第3章 物理层中的数据传输
数据通信与计算机网络(第二版)-作业答案
第1章计算机网络概论1、什么是计算机网络？计算机网络的最主要的功能是什么？答：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统就是计算机网络。
计算机网络的主要功能：资源共享、数据通信、分布式处理、负载均衡、提高系统的可靠性和可用性等等。
2、计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段有什么特点？答：计算机网络的发展可划分为三个阶段。
第一个阶段是从单个网络APPANET向互联网发展的过程。
最初只是一个单个的分组交换网，并不是一个互联网络。
后来，ARPA才开始研究多种网络互联的技术。
第二个阶段是建成了三级结构的因特网。
分为：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
这种三级网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要部分。
第三个阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
3、说明网络协议的分层处理方法的优缺点。
答：优点：可使各层之间互相独立，某一层可以使用其下一层提供的服务而不需知道服务是如何实现的；灵活性好，当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响；结构上可以分割开，各层可以采用最合适的技术来实现；易于实现和维护；能促进标准化工作。
缺点：层次划分得过于严密，以致不能越层调用下层所提供的服务，降低了协议效率。
4、将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。
答：TCP/IP和OSI的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层，不同点有：OSI分七层，而TCP/IP分为四层；OSI层次间存在严格的调用关系，两个层实体的通信必须通过下一层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议效率;OSI只考虑用一种标准的公用数据网。
5、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？答：计算机网络的硬件组成包括服务器、主机或端系统设备、通信链路等6、计算机网络可从哪几个方面进行分类？答：计算机网络可以从网络的交换功能、网络的拓扑结构、网络的覆盖范围、网络的使用范围等方面进行分类。
第3章传输层
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(2) 会话控制 从原理上说，OSI中的所有连接都是全双 工的。 会话层通过令牌来进行会话的交互控制。 令牌是会话连接的一个属性，表示使用会话的 独占权：拥有令牌的一方才有权发送数据。令 牌是可以申请的，各个端系统对令牌的使用权 可以具有不同的优先级。
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(3) 会话同步 所谓同步就是使会话服务用户对会话的进 展情况都有一致的了解，在会话被中断后可以 从中断处继续下去，而不必从头恢复会话。
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应用层
应用层是OSI参考模型的最高层，是用户 与网络的接口。应用层通过支持不同应用协议 的程序来解决用户的应用需求，如文件传输、 远程操作和电子邮件服务等。
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一、填空题 1. ISO组织提出的OSI RM将网络协议分成 层，它们分 别是物理层、数据链路层、 、传输层、会话层、 表示层和应用层。 2. 在OSI RM中，物理层的重要任务是描述与传输媒体 的接口的一些特性，主要有： 、电气特性、 和 规程特性 3. 在OSI RM中，数据链路层主要完成的工作有：数据 成帧、 和 。 4. 路由选择是指网络节点在收到一个分组后，要确定 向下一节点传送的路由。确定路由选择的策略称为路 由算法，常用的可分为 和 两类。 5. 传输层是OSI RM的中间层，它负责_________的通 信，既是七层模型中负责数据通信的 ，又是面 向网络通信的低三层和面向信息处理的高三层之间的 中间层。
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(3) 语法选择 传输语法与抽象语法之间是多对多的关系， 即一种传输语法可对应于多种抽象语法，而一 种抽象语法也可对应于多种传输语法。所以传 输层应能根据应用层的要求，选择合适的传输 语法传送数据。
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移动通信理论与实战第3章 移动通信的物理层处理技术
分集技术
概念
多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并
目标：
降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性
技术的关键问题：
如何得到（产生）多路信号? 如何合并多路信号?
