第九章 传输媒体与物理层
物理层详解
物理层详解物理层是计算机网络领域中的一个重要概念，它是网络协议中的第一层，主要功能是将数据转换成物理信号进行传输。
本文将详细介绍物理层的定义、功能和组成部分。
一、物理层的定义：物理层是网络协议的第一层，主要负责透明地传输原始数据。
在物理层中，数据被转换成特定的电信号，在网络媒介上传输。
它定义了数据传输的物理规范，包括传输介质、数据编码、数据传输速率等。
二、物理层的功能：1.数据的编码和解码：物理层负责将数字数据转换为模拟信号进行传输，并将接收到的模拟信号转换为数字数据进行解码。
为此，物理层需要定义数据的编码方式，例如常见的8B/10B编码、曼彻斯特编码等。
2.数据的传输：物理层负责将编码过的数据按照预定的方式传输。
它需要定义传输介质的类型和特性，例如有线传输、无线传输和光纤传输等。
传输速率是物理层的另一个重要特性，它决定了数据传输的速度。
3.传输媒介的管理：物理层需要定义传输媒介的类型、长度、宽度等，以便正确地传输数据。
它还负责检测传输媒介上的错误和干扰，并进行纠正或重传。
三、物理层的组成部分：物理层包括以下组成部分：1.传输介质：物理层使用不同类型的传输介质，例如双绞线、同轴电缆、光纤等。
每种介质都有其特定的传输特性和使用限制。
2.传输速率：物理层定义了数据传输的速率，通常以bps（比特每秒）为单位，例如10M bps、100M bps和1G bps等。
3.信号编码：物理层使用不同类型的编码方式将数字数据转换为模拟信号进行传输。
编码方式取决于传输介质的特性和信号需求。
4.传输媒介的处理：物理层需要对传输介质进行预处理，例如放大、整形、调整等，以保证数据在传输过程中的稳定性和正确性。
综上所述，物理层是网络协议中最基本的层次之一。
它负责将原始数据转换为物理信号进行传输，为更高层次的网络协议提供底层的传输支持。
一个高效、可靠的物理层是实现网络快速、稳定传输的关键。
物理层传输介质PPT学习教案
双绞线通常用于传输10Mbps～100Mbps的数据，不过传输速率会因传输差错 而降低，如数据丢失、数据重复及电磁干扰等。
在光纤中全反射地向前传播。 单模光纤和多模光纤：纤芯直径分别为8-10m和50m。 光纤的最大优点是大容量、长距离、抗干扰，缺点是光
设备成本高。 光纤的3种连接方式：光接头，机械方法，融合。 光纤网络较常使用环形拓扑和星形拓扑。
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光导纤维
仅传输数字信号 用于点到点链路，传输速率高 几公里到几十公里，分单模和多模光纤。 抗干扰性相当好。 价格贵。
调器的住宅接入（56Kbps），使用数字用户线的宽带住宅 接入（几个Mbps）。
用于组建计算机局域网
3类双绞线：支持10Mbps；
5类双绞线：支持100Mbps，是目前高速局域网连网的 主要方式；
超5类双绞线：支持1000Mbps,传输距离100米；
…...
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双绞线制作
近端串扰与衰减
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同轴电缆
同轴电缆可以分为基带同轴电缆与宽带同轴电缆两大类。宽带 同轴电缆的阻抗为75欧电缆主要用于传输模拟信号，传输最大距 离可以达100km。基带同轴电缆即同轴电缆，以硬铜线为芯，外包 一层绝缘材料，再外一层为密织的网状导体环绕，最外面为一层 保护性材料，如下图所示。单根同轴电缆直径约为1.02-2.54cm， 可在较宽频率范围内工作。常用于直接传输数字信号，使用曼彻 斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbps，阻抗为50Ω，最大距 离限制在几公里。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，易出现故障，而且一点发生故障，整段 局域网都无法通信。可以用于点到点连接或多点连接。为保持同 轴电缆的正确电气特性，电缆必须接地，同时两头要有端接器来 削弱信号反射作用。当它被用来传输数据时，其数据传输率可达 每秒几百兆位。
物理层
OSI物理层制作人：邓荣嘉目录物理层 (1)主要功能 (2)物理层要解决的主要问题： (2)组成部分 (2)重要内容 (3)重要标准 (4)通信硬件 (5)编程方法 (6)常见的物理层设备 (6)物理层在无线传感器中的应用 (6)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。
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。
物理层关注在一条通道上传输原始比特。
设计问题必须确保当一方发送了比特1时，另一方收到的也是比特1，而不是比特0。
这里的典型问题包括用什么电子信号来表示1和0、一个比特持续多少秒、传输是否可以在两个方向上同时进行、初始连接如何建立、当双方结束后如何撤销连接、网络连接器有多少针对以及每一针的用途是什么等。
