第3章物理层与数据通信基础.
数据通信与计算机网络(第二版)-作业答案
第1章计算机网络概论1、什么是计算机网络？计算机网络的最主要的功能是什么？答：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统就是计算机网络。
计算机网络的主要功能：资源共享、数据通信、分布式处理、负载均衡、提高系统的可靠性和可用性等等。
2、计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段有什么特点？答：计算机网络的发展可划分为三个阶段。
第一个阶段是从单个网络APPANET向互联网发展的过程。
最初只是一个单个的分组交换网，并不是一个互联网络。
后来，ARPA才开始研究多种网络互联的技术。
第二个阶段是建成了三级结构的因特网。
分为：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
这种三级网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要部分。
第三个阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
3、说明网络协议的分层处理方法的优缺点。
答：优点：可使各层之间互相独立，某一层可以使用其下一层提供的服务而不需知道服务是如何实现的；灵活性好，当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响；结构上可以分割开，各层可以采用最合适的技术来实现；易于实现和维护；能促进标准化工作。
缺点：层次划分得过于严密，以致不能越层调用下层所提供的服务，降低了协议效率。
4、将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。
答：TCP/IP和OSI的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层，不同点有：OSI分七层，而TCP/IP分为四层；OSI层次间存在严格的调用关系，两个层实体的通信必须通过下一层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议效率;OSI只考虑用一种标准的公用数据网。
5、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？答：计算机网络的硬件组成包括服务器、主机或端系统设备、通信链路等6、计算机网络可从哪几个方面进行分类？答：计算机网络可以从网络的交换功能、网络的拓扑结构、网络的覆盖范围、网络的使用范围等方面进行分类。
第3章：物理层p88-98
193*8000= 1.544 Mbps = (193/125)*10^6
• T1载波的数据传输速率为 载波的数据传输速率为1.544Mb/s (24路) 。 载波的数据传输速率为 路
12
时分多路复用的分类
(p92- sup)
同步时分多路复用 时间片固定分配 同步时分多路复用:时间片固定分配 时分多路复用
3
“1”:output=f1=1270, “0”:output=f2=1070
modem实现全双工通信的工作原理 实现全双工通信的工作原理
电话交换网 计算机 modem modem 计算机
发送端
调制器
带通滤波器 fol =1170Hz
带通滤波器 fol =1170Hz
解调器
发送端
接收端
解调器
带通滤波器 foh =2125Hz
3.5 频带传输技 术
3.5.1
1级局 （大区局）
1级局 （大区局）
2级局 （区局）
2级局 （区局）
3级局 （初级区局）
3级局 （初级区局）
电话交换网的 结构p88
4级局 （长途局）
4级局 （长途局）
5级局 （市话局）
5级局 （市话局）
1
电话用户 电话用户
3.5.2
频带传输的定义
• 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频 带传输；
22
同步光纤网SONET 同步光纤网
• ITU-T对SDH的速率、复用帧结构、复用 对 的速率、 的速率 复用帧结构、 设备、线路系统、光接口、 设备、线路系统、光接口、网络管理和信 息模型等进行了定义， 息模型等进行了定义，确立了作为国际标 准的同步数字体系 同步数字体系SDH； 准的同步数字体系 ； • 目前各个发达国家都把 目前各个发达国家都把SDH作为新一代的 作为新一代的 传输体系，加紧对SDH的研究、开发与应 的研究、 传输体系，加紧对 的研究 用工作。 用工作。
移动通信理论与实战第3章 移动通信的物理层处理技术
分集技术
概念
多路不相关的衰落路径传送相同的信号并合并
目标：
降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性
技术的关键问题：
如何得到（产生）多路信号? 如何合并多路信号?
