第 2 章 物理层(Physical Layer)
OSI模型七个层的作用及工作原理
OSI模型七个层的作用及工作原理OSI模型，即开放式通信系统互联参考模型，是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互联为网络的标准框架。
OSI模型分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，在本文对这七个层的作用及工作原理做简单介绍。
OSI/RM协议是由ISO(国际标准化组织)制订的，它的基本功能是：提供给开发者一个必需的、通用的概念以便开发完善、可以用来解释连接不同系统的框架。
根据标准，OSI模型分七层，见图1，用这些规定来实现网络数据的传输。
图1 OSI模型1、物理层(Physical Layer)OSI模型的最底层或第一层。
该层包括物理联网媒介，如电缆连线连接器，主要是对物理连接方式、电气特性、机械特性等做一些规定，制订相关标准，这样大家就可以按照相同的标准开发出通用的产品，很明显直流24V与交流220V是无法对接的，因此就要统一标准，大家都用直流24V吧，至于为什么采用24V呢？您就当是争执各方妥协的结果吧。
所以，这层标准解决的是数据传输所应用的设备标准的问题。
物理层的协议产生并检测电压，以便发送和接收携带数据的信号。
尽管物理层不提供纠错服务，但它能够设定数据传输速率并监测数据出错率，网络物理问题，如电线断开，将影响物理层。
用户要传递信息就要利用一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆等，但具体的物理媒体并不在0SI的7层之内，有人把物理媒体当做第0层，物理层的任务就是为它的上一层提供一个物理连接，以及它们的机械、电气、功能和过程特性。
如规定使用电缆和接头的类型、传送信号的电压等。
在这一层，数据还没有被组织，仅作为原始的位流或电气电压处理，请注意，我们所说的通信仅仅指数字通信方式，因此，数据的单位是比特(位-bit)。
2、数据链路层(Datalink Layer)OSI模型的第二层。
它控制网络层与物理层之间的通信，解决的是所传输的数据的准确性的问题。
数据链路层的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。
第2章 网络安全协议基础
IP数据报
4.服务类型与优先权 服务类型（SERVICE TYPE）域规定对本数据报的处理方式，占 用8个比特，分为5个子域，其结构如下图所示。
0 优先权 3 D 4 T 5 R 6 7 未用
服务类型子域结构
对服务类型各个子域信息的使用和具体处理是在网关中进行。
IP数据报
5.数据报传输 网络数据都是通过物理网络帧传输的。从主机发出的IP数据报在 其子网接口中封装成帧后，送进与之相连的第一个物理网络。帧的长 度正好就是第一个物理网络所允许的最大帧长度。当此帧到达与第一 个物理网络相连的下一个网关时，在其子网接口中删除帧头，露出IP 数据报，送到IP层。在此IP层查找间接路径表，得到要传送去的下一 个网关的IP地址，并解析出与下一个网关相连的物理网络。将IP数据 报送回子网接口。子网接口根据新的物理网络要求，重新封装数据报， 并传送到新的物理网络。这里要特别强调指出，按照新物理网络技术 重新封装IP数据报成帧是绝对必要的：各种物理网络技术，对帧的大 小有不同的规定。某种物理网络所允许的最长的帧称为该网络的最大 传输单元（Maximum Transfer Unit，MTU）。MTU由硬件决定。不同 物理网络，其MTU一般不相同。此外，不同物理网络其帧头格式一般 也不相同。反过来说，同一个物理网络的各个节点上的MTU是一样的， 帧格式也是一样的。而IP数据报的大小却是由软件决定的，在一定范 围内（比如第4版IP协议规定每一IP数据报最大不能超过65535个字节） 可以任意选择。IP数据报大小的上限也可以通过修改协议版本人为改 变。
3、网络层（Network Layer）
网络层（Network Layer）的主要功能是完成网络中主机间的报文 传输。在广域网中，这包括产生从源端到目的端的路由。 当报文不得不跨越两个或多个网络时，又会产生很多新问题。例 如第二个网络的寻址方法可能不同于第一个网络；第二个网络也 可能因为第一个网络的报文太长而无法接收；两个网络使用的协 议也可能不同等。网络层必须解决这些问题，使异构网络能够互 连。 在单个局域网中，网络层是冗余的，因为报文是直接从一台计算 机传送到另一台计算机的。
计算机网络中的osl名词解释
计算机网络中的osl名词解释计算机网络中的OSI名词解释引言：计算机网络是当代信息时代的重要组成部分，几乎贯穿了人们的生活和工作。
在网络通信中，为了确保信息的顺利传递，人们需要理解并掌握一些关键的网络术语。
这些术语通过统一的标准来保证网络设备之间的互通性，其中OSI（开放式系统互连）模型是计算机网络中最常用的标准之一。
本文将对OSI模型中的一些关键术语进行解释，以帮助读者更好地理解计算机网络。
1. 物理层（Physical Layer）物理层位于OSI模型的最底层，主要负责在网络节点之间传输数据的物理介质和电信号。
物理层解释了如何以0和1的方式在计算机网络中进行数据传输。