这些设计问题主要涉及机械、电子和时序接口，以及物理层之下的物理传输介质等。
该层定义了了比特作为信号在通道上发送时相关的电气、时序和其他接口。
物理层是构建网路的基础。
物理信道的不同特征决定了其传输性能的不同（比如，吞吐量、延迟和误码率），所以物理层是我们展开网络旅行的始发地。
物理层一般有三种传输介质：有线（铜线和光纤）、无线（陆地无线电）和卫星。
这里要说的是信号在物理层存在的两种方式，数字信号（电脑可以识别的0和1即比特），模拟信号是铜线和光纤等可以传输的电信号或者无线信号，在悠闲中模拟信号的存在方式诸如连续变化的电压，而在无线传输中类似光照强度或者声音强度。
CH9数字媒体传播技术-数字媒体技术基础-宗绪锋-清华大学出版社
9.1 数字媒体传播基础
9.1.4 ATM交换技术
异步传送模式（ATM）交换技术是一种包含传输、组网和交 换等技术内容的新颖的高速通信技术。它是由产业界、用户 团体、研究机构和标准化组织开发和定义的。它被设计满足 下一代通信技术要求，如支持带宽资源的有效利用，有利于 有各种类型的网络互连以及能够提供各种先进的通信业务。 它被看作是先进和有效的军用和民用通信的先进通信技术。 它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许 多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图 像的通信。
9.1 数字媒体传播基础
9.1.4 ATM交换技术 ATM的特点 （1）面向连接模式 （2）分组长度固定的分组交换方式 （3）可实现虚通道∕虚通路两级交换 （4）统计复用能力 （5）综合多种业务
9.1 数字媒体传播基础
9.1.5计算机网络与网络互联协议 1.计算机网络组成与体系结构 从计算机技术的标准看，计算机网络由网络硬件和软件组成。 网络硬件是计算机网络系统的物质基础，主要的网络硬件有 服务器、工作站、连接设备、传输媒介等。 网络软件是实现网络功能所不可缺少的软环境，通常包括网 络操作系统和网络协议软件等。
9.1 数字媒体传播基础
9.1.5计算机网络与网络互联协议 2. ISO/OSI网络体系结构 国际标准化组织ISO（International Standards Organization） 在80年代提出的开放系统互联参考模型OSI（Open System Interconnection）。 这个模型将计算机网络通信协议分为七层，分别是物理层、 数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
9.1 数字媒体传播基础
9.1.5计算机网络与网络互联协议 2. ISO/OSI网络体系结构 （1）物理层 物理层（Physical Layer）建立在物理通信介质的基础上，作 为系统和通信介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的 比特（bit）流传输。只有该层为真实物理通信，其它各层为 虚拟通信。物理层实际上是设备之间的物理接口，物理层传 输协议主要用于控制传输媒体。
物理层简介
DCE 调制 解调器
图3-6 EIA-232-D/V.24的主要信号线定义 的主要信号线定义
规程特性
规 程 特 性 : EIA-232-D 的 规 程 特 性 也 与 CCITT的V.24建议书一致,可用下例简单说 明. 假设有一台计算机DTE通过调制解调器DCE 及电话线路与远端的终端DTE建立呼叫并进 行半双工通信,待数据传送完毕以后,释放 呼叫.
1.规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸,插针或插
孔芯数及排列方式,锁定装置形式等.图中列出了各类已 被ISO标准化了的DCE连接器的几何尺寸及插孔芯数和排 列方式.一般来说,DTE的连接器常用插针形式,其几何 尺寸与DCE连接器相配合,插针芯数和排列方式与DCE连 接器成镜像对称.
EIA-232-D/V.24接口标准 EIA-232-D/V.24接口标准
其中端口名为COM1或COM2;数据速率可选150,300,600,1200, 2400,4800或9600bps;校验方式为E(偶校验),O(奇校验)或(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,如双方都键入如下命令 MODE COM1:1200,E,7,1 <Enter> : , , , 则表示双方以COM1为异步通信端口,速率1200bps,偶校,7位数 据位,1位停止位的设置参数据进行通信. DOS中有一个名为CON的标准控制台设备,作为输入时CON指的就 是键盘,作为输出时CON指的就是显示器.准备发送的PC机执行如 下命令:COPY CON :COM1: <Enter> : 表示将从键盘收到的信息通过COM1串行口发送出去.准备接收的 PC机执行如下命令:COPY COM1:CON: <Enter> : : 则表示将接收来自COM1串行口的信息,并在显示器上加以显示. 两台PC机分别执行完上述命令后,在发送方键盘上输入的字符便会 在接收方显示器上显示出来.