本质：
对同一信号在不同时间、频率、空间、极化方向的过采样
分集原理
各独立信号传播路径同时经历深度衰落的概率很低
所谓分集接收，是指接收端对它收到的多个衰落特性互相独 立(携带同一信息)的信号进行特定的处理，以降低信号电平 起伏的办法。
OQPSK
I信道和Q信道的两个数据流，每次只有其中一个可能发生极性 转换。输出的OQPSK信号的相位只有±π跳变，而没有π的相位跳变， 则经滤波及硬限幅后的功率谱旁瓣较小。
QAM
MQAM正交振幅调制
一种幅度和相位联合键控的调制方式
sMQAM
Amcosct B m sinct
Am Bm
空空山山不不见见人人 但但闻闻人人语语声声 返返景景入入深深林林 复复照照青青苔苔上上
？？？？
传输
空但返复空但返复 山闻景照山闻景照 不人入青不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上人声林上
突发错误
解码
空空山？？不见见人？ 但但闻？？人语语声？ 返返景？？入深深林？ 复复照？？青苔苔上？
去交织
空但返复空但返复 山闻景照？？？？ ？？？？不人入青 见语深苔见语深苔 人声林上？？？？
信道编码
作用：
增加符号间的相关性，以便在受到干扰的情况下恢复信号
差错控制方式
检错重发（ARQ）：只检不纠，错则重传 需要反馈信道，译码设备简单，对突发错误和信道干扰较严重时有 效，但实时性差，主要应用在计算机数据通信中。
前向纠错（FEC）：自动纠错，能力有限 单向传输，实时性好，传输效率高，但译码设备较复杂。这种纠错 方式广泛应用于移动通信设备中
《计算机网络基础》课程标准
计算机网络基础课程标准（计算机应用专业适用 72学时）一、课程性质与任务计算机网络基础课程是中等职业学校网络技术专业的专业基础课程，是计算机网络技术专业的导入课程。
本课程的任务是：本课程以培养学生能独立自主完成以使学生掌握网线制作、网络设备操作与管理任务为目标，与其他学习领域一同构成学生在计算机网络行业中相关岗位就业所具备的知识和技能，是计算机网络技术专业学生的必修课之一。
该课程主要是为培养学生将来能面向综合布线、网络管理员等岗位的计算机网络基础理论知识和动手能力的培养。
根据中等职业教育的培养目标，使学生深入了解未来所要从事的行业以及企业岗位工作内容，为深入学习和掌握计算机网络基础理论知识和操作技能打下基础，通过工学结合、校企合作的任务驱动型项目教学活动，以较强的职业针对性，最终培养从事面向综合布线、网络管理员等职业的素质和技能，并具备从事相关岗位的职业能力和可持续发展能力。
二、课程教学目标1. 使学生进一步了解、掌握计算机网络基础知识，提高学生计算机网络技术等方面的技能，使学生初步具有利用计算机解决学习、工作、生活中常见问题的能力。
2. 使学生能够根据职业需求运用计算机，体验利用计算机技术获取信息、处理信息、分析信息、发布信息的过程，逐渐养成独立思考、主动探究的学习方法，培养严谨的科学态度和团队协作意识。
3. 使学生树立知识产权意识，了解并能够遵守社会公共道德规范和相关法律法规，自觉抵制不良信息，依法进行信息技术活动。
三、教学内容结构本课程的教学内容由基础模块、职业模块两个部分构成。
1. 基础模块（不含*号部分）是各专业学生必修的基础性内容和应该达到的基本要求；*号部分是为适应不同地区、不同对象的教学要求而设立的内容，学校可根据具体情况进行选择。
2. 职业模块为限定选修内容，是结合基础模块进行的计算机综合应用能力训练。
职业模块旨在提升学生在工作、生活中应用计算机的能力，教学中可根据需要选择内容。
计算机网络原理——物理层
105 106 双绞线 调幅 海事 无线电 无线电
107 同轴电缆
108
109
1010 卫星
1011 1012
1013
1014
1015 光纤
1016
地面微波
调频 移动 无线电 无线电 电视 HF VHF UHF SHF EHF THF
波段
LF
MF
地表 对流层 电离层 空间及视线
空间
26
物理层
微波通信
允许发送 振铃指示
物理层
TD DTR SG DSR RTS
CTS RI
16
RS-232-C的规程特性
• 过程特性指RS-232-C的各条控制线在下列不同情况下接通
（ON，逻辑0）和断开（OFF，逻辑1）的顺序：
• 建立物理连接 • 传输数据比特流 • 释放物理连接
PSTN
物理层
17
建立物理连接
• 当DTE-A要与DTE-B通信时，将DTR(20)臵为ON ，同时通过TD(2)向 DCE-A发送电话号码信号，请求与对方建立物理连接； • DCE-B将RI(22)臵为ON，通知DTE-B有呼叫到达。DTE-B将DTR(20)臵 为ON，DCE-B接着产生载波信号，并将DSR(6)臵为ON ，表示已准备好；
30
[例1]
