第3章 计算机网络底层协议-3.1 物理层
第三章 计算机网络体系结构ppt课件
图1 OSI参考模型
最顶层
最底层
.
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（A）
（P） （S） （T） （N）
（DL） （PH）
通信子网
.
OSI中数据流动过程
用户看到的据流向
向实 际 数 据 流
向实 际 数 据 流
实际数据流向
.
2.3 OSI-RM 各层主要功能概述
1、物理层
2.1 网络体系结构及协议概念
2.1.1 网络体系结构的概念
计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术 中的关键。
计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。 例如：①支持多种通信介质；②支持多厂商和异种机互 联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；③支 持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；④ 支持高级人机接口。
服务数据单元是指（N）实体为完成（N） 服务用户请求的功能所设置的数据单元
.
2.4.3 、服务原语： 在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下
层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
请求：用户要求服务做某项工作
服务原语
指示：用户被告知某事件发生了 响应：用户表示对某事件的响应
确认：用户实体收到关于它的请求答复
● 数据链路层协议分为两类：
● 面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组 控制字符完成数据链路控制功能。
● 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单 位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。
.
1、数据链路层的功能
传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、
光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：
第3章 计算机网络体系结构 Microsoft Word 文档
第3章计算机网络体系结构〖主要内容〗计算机网络体系结构概述，各层功能的简单介绍，主要介绍物理层和数据链路层及网络层。
〖教学重点〗OSI参考模型的七层功能，物理层概念，数据链路层的流量控制方法，HDLC概念。
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。
计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。
3.1 网络体系结构及协议的概念3.1.1 网络体系和网络体系结构网络体系（Network Architecture）：是为了完成计算机间的通信合作，把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。
网络体系结构：是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、各层协议和接口的集合。
3.1.2 计算机网络体系结构计算机的网络结构可以从网络体系结构、网络组织和网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和和通信线路来描述计算机网络；网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构。
网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的，名为SNA计算机网络体系结构：是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题，然后加以解决。
层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题，各层执行自己所承担的任务。
计算机网络结构采用结构化层次模型，有如下优点：●各层之间相互独立，即不需要知道低层的结构，只要知道是通过层间接口所提供的服务●灵活性好，是指只要接口不变就不会因层的变化（甚至是取消该层）而变化●各层采用最合适的技术实现而不影响其他层●有利于促进标准化，是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明3.1.3 网络协议1.协议(Protocol)网络中计算机的硬件和软件存在各种差异，为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息，必须事先形成一种约定，即网络协议。
第三章计算机网络的层次结构
第3章 计算机网络的层次结构
TCP/IP与OSI/RM的比较 除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。 （1）层次性是否严格 OSI/RM最大的贡献在于它作为一种理论模型， 有清晰的层次结构，并且用服务、接口和协议 三个基本概念作为每一层的核心。 TCP/IP是实践中形成的，是经验的总结，虽然T CP/IP模型也分层次，但是层次间的依赖关系不 像OSI/RM那样强。
第3章 计算机网络的层次结构
1.物理层 物理层（Physical Layer）的功能是解决 “物理连接”的标准问题，而不是物理线路的 敷设问题，具体可以有以下3点： 以下3 （1）它建立在传输介质之上，并不考虑传输 介质的具体敷设问题，而只关心介质两端的连 接，或者说它只关心链路两端点的物理特性。
第3章 计算机网络的层次结构 3.3 TCP/IP体系结构
3.3.1 TCP/IP模型 TCP/IP协议是事实上的工业标准 ，其中以TCP、 IP协议为主。 TCP/IP模型共划分了四个层次： 网络接口层、网络层、传输层、应用层。 网络层、传输层是核心层次，向上支持各 种应用，向下要进行数据的传输，加入了网络 接口层。
第3章 计算机网络的层次结构
