟传输系统 4.2 调制解调器 4.3 数字传输系统
数字信号通过实际的信道
失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形
失真严重
实际的信道 号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
奈氏(Nyquist)准则
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud
W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
香农公式表明
信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的 极限传输速率就越高。 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速 率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的 传输。 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实 际信道不可能是这样的），则信道的极限信息 传输速率 C 也就没有上限。 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农 的极限传输速率低不少。
要注意
信息的传输速率“比特/秒”与码元的传 输速率“波特”在数量上却有一定的关 系。 若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则 “比特/秒”和“波特”在数值上相等。 若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传 输速率为 M n b/s。