数据通信基础(物理层)
通信协议的层次结构
通信协议的层次结构一、引言通信协议是计算机网络中实现数据传输和通信的基础。
为了有效地管理和控制通信过程，通信协议被分为多个层次，每个层次负责处理特定的功能和任务。
本文将介绍通信协议的层次结构，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
二、物理层物理层是通信协议的最底层，负责传输原始的比特流。
它定义了传输媒介、电气特性和接口的规范，以及数据的传输方式。
物理层的主要任务是将比特流转换为可以在传输媒介上传输的信号，并确保信号的可靠传输。
三、数据链路层数据链路层建立在物理层之上，负责将比特流组织成数据帧，并在物理链路上进行传输。
它定义了帧的结构、错误检测和纠正机制，以及数据的传输控制和访问方式。
数据链路层的主要任务是实现可靠的数据传输，包括错误检测和纠正，流量控制和数据帧的传输顺序。
四、网络层网络层负责在不同的网络之间进行数据传输和路由选择。
它定义了数据的分组和寻址方式，以及路由器之间的通信协议。
网络层的主要任务是将数据分组传输到目标网络，并选择最佳的路由路径。
它使用IP地址来标识网络设备和数据包，并通过路由表来确定数据包的下一跳。
五、传输层传输层建立在网络层之上，负责端到端的数据传输和可靠性控制。
它定义了数据的分段和重组方式，以及端口号和传输协议。
传输层的主要任务是确保数据的可靠传输和流量控制。
它使用TCP协议和UDP协议来提供可靠性和实时性的传输服务。
六、应用层应用层是通信协议的最高层，负责应用程序之间的数据交换和协议的应用。
它定义了应用程序的协议和接口，以及数据的表示和编码方式。
应用层的主要任务是实现应用程序之间的数据交互，例如电子邮件、文件传输和远程登录。
七、总结通信协议的层次结构为网络通信提供了标准化和模块化的解决方案。
每个层次负责特定的功能和任务，通过协议栈的方式实现数据的传输和控制。
物理层负责传输比特流，数据链路层负责组织数据帧，网络层负责路由选择，传输层负责可靠传输，应用层负责应用程序的交互。
通信网基础
通信网基础一、概述通信网基础是指网络通信系统中的底层基础设施，为数据传输提供了基本的支持和功能。
通信网基础包括物理层、数据链路层、网络层和传输层。
本文将分别介绍这些层级的基本原理和功能。
二、物理层物理层是通信系统中最底层的层级，主要负责传输原始的比特流。
物理层包括了传输介质、传输速率、编码方式等几个关键要素。
2.1 传输介质传输介质是指数据传输的载体，可以是铜线、光纤、无线电波等。
不同的传输介质有不同的传输特性和传输速率。
选择合适的传输介质可以提升通信质量和速度。
2.2 传输速率传输速率是指单位时间内传输的比特数。
传输速率越高，数据传输越快。
常见的传输速率有bps、Kbps、Mbps和Gbps 等。
2.3 编码方式编码方式是将数据转换为比特流的方法。
常见的编码方式有非归零码、曼彻斯特编码、差分编码等。
选择合适的编码方式可以提高数据的可靠性和安全性。
三、数据链路层数据链路层在物理层之上构建了一个可靠的数据传输通道。
数据链路层负责将原始的比特流划分为数据帧，并添加控制信息，用于进行错误检测和纠正。
3.1 数据帧数据帧是数据链路层传输的基本单位。
数据帧由数据部分和控制信息部分组成。
控制信息包括帧起始符、帧结束符、帧序号等。
3.2 错误检测和纠正数据链路层通过添加校验位来实现错误检测和纠正。
常用的校验位有循环冗余检验（CRC）和海明码等。
校验位可以帮助接收端检测和纠正传输过程中发生的错误。
四、网络层网络层负责将数据从源节点传输到目的节点。
网络层通过选路协议和路由表等方式，为数据选择合适的传输路径。
4.1 选路协议选路协议是网络层的主要功能之一。
常见的选路协议有静态路由和动态路由。
静态路由是管理员手动配置的路由信息，适用于网络结构稳定的环境。
动态路由是根据网络中的拓扑结构和链路状态自动计算出的路由信息，可以适应网络中的变化。
4.2 路由表路由表是记录了网络中不同节点之间的路由信息的表格。
路由表中包含了目的网络地址、下一跳地址和出接口等信息。
什么是物理层
什么是物理层物理层定义物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。
物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是“信号和介质”。
OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。
物理层主要功能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。
物理层主要功能：为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。
1.为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。
一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。
所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。