物理层的概述
物理层的概述物理层是计算机网络体系结构中的最底层，整体来看是这样，它主要负责在物理介质上传输原始的比特流。
大致分这几个部分呢，首先是传输介质。
常见的传输介质包括有线介质和无线介质。
有线介质像双绞线，我们家里的网线很多就是双绞线，它成本比较低，容易安装，在短距离传输中很常见。
还有同轴电缆，以前有线电视信号就用这种介质传输，它的传输性能较好。
光纤就是更高级一点的了，现在的高速宽带网络很多都靠光纤，因为它传输速度极快、带宽大而且抗干扰能力强。
无线介质呢，最常见的就是无线电波了，我们的wifi 就是利用无线电波传输数据的。
再就是物理层的设备，比如说中继器吧。
假设在一个远距离传输的网线线路中，信号传输一段距离后会衰减变得很弱，中继器这个时候就起作用了，它可以对信号进行再生和放大，让信号能够继续在网络中传输更远的距离。
还有集线器，以前在小型网络布线中经常使用，它把各个设备连接起来，可以多个端口同时接收和发送数据。
物理层的核心内容是确定与传输媒体接口的一些特性。
主要包括机械特性，就像接口是什么形状的、有多少引脚这些。
电气特性这方面，规定了电压的范围等内容，比如说规定什么样的电压表示1或者0。
功能特性则是定义每条线的功能，像控制信号或者数据信号等。
还有规程特性，它说明在不同功能情况下，事件出现顺序的关系，就好比什么时候开始传输数据，什么时候进行信号的检测等。
对了还有个方面，物理层的数据单位是比特。
它只负责把这些比特从一个节点传输到另一个节点，不关心这些比特到底组合起来代表什么意义，那是上层的事。
这一点就像是快递员只负责把包裹送到相应地址，包裹里是什么东西他并不关心一样。
对于物理层的理解，还可以从实际生活入手，就像前面说的网线、wifi等例子一样。
只要多联想身边和网络连接相关的东西，就能够加强对物理层的理解。
我曾经的困惑就是在理解规程特性的时候，感觉特别抽象。
后来我通过想象发送邮件的过程来理解它。
从写邮件、点击发送、服务器接收处理、再到对方收到邮件这些步骤都是有顺序性的，就类似物理层规程特性里事件的顺序关系。
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。
2-1 物理层基本概念和传输媒体
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物理层的传输媒体（1）
v交叉方式：联线一边是568A标准，另一边568B 标准 v适用场合：两主机或交换机直接相连
EIA/TIA568A连接标准
工作站 工作站
针号： 1 一端：白绿 另端：白橙
2 绿 橙
3 白橙 白绿
4 蓝 蓝
5 6 白蓝 橙 白蓝 绿
7 白棕 白棕
8 棕 棕
(b)采用EIA/TIA568A连接标准交叉方式
功能特性
过程特性
物理层的基本概念
【物理层标准举例—EIA-232接口标准】
r1960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—推荐标 准，232—标识号码，E—标准已被修改过的次数。
DCE-A
EIA-232/V.24 接口
调制解调器
网络 串行比特传输
调制解调器
EIA-232/V.24 接口
rDCE将DTE传过来的数据按比特顺序逐个发往传输线路， 或从传输线路收下串行的比特流交给DTE。 r为了减轻数据处理设备用户的负担，必须对DCE与DTE 的接口进行标准化。这种接口标准就是物理层协议。
注意：有些网卡或交换机能自适应直通和交叉方式
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物理层的传输媒体（1）
物理层的传输媒体（1）
屏蔽双绞线：内部与非屏蔽双绞线电缆一样是双绞铜
线，外层由铝箔包着。
rSTP在抗干扰方面优于UTP，但相对要贵一些。 r屏蔽双绞线除了用于IBM网络产品安装，并未普遍
流行起来。
物理层的传输媒体（2）
【同轴电缆】 【结构】：
物理层的传输媒体（3）
物理层之传输媒体
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。
在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播；非导引型传输媒体就是指自由空间，在非导引传输媒体中电磁波的传输常成为无线传输。
常用的导引传输媒体有以下几种。
1.双绞线：最古老又是最常用的传输媒体，就是把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来。
双绞线的价格便宜且性能也不错，其通信距离一般为几到几十公里，使用十分广泛。
分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线两大类，后者更加便宜，但传输距离和抗干扰性能比不上前者。
2.同轴电缆：由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。
由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
在局域网的初期曾广泛的使用同轴电缆作为传输媒体。
但随着技术的进步，在局域网领域基本上都采用双绞线作为传输媒体。
目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中，同轴电缆的带宽取决于电缆的质量，目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。
3.光缆：利用光导纤维（以下简称光纤）传递光脉冲来进行通信。
光纤不仅具有通信容量非常大的特点，而且还具有其他的一些特点：（1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