常见的物理介质包括光纤、铜缆和无线电波等。
物理层的主要功能是将数据从一个节点传输到另一个节点，它负责将数字数据转换为适合物理介质传输的信号，并确保数据能够正确地从发送方传输到接收方。
2. 数据链路层（Data Link Layer）数据链路层位于OSI模型的第二层，主要负责在直接相连的两个节点之间传输数据。
它使用帧（Frame）的方式将数据分割为较小的块，并添加额外的控制信息来保证数据的可靠传输。
数据链路层还可以检测和纠正传输中出现的错误，确保数据的完整性。
常见的协议包括以太网、无线局域网（WiFi）和帧中继等。
3. 网络层（Network Layer）网络层位于OSI模型的第三层，主要负责在不同网络之间进行数据的传输和路由。
它使用IP（Internet Protocol）地址对数据进行寻址，并将数据传送到目标网络。
网络层将数据分割为分组（Packet），并负责选择最佳的路径将数据发送到目标节点。
网络层的重要协议包括IP协议和路由协议。
4. 传输层（Transport Layer）传输层位于OSI模型的第四层，主要负责在源节点和目标节点之间建立可靠的端到端连接，并提供数据的可靠性和完整性。
传输层使用端口号将数据传递给应用层，并使用TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）等协议来管理数据的传输。
OSI七层模型各层功能详解
OSI七层模型各层功能详解第一层：物理层（Physical Layer）物理层是网络通信的最底层，负责传输数据的物理连接。
其功能包括传输比特流、电器和光学规范、数据的物理传输和接收、以及物理媒介的选择（例如：电缆、光纤）等。
物理层定义了数据在传输媒介上的直接传输方式，不关心数据的内容和传输前后的完整性。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层主要是为物理层提供服务，将物理层提供的物理连接转化为可靠的数据链路，以便进行数据传输。
其功能包括帧的封装和解封装、错误检测和纠正，以及对数据进行流控制和访问控制等。
数据链路层还可以确保数据在物理层传输的可靠性，并处理与物理层之间的不匹配。
第三层：网络层（Network Layer）网络层负责数据包在不同网络之间的传输和路径选择。
其主要功能是将逻辑地址转换为物理地址，并且控制数据在网络中的路由。
网络层通过使用IP协议为数据包进行归类和传输，并实现网络的互联互通性。
网络层还处理流量控制、拥塞控制和错误控制等问题。
第四层：传输层（Transport Layer）传输层旨在提供端到端的可靠数据传输。
其功能包括分段和重组数据、流量控制和拥塞控制，确保可靠的端到端传输以及在不可靠的网络环境下对数据进行错误检测和纠正。
传输层最著名的协议是传输控制协议（TCP），它提供面向连接的可靠传输。
第五层：会话层（Session Layer）会话层处理在网络上的不同应用程序之间建立和管理通信会话（Session）。
其功能包括建立、维护和终止会话连接、进行身份验证和授权，以及处理会话过程中的错误和异常情况。
会话层确保应用程序之间的通信是可靠和安全的。
第六层：表示层（Presentation Layer）表示层主要负责数据的格式化和转换，确保应用程序能够理解和解释数据。
其功能包括数据格式的加密和解密、压缩和解压缩、以及数据的字符编码和解码等。
表示层可以让不同操作系统和应用程序之间进行交流和数据传输。
CH02物理层_4
第3次课知识点
2.7 传输媒体可分为两大类：导引型传输媒体和 非导引型传输媒体
2.8 导引型传输媒体可分为：双绞线、同轴电缆、 光纤
2.9 导引型传输媒体的特点 习题：2-10、11、12
随堂测试2
单选题 问答题
单选题
1. 通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送 的通信方式称为（ ）。
C2
频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过 程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注 意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
频率 频带 n
第 2 章 物理层
五层协议的体系结构
5 应用层 4 运输层 3 网络层 2 数数据据链链路路层层 1 物理层
应用层 (application layer) 运输层 (transport layer) 网络层 (network layer) 数据链路层 (data link layer) 物理层 (physical layer)
用户 Aa
时分复用 当某用户暂时无数据发送时，
a t①
在时分复用帧中分配给该用户 的时隙只能处于空闲状态。
Bb b
t②
C
cc
t③
④
D
dt
ab #1
bc
ca d
t #2 #3 #4
4 个时分复用帧
时分复用可能会造成线路资源的浪费
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户 Aa
统计
STDM 帧不是固定分配时
网络基础 OSI参考模型各层功能