2.传输数据，物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。
一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数)，以减少信道上的拥塞。
传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，串行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。
3.完成物理层的一些管理工作。
物理层接口协议电话网络modems-V。
92IRDA物理层USB物理层EIARS-232，EIA-422，EIA-423，RS-449，RS-485EthernetphysicallayerIncluding10BASE-T，10BASE2，10BASE5，100BASE-TX，100BASE-FX。
2.1数据通信的基础知识
程。 ❖ 调制：将数字数据转换成模拟信号。 ❖ 解调：将调制后的模拟信号还原为数字数据
的过程。
第十页，共五十七页。
常用 编码方法 (chánɡ yònɡ)
❖ 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0 ❖ 不归零制：正电平代表1，负电平代表0
❖ 实现(shíxiàn)收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术 之一，通常使用的同步技术有两种：
异步方式 同步方式
第二十八页，共五十七页。
异步传输方式
❖ 在异步传输方式中，每传送1个字符（7位或8位）都要在每个字 符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验 码后面(hòu mian)加1或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起始 位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步 作用。
量越多，那么(nà me)就可以用更高的速率传送码元而不 出现码间串扰。
第十八页，共五十七页。
理想(lǐxiǎng)低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想(lǐxiǎng)低通信道的带宽，单位为赫(Hz)
能通过
0
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 2 个码元。
❖ 曼彻斯特编码：位周期中心的上跳变表示0，下跳 变表示1
❖ 差分曼彻斯特编码：位的开始边界有跳变上跳 变表示0，无跳变表示1
❖ 曼彻斯特编码产生的信号频率(pínlǜ)比不归零制高， 但曼彻斯特编码有自同步能力。
第十一页，共五十七页。
数据
0
1
00101 Nhomakorabea1
精选第6章物理层1资料
计算机网络技术基础
6.2.5 数据的通信方式
1.并/串行通信
并行通信是指数据以成组 的方式在多个并行信道上同时 进行传输。 特点：速度快，常用于计算机 内部总线以及并行口通信。使 用线路多，费用高，仅适合于 近距离和高速率的通信。
物理层的协议定义了物理层与物理传输媒体之间的 接口，主要包括四个特性：机械特性、 电气特性 、 功能特性 、规程特性。
计算机网络技术基础
6.2数据通信的基本知识
6.2.1信息、数据与信号 1. 信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种
认识，也是人们通过通信系统传递的内容。信息的载 体可以是数字、文字、语音、图形、图像和动画等。 2. 在网络中传输的二进制代码被称为数据，因此可以认 为数据是信息的载体，是信息的表现形式，而信息是 数据的具体含义。 数据的形式有两种：模拟数据和数 字数据。
频带信号是基带信号经过调制后形成的频分复用模拟信号。 所谓频带传输，是指在模拟信道上传输数字信号的方法。采用频 带传输方式时，发送端和接收端都要安装调制解调器。
计算机网络技术基础
4．同步和异步传输 （1）异步方式
异步传输方式一般以字符为单位传输，每传送一个字符（7 或8位）都要在前面加1个起始位，极性为“0”，表示字符代码的 开始；在后面加1～2个停止位，极性为“1”，表示字符代码的结 束。接收方根据起始位和停止位来判断一个字符的开始和结束， 从而使通信双方实现同步。
FSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字 数据“1”和“0”的，用频率f1表示数据“1”，用频率f2 表示数据“0”，而载波信号的参数A和φ不变。
03 物理层概述、数据通信、传输介质
22
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。
32
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。
数据通信基础知识
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
Networking techno;ogy
2.1 基本概念