本质：
对同一信号在不同时间、频率、空间、极化方向的过采样
分集原理
各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低
所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独 立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平 起伏的办法。
OQPSK
I信道和Q信道的两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性 转换。输出的OQPSK信号的相位只有±π跳变，而没有π的相位跳变， 则经滤波及硬限幅后的功率谱旁瓣较小。
QAM
MQAM正交振幅调制
一种幅度和相位联合键控的调制方式
sMQAM
Amcosct B m sinct
Am Bm
空空山山不不见见人人 但但闻闻人人语语声声 返返景景入入深深林林 复复照照青青苔苔上上
？？？？
传输
空但返复空但返复 山闻景照山闻景照 不人入青不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上人声林上
突发错误
解码
空空山？？不见见人？ 但但闻？？人语语声？ 返返景？？入深深林？ 复复照？？青苔苔上？
去交织
空但返复空但返复 山闻景照？？？？ ？？？？不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上？？？？
信道编码
作用：
增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号
差错控制方式
检错重发（ARQ）：只检不纠，错则重传 需要反馈信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有 效，但实时性差，主要应用在计算机数据通信中。
前向纠错（FEC）：自动纠错，能力有限 单向传输，实时性好，传输效率高，但译码设备较复杂。这种纠错 方式广泛应用于移动通信设备中
第3章计算机网络体系结构(习题参考答案)
第3章计算机网络体系结构三、简答题1. 为什么要采用分层的方法解决计算机的通信问题？通过分层的方法，使得计算机网络复杂的通信处理问题转化成为若干相对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理变得相对容易。
2. “各层协议之间存在着某种物理连接，因此可以进行直接的通信。
”这句话对吗？不对。
物理连接只存在于最底层的下面。
各层协议之间只存在着称为“对等层通信”的逻辑连接。
3. 请简要叙述服务与协议之间的区别。
通过协议的规定，下一层可以为上一层提供服务，但是对于上一层的服务用户来说下面的协议是透明的。
协议是存在于对等层之间的，是水平的；服务存在于直接相邻的两个层次之间，是垂直的。
4. 请描述一下通信的两台主机之间通过OSI模型进行数据传输的过程。
发送数据的具体过程为：要进行通信的源用户进程首先将要传输的数据送至应用层并由该层的协议根据协议规范进行处理，为用户数据附加上控制信息后形成应用层协议数据单元再送至表示层；表示层根据本层的协议规范对收到的应用层协议数据单元进行处理，给应用层协议数据单元附加上表示层的控制信息后形成表示层的协议数据单元再将它传送至下一层。
数据按这种方式逐层向下传送直至物理层，最后由物理层实现比特流形式的传送。
当比特流沿着传输介质经过各种传输设备后最终到达了目标系统。
此后，接收数据的具体过程为：按照发送数据的逆过程，比特流从物理层开始逐层向上传送，在每一层都按照该层的协议规范以及数据单元的控制信息完成规定的操作，而后再将本层的控制信息剥离，并将数据部分向上一层传送，依此类推直至最终的、通信的目的用户进程。
5. 请简述虚电路服务的特点。
虚电路服务要求发送分组之前必须建立连接，即虚电路。
之后所有的分组都沿着虚电路依次进行传送。
在所有分组传送完毕后要释放连接。
它可以提供顺序、可靠的分组传输，适用于长报文的通信，一般应用于稳定的专用网络。
6. 请简述无连接服务的特点。
无连接服务无需事先建立连接。
计算机网络吴功宜第三版课后习题解答第章
计算机网络-清华版_吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)第一章计算机网络概论P421.请参考本章对现代Internet结构的描述，解释“三网融合”发展的技术背景。
答：基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构的P2P网络、3G/4G与移动Internet的应用，使得Internet以超常规的速度发展。
“三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合。
2.请参考本章对Internet应用技术发展的描述，解释“物联网”发展技术背景。
答：物联网是在Internet技术的基础上，利用射频标签、无线传感与光学传感等感知技术自动获取物理世界的各种信息，构建覆盖世界上人与人、人与物、物与物的智能信息系统，促进了物理世界与信息世界的融合。
3.请参考本章对于城域网技术特点的描述，解释“宽带城域网”发展技术背景。
答：宽带城域网是以IP为基础，通过计算机网络、广播电视网、电信网的三网融合，形成覆盖城市区域的网络通信平台，以语音、数据、图像、视频传输与大规模的用户接入提供高速与保证质量的服务。
4.请参考本章对WPAN技术的描述，举出5个应用无线个人区域网络技术的例子。