网络基础OSI参考模型各层功能在OSI参考模型中，采用了分层的结构技术，并将OSI划分为7层。
同时分层模型都必须遵守的分层原则。
OSI参考模型各层功能介绍如下。
1．物理层（Physical Layer）物理层是OSI参考模型的最低层，它建立在传输介质基础上，利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输。
在物理层所传输数据的单位是比特，该层定义了通信设备与传输线接口硬件的电气、机械以及功能和过程的特性。
物理层定义了传输通道上的电气信号以及二进制位是如何转换成电流、光信号或者其他物理形式。
串行线路是物理层的一个实例。
在OSI参考模型中，低层直接为上层提供服务，所以当数据链路层发出请求：在两个数据链路实体间要建立物理连接时，物理层应能立即为它们建立相应的物理连接。
当物理连接不再需要时，物理层将立即拆除。
物理层的主要功能是在物理介质上传输二进制数据比特流；提供为建立、维护和拆除物理连接所需要的机械、电气和规程方面的特性。
2．数据链路层（data link layer）数据链路层的主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。
数据链路层完成的是网络中相邻结点之间可靠的数据通信。
为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传送各帧。
由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据帧有可能在线路上发生出错或丢失（所谓丢失实际上是数据帧的帧头或帧尾出错），从而导致接收方不能正确接收到数据帧。
为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确性判断，发送方为每个数据块计算出CRC（循环冗余检验）并加入到帧中，这样接收方就可以通过重新计算CRC来判断数据接收的正确性。
一旦接收方发现接收到的数据有错，则发送方必须重传这一帧数据。
然而，相同帧的多次传送也可能使接收方收到重复帧。
例如，接收方给发送方的确认帧被破坏后，发送方也会重传上一帧，此时接收方就可能接收到重复帧。
数据链路层必需解决由于帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。
计算机网络第8版课件-第2章-物理层
2.4
信道复用技术
2.5
数字传输系统
2.6
宽带接入技术
计算机网络 (第 8 版)
2.1 物理层的基本概念
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。
作用：尽可能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)。
传输速率 100 Mbit/s （距离 100 m）
5E(超5类) 125 MHz 与 5 类相比衰减更小
DNS, HTTP, SMTP 等)
3 运输层 (TCP 或 UDP) 2 网际层 IP
1 网络接口层 （这一层并没有具体内容）
(b)
5 应用层
4 运输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
(c)
计算机网络 (第 8 版)
2.1
物理层的基本概念
2.2
数据通信的基础知识
2.3
物理层下面的传输媒体
在抗干扰能力上，U/FTP 比 F/UTP 好，而 F/FTP 则是最好的。
计算机网络 (第 8 版)
双绞线标准 EIA/TIA-568
绞合线类别 带 宽
常用绞合线的类别、带宽和典型应用
线缆特点
典型应用
3
16 MHz 2 对 4 芯双绞线
模拟电话；传统以太网（10 Mbit/s）
5
100 MHz 与 3 类相比增加了绞合度
数字信号 (digital signal)：代表消息的参数的取
值是离散的。
码元：在使用时间域（简称为时域）的波形表示
1 1 0 1 1 0 数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
0
互联网的体系结构
互联网的体系结构第一层：物理层（PhysicalLayer)规定通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。
具体地讲，机械特性规定了网络连接时所需接插件的规格尺寸、引脚数量和排列情况等；电气特性规定了在物理连接上传输bit流时线路上信号电平的大小、阻抗匹配、传输速率距离限制等；第二层：数据链路层（DataLinkLayer)在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。
第三层：网络层(Network layer)在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。
网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。
网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。
第四层：传输层(Transport layer)第4层的数据单元也称作处理信息的传输层(Transport layer)。