信号
f(t)是消息或数据的电磁编码x(。nT)信号的时域特性表 示为时间t的函数，信号的数学描述一般是以时
间t为自变量，以某种物理量（如电压）为因变
量。
t
11 00001 11 010 01 10 11 1 1 nT
分为(a) 模模拟拟信信号 号与数字信号。 (b) 数字信号
然而：信道对不同频率的信号其衰减幅度是不 相同的，因而会发生畸变。一般来说，频率越 高的信号，其衰减幅度越大
2.2.2 信道的截止频率与带宽
2.2.3 信道的最大数据传输率
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
7
Networking techno;ogy
2.2.1 信号的频谱和带宽
傅立叶已经证明：任f(何t) 一个周期为T的函数f(t)都是由 无穷多个正弦和余弦函数合成，即：
具体的数字编码方式。 数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
11
Networking techno;ogy
脉冲信号频谱图
信号的脉冲宽度与其带宽成反比，因此信 号的数据率越高，信号的带宽也就越宽。
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
2.2.2 信道的截止频率与带宽
数据通信基础知识
第二章 数据通信基础知识
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Networking techno;ogy
信道截止频率
A
10lg 2 3
A
10.707
10.707
f fc
(a) 单通滤波器
数据通信技术基础的知识点整理3篇
数据通信技术基础的知识点整理第一篇：物理层基础一、数据通信基础概念1. 数据通信：指在两个或多个设备之间传输数据所使用的技术和方法。
2. 信号：数据在传输过程中所采用的电、光等物理形式。
3. 信道：数据通过的传输媒介。
4. 带宽：信道所能够传输的数据量。
5. 波特率：信号每秒钟变化的次数。
6. 编码：将数据转换为特定的电信号或光信号。
二、模拟信号与数字信号1. 模拟信号：连续的信号，可以取得任意一连串数值。
2. 数字信号：离散的信号，只能取到有限的数值。
三、调制与解调1. 调制：将数字信号转化为模拟信号的过程。
2. 解调：将模拟信号重新转化为数字信号的过程。
四、常见的调制方法1. 幅度调制（AM）：将数字信号调制到载波中的幅度上。
2. 频率调制（FM）：将数字信号调制到载波中的频率上。
3. 相位调制（PM）：将数字信号调制到载波中的相位上。
五、数字通信系统中的编码方式1. 非归零编码：0对应低电平，1对应高电平。
2. 归零编码：每个位周期的中间都有一次电平变化，0对应低电平，1对应高电平。
3. 曼彻斯特编码：每个比特都由一个位周期内两次电平跳变组成。
4. 差分曼彻斯特编码：每个比特的位周期内第一次电平跳变表示1，否则表示0。
六、常见传输介质1. 双绞线：应用广泛，可分为UTP和STP两种。
2. 同轴电缆：常用于有线电视和以太网。
3. 光纤：传输速度快，适用于远距离传输。
4. 无线电波：适用于无线网络和移动通信。
七、多路复用技术1. 时分复用（TDM）：将时间分成若干时隙，不同的信号在不同的时隙进行传输。
2. 频分复用（FDM）：将频率带宽分成若干频道，不同的信号在不同的频道进行传输。
3. 波分复用（WDM）：利用光的不同波长来实现频分复用。
4. 码分复用（CDM）：每个用户分配唯一的码，所有用户共用相同频率带宽，通过解码来实现分离。
八、数据的传输方式1. 单工传输：只有一个方向的传输，如广播电视。
物理层的基本概念和基础知识
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。
物理层的基本概念和基础知识
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。
对基带数字信号的几种调制方法
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0 调幅 调频
调相
物理层的基本概念和基础知识
正交振幅调制 QAM
(Quadrature Amplitude Modulation)
举例
(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。
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）。
物理层的基本概念和基础知识
几种最基本的调制方法
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。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制(modulation)。
第 2 章 物理层
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 2.4 信道复用技术 2.5 数字传输系统 2.6 宽带接入技术
物理层的基本概念和基础知识
2.1 物理层的基本概念