答：家庭网络、安全监控、汽车自动化、消费类家用电器、儿童玩具、医用设备控制、工业控制、无线定位。
5..请参考本章对于Internet核心交换、边缘部分划分方法的描述，举出身边5种端系统设备。
答：PDA、智能手机、智能家电、无线传感器节点、RFID节点、视频监控设备。
7.长度8B与536B的应用层数据通过传输层时加上了20B的TCP报头,通过网络层时加上60B的IP分组头，通过数据链路层时加上了18B的Ethernet帧头和帧尾。
分别计算两种情况下的数据传输效率。
（知识点在：P33）解：长度为8B的应用层数据的数据传输效率：8/(8+20+60+18)×100%=8/106×100%=7.55%长度为536B的应用层数据的数据传输效率：536/(536+20+60+18)×100%=536/634×100%=84.54%8.计算发送延时与传播延时。
计算机网络原理——物理层
105 106 双绞线 调幅 海事 无线电 无线电
107 同轴电缆
108
109
1010 卫星
1011 1012
1013
1014
1015 光纤
1016
地面微波
调频 移动 无线电 无线电 电视 HF VHF UHF SHF EHF THF
波段
LF
MF
地表 对流层 电离层 空间及视线
空间
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物理层
微波通信
允许发送 振铃指示
物理层
TD DTR SG DSR RTS
CTS RI
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RS-232-C的规程特性
• 过程特性指RS-232-C的各条控制线在下列不同情况下接通
（ON，逻辑0）和断开（OFF，逻辑1）的顺序：
• 建立物理连接 • 传输数据比特流 • 释放物理连接
PSTN
物理层
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建立物理连接
• 当DTE-A要与DTE-B通信时，将DTR(20)臵为ON ，同时通过TD(2)向 DCE-A发送电话号码信号，请求与对方建立物理连接； • DCE-B将RI(22)臵为ON，通知DTE-B有呼叫到达。DTE-B将DTR(20)臵 为ON，DCE-B接着产生载波信号，并将DSR(6)臵为ON ，表示已准备好；
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[例1]
•采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则 S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps) B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
物理层
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信道容量
1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps) 信道容量与数据传输速率的区别是，前者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，而后者是实际的数据传输 速率。 2)离散的信道容量 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H 的关系： B=2*H (Baud) ......⑸ 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式： C=2*H*log2N (bps) ......⑹ 式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单 位为Hz； N为一个码元所取的离散值个数。
数据与计算机通信课后习题答案(电子工业)
第一章1简要说明通信系统模型包含哪些组成部分以及各部分作用？通信模型示意图信源：顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。
其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。
这些信息可以是离散的，也可以是连续的。
发送器：种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。
发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。
模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。
信道：即信息传输通道，也是传递物质信号的媒体。
信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。
噪声源：是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。
在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。
接收器：其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。