但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段（segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。
这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。
第五层：会话层(Session layer)这一层也可以称为会晤层或对话层，在会话层及以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。
会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
第六层：表示层(Presentation layer)这一层主要解决用户信息的语法表示问题。
它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。
物理层概述——精选推荐
物理层概述
1、什么是物理层
物理层（或称物理层，Physical Layer）是计算机⽹络OSI模型中最低的⼀层。
物理层规定：为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，⽽提供具有机械的，电⼦的，功能的和规范的特性。
简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。
局域⽹与⼴域⽹皆属第1、2层。
2、物理层的作⽤
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，⽽不是指具体的传输媒体。
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：
机械特性：例接⼝形状，⼤⼩，引线数⽬；
电⽓特性：例规定电压范围（-5V到+5V）；
功能特性：例规定-5V表⽰0，+5V表⽰1；
过程特性：也称规程特性，规定建⽴连接时各个相关部件的⼯作步骤；
如果本篇博客有任何错误和建议，欢迎⼤佬们批评指正
我是知逆，我们下期见
Peace。
第2章物理层(1)
15
（2） 电气规范说明：采用非平衡型的电气特性。相对公用 接地而言，-3伏以下的电压解释为二进制“1”，+3伏以上的电 压解释为二进制“0”。即采用负逻辑。其传输速率不能超过 20Kb/s,电缆长度最长不能超过15米。（和CCITTV.28建议相兼 容）
1 8
RJ-45 连接器
线对 T 代表发送 针 R 代表接收
1 线对2 T2 2 线对2 R2 3 线对3 T3 4 线对1 R1 5 线对1 T1 6 线对3 R3 7 线对4 T4 8 线对4 R4
© 1999, Cisco Systems, Inc.
ICND—3-8
(1)UTP实现直连线
指明需要使用交叉线或直连线
100 Mbps 5类交叉线
10 Mbps 3, 4, 5类直连线
© 1999, Cisco Systems, Inc.
100 Mbps 5类直连线
10 Mbps 3, 4, 5类交叉线 10 Mbps
3, 4, 5类直连线
ICND—3-13
3)平衡方式。采用集成集成电路技术设计的平衡接 口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用 两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使得串扰信 号减至最小。这种方式的信号速率<=10Mbps，传输距 离为10m（10Mbps时）-1000m(<=100kbps时）。 CCITT V.11/X.27建议采用这种电气连接方式，EAI RS423标准与之兼容。
4
机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何 尺寸、插针或插空芯数及其排列方式、锁定装置的形 式。
5
电气特性的规定包括接收器和发送器电路特性的 说明、表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数 据率的说明、以及与互联电缆相关的规则。
计算机网络应用 OSI参考模型各层功能概述
计算机网络应用OSI参考模型各层功能概述通过对OSI结构的学习，知道各层都具有各自不同的功能。
在整个OSI体系结构中，只有每一层和其相邻的层协同工作，共同完成自身的功能，才能够实现数据的正常传输。
1．物理层（Physical Layer）物理层位于OSI参考模型的最低层，但同时也是OSI参考模型的基础。
其数据传输的基本单位为“比特（bit）”，它建立在传输介质的基础之上，通过物理传输介质为数据链路层提供物理连接，从而实现比特流的传输。
其上面的典型协议代表有EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。
简单的说，在物理层中的规程都与电路上传输的原始比特有关，它涉及到什么信号代表“1”，什么信号代表“0”、一个比特的持续时间、传输方向等。