（2）抗雷电和电磁干扰性能好。
这有在大电流脉冲干扰的条件下尤为重要。
（3）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
（4）体积小，重量轻。
4.架空明线：安装简单但通信质量差，受气候环境等影响较大。
非导引型传输媒体非导引型传输媒体就是利用无线电波在自由空间的传播就可以较快的实现多种的通信。
最近十几年无线电通信发展的特别快，因为利用无线信道进行信息的传输，是在运动中通信的唯一手段。
无线传输可使用的频段很广。
例如：短波通信：通信距离远，但通信质量较差。
微波波段：直线传播，其主要特点是（1）频率很高，频段范围也很宽。
《计算机网络(谢希仁)》-学习笔记
计算机网络在信息时代的作用三网: 电信网络,有线电视网络,计算机网络计算机网络的重要功能:1)连通性彼此连通,交换信息2)共享信息共享,软硬件共享因特网概述|我们先给出关于网络,互联网,因特网的一些最基本概念.网络:许多计算机连接在一起互联网:internet 许多网络连接在一起因特网:Internet 全球最大的,开放的,有众多网络相互连接而成的计算机网络(一个互联网),其采用TCP/IP协议因特网发展的三个阶段:1.单个网络ARPANET向互联网发展的过程.1983年,TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议.人们把1983年看成是现在因特网的诞生时间.2.三级结构的因特网.分为主干网,地区网,校园网(企业网).3.多层次ISP结构的因特网.ISP称为因特网服务提供商.英特网组成从工作形式上分为两大块:1)—2)边缘部分由所连接在因特网上的主机组成.这部分使用户直接使用的.3)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的.在往里边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类:客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)1.客户-服务器方式特征:客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方.服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的的服务2.对等连接(peer-to-peer,简写P2P)指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方.因特网的核心部分1.电路交换从通信资源的分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线的资源.在使用电路交换打电话之前,必须先拨号请求连接.…这种必须经过”建立连接(占用通信资源) 通话(一直占用通信资源) 释放资源(归还通信资源)”三个步骤的交换方式称为电路交换.其一个重要特点:在通话的全部时间内,通话的两个用户是指占用端到端的通信资源.2.分组交换分组交换采用存储转发技术.把要发送的的整块数据称为一个报文(message).在发送之前,先把其分为一个个小的等长数据段.在每一个数据段前面加上一些必要控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet),其又称为包.分组是在因特网中传送的数据单元,分组中的首部包含了如目的地址和原地址等重要信息,每一个分组才能在因特网中独立地选择传输路径,并最终正确地交付到分组传输的终点.位于网络边缘的主机和网络核心部分的路由器都是计算机,但它们的作用却不一样.主机是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息.路由器是用来转发分组的,即进行分组交换的.优点: 高效灵活迅速可靠缺点:分组在各路由器存储转发时需要排队,这就会造成一定时延.另外,各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销.3.报文交换整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转到下一个结点.#计算机网络的类别1.按照作用范围分类: 广域网WAN(运用了广域网技术) 城域网MAN 局域网LAN(运用了局域网技术) 个人区域网PAN 计算机网络性能7个性能指标.速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时间利用率1.速率:连接在计算机网络上的主机在数字信号道上传送数据位数的速率,单位b/s,kb/s,Mb/s2.带宽计算机领域中,带宽来表示网络的通信线路传送数据的能力,表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所通过的”最高数据率”数据通信领域中,数字信道所传送的最高数据率单位b/s,kb/s,Mb/s3.吞吐量'即在单位时间内通过某个网络的数据量;单位b/s,Mb/s等4.时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间(1)发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间(2)传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要发费的时间(3)处理时延主机或路由器在收到分组是要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部,从分组中提取数据部分.