对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。
信宿：信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。
同步：狭义地讲，是信息在通信系统传输过程中，其数据信号在系统各部分的收发时序上保持一致，包括比特同步、帧同步、网同步。
更广的意义是信息在通信系统中保持时间、空间、内容以及它们之间的同步。
2简述数据通信的主要任务。
Transmission System Utilization（传输系统的有效利用）Interfacing（接口）Signal Generation（信号产生）Synchronization（同步）Exchange Management （交换管理）Error Detection and Correction（差错检测与纠正）Addressing and Routing（寻址与路由选择）Recovery（恢复）Message Formatting（报文格式化）Security（安全措施）Network Management（网络管理）3简述数据通信网的概念。
计算机网络课后习题与解答讲解
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。
第3章 物理层
第三章
物理层
通信系统的质量指标
数据传输速率 bps 1Kbps=1000 bps 1Mbps=1000 Kbps 1Gbps=1000 Mbps 误码率 误码率= 发生错误bit数 传送的bit数
第三章
物理层
信源、信宿和信道
物理层协议的四个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
第三章
物理层
3.4.2 常见的国际标准组织
国际标准化组织 ISO 美国电子工业协会 EIA 国际电报电话咨询委员会CCITT 国际电信联盟ITU 欧洲电信标准组织 电气电子工程师协会 IEEE IEEE802 ATM 论坛
第三章
物理层
1.不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)
0 1 0 0 1 0 1 1
缺点：由于不能判断位的开始和结束，收发双方不能保持 同步因此必须使用另一个信道同时传送同步时钟信号
第三章
物理层
2．曼彻斯特(Manchester)编码
曼彻斯特编码将每比特信号周期T分为前T/2和后T/2，用前T/2 传送该比特的反（原）码，用后T/2传送该比特的原（反）码
并行通信：使用多个传输信道，有多个数据位同
时传输
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
适合近距 离通信
发送端
接收端
第三章
物理层
数据通信方式
（2）单工通信/半双工通信/全双工通信
单工通信：
A
B
数据只能在一个固定的方向上传送 eg 广播、电视信号
模拟信号 连续的，普遍存在于自然界
第3章：物理层
地球表面
电离 层
地球表面
《计算机网络》第3章 物理层
（2）蜂窝无线通信 小区制：每个小区设立一个基站(覆盖半径1～20km)。基站 之间通过电缆、光缆或微波与移动交换中心连接。
第一代蜂窝移动通信（1G）系统属于模拟移动通信。 第二代蜂窝移动通信（2G，80年代中期）系统为数字移动通信。 第三代蜂窝移动通信（3G，90年代中期）系统将地面、卫星移动通信 网和固定通信网互连。
10
《计算机网络》第3章 物理层
模拟信号波型
V(t)
0
t
数字信号波型
V(t)
0
t
11
《计算机网络》第3章 物理层
3.2.2 数据传输类型与通信方式
网络中两台计算机通信的过程
通信子网
路由器E 路由器A 主机A 路由器C
路由器F 路由器B 主机B 路由器D
12
《计算机网络》第3章 物理层
网络通信系统设计中要解决的几个基本问题：
28
《计算机网络》第3章 物理层
3.3.2 模拟数据编码方法
传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，只适 用于传输音频范围（300Hz～3400Hz）的模拟信号， 无法直接传输计算机的数字信号； 为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数 字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟 信号； 将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称 为调制，将调制设备称为调制器（modulator）； 将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为解调，将解调设备称为解调器（demodulator）； 同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器 （modem）。
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 CH3 物理层
第 3 章 物理层பைடு நூலகம்
第 3 章 物理层
3.1 物理层基本功能 3.2 常用传输介质的接口特性
3.2.1 RJ-45的接口特性 3.2.2 BNC接口特性 3.2.3 常用光纤接口的特性
3.3 宽带接入技术
3.3.1 xDSL技术 3.3.2 光纤同轴混合网（HFC 网） 3.3.3 FTTx 技术
(2) HFC 网采用结点体系结构