6. 表示层 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法问题， 解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表 示方法不同等问题。
第3章 计算机网络的层次结构
7. 应用层 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换 信息的界面━━用户应用程序，如电子邮件、文 件传输等。简单地说，就是接收用户数据。
第3章 计算机网络的层次结构
（2）可靠性第一还是效率第一 可靠性是指网络正确地传输数据的能力。 OSI/RM以可靠性第一作为其基本宗旨; TCP/IP模型则以效率第一作为其基本宗旨. （3）主机负担重还是通信子网负担重 OSI/RM系统中通信子网负担较重，主机负担较轻， 即OSI/RM对主机的要求不高。 在TCP/IP模型中主机的负担较重。
计算机网络_吴功宜3版_ch03_物理层
3.5 多路复用技术86
3.7 接入技术92
3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系SDH90
11
信息、数据与信号
信息 (infomation)：文字、语音、图形、图像和视频 数据 (data)：信息的二进制编码表示 信号 (signal)：表征0、1的不同电平或频率等物理量
本章目录
3.1 物理层与物理层协议的基本概念63
3.2 数据通信的基本概念66 3.3 频带传输技术78
3.4 基带传输技术81
3.5 多路复用技术86 3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系
SDH90 3.7 接入技术92
2
本章知识点结构
物理层协议的基本概念 数据通信的基本概念
3.3 频带传输技术78 3.4 基带传输技术81
3.5 多路复用技术86
3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系SDH90 3.7 接入技术92
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通信线路的类型
点-点通信线路
计算机 ADSL Modem PPP协议 PPP协议 路由器 PPP协议 路由器 Internet ADSL Modem PPP协议 计算机
计算机网络基础
application transport network data link physical
network data link physical
第3章
物理层
蒋巍巍 浙江中医药大学信息技术学院 1219室
application transport network data link physical
掌握：基带传输与频带传输的基本概念 掌握：多路复用技术的分类与特点
掌握：同步数字体系SDH的基本概念
osi七层模型的定义和各层功能
OSI七层模型的定义和各层功能随着网络技术的不断发展，我们的生活已经离不开网络了。
而OSI七层模型是计算机网络体系结构的实质标准，它将计算机网络协议的通信功能分为七层，每一层都有着独特的功能和作用。
下面，我将以此为主题，深入探讨OSI七层模型的定义和各层功能。
1. 第一层：物理层在OSI七层模型中，物理层是最底层的一层，它主要负责传输比特流（Bit Flow）。
物理层的功能包括数据传输方式、电压标准、传输介质等。
如果物理层存在问题，整个网络都无法正常工作。
2. 第二层：数据链路层数据链路层负责对物理层传输的数据进行拆分，然后以帧的形式传输。
它的功能包括数据帧的封装、透明传输、差错检测和纠正等。
数据链路层是网络通信的基础，能够确保数据的可靠传输。
3. 第三层：网络层网络层的主要功能是为数据包选择合适的路由和进行转发。
它负责处理数据包的分组、寻址、路由选择和逻辑传输等。
网络层的存在让不同的网络之间能够互联互通，实现数据的全球传输。
4. 第四层：传输层传输层的功能是在网络中为两个端系统之间的数据传输提供可靠的连接。
它通过TCP、UDP等协议实现数据的可靠传输、分节与重组、流量控制、差错检测和纠正等。
5. 第五层：会话层会话层负责建立、管理和结束会话。
它的功能包括让在网络中的不同应用之间建立会话、同步数据传输和管理数据交换等。
6. 第六层：表示层表示层的作用是把数据转换成能被接收方识别的格式，然后进行数据的加密、压缩和解压缩等。
7. 第七层：应用层应用层是OSI模型中的最顶层，它为用户提供网络服务，包括文件传输、电流信箱、文件共享等。
应用层是用户与网络的接口，用户的各种应用软件通过应用层与网络进行通信。
OSI七层模型是计算机网络体系结构的基本标准，它将通信协议的功能划分为七层以便管理和开发。
每一层都有独特的功能和作用，共同构成了完整的网络通信体系。
只有了解并理解这些层次的功能，我们才能更好地利用网络资源，提高网络效率。
计算机网络技术 第三章 计算机网络体系结构及协议
第三章 计算机网络体系结构及协议
3）常见的流量控制方案有：XON/XOFF方案和窗口机制。 ①XON/XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制，当接收方过载时， 可向发送方发送字符XOFF（DC3）暂停，待接收方处理完数据后，再向发送方发送 字符XON（DC1），使之恢复发送数据； ②窗口机制：其本质是在收到一个确定帧之前，对发送方可发送帧的数目加 以限制，这是由发送方调整保留在重发表中的待确认帧来实现的，如接收方来不及 处理，则接收方停止发送确认信息，发送表的重发表就增长，当达到重发表的限度 时，发送方就不再发送新帧直到收到确认信息为止。 发送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于发送窗口， 发送方和接收方的窗口尺寸不得大于信号范围的一半。发送窗口指发送方已发送但 尚未确认的帧序号队列的界，上下界分别称上下沿，上沿、下沿的间距称为窗口尺 寸。发送方每发一帧，待确认帧的数目加1，收到一个确认帧时，待确认帧的数目减 1.当重发表的计数值（待确认帧的数目）等于发送窗口尺寸时，停止发送新帧。 以滑动窗口的观点来统一看待空闲的RQ、Go-Back-N和选择重发，则①空闲 RQ：发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：发送窗口>1，接收窗口=1；③选择 重发：发送窗口>1，接收窗口>1.