(4)排队时延分组在经过网络传输时,要经过许多路由器.但分组在进入路由器后要先在输入队列中等待处理.在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发.这就产生了排队延时.5.时延带宽积；表示这样的链路可容纳多少个比特.又称以比特为单位的链路长度6.往返时间RTT表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认,总共经历的时间.7.利用率信道利用率:网络利用率:信道利用率加权平均值,D0网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,U表示网络利用率计算机网络体系结构开放系统信息交换涉及的几个概念!实体(entry): 交换信息的硬件或软件进程协议(protrocol): 控制两个对等实体通信的规则服务(service): 下层向上层提供服务,上层需要下层提供的服务来实现本层功能服务访问点(SAP): 相邻两层实体间交换信息的地方开发系统胡来年基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model) 七层应用层能够产生流量能够和用户交互的应用程序表示层加密压缩开发人员会话层服务和客户端建立的会话查木马netstat –nb传输层可靠传输(要建立回话的) 不可靠传输流量控制网络层IP地址编址选择最佳路径；数据链路层输入如何封装添加物理层地址MAC物理层电压接口标准网络排错从底层到高层网络安全和OSI参考模型物理层安全数据链路层安全ADSL网络层安全应用层安全SQL注入漏洞上传漏洞TCP/IP四层模型应用层运输层(TCP或UDP)网际层IP网络接口层.综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种五层协议的体系结构应用层应用层(传输数据单元PDU)运输层运输层报文网络层IP数据报(IP分组)数据链路层数据帧物理层00110101物理层的基本概念物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上数据比特流,而不指具体的传输媒体.可以将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.—机械特性接口形状,尺寸,引脚数目和排列数据通信的基础知识一个数据通信系统可划为三大部分: 原系统(或发送端,发送方) 传输系统(传输网络) 目的系统(接收端,接收方) 相关术语通信的目的是传送消息.数据（data）——运送消息的实体信号（signal）——数据二等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）——在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就形成码元#有关信道的几个基本概念信道一般表示一个方向传送信息的媒体。
物理层计算机网络
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率的通信。
数据传输方式
同步传输与异步传输
同步传输方式中，发送方和接收方的时钟信号保持同步，适 用于高速数据传输；异步传输方式中，发送方和接收方的时 钟信号不需要保持同步，适用于低速数据传输。
点对点传输与广播传输
点对点传输是指发送方和接收方之间建立一对一的通信关系 ；广播传输是指发送方发送的数据包能够被多个接收方接收 。
组件
物理层组件包括传输介质（如双绞线 、同轴电缆、光纤等）、连接器和接 口（如RJ-45、BNC、SC等），以及 信号收发器等。
02
传输介质
有线传输介质
双绞线
双绞线是最常见的传输介质之一， 由两根绝缘的铜线相互缠绕而成， 可以有效减少信号干扰。
同轴电缆
同轴电缆常用于电视信号和宽带 网络的传输，由内导体、绝缘层 和外部的金属网组成。
结构复杂，维护和管理难度较大； 成本较高，因为需要大量的线缆 和节点。
05
数据编码与
将二进制数据转换为模拟信号，如曼 彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
模拟信号编码
将模拟信号转换为数字信号，如脉冲 编码调制（PCM）。
基带传输与宽带传输
基带传输适用于短距离、低速率的通 信，而宽带传输适用于长距离、高速
物理层计算机网络
目录
• 物理层概述 • 传输介质 • 网络硬件设备 • 网络拓扑结构 • 数据编码与传输方式
01
物理层概述
物理层的定义和功能
定义
物理层是计算机网络体系结构中的最 底层，负责传输比特流，确保数据传 输的可靠性和有效性。
功能
提供机械、电气、功能和规程特性， 建立、维护和释放物理连接，传输数 据比特流。
计算机网络教学大纲
计算机网络教学大纲［课程代码】2B080209 【课程类别】必修【学分数】4【适用专业】网络工程【学时数】68学时一、教学目标通过本课程的学习和实践使学生对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解，对当前计算机网络的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，掌握数据通信的基础知识，掌握局域网、广域网以及因特网的基本概念和实用技术，掌握网络管理与安全方面的知识；了解网络新技术的新发展；为今后从事计算机网络方面的研究和实际工作与其它专业课程的学习打下一定的网络理论和实际工作基础。
本课程要求学生掌握计算机网络的基本概念。
了解与计算机网络相关的通信技术。