一般来讲，物理层包括以下几个方面的功能：●规定了通信设备及通信线缆接口的机械特性、电气特性、功能特性和过程特性4种特性；●定义了传输通道上的电气信号及二进制位是如何转换成电流、光信号或者其它物理形式；●为上层协议提供一个传输数据的物理媒介；●数据的传输速率即数据率；●比特的同步指发送方和接收方不仅要使用同样的数据传输速率，而且还要在时钟频率上进行同步；●物理层定义了设备间的信息传输方向，它包括单工、半双工或全双工。
在单工模式下，一个设备只能发送或接收信息。
它是一种单向通信；在半双工模式下，一个设备可以接收和发送信息，但不能同时进行；在全双工模式下，一个设备可以在同一时间接收和发送信息；●建立、维持及释放数据链路实体间的连接。
2．数据链路层（Data Link Layer）在数据链路层数据传输的基本单位称为“帧（frame）”，它将物理层不可靠的物理介质转换成可靠的传输，以达到对于其上层看来物理层的传输时无错的、透明的目的。
数据链路层的功能包括以下几个方面：●组帧为了保证数据的可靠性传输，数据链路层将用户数据封装成帧，并按顺序传送。
计算机网络课件赵青松第2章物理层
几个术语
基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。
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。
几个术语
最基本的带通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。
25针的电压范围-12~+12v
-12v表示1,+12v表示0
RTS变高,CTS允许发送,TD引脚发 送.
2.2 数据通信的基础知识
数据通信系统
输入 数字比特流 模拟信号 汉字
PC 机 调制解调器
公用电话网
模拟信号 数字比特流 显示 汉字
调制解调器 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
数据(data)——运送消息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 模拟信号——代表消息的参数的取值是连续的。 数字信号——代表消息的参数的取值是离散的。 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）
端 T 站发送的信号 Tx
总的发送信号 Sx + Tx
接 收
规格化内积 S Sx
端 规格化内积 S Tx
0 t
t t t t t t
2.5 数字传输系统
1. 脉码调制 PCM 体制
物理层--Physical layer
一个起始位（低电平）和1位或2位停止位（高电平），
分别表示字符的开始和结束；
25
数据通信方式——异步传输和同步传输
如果没有要发送数据，发送方就发送连续的停止码，
即一连串的1，接收方根据从1到0的跳变识别一个新字 符的开始；
机械特性
规定了物理连接时，接口所用接线器的形状、几何尺寸、引 脚数目、排列方式固定和锁定装置等。如插头、插座几何尺寸等。
电气特性
电气特性规定了DTE 和DCE之间多条信号线的连接方式、发 送器和接收器的电气参数，包括信号源输出阻抗、负载输入阻抗、 信号“1”或“0”的电压范围、传输速率和距离的限制等；
7
物理层 The Physical Layer
物理层的特性
功能特性
说明接口信号引脚的功能分配和确切的定义；
信号线包括：数据线、控制线、定时线和地线等。
规程特性
规定了使用接口线实现数据传输的操作过程，也就是在物 理连接的建立、维持和释放阶段，DTE 和DCE双方在各自电路 上的动作序列。
1
物理层 The Physical Layer
物理层在参考模型中的位置
• 物理层是OSI参考模型的最低层，向下直接与物 理传输介质相连接。
• 物理层不是指与计算机相连接的具体的物理设备 或具体的传输介质；
• 主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上 传输各种数据的比特流。
2
物理层 The Physical Layer
发送方和接收方各自具有独立时钟，无须同步； 以字符为单位进行传输； 发送两个字符之间的间隔是任意的；
接收方依靠字符中的起始位来同步。
osi七层模型的分层结构
osi七层模型的分层结构OSI（开放系统互联）七层模型是国际标准化组织（ISO）制定的网络协议体系结构，用于规范计算机网络的设计和实现。
该模型将网络通信分为七个不同的层次，每一层都有其特定的功能和责任。
以下是对OSI七层模型的分层结构的详细说明：1. 物理层（Physical Layer）：物理层是整个网络通信的起点，它是处理网络硬件和传输介质的层次。
在物理层中，传输的是比特流（0和1）的电子信号，主要用于传输数据。
在物理层中，主要的设备包括网线、光纤、集线器等。
这一层主要关注的是信号的传输速率和物理连接的形式，并不关心数据包的内部结构。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：数据链路层提供了通过物理连接进行数据传输的功能。
它负责将比特流转换为数据帧，并在传输过程中进行差错检测和纠正。
数据链路层主要分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。
逻辑链路控制子层负责建立和维护链路的逻辑连接，而介质访问控制子层负责调度数据帧的传输，以及解决多个设备同时访问网络的冲突问题。