物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些 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。
物理层的基本概念和基础知识
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。
第二章 物理层
7
2.1.4物理层协议举例
1.DTE设备与DCE设备 数据终端设备（Data Terminal Equipment ，DTE ）是具有一定数据处理能力和数据发送接收能力的 设备，包括各种I/O设备和计算机。由于大多数的 数据处理设备的传输能力有限，直接将相距很远的 两个数据处理设备连接起来是不能进行通信的，所 以要在数据处理设备和传输线路之间加上一个中间 设备，即数据线路端接设备（Data Circuitterminating Equipment ，DCE）。DCE在DTE和传 输线路之间提供信号变换和编码的功能。
谢希仁22数据通信的基础知识221数据通信系统的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器pc机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息pc机数据通信基础知识基本概念?信息?人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识?表示信息的形式可以是数值文字图形图像声音等?数据?把事件的某些属性规范化后的表现形式?信号?是数据的具体的物理表现
16
4.1 物理层的基本概念
2.1.4物理层协议举例
2.RS-232接口特性 4）过程特性 （5）当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发
送”置为“ON”。DCE-A响应将其引脚5“允许发送 ”置为“ON”。然后DTE-A通过引脚2“发送其数据 ”。DCE-A将数字信号转换为模拟信号向DCE-B发送 过去。 （6）DCE-B将收到的模拟信号转换为数字信号，经 过引脚3“接收数据”向DTE-B发送。
绪”置为ON，同时通过引脚2“发送数据”向DCE-A 传送电话号码信号。 （2）DCE-B将引脚22“振铃提示”置为ON，表示通 知DTE-B有入呼叫信号到达。DTE-B就将其引脚 20“DTE就绪”置为ON。DCE-B接着产生载波信号， 并将引脚6“DCE就绪”置为“ON”，表示已做好准 备接收数据。
第 2 章 数据通信基础
第2xx数据通信基础练习1．计算机网络中的通信网络是一个数据通信系统，计算机网络的工作原理和数据通信是紧密相关的。
2．数据是信息的表示形式是信息的物理表现。
所有信息都要用某种形式的数据表尔和传播。
信息是数据表示的含义，是数据的逻辑抽象，它不会因数据的表示形式不同而改变。
3．数据通信主要研究二进制编码信息的通信过程。
无论信息采用什么数据形式表示，在数据通信系统中都必须转化成二进制编码。
4．信号是在特定通信方式中数据的物理表现,它有具体的物理描述。
5．模拟信号是一个连续变化的物理量，数字信号是离散取值的物理量，例如表示二进制数据的1、0信号。
6．数字信号的再生是指在信号传递过程中受到外界干扰而产生变形后，通过信号判决再恢复成原来的信号。
7．信道是通信系统中传输信号的通道，它包括通信线路和传输设备。
根据信道使用的传输介质可以分成有线信道和无线信道。
根据适合传输的信号类型可以分为模拟信道和数字信道。
模拟信道用于传输模拟信号,如电话用户线路，数字信道用于直接传输数字信号，例如光纤线路。
8．信号带宽是信号中包含的频率范围。
对于模拟信号，带宽计算方法为：信号带宽=信号最高频率-信号最低频率9．信道带宽是信道上允许传输电磁波的有效频率范围。
模拟信道的带宽等于信道可以传输的信号频率上限和下限之差，单位是Hz。
信道的带宽不一定等于传输介质允许的带宽。
10．数字信道的带宽一般用信道容量表示，它是信道的最大数据传输速率，单位是比特/秒(b/.s)。
例如，当前主流局域网中使用的5类双绞线，其信道带宽为100Mb/S，即最大数据传输速率为100Mb/ S。
信道容量对信道传输介质的带宽有一定的依赖关系。
11．数据终端设备DTE是数据通信中的数据源和数据宿，实际就是计算机设备。
12．数据通信是计算机与计算机间的通信，为了有效而可靠地进行通信，通信双方必须遵守通信协议。
通信控制器是数据链路层控制通信规程执行部件，完成收，发双方的同步。
计算机网络教学课件-ch2 物理层-1
事件
事件 S decides to send pkt to D S starts sending pkt S finishes transmitting pkt to D
D begins to recv pkt
D recvs entire pkt and delivers to application
信息(Information)
是数据的内容或解释
信号(Signal)
是数据的电磁或电子编码
传输(Transmission)
指信号的传递
8
信息通过数据通信系统的传输过程
把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