放大器 光纤结点 模拟光纤
头端
服务区
同轴电缆
分路器
服务区
引入线 服务区
(3) HFC 网具有比 CATV 网更宽 的频谱，且具有双向传输功能
下行信道 上行 信道 5 40 50 原有模拟电视 550 数字信号 750 保留 频率(MHz) 1000
(4) 每个家庭要安装一个用户接口盒
3.2.3 常用光纤接口的特性
光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。通常有SC、 ST、FC等几种类型，它们由日本NTT公司开发。FC 是Ferrule Connector的缩写，其外部加强方式是采用 金属套，紧固方式为螺丝扣。ST接口通常用于 10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX。 根据光纤从内部可传导光波的不同，分为单模 （传导长波长的激光）和多模（传导短波长的激光） 两种。单模光缆的连接距离可达10公里，多模光缆的 连接距离要短的多，是300米或500米（主要看激光的 不同，产生短波长激光的光源一般有两种，一种是 62.5的，一种是50的） 另外，光缆的接头部分也有两种，一种SC接口为 1GB接口还有一种为LC接口为2GB接口。
3.2.2 BNC的接口特性
BNC 端口输入：通常用于工作站和同轴电缆连 接的连接器，标准专业视频设备输入、输出端口。 BNC电缆有5个连接头用于接收红、绿、蓝、水 平同步和垂直同步信号。BNC接头有别于普通 15针D－SUB标准接头的特殊显示器接口。由R、 G、B三原色信号及行同步、场同步五个独立信 号接头组成。主要用于连接工作站等对扫描频率 要求很高的系统。BNC接头可以隔绝视频输入 信号，使信号相互间干扰减少，且信号频宽较普 通D－SUB大，可达到最佳信号响应效果。
计算机网络第3章 物理层
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3.2 数据通信基础知识 基本概念： 数据通信：依照一定协议，利用数据传输技术在两个终端之 间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。
数据(Data)：传递（携带）信息的实体。 模拟(Analog)数据：用连续变化形式表示的数据。 数字(Digital)数据：用不连续变化形式表示的数据。 信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），是数据 的电气或电磁表现，数据以信号的形式传播。 模拟信号：是指随时间连续变化的信号，时间上连续，包 含无穷多个值。 数字信号：是指其值用离散状态（即所谓的“二进制信号 ”） 表示的信号。时间上离散，仅包含有限数目的 预定值。 2015/7/7 page 6
基带信号：将数字信号1或0直接用不同的电压来表示，然后送
到线路上去传输。 宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 经过调制的基带信号在不同频段，可以在一条电缆 中同时传输多路信号而不会发生相互干扰，提高
线路利用率。
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信号种类图示： t
用电平的高低分 别表示0或1
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由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，所以把 这两个设备合在一起形成我们通常所说的调制解调器（Modem）。 调制解调器提供全双工的数字信道。
数据
调制器
解调器
数据
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电话 线 RS232电缆线 COM1或COM2 串行口
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构成：本地回路、交换局、干线
双绞线
光纤、微波、同轴
双绞线
端局
长途局
第3章 物理层
3.2数据通信的基础知识
3.2.1 数据通信系统的模型
源系统 （1）源站：产生要传输的数据 （2）发送器：对要传送的数据编码 传输系统 目的系统 （1）接收器：接收信号，并转换为能被目的 设备处理的信息。 （2）目的站：从接收器获取接收来的信息。
3.2 数据通信的基础知识
3.2.1 数据通信系统的模型
C波段 4/6 GHz
上行5.925 - 6.425 GHz 下行3.7 - 4.2 GHz
地球
地面站 地面站
KU波段 12/14 GHz
上行14 - 14.5 GHz 下行11.7 - 12.2 GHz
地球同步卫星
与地面站相对固定位置 使用3个卫星覆盖全球
22,300 公里
地球
几种媒体的传输频带
微波接力通信缺点：
个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路 径到达接收天线，因而造成失真；
相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一
微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；
与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保
密性较差；