3. 网络层（Network Layer）：网络层负责将数据包从源主机传输到目标主机。
它通过路由选择算法来确定数据包的传输路径，并对数据包进行分组和寻址。
网络层中最重要的协议是Internet协议（IP），它是整个互联网通信的基础。
网络层还提供了一些其他的功能，如流量控制、拥塞控制、分片和重组等。
4. 传输层（Transport Layer）：传输层主要负责端到端的数据传输和可靠性保证。
它处理端口号、会话管理、流量控制以及错误恢复等功能。
在传输层中，最常用的协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP提供了可靠的数据传输服务，确保数据包的有序性、完整性和可靠性；而UDP提供了不可靠的数据传输服务，适用于实时性要求较高的应用。
5. 会话层（Session Layer）：会话层主要负责建立、管理和终止会话。
物理层物理层physicallayer涉及到通信在信道上传输
7、应用层 应用层（application layer）包含大量人们普遍需要的协议。 例如，世界上有成百种不兼容的终端型号。如果希望一个全屏幕编 辑程序能工作在网络中许多不同的终端类型上，每个终端都有不同 的屏幕格式、插入和删除文本的换码序列、光标移动等，其困难可 想而知。 解决这一问题的方法之一是定义一个抽象的网络虚拟终端 （network virtual terminal），编辑程序和其它所有程序都面向该 虚拟终端。而对每一种终端类型，都写一段软件来把网络虚拟终端 映射到实际的终端。例如，当把虚拟终端的光标移到屏幕左上角 时，该软件必须发出适当的命令使真正的终端的光标移动到同一位 置。所有虚拟终端软件都位于应用层。 另一个应用层功能是文件传输。不同的文件系统有不同的文件 命名原则，文本行有不同的表示方式等。不同的系统之间传输文件 所需处理的各种不兼容问题，也同样属于应用层的工作。此外还有 电子邮件、远程作业输入、名录查询和其它各种通用和专用的功 能。
如果在子网中同时出现过多的分组，它们将相互阻塞通路，形成瓶颈。此 类拥塞控制也属于网络层的范围。因为拥有子网的人总是希望他们提供的子网服 务能得到报酬，所以网络层常常设有记账功能。最低限度，软件必须对每一个顾 客究竟发送了多少分组、多少字符或多少比特进行记数，以便于生成账单。当分 组跨越国界时，由于双方税率可能不同，记账则更加复杂。
1、物理层 物理层（physical layer）涉及到通信在信道上传输 的原始比特流。设计上必须保证一方发出二进制“1”时， 另一方收到的也是“1”而不是“0”。 这里的典型问题是： （1）用多少伏电压表示“1”，多少伏电压表示“0”； （2）一个比特持续多少微秒； （3）传输是否在两个方向上同时进行； （4）最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止； （5）网络接插件有多少针以及各针的用途。这里的设计 主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下 的物理传输介质等问题。
物理层
通信硬件
物 理 层 常 见 设 备 有 ： 网 卡 光 纤 、 C AT- 5 线 （ R J - 4 5 接 头 ） 、 集 线 器 有 整 波 作 用 、 R e p e a t e r 加 强 信 号 、 串 口 、 并口等。
通信硬件包括通信适配器（也称通信接口）和调制解调器（MODEM）以及通信线路。从原理上讲，物理层 只解决DTE和DCE之间的比特流传输，尽管作为网络节点设备主要组成部分的通信控制装置，其本身内涵在物理 层、数据链路层、甚至更高层，在内容上分界并不很分明，但它所包含的MODEM接口、比特的采样发送、比特 的缓冲等功能是确切属于物理层范畴的。为了实现PC机与调制解调器或其它串行设备通信，首先必须使用电子线 路将PC机内的并行数据转成与这些设备相兼容的比特流。除了比特流的传输之外，还必须解决一个字符由多少个 比特组成及如何从比特流中提取字符等技术问题，这就需要使用通信适配。通信适配器可以认为是用于完成二进 制数据的串、并转换及一其它相关功能的电路。通信适配器按通信规程来划分可分为TTY（Tele Type Writer， 电传打字机）、BSC（Birary Synchronous Commuication，二进制同步通信）和HDLC（High－level Data link Control，高级数据链路控制）三种。
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MODE端口名:速率，校验方式，数据位数，停止位位数
其 中 端 口 名 为 C O M 1 或 C O M 2 ； 传 输 速 率 可 选 11 0 、 1 5 0 、 3 0 0 、 6 0 0 、 1 2 0 0 、 2 4 0 0 、 4 8 0 0 或 9 6 0 0 b p s ； 校 验方式为E（偶校验）、（奇校验）或N（无校验）；数据位数为7或8位；停止位位数为1或2位。通信双方设置 的参数应一致，如双方都打入如下命令:MODE COM1:1200，E，7，1则表示双方以COM1为异步通信端口以 1200bps、偶校、7位数据位、1位停止位的设置参数进行通信。DOS中有一标准控制台COM，实际上作输入时 COM即键盘，作输出时COM即显示器。
