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第2章物理层

2.1①物理层的作用：启动、维护和关闭数据链路之间实体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。）

②物理层与传输媒体的关系：可将物理层的主要任务可描述为确定与传输媒体的接口有关的四种特性；物理层设计时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。

③四种特性极其含义：

机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置尺寸。

电气特性：接口线上电压值范围、速率、阻抗、距离、0和1电压的含义。

功能特性：接口线的名称、功能、意义。

规程特性（过程特性）：对不同功能的各种可能事件的出现顺序、动作顺序。

④串行传输和并行传输：

2.2①通信系统组成：源系统（包括源点和发送器）→传输系统（或传输网络）→目的系统（包括接收器和终点）。

②数据：运送消息的实体，通常是有意义的符号序列，这种信息的表示可用计算机处理或产生。

信号：数据或电气或电磁的表现。

信道：表示向某个方向传送信息的媒体。

③信号类型

模拟信号（连续信号）：代表消息的参数的取值是连续的。如语音。

数字信号（离散信号）：代表消息的参数的取值是离散的。如电话网中继器上传送的信号。基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。

宽带信号（即仅在一段频率范围内能通过信道）：经过载波调制之后的信号。

④信号与信道的关系：信道是信号的传输通路。

⑤通信方式（信息交互）：单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）、双向同时通信（全双工）。

⑦码元：信号的基本单元（波形）。

⑥信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N。

⑧奈氏定理和香农公式的结论

奈氏定理：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

香农公式：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。（意义：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方法来实现无差错的传输）

2.3①传输媒体分类

引导型传输媒体

双绞线：又分为屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线，采用规则的方法绞合——绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。特点是越粗通信距离越远，价格便宜，使用广泛，是最古老的传输媒体。

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。特点是抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。

光缆：分为单模光纤和多模光纤，后者较好。特点：通信容量大；传输损耗小，适合远距离传输；抗雷电和电磁干扰性能好；保密性好，不易被窃听或截取数据；体积小，重量轻。

非引导型传输媒体：无线，微波，红外，可见光。

（PS:ISM频段——供工、科、医[industry、scientific、medical]自由使用的无线电频段。）

②常用传输媒体的介质特性：

物理特性：物理构造

传输特性：允许传输数字还是模拟信号，调制技术、传输容量、传输频率范围

连通特性：允许点-点或多点连接

地理特性：最大传输距离

抗干扰性：防止噪声与电磁干扰的能力

价格：包括器件、安装与维护费用

③为什么需要对基带信号进行编码（基带调制）？

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。

2.4信道复用技术

①频分复用（FDM）：用户在同样的时间占用不同的宽带资源（这里的“宽带”是频率带而不是数据发送速率）。如：ADSL非对称数字用户线接入

时分复用（TDM）：分为同步时分复用和异步时分复用（又称统计时分复用STDM）。用户在不同时间占用同样的频带宽度。

波分复用（WDM）：后发展为密集波分复用（DWDM）：光的频分复用。

码分复用（又称码分多址CDM）：用户在同样的时间使用相同的频带进行通信，但使用的码型是经过特殊挑选的。

②复用器：将多用户信息合起来使用一个共享信道进行通信。

智能复用器：使用统计时分复用的集中器。

分用器：把合起来传输的信息分别送到相应的终点。

集中器作用：将多用户数据集中起来。

码片：每一个比特时间划分为m个短的间隔。

2.5②常用编码方式（基带调制）：不归零制、归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码最基本的调制方法（带通调制）：调幅、调频、调相

③同步和异步信号

④调制解调器：调制解调器是使数字信号通过模拟传输设备（如电话线）进行传输的终端用户电脑接口设备，俗称“猫”，它集成了调制器和解调器的功能，是点点远程通信必备的设备。

①数字传输系统（V系列标准）/数字传输系统（X系列标准）

数字传输系统：如同步光纤网（SONET），后发展为同步数字体系（SDH）

⑤数据终端设备DTE:具有数据处理能力以及发送和接受数据能力的设备，可以是计算机、终端或I/O设备。产生数据及必须的控制字符，并发送到DCE。

数字电路端接设备DCE：数据通信设备，DTE和传输媒体之间的中间设备，负责发送和接收在传输介质上的信号，提供DET和传输媒体之间信号变换和编码的功能，并负责建立、保持和释放数据链路。如调制解调器。

第3章数据链路层

3.1①数据链路层的功能：建立、维护、拆除数据链路；组帧、同步；差错控制；流量控制；透明传输；寻址（多点链路）。总之解决相邻两点的传输问题。

②链路和数据链路的概念

链路（物理链路）：从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线）。

数据链路（逻辑链路）：数据链路层实体的连接；将实现必要的通信协议的硬件和软件加到链路上构成。

③数据链路层组帧的方法和相应的透明传输如何实现

字符记数法：在帧头部使用一个字段表示帧内字符数（包括第一个字段）。

带填充字符首尾界符法：第一帧用帧开始字符STX（SOH）标记，帧尾部用帧结束字符ETX （EOT）标记。实现透明传输：数据传输中，如果帧的首尾定界符出现在信息位，采用在信息位的定界符前面填充一个转义字符DLE（ESC）来区分。

带填充位的首尾标志法：使用特殊位模式“01111110”作为帧开始和结束的标志。实现透明传输：信息位中出现和开始标志相同的串，在5个连续的1后自动插入一个0。

④传输差错：分为比特差错和帧丢失、帧重复、帧失序两种。

误码率：传输错误的比特占所传输比特总数的比率。

⑤循环冗余CRC概念计算

⑥数据链路层的差错检测方法和差错控制方法：

检测方法：奇偶效验码，循环冗余编码CRC

控制方法：反馈，计时器方法，帧编号

⑦无差错接受和可靠传输的概念

无差错接受（无比特差错）：凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近1的概率认为这些帧在传输的过程中没有产生差错。

可靠传输（无传输差错）：数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。

⑧因特网将可靠传输放在传输层实现的原因

通信线路质量提高，由通信链路质量不好引起差错的概率已大大降低。

3.2①PPP协议的使用环境：不仅在拨号电话线，并且在路由器-路由器之间的专用线上广泛使用（在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议，它可以作为高速广域网和社区宽带网协议族的一部分）。

②PPP协议的功能分析和服务特点：简单；封装成帧；透明性；多种网络层协议；多种链路类型；差错检测；检测连接状态；最大传送单元；网络层地址协商；数据压缩协商。

③PPP协议的组成

一个将IP数据报封装到串行链路的方法（支持同步和异步链路）；

一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（LCP）；

一套网络控制协议（NCP）：每个协议支持不同的网络层协议；

④帧的格式和透明传输的方法

格式：标志字段F，地址字段A，控制字段C，协议字段（0x0021为IP数据报、0xC021为链路控制数据LCP、0x8021NCP为网络控制数据）；信息部分；帧检验序列FCS；标志字段F 透明传输的方法：字节填充（异步传输）；零比特填充（同步传输）

⑤数据链路层协议的实例（点对点）

面向字符型：BSC、BM

面向比特型：ADLC、HDLC

⑥HDLC（高级数据链路控制）协议

帧格式

分类：信息帧I、监督帧S、无编号帧U

特性：信息帧和控制帧的格式统一

接受序号N(R)的含义：N（R）之前的帧已收到