第三章 计算机网络体系结构及协议
七、发送进程发送给接收进程中的数据， 实际上是经过发送方各层从上到下传送 到物理媒体，通过物理媒体传输到接收 方后，再经过从下到上各层的传递，最 后到达接收进程。
第三章 计算机网络体系结构及协议
八、物理层的传输单位是比特，它是指 在物理媒体之上为数据链路层提供一个 原始比特流的物理连接，它不是指具体 的物理设备，也不是指信号传输的物理 媒体，物理层的1建议是于1976年制定的DTE 如何与数字化的DCE交换信号的数字接 口标准。机械特性：采用15芯标准连接 器，定义了八条接口线；电气特性：类 似于RS-422的平衡接口；功能特性：按 同步传输的全双工或半双工方式运行。
第3章 计算机网络体系结构
计算机网络技术基础任课老师: 田家华第3章计算机网络体系结构本章要点3.1 网络体系结构概述3.2 OSI七层协议模型3.3 TCP/IP的体系结构本章要点：网络体系结构的概念物理层、数据链路层、网络层、传输层、高层的功能TCP/IP体系结构3.1.1 网络体系结构的概念高层不需要知道低层是如何实现的，只需要知道低层所提供的服务，以及本层向上层提供的服务，各层独立性强。
当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他层，适应性强。
整个系统已被分解为若干易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂的系统实现和维护起来更容易。
每层的功能与所提供的服务都有精确的定义和说明，有利于促进标准化。
邮政服务的层次模型3.1.2网络协议网络协议的定义为实现网络通信而建立的关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组规则、标准或约定，统称为网络协议(Protocol)网络协议的三要素语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。
语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。
定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。
3.1.2网络协议TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议3.1.3 OSI参考模型1 OSI参考模型概述OSI参考模型是标准化的、开放式的计算机网络层次结构模型。
“开放”的含义是：任何两个遵守OSI参考模型和有关标准的系统都可以进行互连。
这里的“系统”指的是计算机、终端或其他外部设备等。
OSI参考模型将计算机网络分成了互相独立的7层，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层2 OSI参考模型中的数据传输过程在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。
除了最底层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。
计算机网络低层协议
计算机网络低层协议计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分。
它使得我们可以通过互联网连接世界各个角落，传递信息和数据。
而在计算机网络中，低层协议扮演着重要的角色。
本文将介绍计算机网络中的低层协议及其功能。
一、低层协议概述低层协议是计算机网络中最基础的协议，负责实现数据在网络中的传输。
它们运行在计算机网络的物理层和数据链路层，确保数据准确无误地从发送方传输到接收方。
常见的低层协议包括物理层协议和数据链路层协议。
物理层协议主要负责将二进制数据通过硬件设备转化为电磁信号，并进行传输。
数据链路层协议用于控制数据的传输，解决数据在局域网等短距离网络中的传输问题。
二、物理层协议物理层协议是低层协议中最底层的协议。
它确保数据能够准确地传输到网络介质上。
物理层协议的功能如下：1. 位传输：物理层协议负责将数字信号转化为模拟信号，通过媒体传输。
常见的物理层协议有以太网、串行通讯协议等。
2. 数据编码：物理层协议将比特流转换为物理信号，并进行差错控制和同步操作，以保证数据的可靠性。
3. 中继器：物理层协议使用中继器将信号放大，延长信号的传输距离。
三、数据链路层协议数据链路层协议位于物理层之上，负责数据在链路上的传输。
数据链路层协议的主要功能如下：1. 帧同步：数据链路层协议通过添加起始符和终止符等方式，确保数据帧的同步和识别。
2. 帧定界：数据链路层协议在数据帧中添加帧头和帧尾，进行定界操作，使接收方能正确解析数据帧。
3. 流量控制：数据链路层协议在传输数据的过程中，通过停止-等待协议、滑动窗口协议等方式，控制数据的发送速率，防止数据丢失或堆积。
4. 差错控制：数据链路层协议使用校验和、循环冗余检验等技术，检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
5. 介质访问控制：数据链路层协议负责管理多个设备共享同一物理链路的方法，如以太网中的CSMA/CD协议。
四、常见的低层协议1. 以太网协议：以太网协议是互联网中最常用的低层协议之一。
osi各层的安全协议
osi各层的安全协议OSI（Open Systems Interconnection）模型是一种将计算机网络体系结构分为七个不同层次的参考模型。
每个层次负责不同的功能，使得网络通信能够高效、可靠地进行。
在网络通信过程中，安全协议起着保护数据和信息安全的重要作用。
下面将分别介绍OSI模型的每一层及其对应的安全协议。
第一层：物理层（Physical Layer）物理层是OSI模型中最底层的层次，它负责在物理媒介上传输比特流。