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接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
几个术语
• 数据(data)——运送消息的实体。 • 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 • “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续 的。 • “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。 • 码元(code)——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。
2.3.5 光通信
• 受天气影响较大
2.4 通信卫星
• 周期和范艾伦辐射带
2.4.1 地球同步卫星（Geostationary satellite）
• 轨道槽（Orbit Slot） • 频率
• 下行链路的两种波束
足迹（Footprint） 点波束（Spot beam）
• 优点：
• 广播 • 布置方便 • 缺点：
带宽同轴电缆 基带同轴电缆 单模光纤 多模光纤 短波 粗缆（10base5） 细缆（10base2）
无线介质
微波 激光 红外
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层
铜线
聚氯乙烯 套层
屏蔽层 铜线 绝缘层
同轴电缆
绝缘保护套层
外导体屏蔽层
绝缘层 内导体
双绞线（Twisted pairss）
分类：地面接力通信 卫星通信 用途：无线通信 优缺点：频率高、频段宽，干扰小，传输质量高
天气影响（4GHz 被雨水吸收），保密性差，成本高，较大的时延
多径效应（multipath fading）
2.3.4 红外传输
• 主要应用于短距离传输 • 不能穿透墙体 • 保密性好 • 不需要政府许可
• 优缺点：
• 带宽高，传输距离长
• 抗雷电和电磁干扰强
• 无串音干扰，保密性好 • 体积小，重量轻
• 容易断裂
架空明线(Power lines)
• 工作原理：裸导线，它的材质也非常的广泛，有硬铜线、铜包钢线、钢
心铝绞线和铁线等等 • 传输信号：模拟信号 • 标准：国家标准DL/T602—1996 《架空绝缘配电线路施工及验收规程》 • 用途：初始的电话网，供电网 • 优缺点：安装简单， 通信质量差，频带较窄
接收信号波形
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
• 有失真，但可识别
发送信号波形
接收信号波形
失真大，无法识别
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
发送信号波形
接收信号波形
傅里叶分析
傅里叶分析（续）
• 对于3000HZ的截止频率
奈氏准则
• 1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的 奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为 了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 • 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。 • 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号 高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送 码元而不出现码间串扰。
通信方式
• 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。
数字信号通过实际的信道
无失真
理想的信道 发送信号波形
输入脉冲 输出脉冲
输入脉冲
单模光纤（Sigle-mode Fiber） 输出脉冲
光缆（Fiber Cables）
• 传输信号：数字信号 • 标准：国际电工委员会IEC 60793
国家标准GB/T15912
信息产业部行业标准YD/T系列
• 分类：多模光纤（发光二极管）
单模光纤（半导体激光器）
• 用途：主干网
•数字调制（digital modulation）比特与 传输信号之间的变换 基带传输（baseband transmission） 带宽传输（passband transmission）
2.5 数字调制与信道复用
• 复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。
A1 B1 C1 (a) 使用单独的信道 A1 B1 复用 A2 分用 B2 A2 B2 C2
优点： 衰减大，多径效应，传输速率较低，天气影响
2.3.3 微波
• 工作原理，微波在空间主要是直线传播， 频率在300M~300G赫
2.3.3 微波（续）