频基带带/宽传带输传输
使数字数据能在数字信道上传输 把数字数据转换成某种数字脉冲信号
常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码
不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）
二进制数字0、1分别用两种电平来表示；
常用－5V表示1，＋5V表示0；
缺点：
存在直流分量，传输中不能有变压器或电容； 不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。
外界：闪电、串扰、电气设备
内部：介质特性（衰减、延迟－与频率有关）
6
2.1 数据通信基础
模拟信号
时间上连续，包含无 穷多个信号值
数字信号
时间上离散，仅包含 有限数目的信号值。 最常见的是二值信号
t a） 模拟信号
t b） 数字信号
7
2.1 数据通信基础
数据(Data)
传递（携带）信息的实体
波分复用WDM （Wave Division Multiplexing）
按波长划分不同的信道，用于光纤传输
理解通信网络的基本结构和运行原理
理解通信网络的基本结构和运行原理通信网络是现代社会中不可或缺的基础设施，它为人们提供了快速、方便的信息传输渠道。
在本文中，将详细介绍通信网络的基本结构和运行原理，并分步骤进行说明。
一、通信网络的基本结构1. 物理层：物理层是通信网络的基础，主要负责传输数据的硬件设备和信号传输介质，如电缆、光纤等。
2. 数据链路层：数据链路层负责将数据转换为适合传输的数据帧，并通过物理层将数据传输到目的地。
3. 网络层：网络层是整个通信网络的核心，负责将数据分组进行传输和路由选择。
4. 传输层：传输层负责建立端到端的通信连接，并确保数据可靠地传输到目的地。
5. 应用层：应用层是最接近用户的一层，包括各种应用程序，如电子邮件、网页浏览等。
二、通信网络的运行原理1. 数据传输原理：通信网络的数据传输是通过将数据划分为不同的数据包或数据帧，并通过各层的协议进行传输。
发送方将数据分组后通过物理介质传输给接收方，接收方通过解析数据包或数据帧，重新组装原始数据。
2. 路由选择原理：在网络层，数据经过路由选择器进行路由选择，即确定数据从发送方到接收方的最佳路径。
路由选择是根据路由表中的路由信息和交换机的转发表来完成的。
3. 数据传输可靠性保证原理：在传输层，通过使用可靠的传输协议来保证数据的可靠传输。
例如，使用TCP协议时，发送方和接收方之间会建立连接，并通过确认和重传机制来保证数据的正确传输。
4. 应用层协议原理：应用层协议是应用程序之间进行通信的规则和约定。
不同的应用程序使用不同的应用层协议进行通信，例如HTTP协议用于网页浏览，SMTP协议用于电子邮件传输等。
5. 安全性保障原理：为了保证通信网络的安全性，通信网络使用各种安全机制，如加密算法、防火墙、访问控制等，以防止数据泄漏和恶意攻击。
三、通信网络的步骤详解1. 数据传输步骤：发送方将原始数据划分为数据包，每个数据包包含了目标地址、源地址和数据内容，然后通过物理层通过传输介质将数据包发送给接收方，接收方通过解析数据包中的地址和数据内容来重新组装原始数据。
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光密介质
光纤通信的原理
2. 室外光缆和室内光纤
光纤传输介质有室外光缆和室内光纤之分 室外光缆，主要用于室外环境，可以架空或走地下管道。由于室外光缆所处环境比较
恶劣，需要防水、防晒、防压、防化学侵蚀等，所以需要有很好保护，其结构如图所示。
外铠(塑料)
填充物
填充物
室外光缆
钢铠 光纤(多根)
钢铠
外铠(塑料)
室内光纤，主要用于室内，单根光纤加上稍许保护材料。光波在纤芯上传播。 纤芯是一种直径50到100微米的柔软的光导介质，成分主要是二氧化硅。在折射率 较高的纤芯外面，由折射率较低的包层包裹着，以保证在界面上光波可以发生全反射。
填 充 物 填 充 物
保 护 层 ( 塑 料 )
纤 芯 ( 5 0 ～ 1 0 0 微 米 )
见图，入射角∠１∠２∠３逐渐增大，∠1’∠2’是折射角，当入光纤通信的原理， 是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射 的特性射角达到∠3时，发生全反射，即光波能量几乎全部反射，这样才可以达到 长距离高速传输的目的。
折射光 折
1'
2' 射
光
光疏介质
12
3
入 射 光
反射光
非屏蔽双绞线有1、2、3、4、5五类，常用的是3类线和5类线，5类线既可支持 100Mbps的快速以太网连接，又可支持到150Mbps的ATM数据传输，是连接桌面设备
的首选传输介质。
双绞线
最便宜的 传输媒介
易受环境 中电信号 的干扰
通常用于较短 距离的连接
整理ppt
3
2. 2. 2 同轴电缆(coaxial cable)
保 护 层 ( 塑 料 )
光纤(单根)
3、单模和多模两种
单模光纤指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨角度传 输。多模光纤的纤芯比单模的粗，光信号与光纤轴成多个可辨角度传输。单模光纤成本 较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆bps的速率传输数据。多模光纤成本较低， 但性能比单模光纤差一些。