在物理层中，保护数据安全的主要问题是防止数据泄露和窃听。
为了解决这个问题，可以使用加密技术来对传输的数据进行加密，从而保证数据的机密性。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责将物理层传输的比特流划分为数据帧，并通过数据链路进行传输。
在数据链路层中，主要的安全问题是数据的完整性和可靠性。
为了解决这个问题，可以使用帧校验序列（FCS）来检测数据是否被篡改。
此外，还可以使用MAC地址过滤来限制网络访问，从而提高网络的安全性。
第三层：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。
在网络层中，主要的安全问题是数据包的路由和转发安全。
为了解决这个问题，可以使用IPSec（Internet Protocol Security）协议来对传输的数据包进行加密和认证，从而保证数据传输的安全性。
第四层：传输层（Transport Layer）传输层负责提供端到端的可靠数据传输。
在传输层中，主要的安全问题是数据的完整性和可靠性。
为了解决这个问题，可以使用传输层安全协议（TLS/SSL）来对传输的数据进行加密和认证，从而保证数据传输的安全性。
第五层：会话层（Session Layer）会话层负责建立、管理和终止会话。
在会话层中，主要的安全问题是会话的安全性和保密性。
为了解决这个问题，可以使用会话层安全协议（SSH）来对会话进行加密和认证，从而保证会话的安全性。
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。
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《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
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《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
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《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）。
第三章 网络体系结构
《计算机网络基础》第三章
3.2.3 模型中的数据传输
所谓数据单元是指各层传输数据的最小单位。图 中最左边一列交换数据单元名称，是指各个层次 对等实体之间交换的数据单元的名称。 所谓协议数据单元PDU(Protocol Data Unit) 就是对等实体之间通过协议传送的数据。 这个在发送节点自上而下逐层增加头（尾）信息， 而在目的节点又自下而上逐层去掉头(尾)信息的 过程叫做封装。
网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议，如有 关第N层的通信规则的集合，就是第Ｎ层的协议。 而同一计算机功能层之间的通信规则称为接口，如在第N 层和第(N+1)层之间的接口称为N/(N+1)层接口。 总的来说，协议是不同机器同等层之间的通信约定；而接 口是同一机器相邻层之间的通信约定。不同的网络体系结 构中，分层的数量、各层的名称和功能及协议都各不相同。 但是，在所有的网络中，每一层的目的都是向它的上一层 提供一定的服务。
《计算机网络基础》第三章
3.2.1 模型结构
发送进程 应用层协议 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 表示层协议 表示层 会话层协议 会话层 传输层协议 传输层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 网络层 数据链路层 物理层 物理介质 路由器 主机A 通信子网 路由器 路由器 主机B 应用层 接收进程
《计算机网络基础》第三章
3.1.2 协议分层与体系结构
计算机网络采用分层结构还有利于交流、理解和标 准化。具体优点如下： （1）各层之间是独立的。 （2）灵活性好。 （3）结构上可以分割开。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。
《计算机网络基础》第三章
第三章 计算机网络体系结构与协议
高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务 的具体实现方法。
2. 各层次间的关系
网络协议都是按层的方式来组织，如图3-1所示，每一层都能完成 一组特定的、有明确含义的功能，每一层的目的都是向上一层提供 一定的服务，而上一层不需要知道下一层是如何实现服务的。
3. 网络层
网络层的主要任务是：进行路由选择，以确保数据分组从发送端到 达接收端，并在数据分组发生阻塞时进行拥塞控制。
网络层还要解决异构网络的互连问题，以实现数据分组在不同类 型的网络中传输。
网络层协议的代表有：IP、IPX、RIP、OSPF等。
4. 传输层
传输层的主要任务是：为上一层进行通信的两个进程之间提供一个 可靠的端到端服务，使传输层以上的各层不再关心信息传输的问题。 端到端是指：进行相互通信的两个节点不是直接通过传输介质连 接起来的，相互之间有很多交换设备（如路由器）。 传输层从会话层接收数据，形成报文（Message），并且在必要时 将其分成若干个分组，然后交给网络层进行传输。 传输层协议的代表有：TCP、UDP、SPX等。
（3）传输层
与OSI参考模型的传输层类似，TCP/IP参考模型的传输层的主要功 能是：使发送方主机和接收方主机上的对等实体可以进行会话。 在传输层上定义了以下两个端到端的协议：传输控制协议（TCP） 和用户数据报协议（UDP）。 TCP是一个面向连接的可靠传输协议，而UDP是一个面向无连接 的不可靠传输协议。