理解和掌握计算机网络的体系结构和工作原理。
熟练掌握数据链路层、网络层及传输层的工作原理。
熟练掌握网络互连和因特网的有关概念、协议及其应用。
了解网络中的安全问题。
掌握使用网络的基本技能。
二、教学内容和学时分配（一）第一章概论4学时教学内容：1、计算机网络在信息时代的作用2、因特网的概述和组成3、计算机网络的类别4、计算机网络的性能5、计算机网络的体系结构重点、难点：1、因特网的组成2、计算机网络的性能指标3、计算机网络的体系结构教学要求:1、掌握：带宽、时延、时延带宽积和往返时延的概念；计算机网络的不同定义。
2、熟悉：计算机网络的体系结构（OS1TCP/IP）o3、了解：计算机网络在信息时代中的作用；几种不同的分类方法；计算机网络的发展过程；分组交换的产生；因特网的标准化工作，计算机网络在我国的发展等。
（二）第二章物理层6学时教学内容：1、物理层的基本概念2、数据通信的基础知识3、传输媒体4、模拟传输与数字传输5、信道复用技术6、宽带接入技术重点、难点：1、数据通信的基本概念2、物理层的传输标准3、信道的极限容量、极限速率计算4、信道复用技术教学要求：1、掌握：物理层的基本特性及完成功能；信道的最高码元传输速率，极限信息传输速率（奈奎斯特、香农定理）；数字传输和模拟传输的基本原理；频分复用，时分复用和统计时分复用，波分复用，码分复用的知识。
计算机网络复习简述题含答案
计算机⽹络复习简述题含答案1．试述具有五层协议的⽹络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
2．计算机⽹络可从哪⼏个⽅⾯进⾏分类，请简述之。
3．⽹络体系结构采⽤分层次的优点。
4．什么是计算机⽹络？请列举计算机⽹络的5种拓扑结构。
5．物理层的接⼝有哪⼏个⽅⾯的特性，各包含些什么内容。
6．请简述基带信号、宽带信号的概念。
7．数据链路层中链路控制包括哪些功能。
8．为什么以太⽹规定最短有效帧长为64字节。
9．试说明10BASE5，10BASE2，10BASET，10BROAD36所代表的含义。
10. 简述虚电路和数据报这两种服务的优缺点。
11．IP数据报⾸部格式的各项名称和它们所占有的字节或⽐特数。
12. 简述IP地址与硬件地址的区别。
13. 将⽹络互相连接起来要使⽤中继系统，根据中继系统的层次，可以有⼏种不同的中继系统，并简述其所在的层次。
14．简述掩码对IP地址的作⽤。
15．请你简述⼀下路由器的主要功能。
16．简述动态路由与静态路由的主要区别。
17．IP地址可分为⼏类，简述常⽤的有类IP地址的基本特点。
18．以下地址中的哪⼀个和86.32/12匹配？请说明理由。
19．⼀个TCP报⽂段的数据部分最多为多少字节？为什么？20. 传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？21. 当数据链路层使⽤PPP协议或CSMA/CD协议时，既然不保证可靠传输，那么为什么对所传输的帧进⾏差错检验呢？22. IP数据报必须考虑最⼤传送单元MTU。
这是指哪⼀层的最⼤传送单元？包括不包括⾸部或尾部等开销在内？23. 是否TCP和UDP都需要计算往返时间RTT？。
答案：1．试述具有五层协议的⽹络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
解答：分为物理层、数据链路层、⽹络层（⽹际层）、运输层和应⽤层。
（1）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，透明地传送⽐特流。
（2）数据链路层，主要负责建⽴、维持和释放⼀个⽹络内的数据链路的连接，负责信息从源传向宿，并为⽆差错的、以帧为单位的传送⽽服务，它⽀持的数据连接技术很多,可以在⼏乎任何⼀种物理⽹络上运⾏。
物理层（3）物理层传输介质传输设备
物理层（3）物理层传输介质传输设备⼀、传输介质 传输介质是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路，也称为传输媒体，可以分为导向传输介质和⾮导向传输介质两类。
在导向传输介质中，电磁波或光波被导向沿着固体媒体传播，包括双绞线、同轴电缆、光纤等，⽽⾮导向传输介质就是指⾃由空间，传输⽅式包括微波、⽆线电、红外线等。
传输媒体并不是物理层，传输媒体在物理层的下⾯，因为物理层是体系结构的第⼀层，因此有时称传输媒体为0层，在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道传输的信号代表什么意思，但物理层规定了电⽓特性，因此能够识别所传送的⽐特流。
⼆、双绞线 把两根互相绝缘的铜导线并排放在⼀起，然后⽤规则的⽅法绞合起来就构成了双绞线，绞合可减少相邻导线的电磁⼲扰。
为了提⾼双绞线的抗电磁⼲扰能⼒，可以在双绞线的外⾯再加上⾦属丝编织的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线（STP），⽆屏蔽层的双绞线称为⾮屏蔽双绞线（UTP），它们的结构如图： 注：模拟传输和数字传输都可以使⽤双绞线，其通信距离⼀般为⼏到⼗⼏公⾥，距离太长时，对于模拟传输要加放⼤器以便将衰减的信号放⼤到合适的数值，对于数字传输则要加中继器以便将失真的数字信号进⾏整形。
三、同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、⽹状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成，由于外导体屏蔽层的作⽤，同轴电缆具有很好的抗⼲扰特性，被⼴泛⽤于传输较⾼速率的数据。
如图⽰： 按特性阻抗值的不同，同轴电缆可以分为50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。