对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力
和物力。
3.卫星通信
使用微波 使用转发器接收和转发
结论: 信道带宽或信道中的信噪比越大，则
信息极限传输速率就越高。只要数据传输速率 低于信道的极限数据率，可以做到无差错传输。
举例：信道带宽3kHz,信噪比为1000，则： 极限数据率=3000log2(1+1000)=30000bps
由于码元的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(又称为多进制)的调制方法。
谢希仁《计算机网络教程》第五版答案
谢希仁《计算机网络教程》第1章概述传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度发送时延＝数据块长度/信道带宽总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延101计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？102试简述分组交换的要点。
103试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
104为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？105试讨论在广播式网络中对网络层的处理方法。
讨论是否需要这一层？106计算机网络可从哪几个方面进行分类？107试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传送的报文共x（bit）。
从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b（b/s）。
在电路交换时电路的建立时间为S（s）。
在分组交换时分组长度为p（bit），且各结点的排队等待时间可忽略不计。
问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？108在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而此为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。
通信的两端共经过ｋ段链路。
链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。
若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度Ｐ应取为多大？109计算机网络中的主干网和本地接入同各有何特点？110试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：111计算机网络由哪几部分组成？第2章协议与体系结构201网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？202试举出对网络协议的分层处理方法的优缺点。
203试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。
204 试述具有五层协议的原理网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
205试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
206 试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。
讨论其异同之处。
207 解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户/服务器方式。
计算机网络吴功宜(第三版)课后习题解答(第1-4章)
则数据传送速率将是波特率的二分之一。如果设波特率是
x baud ，则：
0.5x=100 ，所以： x=200 baud. 即：数据传输速率为 100Mbps，如果采用
曼彻斯特编码，波特率将达 200Mbps，也就是说，传输信号的信道带宽至
少为 200MHz。也就是说：相应的时钟频率应该为 200MHz。
5. 请根据 QAM调制中波特率与相数， 计算对应的比特率值。（ S=Blog2K）
解：
6. 已知： FDM系统的一条通信线路的带宽为 200kHz，每一路信号带 宽为 4.2kHz ，相邻信道之间的隔离带宽为 0.8kHz 。求：这条线路可以传 输多少路信号？（知识点在： P89） 解：
FDM系统是频分多路复用系统，它是以信道频率为对象，通过设置多 个频带互不重叠的信通，达到同时传输多路信号的目的。
+[(2 × 1024+20) × 8/10000000] × 149×103 =26.39+246.51=272.9ms
第二章 网络体系结构与网络协议 P62 1．请举出生活中的一个例子来说明“协议”的基本含义，并举例说 明网络协议三要素“语法” 、“语义”与“时序”的含义与关系 协议是一种通信规则 例：信件所用的语言就是一种人与人之间交流信息的协议，因为写信 前要确定使用中文还是其他语言，否则收信者可能因语言不同而无法阅读 三要素： 语法：用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现顺序 语义：解释比特流的每一部分含义，规定了需要发出何种控制信息， 以及完成的动作和作出的响应 时序：对实现顺序的详细说明 2．计算机网络采用层次结构的模型有什么好处？ 1）各层之间相互独立 2）灵活性好 3）各层都可采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响 其他层 4）易于实现和维护