图3-2 对等实体间通信示意图
3. 层次间的关系举例
具体实例请参照教材P46学习。
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
OSI各层协议汇总
OSI各层协议汇总OSI（Open Systems Interconnection）是一种网络参考模型，定义了计算机系统互联的标准体系结构。
它将网络通信过程分成七个不同的层次，并定义了每个层次的功能和协议。
下面是每个层次及其相关的协议：第一层：物理层物理层是网络的最底层，主要负责在物理媒介上传输比特流。
它包括物理媒介（如电缆、光纤）和物理传输技术（如电压、频率、电磁波）。
常见的物理层协议包括以太网（Ethernet）、同轴电缆（Coaxial Cable）和光纤（Fiber Optic）协议。
第二层：数据链路层数据链路层负责将比特流划分为帧，并在传输媒介上提供可靠的数据传输。
它主要处理物理错误的纠正和错误检测，以及流量控制和访问控制。
常见的数据链路层协议包括以太网（Ethernet）、Wi-Fi（Wireless Fidelity）和PPP（Point-to-Point Protocol）协议。
第三层：网络层网络层处理分组在网络中的传输，包括逻辑编址、路由选择和拥塞控制等功能。
它将传输层的数据分割为更小的数据包，并为其指定地址，以便在不同的网络上进行路由。
常见的网络层协议包括IP（Internet Protocol）和ICMP（Internet Control Message Protocol）。
第四层：传输层传输层主要负责提供端到端的连接服务。
它将网络层传递的数据分割为更小的单元，以便进行可靠的传输，同时提供错误检测和纠正。
在不同的网络之间，传输层可以为应用程序提供端到端的连接。
常见的传输层协议包括TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。
第五层：会话层会话层负责建立、管理和终止会话，同时提供数据的同步和恢复功能。
它允许两个应用程序之间进行通信，并提供错误检测和纠正。
常见的会话层协议包括SSL（Secure Sockets Layer）和TLS （Transport Layer Security）。
计算机网络第3章 计算机网络体系结构
第n+1层是第n层的服务用户，第n-1层是第n层的服务 提供者 第n层的服务也依赖于第n-1层以及以下各层的服务
例：邮政通信
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对等通信例：两个人收发信件
发信人 邮局 运输系统
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对等层通信的实质
对等层实体之间实现的是 虚拟的逻辑通信； 下层向上层提供服务； 上层依赖下层提供的服务 来与其他主机上的对等层 通信； 实际通信在最底层完成。
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源进程传送消息到 目标进程的过程：
• 消息送到源系统的 最高层； • 从最高层开始，自 上而下逐层封装； • 经物理线路传输到 目标系统； • 目标系统将收到的 信息自下而上逐层 处理并拆封； • 由最高层将消息提 交给目标进程。
6
分层的空中旅行组织: 服务
柜台-to-柜台：“旅客+行李” 票务服务 行李托运-to-行李认领：行李服务
登机入口-to-到达出口：旅客乘务服务
跑道-to-跑道：飞机“航运”服务 从出发地到目的地的航线：导航服务
7
层次功能的分布式实现
机票 (购买) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆)
飞行航线
一系列的步骤
5
空中旅行的组织: 从另一种不同的角度观察
机票 (购买) 行李 (托运) 机票 (投诉) 行李 (认领) 旅客 (到达) 飞机 (着陆) 飞行航线 飞行航线 层次的观点： 每层实现一种特定的服务 – 通过自己内部的功能 – 依赖自己的下层提供的服务
旅客 (出发)
飞机 (起飞) 飞行航线
PDU由协议控制信息（协议头）和数据（SDU）组成:
第3章第1讲OSI参考模型
物理接口特性
• (1)机械特性：规定了DTE、DCE接口界面的接插 件(插头和插座)的形状和尺寸，插针或插孔的数目 及其排列，固定或锁定装置等。 • (2)电气特性：规定了在物理连接传输二进制比特 流时线路上信号电平高低，驱动器与接收器的阻抗 及阻抗匹配、传输速率与接口线距离限制等。 • (3) 功能特性：规定了DTE、DCE间各条接口信号 线的功能分配和确切定义，信号线按功能一般分为： 数据线、控制线、定时线和地线等几类。 • (4) 规程特性：定义了利用信号线进行二进制比特 流传输的一组操作关系和时序。
第五层：会话层(Session layer)
• 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。如服务器验证户 登录便是由会话层完成的。
第六层：表示层(Presentation layer)
请求发送与接收指示带证实与响应服务
请求发送与接收指示不带证实与响应服务
3.2 物理层与物理接口协议
• 物理层主要功能就是为它的服务用户 （即数据链路层的实体）在具体的物 理媒体上提供发送或接收比特流的能 力，包括：物理连接的建立与拆除， 物理层屏蔽了物理设备和传输媒体的 差异。 • 物理层的协议（规程）与具体的物理 设备、传输媒体及通信手段有关。
表3-1 RS232 常用引脚功能定义
D25脚 2 3 4 5 6 7 8 20 22 D9脚 3 2 7 8 6 5 1 4 9 脚名称 TXD RXD RTS CTS DSR DG DCD DTR RI 功能 发送 接收 请求发送 清除发送 数据设备准备好 信号地 载波检测 数据终端准备好 振铃指示 方向 DTE->DCE DTE<-DCE DTE->DCE DTE<-DCE DTE<-DCE DTE-DCE DTE<-DCE DTE->DCE DTE<-DCE