外导体(编织状)
外保护层(塑料)
同轴电缆基本结构示意图
同轴电缆支持点到点连接，也支持多点连接。分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
基带同轴电缆一般用于二进制数据信号的传输，多用于计算机局域网；宽带同轴电缆 主要用于高带宽数据通信，支持多路复用。
基带同轴电缆又分为粗缆和细缆。粗缆多用于局域网主干，支持2500米的传输距离，可以连接数千 台设备，但其价格较高；细缆多用于与用户桌面连接，级连使用可支持800米的传输距离，但一般 不超过180米，可以连接数千台设备。
基带同轴电缆的最大优点是抗干扰性强，而且支持多点连接。缺点是物理可靠性不好， 在公用机房、教学楼等人员嘈杂的地方，极易出现故障，而且一点发生故障，整段局域 网都无法通信，所以基本已被非屏蔽双绞线所取代。
同轴电缆
比较便宜
绝缘层保护
外层绝缘层外导体源自整理ppt52.2.3 光缆(optical fiber)
光纤
• 昂贵的传输媒介 • 不受电信号的干扰 • 使用于长距离、高
速率的信号传输
整理ppt
8
2.2.4 无线传输介质
无线电、微波、卫星、移动通信等，各种无线介质传输介质对应的电磁波谱范围如图所示。
频率 (Hz)
10 4
105 106
无线电
10 7
10 8
10 9 10 10 1011 1012 1013 1014
同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是一根金属线，外导体是一根圆柱形的 套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。如图。
另外，同轴电缆的两端需要有终结器(用50欧姆或75欧姆的电阻连接内外导体)，中间 连接需要收发器、T形头、筒形连接器等器件。
外保护层(塑料)
绝缘层 绝缘层
外导体(编织状) 内导体(铜芯)
第2章 数据通信基础(物理层)
2.1 通信发展的历史
社会的人与人交换思想
• 介质空气、书信、驿站 • 电报 1835，1837 莫尔斯电磁电报
1892，马可尼无线电报 • 电话 1876，贝尔电话机
1878，人工电话交换机 1892，史瑞乔自动电化交换机
电话电报开始了近代通信的历史，几百年；发挥了极其重要的作用； 20世纪30年代，信息论、调制论、 预测论、统计论 一系列的突破； 20世纪50年代，载波传输、电话、电报通信系统； 元件、光纤、收音机、电视机、计算机，广 播电视、数字通信业大 发展； 目前已形成数字传输、程控电话交换通信为主，其他非语音通信为 辅的综合电信通信系统；并且日益与计算机、电视等其他技术融合。
光纤即光导纤维。利用光导纤维作为光的传输介质，以光波为信号载体的光纤 通信，只20/30年的历史。 1960年，美MAINMAN，红宝石激光器 1966年， 英籍华人高锟（C。K。KAO）博士提出，Sio2 石英玻璃制成光纤，低消耗 1970年，美国康宁公司制出了损耗为20分贝的光纤。
1、 光纤通信的原理
中国1880年，由丹麦人在上海创办第一个电话局。
2.2 数据通信的传输介质
信道是指以传输介质为为基础的信号通路，它是传输数据的物理基础。 有线传输介质：包括双绞线、同轴电缆和光纤。 无线传输介质：包括无线电、微波、卫星、移动通信等各种通信介质。
2.2.1 双绞线（twisted pair)
每一对双绞线由绞合在一起的相互绝缘的两根铜线组成，每根铜线的直径大约1mm。 减少电磁干扰，提高传输质量。电话线就是双绞线。 双绞线可以用于传输模拟传输或数字传输。 计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。 屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair)： 抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里。但成本也较高， 所以一直没有广泛使用。 非屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twisted Pair)： 非屏蔽双绞线的传输距离一般为100米由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。
微波
红外
1015 1016
紫外线
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆 无线电AM 无线电FM
地面微波 通信
电视
各通信类型使用的电磁波谱范围
在计算机网络领域，无线通信介质主要是微波和卫星。 • 微波通信是指用频率在100MHz到10GHz的微波信号进行通信。
特点是：
只能进行可视范围内的通信； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。 微波通信主要用于几公里范围内，不适合铺设有线传输介质的情况，而且只能用于点 到点的通信，速率也不高，一般为几百Kbps。