第三章 传输层
16比特字的和＝1111111111111111 • NO – 肯定检测到错误 • YES – 没有检测到错误. 但 仍然可能是错误的。
17
Internet 校验和例子
注意 • 在加数字的时候，从最高位溢出的bit必须要 加到结果上－－回绕 例:加两个16位整数
1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
13
第三章:内容大纲
3.1 传输层服务 3.2 多路复用与多路分解 3.3 无连接传输: UDP 3.4 可靠数据传输原理 3.5 面向连接传输: TCP
• • • • 报文段结构 可靠数据传输 流量控制 连接管理
3.6 拥塞控制原理 3.7 TCP拥塞控制
14
3.3.1 UDP: 用户数据报协议 [RFC 768]
例：多线程web服务器
P1
P4 SP: 5775
P2
P1 P3
DP: 80
S-IP: B D-IP:C SP: 9157 SP: 9157
client IP: A
DP: 80 S-IP: A D-IP:C
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2020年7月1日
计算机网络与通信
3.1.1物理层的基本概念
第3章 物理层中的数据传输
• ISO/OSI-RM对物理层的定义是：在物理信道实体之间合理安排 的中间系统，为比特流传输所需物理连接的建立、维持和释放 提供机械性的、电气性的、功能性的和规程性的手段。图3-1 所示表示了对应于传输介质与数据链路层的物理层位置。
（状态）。为提高传输的可靠性，通常7位IA5码与1位二进制码配合，
进行字符校验。
为了使汉字能够在计算机中存储和处理，中国国家标准局于1981年5 月颁布了“国家标准信息交换用汉字编码字符集（基本集GB 2312-
1980）”，它采用与ASCII码相容的8位码方案，用两个8位码字符构
成一个汉字内部码。
图3-3 物理层信道多路复用原理
2020年7月1日
计算机网络与通信
1.频分多路复用
第3章 物理层中的数据传输
频分多路复用（FDM）的基本工作原理如图3-4所示，基于频带传输方 式将信道的带宽划分为多个子信道，每个子信道为一个频段，然后分 配给多个用户。
图 3-4 频分多路复用的工作原理
2020年7月1日
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
3.2.1 块信息的数字化表示
最常见的块信息是指包含文本、数字、符号和图片等信息的文件。通 常发送电子邮件或者检索文件时，需要处理这种类型的信息。
把字符转换成二进制代码的信息编码方案主要有国际基准编码 （International Reference Alphabet，IRA）、EBCDIC码和国际2号
2020年7月1日
图3-1 物理层
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
物理层向数据链路层提供的服务
1.物理连接的建立、维持和释放
当数据链路层实体有建立物理连接的请求时，物理层实体使用 有关的接口协议来完成这种连接的建立。在数据信号传输过程 中要维持这个连接，当传输结束后释放这个连接。
2.传输数据
第3章 物理层中的数据传输
• 双绞线一般由2根、4根或8根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成，如 图3-6所示。线对在每厘米长度上相互缠绕的次数决定了其抗干扰的 能力和通信质量。一对线可以作为一条通信线路，每个线对螺旋扭合 的目的是为了使一根导线在传输中辐射的电磁波被另一根导线上发出 的电磁波抵消，从而使各线对之间的电磁干扰达到最小。线对的扭合 程度越高，抗干扰能力越强。
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
信道的最大传输速率要受信道带宽的制约。对于无噪声信 道，奈奎斯特准则给出了这种关系：
C 2B log 2 n 3-2
式中，B为低通信道带宽（Hz），即信道能通过信号的最 高和最低频率之差；n为调制电平数（2的整数倍），即一 个脉冲所表示的有效状态，应用最广的是一个脉冲表示两 种状态，即n=2；C为该信道的最大数据传输速率。
2020年7月1日
计算机网络与通信
3.3.3 有线传输介质
• 传输介质也称为传输媒体或 传输媒介，指网络中连接收 发两端的物理通路，也是通 信中实际传送信息的载体。
• 计算机网络中常用的传输介 质可分为有线和无线两大类。 不同的传输介质具有不同的 传输特性，而传输介质的特 性又影响数据的传输质量。 数据传输速率越高且传输距 离越长的传输介质为首选。
图 3-2 PCM原理示意图
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
2．量化
量化是将采样样本幅度按量化级别决定取值的过程。经过量化后 的样本幅度由原来的连续值转换为离散量，波形是一系列离散的 脉冲信号。 3．编码 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量化级。 如果有K个量化级，则二进制的位数为log2K，形成PCM数字信号。