计算机网络各层协议
计算机网络各层协议计算机网络是指将地理位置不同的计算机通过通信链路相互连接起来，实现数据交换和共享资源的网络。
计算机网络是由各个层次的协议组成的，每一层协议都有自己的功能和责任。
计算机网络通常被分为七层，从低到高分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每一层都有自己的协议和功能，通过各层之间的相互配合和通信，完成数据的传输和处理。
物理层是计算机网络的最底层，主要负责物理介质的传输，包括信号传输、电缆连接等。
常见的物理层协议有以太网、无线局域网等。
数据链路层负责将一组比特序列组织成合适的帧，并通过物理链路传输数据。
数据链路层的协议有以太网协议、无线局域网协议等。
网络层在两个主机之间提供数据报传输的服务，负责寻址和路由选择。
网络层的协议有IP协议、ICMP协议等。
传输层主要负责两个主机之间的数据传输，提供端对端的可靠性和连接管理。
常见的传输层协议有TCP协议、UDP协议等。
会话层在不同主机上的进程之间建立和维护通信会话。
会话层的协议有RPC协议、SSH协议等。
表示层负责数据的格式化、加密和压缩等操作，确保数据在两个主机之间的正确解释。
常见的表示层协议有JPEG协议、SSL协议等。
应用层是最高层的协议，直接面向用户应用程序，为用户提供各种网络服务。
常见的应用层协议有HTTP协议、DNS协议等。
这七层协议构成了计算机网络的基础框架，实现了计算机网络的功能和效能。
不同层次的协议之间通过接口和协议栈进行交互，完成数据的传输和处理。
数据从应用层经过各个层次的协议封装和处理，最终到达物理层传输，然后再从物理层经过接收方各层的逆向处理，到达应用层供用户使用。
通过七层协议的分工合作，计算机网络能够实现高速、可靠和安全的数据传输。
每一层的协议都有自己的职责和功能，通过各层之间的通信和协同工作，完成数据的传输和处理。
计算机网络在现代社会中发挥着重要作用，使得人们能够方便地进行远程通信、数据共享和资源利用。
计算机网络中的物理层协议
计算机网络中的物理层协议计算机网络的物理层是网络通信的最底层，负责将数据以电信号的形式从发送方传输到接收方。
为了确保数据的可靠传输和通信的稳定性，物理层需要使用一系列的协议。
本文将介绍几种常见的物理层协议，并分析其特点及在计算机网络中的应用。
一、以太网协议以太网协议是最常用的局域网协议之一，它定义了计算机网络中的物理介质、数据帧格式、帧的传输速率等规范。
以太网协议使用双绞线、光纤等传输介质，以及CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）的介质访问控制方法。
其帧格式由目的MAC地址、源MAC地址、数据内容和校验字段组成，通过MAC地址的比对来实现数据的传输。
以太网协议广泛应用于局域网，具有传输速度快、成本低、安装和维护简便等优点。
然而，在大规模网络中，以太网的广播特性容易引发网络拥塞和冲突问题，因此在实际应用中需要采用交换机等设备来优化网络性能。
二、无线局域网协议无线局域网协议是一种基于无线电波传输的物理层协议，它使用无线传输介质，如无线电、红外线等，来实现计算机之间的通信。
常见的无线局域网协议有Wi-Fi（无线保真）和蓝牙协议。
Wi-Fi协议广泛应用于宽带无线接入和无线局域网，其使用2.4GHz或5GHz频段的无线电波进行数据传输。
Wi-Fi协议具有高速传输、覆盖范围广的特点，因此在家庭、办公室等场景中得到了广泛应用。
蓝牙协议主要用于短距离无线通信，如手机与耳机、键盘、鼠标等设备之间的连接。
蓝牙协议通过2.4GHz频段的无线电波进行通信，具有低功耗、低成本、易于使用等特点，被广泛应用于个人消费电子产品。
三、光纤通信协议光纤通信协议是一种基于光信号传输的物理层协议，它使用光纤作为传输介质，通过调制光波来传输数据。
光纤通信协议的典型代表是SONET（同步光网络）和光纤以太网协议。
SONET是一种面向长距离、高速传输的光纤通信协议，其传输速率可达到数十Gbps甚至更高。
由于其具有高可靠性、高容量等特点，SONET广泛应用于长距离通信网络中。
第3章 计算机网络
根据计算机网络所覆盖的地理范围、信息的 传递速率及其应用目的，计算机网络通常分为局 域网（local area network，LAN）、广域网 （wide area network，WAN）和城域网 （metropolitan area network，MAN），城域网 和广域网又可称为互联网。
（2）按网络的拓扑结构分类
图3-2 OSI参考模型
① 物理层：它的作用是通过物理介质进行比特数据流的传 输。 ② 数据链路层：它提供网络相邻结点间的可靠通信，用来 传输以帧为单位的数据包，向网络层提供正确无误的信息 包的发送和接收服务。 ③ 网络层：它的功能包括提供分组传输服务，进行路由选 择以及进行拥塞控制。 ④ 传输层：它的功能是在通信用户进程之间提供端到端的 可靠的通信。 ⑤ 会话层：它的功能是在传输层服务的基础上增加控制、 协调会话的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互。 ⑥ 表示层：它要保证所传输的信息传输到目的计算机后其 意义不发生改变。 ⑦ 应用层：它是直接面向用户的，为用户提供应用服务。
（2）从系统组成的角度进行划分
从系统组成的角度，一个计算机网络由三部 分内容组成：计算机及智能性外部设备（服务器、 工作站等）；网络接口卡及通信介质（网卡、通 信电缆等）；网络操作系统及网管系统。其中前 两部分构成了计算机网络的硬件部分，第三部分 构成了计算机网络的软件部分。
2．计算机网络的分类