1）50Ω同轴电缆 50Ω同轴电缆主要⽤于在数据通信中传送基带数字信号，⼜称为基带同轴电缆，在局域⽹中得到⼴泛应⽤，⽤这种同轴电缆以10Mbps 的速率可将基带信号传送1km。
在传输基带数字信号时，可以⽤曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码解决信号的同步问题。
2）75Ω同轴电缆 75Ω同轴电缆主要⽤于模拟信号传输，是有线电视系统（CATV）中的标准传输电缆，这种电缆上传送的信号采⽤了频分复⽤的宽带信号，75Ω同轴电缆⼜称为宽带同轴电缆。
物理层的组成
物理层的组成物理层是计算机网络中的基本组成部分，负责传输数据的物理连接和电信号转换。
它位于网络分层模型的最底层，为上层提供可靠的传输媒介。
本文将从人类的视角出发，用生动的语言描述物理层的组成和作用。
我们来谈谈物理层的主要组成部分。
物理层主要由传输介质和传输设备组成。
传输介质可以是电缆、光纤或无线信号等，它们负责将数据以电信号的形式传递。
而传输设备包括网卡、中继器、集线器等，它们负责将电信号转换成计算机可以理解的数据。
在物理层中，最常见的传输介质是电缆。
电缆可以分为双绞线、同轴电缆和光纤。
双绞线是一对细细的铜线，它们被缠绕在一起以减少干扰。
同轴电缆由一个中心的导线和一个外层的屏蔽层组成，用于传输高频信号。
而光纤则是用光信号来传输数据的，它由纤维和光缆组成，具有高速传输和抗干扰的特点。
除了传输介质，物理层中的传输设备也起着至关重要的作用。
网卡是计算机与网络之间的桥梁，它负责将数据转换成电信号并通过传输介质传输出去。
中继器是物理层中最简单的设备，它用于将信号放大并延长传输距离。
而集线器则可以将多个设备连接在一起，形成一个局域网。
物理层的作用不仅仅是传输数据，它还负责数据的编码和调制。
编码是将数据转换成电信号的过程，常见的编码方式有曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
调制则是将数字信号转换成模拟信号的过程，常见的调制方式有调频调制和调幅调制。
总的来说，物理层是计算机网络中至关重要的一层，它负责将数据从一台计算机传输到另一台计算机。
通过传输介质和传输设备的配合，物理层能够实现高速、可靠的数据传输。
了解物理层的组成和作用，有助于我们更好地理解计算机网络的工作原理，并能够更好地解决网络故障和优化网络性能。
无论是在家庭网络中还是在大型企业网络中，物理层都扮演着不可或缺的角色。
让我们一同感受物理层的魅力吧！。
物理层——传输媒介（信号传输）
物理层——传输媒介（信号传输）
传输模式指⽐特流从⼀个设备传到另⼀个设备的⽅式。
⼀般分为：
单⼯（单⽅向⽆交互），半双⼯（双向有交互但不可同时），全双⼯（双向有交互可同时）
串⾏传输，并⾏传输
同步传输，异步传输
线路配置指两个或两个以上的设备连接到线路的⽅式。
有两种线路配置⽅式：点到点连接和多点连接
传输介质【有线介质（导引型）：双绞线，同轴电缆，光纤；⽆线介质（⾮导引型）：卫星，微波，红外线】
双绞线（屏蔽和⾮屏蔽）标准
光缆机制：发送端由发光⼆极管或半导体激光器，它们在电脉冲的作⽤下能产⽣出光脉冲，在接收端利⽤光电⼆极管做成光检测器，有光脉冲相当于1，⽆光脉冲则相当于0，在检测当光脉冲时刻还原出电脉冲
光缆分类：
多模光纤：多条不同⾓度⼊射的光线在⼀条光纤中传输。
单模光纤: 若光纤的直径减⼩到只有⼀个光的波长，就可以使光线⼀直向前传播，不会产⽣多次反射。
网络工程师考试 常见问题2物理层
第2章物理层问题2-1：“规程”、“协议”和“规约”都有何区别？问题2-2：在许多文献中经常见到人们将“模拟”与“仿真”作为同义语。
那么，“模拟信道”能否说成是“仿真信道”？问题2-3：为什么电话信道的标准带宽是3.1 kHz？问题2-4：奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据通信的意义是什么？问题2-5：传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？问题2-6：同步(synchronous)和异步(asynchronous)的区别是什么？问题2-7：同步通信和异步通信的区别是什么？问题2-8：位同步（比特同步）和帧同步的区别是什么？☞问题2-1：“规程”、“协议”和“规约”都有何区别？答：在数据通信的早期，对通信所使用的各种规则都称为“规程”(procedure)。
后来具有体系结构的计算机网络就开始使用“协议”(protocol)这一名词。
以前的“规程”其实就是“协议”，但由于习惯，对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。
“规约”则是另一个名词。
根据《现代汉语辞典》，“规约”是：经过相互协议规定下来的共同遵守的条款。
因此按这种解释，“规约”和“协议”应当是可以混用的。
但是，在全国自然科学名词审定委员会公布的计算机科学技术名词中[MINGCI94]已经明确规定了：protocol的标准译名是“协议”specification的标准译名是“规约”和又称“规格说明”（这里的“又称”是“不推荐用名”）。
因此最好不要将“规约”来表示protocol。
在[MINGCI94]中，procedure的标准译名是“规程”。
☞问题2-2：在许多文献中经常见到人们将“模拟”与“仿真”作为同义语。
那么，“模拟信道”能否说成是“仿真信道”？答：在[MINGCI94]中规定了：“仿真”对应的英文名词是：“emulation”和“simulation”“模拟”对应的英文名词是：“simulation”和“analogy”可见在计算机仿真领域里，“仿真”和“模拟”是同义语。