3. 波分复用
• 通常把波长分隔多路复用的方法简称为波分复用 (Wavelength Division Multiplexing，WDM)，它是一种 光信号的频分多路复用技术。波分复用主要用于全光纤 组成的计算机网络。为了能在同一时刻进行多路传输， 需将光纤信道划分为多个波段（类似于FDM中的频段）， 每一路信号占用一个波段。
第3章 物理层中的数据传输• 物Biblioteka 链路: 沿链路发送 和传输数据的位流
• 有线介质(guided media): – 信号沿固体介质传 播: 铜线缆, 光纤
• 无线介质(unguided media): – 信号在大气或外层 空间自由传播, e.g., 无线电
2020年7月1日
计算机网络与通信
1．双绞线
2020年7月1日
计算机网络与通信
3.2.2 流信息的数字化表示
第3章 物理层中的数据传输
• 对于音频信号，声音由空气压强的变化产生，它 被转换为在连续时间范围内不断变化的电压，称 之为模拟信号，一般用波形来表示。脉冲编码调 制(PCM)技术是将语音信号转换为数字信号最常 用的一种方法。脉冲编码调制以采样定理为基础， 对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用大 于等于有效信号最高频率或其带宽２倍的采样频 率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
3.3 数据传输信道
3.3.1 信道容量 3.3.2 多路复用技术 3.3.3 有线传输介质 3.3.4 无线传输介质
2020年7月1日
计算机网络与通信
3.3.1 信道容量
第3章 物理层中的数据传输
• 通常，把信道看作是以信号传输介质为基础的信号通路，即 采用狭义信道的概念。信道的作用就是传输信号。信道主要 有频域（Frequency Domain）和时域（Time Domain）两种表
• 通过波分复用能够增加单根光纤所能传送的能量。目前 采用干涉滤波器技术，将满足ITU波长的光信号分开或将 不同波长的光信号合成到一根光纤上，可以复用80路或 更多路的光载波信号。这种复用技术称为密集波分复用 (DWDM)。
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
4．码分多址访问（CDMA）
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
《计算机网络与通信》课件 第3章 物理层中的数据传输
2020年7月1日
高等教育出版社 刘化君 等编著 《计算机网络与通信》教材配套课件
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
第3章 物理层中的数据传输
本章目标:
在掌握物理层基本概念和功 能、多媒体信息的数字化表 示基础上，重点学习掌握传 输介质、多路复用技术、数 字信号的基带传输、频带传 输、差错控制方法，以及数 据传输方式和同步控制等基 础理论，并熟悉物理层接口 与标准。
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
3.3.2 多路复用技术
物理层上的多路复用技术是指在数据传输系统中，允许两个或两 个以上的连接或信息流共享一个公共传输介质，把多个信号组合 起来在一条物理信道上进行传输。多路复用技术的实现方法包括 信号复合、传输和分离三个方面。信道多路复用的原理框图如图 3-3所示。在发送端，待发送信号Sk(t)(k=1，2，…，n)进行复用， 并送往信道传输，在接收端经分离后变为输出信号Sk’(t)。理想 情况下，Sk(t)与Sk’(t)应该是完全相同的，实际中可能存在一 定误差。
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
【例3.2】信噪比为30dB，带宽为4000Hz的随 机噪声信道的最大数据传输速率为
10lg(S/N)=30，则S/N=1000 C=4000Hz×log2(1+1000) =4000Hz×log2l001 ≈40000bit/s 即数据传输速率不会超过40kbit/s。
计算机网络与通信
2.时分多路复用
第3章 物理层中的数据传输
时分多路复用（TDM）是将信道中用于传输的时间划分为 若干个时隙，每个用户分得一个时隙，在其占有的时隙内， 用户使用通信信道的全部带宽。时分多路复用的工作原理 如图3-5所示。
频率
源1
组 成子 信道 A 的 时隙
源2 多 路
可
用 频
A BCD A BCD A BCD A BCD
始信号。
2020年7月1日
计算机网络与通信
第3章 物理层中的数据传输
模拟信号数字化的变化过程包括采样、量化和编码三个步骤
1．采样 采样是模拟信号数字化的第一步。采样的理论基础是采样定理： fs≥2 B或f＝1／T≥2fmax 采样原理如图3-2所示,对语音模拟信号经过采样后，形成PAM脉冲信号。
2020年7月1日
示方法。
• 信道容量（Channel Capacity）是指通信系统的最大传输速 率，也就是指信道极限传输能力。即在一个给定的环境下， 信道容量是指在1s内信道上所能传输的最大比特数，其单位 是bit/s。实际上任何信道都不是理想的，若把能通过该信道 的频率范围定义为信道带宽，显然，信道带宽总是有限的， 也就是说，所能通过的信号频带是有限的。信道的数据传输 速率受信道带宽的限制。香农和奈奎斯特分别从不同角度描 述了这种限制关系。