（1）按网络的连接范围分类
所谓网络拓扑结构是地理位臵上分散的各个 网络结点互连的几何逻辑布局。网络的拓扑结构 决定了网络的工作原理及信息的传输方式，拓扑 结构一旦选定必定要选择一种适合于这种拓扑结 构的工作方式与信息传输方式。网络的拓扑结构 不同，网络的工作原理及信息的传输方式也不同。 按拓扑结构分类计算机网络系统主要有：总线型、 星型、环型、树型和网状（混合）型拓扑结构。
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3.2 物理层
➢ 功能特性
➢ 物理层的功能
✓ 在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。
➢ 连接方式（点到点，点到多点） ➢ 通信方式（单工，半双工，全双工） ➢ 位传输方式（串行，并行）
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3.2 物理层
物理层特性： ➢ 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。 ➢ 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接 连接的最大物理距离为15m（50英尺）。 最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用 MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间 最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在 码元畸变小于4%的前提下给出的。
现代通信网络
第3章 计算机网络底层协议
3.1 物理层 3.2 数据链路层 3.3ห้องสมุดไป่ตู้网络层 3.4 MPLS技术 3.5 网络互联
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3.2 物理层
➢ 物理层的定义
✓ ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机械的、电气 的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数 据链路实体之间进行比特传输的物理连接。 ✓ 这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是 在物理层的。
（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接 器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4 组： ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2， 3，4，5，6，7，8，20，22 ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15， 16，17，19,23，24） ③空6个（9，10，11，18，21，25） ④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚） DB-25型连接器的外形及信号线分配如 左图所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已 不支持。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 机械特性 ✓ 连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理 特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各 种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。 ✓ 下面分别介绍DB-25、 DB-9两种连接器。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
数据 控制 定时 地
✓ 主要定义各条物理线路的功能。 ✓ 线路的功能分为四大类：
➢ 规程特性
✓ 主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年 提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提 出RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。 ➢ RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都 是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义 的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备 之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送 和接收。 ➢ PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接 口。
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3.2 物理层
➢ 机械特性
✓ 主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连 接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。 ✓ 常用的标准接口
ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232-C，EIA RS366-A
ISO 2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449 ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22
右图中的左边是微机串行接口电路中的主 芯片UART，它是TTL器件，右边是EIARS-232C连接器，要求EIA高电压。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
远距离通信（传输距离大于15m的通
信）的例子，故一般要加调制解调器 MODEM，因此使用的信号线较多。 1、采用Modem(DCE)和电话网通信时 的信号连接： 若在双方MODEM之间采用普通电话交 换线进行通信，除了需要2～8号信号线 外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个 信号线进行联络，如图所示。 2、采用专用电话线通信： 在通信双方的MODEM之间采用电话线 进行通信，则只要使用2～8号信号线进 行联络与控制。不需要电话机、振铃信 号RI和DTR信号，其信号线的连接如图 那样。
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作业题： 1.物理层要解决什么问题？有哪些重要特性？ 2.光纤、同轴电缆、五类双绞线等是OSI模型中的物 理层吗？为什么？ 3.我们所学的课程中，哪些课程是为解决物理层的问 题？
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
电气特性 ➢ EIA-RS-232C对电器特性、逻 辑电平和各种信号线功能都作 了规定。 ➢ 在TxD和RxD上： 逻辑1(MARK)=-3V～-15V 逻辑0(SPACE)=+3～＋15V ➢ 在RTS、CTS、DSR、DTR和 上图显示了1488和1489的内部结构和引脚。 DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电 压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负 电压)=-3V～-15V
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
（2）DB-9连接器 在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连 接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串 行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-9型连 接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与 配接DB-9型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆 线。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C 近距离通信：零Modem 的最简连线（3线制） 图是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接）， 图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时， 把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发 也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只 要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就 能开始发送和接收。
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3.2 物理层
➢ 电气特性
✓ 规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹 配、传输速率和距离限制。 ✓ 早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS232-C、V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的 电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。
➢ CCITT 标准化的电气特性标准
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-449/422-A/423-A
➢ RS-232 C的数据传输不能超过20 Kbps，同时电缆最大长度 不能超过15米。这大大限制了其应用能力。后来（1977年 ），EIA/TIA推出了一个新的标准：RS-449.如图所示。 ➢ 该标准的机械、功能和过程性由RS-449定义，电气接口由 两个不同的标准定义。一个标准是RS-423 A，它与RS-232 C相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（ unbalanced transmission）。 ➢ 另一个电气标准是RS-422 A，采用平衡传输（balanced transmission），无公共地。RS-422 A能在不超过60米长的 电缆上达到2Mbps的数据传输速率。