传输信号：模拟信号
标准：GB/T6361-1999 微波接力通信系统抛物面天线型谱系列
GB/T9404-1999 微波接力通信馈线系统技术条件
• 符号率（symbol rate） • 波特率（baud rate） 信号变化的速率
PCM（脉冲编码调制方法）
PCM的三步： 采样：采样定理 量化 编码
2.5.1 基带传输（续）
• 时钟恢复（Clock Recovery）
比特流 非归零编码 （NRZ） 非归零逆转编码 （NRZI）
信噪比：10 log10(S/N) dB
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。
• 优缺点：价格低廉，布线容易
信道宽度、传输距离和数据传输速度等有限制
同轴电缆(Coaxial Cables)
• 工作原理：外导体屏蔽层的屏蔽作用 • 传输信号：模拟信号和数字信号
• 标准：GB/T14864-1993
• 分类：基带同轴电缆，网络信号（数字信号） 带宽同轴电缆，视频和音频信号 • 用途：初期的局域网，主干网，有线电视网 • 优缺点：带宽高，传输距离长
第 2 章 物理层（Physical Layer）
主要内容
• 数据通信系统
• 传输介质
• 信号复用
• 公共电话系统 • 移动电话系统 • 有线电视
在传输媒体上透明地传输bit流
5
4 3 2 1
应用层
运输层 网络层
数据链路层 数据链路层
物理层
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的 接口有关的一些特性，即： • 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。 • 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。
重量大，不能缠绕，挤压，不容易布线
光纤（Fiber Optics）
包层 纤芯 折射角 包层 （低折射率的媒体）
纤芯 （高折射率的媒体）
入射角 包层 （低折射率的媒体）
低折射率 (包层)
高折射率 (纤芯) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
多模光纤与单模光纤
多模光纤（Multimode Fiber）
2.3.1 电磁频谱（续）
2.3.2 无线电传输
VLF，LF和MF波段
2.3.2 无线电传输（续）
短波（HF波段）
工作原理：短波频率在3~30M赫，电离层的
反射
非导引型传输媒体-短波
传输信号：模拟信号 标准：国家标准GB/T 16946-1997短波单边带通信设
备通用规范
用途：无线通信 优点：唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通 信手段
108
109
1010 卫星
1011 101210ຫໍສະໝຸດ 310141015
1016
光纤
地面微波
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
2.3.1 电磁频谱（续）
• 宽频传输：
• 调频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）， 如蓝牙 • 直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum)， 如CDMA • 超宽带通信（UWB，Ultra-WideBand)
波特率：B = 2W 比特率：C = 2W log2V b/s
波特率和比特率
• 对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能 再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值， 那么还有办法提高信息的传输速率。这就是用 编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息 量。
110100011010101011 000 001 010 011 100 101 110 111
数据到信号的几种变化过程
基带(baseband)信号和带通(band pass)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。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直 流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。 因此必须对基带信号进行调制(modulation)。 • 基带调制（编码）—— 对基带信号的波形进行变换，与信 道特性相适应。变换后仍然是基带信号。 • 带通调制——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,并转换为模拟信号，以便在信道中 传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。经过带通 调制的信号称为带通信号。
受天气、自然灾害和外界强电磁场的影响
2.3 非导引型传输媒体 2.3.1 电磁频谱