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9.1.2 同轴电缆
同轴电缆比双绞线屏蔽性能更好。 同轴电缆分两种：
50Ω电缆 用于数字传输。 75Ω电缆 用于模拟传输。
同轴电缆以硬铜线为 芯，外包一层绝缘材 料。 绝缘材料层外用密织 的网状导体包绕，用 于屏蔽。 同轴电缆有较宽的工 作频带和极好的噪音 抑制特性，其带宽取 决于电缆的长度。
9.2 OSI参考模型物理层
9.2.1 EIA-232-D 9.2.2 X.21
9.2.1 EIA-232-D
EIA-232-D 名称：“使用连续的二进制数据交换的 数据终端设备和数据交换设备之间的接口” EIA-232-D 描述了连接数据终端设备（如 终端或计算机）DTE和数据电路设备（DCE） （如调制/解调）的电缆中的电线。
电气特性详细说明了通过DTE/DCE接口信令。 交换线路的功能描述分为4个主要的群：数 据、控制、计时和接地。 EIA-232-D覆盖范围是15m或更小，传输速 率不超过20kb/s。
EIA-499
定义了一个37插头的连接器，提供的速率可达2Mb/s。 RS-499定义机械、功能和规程特性 电气接口由两个不同的标准EIA-422-A和EIA-423-A定义 EIA-422-A为一个对称平衡的电气接口（即每条电路的双 线上传送不同的信令），在噪声较好的情况下有较好传 输性能。距离10m其传输速率可达10Mb/s，距离1km上可 达100kb/s。 EIA-423-A为一个不对称（非平衡）的电气接口。距离 10m其传输速率可达100kb/s，距离1km上可达1kb/s速率。
光网络的接入方案
光纤到户（FTTH） 从端局到每个家庭拉一条 光纤。 光纤到路边（FTTC） 电信公司从每个端局向 每个大楼拉一根光纤，光纤终结处连入所有本 地回路。 混合光纤电缆接入（HFC） 本地回路很短，可 以以较高速率运行。
9.1.4 无线传输
无线电、微波、红外线、可见光都可以通 过幅度、频率和相位调制来传输信息。 无线电波的特性与频率有关
宽带同轴电缆
传输连续的模拟信号，数字信号经过调制后才 能在宽带同轴电缆上传输。 采用频分复用（FDM）技术可以在一条电缆上 传输多路信号。例如CATV电缆。 频带高达850MHz（可扩充1000MHz），可以传 输100km。 宽带系统划分为多个信道，电视广播通常占 8MHz。若采用64QAM调制技术，每个信道可传 送约42Mb/s。
图1-0 双绞线实物图
9.1.1 双绞线(2)
双绞线分类
3类双绞线 由两条疏松地拧在一起的线构成。一般无屏蔽 双绞线UTP在塑料外壳内有四对这样的线。外 壳起到保护和约束的作用。传输速率可达 10Mb/s。 5类双绞线 两条线拧得更紧，并以特富龙绝缘，使线间互 感较少。传输速率可达100Mb/s。
低频波段，可以轻易绕过障碍物，沿地面传送， 可传一千多公里。 高频波段，趋于视距传播，并受障碍物的阻挡， 还会被雨水吸收。 微波波段在1000MHz以上，沿直线传播。通过 抛物面天线把能量汇聚成束，可以获得较高方 向增益，发射天线和接收天线必须对准。
9.1.5 红外线和毫米波
红外线和毫米波广泛用于短距离通信。例 如电视机、录像机的遥控器。 主要特点：便宜、容易制造、不能穿透坚 实的物体。 IEEE 802.11规范了红外物理层。 红外通信不能在室外使用，因为太阳光中 的红外部分和可见光一样剧烈。
9.2.2 X.21
X.21协议规定了在公用分组网上同步工作 模式的DTE和DCE之间的通用接口，是以数 字传输线路作为基础制定的。 X.21接口定义了从计算机/终端（数据终端 设备，DTE）到X.25分组交换网络中的附件 结点的物理/电气接口。
X.21接口电路的5种基 本电路种类：
发送、接收、控制、 指示、信号同步 发送和接收根据控制和指 示电路的状态用于传送和 网络控制信息。 比特同步由信号码元电路 提供。 X.21还提供信号接地和用 于字节同步信息的选择交 换电路。
9.1.1 双绞线(3)
双绞线在规定的100m以内，衰减不会太大 在许多情况下，几公里范围内的传输速率仍 可达到几兆b/s。 双绞线性能较好、价格便宜，被广泛应用。
9.1.1 双绞线(4)
网线的制作
TIA/EIA 568B标准 白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。
两台计算机直连网线制作
EIA-232-D的五种主要特性
接口的机械特性； 接口电气特性； 交换电路的功能描述； 用于特殊应用的特殊交换电路的标准子设备的 清单； 建议书和要说明的注意事项。
机械特性包括连接器 的特性，内部交换线 路对管脚的分配、连 接器锁存装置、底座 装置等。 图9.4给出了25管脚的 分配位置。表9.1给出 25脚的功能分配。
第九章 传输媒体与物理层
何小其
1
本章主要内容
9.1 传输媒体 9.2 OSI参考模型
9.1 传输媒体
9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.1.5
双绞线 同轴电缆 光导纤维 无线传输 红外线和毫米波
9.1.1 双绞线(1)
由两条互相绝缘的铜 线组成。 铜线螺旋式缠绕，以 减少电磁辐射和外部 电磁干扰的影响。 带宽决定于铜线的粗 细和传输距离。
9.1.3 光导纤维
光纤是由媒体材料组成的三个同心的圆柱 体，即纤芯、包层和外壳构成。 光纤主要两类：多模光纤和单模光纤。 多模光纤适合用于几十Mb/s到100Mb/s的信 息速率，范围是10~100km左右，广泛应用 于基于光纤的局域网。 单模光纤主要用于传送距离很长的网络主 干线，速率为几Gb/s。