•采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则 S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps) B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
物理层
31
信道容量
1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps) 信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据 传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输 速率。 2)离散的信道容量 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H 的关系： B=2*H (Baud) ......⑸ 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式： C=2*H*log2N (bps) ......⑹ 式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单 位为Hz； N为一个码元所取的离散值个数。
《计算机网络》课后简答题
第一章计算机网络概论1．计算机网络的发展可以划分为几个阶段？每个阶段各有什么特点？四个阶段：第一阶段（20世纪50年代）计算机技术与通信技术研究结合，为计算机网络的产生作好技术准备，奠定理论基础第二阶段（20世纪60年代）ARPAnet与分组交换技术开始，为Internet的形成奠定基础第三阶段（20世纪70年代中期计起）网络体系结构与网络协议的标准化第四阶段（20世纪90年代起）Internet的应用与高速网络技术发展2．什么是公用数据网PDN？为什么要发展公用数据网？是指由邮电部门或通信公司统一组建和管理的公用分组交换网组建公用数据网为计算机网络发展提供了良好的外部通信条件，它可以为更多的用户提供数据通信服务3．按照资源共享的观点定义的计算机网络应具备哪几个主要特征？资源共享的观点：以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合主要特征：1）计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享2）互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”3）互联计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议4．现代网络结构的特点是什么？大量的微型计算机通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联是通过路由器实现的5．局域网、城域网与广域网的主要特征是什么？局域网：1）覆盖有限的地理范围2）提供高数据传输速率（10Mb/s~10Gb/s）、低误码率的高质量数据传输环境3）一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展4）从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共享式局域网与交换式局域网城域网：1）满足几十公里范围内大量企业、机关、公司的多个局域网互联的需求2）介于广域网与局域网之间的一种高速网络广域网（也称远程网）：1）覆盖的范围从几十公里到几千公里，覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络2）通信子网主要使用分组交换技术6．根据系统的互联方式，网络多媒体应用系统一般可以分为哪几种基本的结构方式？请列举每一种结构的一种典型的应用实例四种基本的结构方式及应用实例：1）一对一系统：二个终端之间的单独通信实例：视频电话系统2）一对多系统：由一个发送端和多个接受端构成的系统实例：多方接受的网页3）多对一系统：多个发送端通过单播或者多播向多个接受端发送信息实例：投票4）多对多系统：一个组的成员之间可以相互发送信息实例：多媒体会议系统7．网络多媒体的传输有哪几个主要的基本特征？请列举传输连续的音频、视频流所需求的通信带宽数据主要特征：1）高传输带宽要求2）不同类型的数据对传输的要求不同3）传输的连续性与实时性要求4）传输的低时延要求5）传输的同步要求6）网络中的多媒体的多方参与通信的特点8．你是如何理解“网络计算”概念的？请举出移动计算网络、多媒体网络、网络并行计算、网格计算、存储区域网络与网络分布式对象计算等方面的几个应用实例“网络计算”概念：网络被视为最强有力的超级计算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题移动计算网络：无线局域网、远程事务处理多媒体网络：视频点播系统、多媒体会议系统网络并行计算：破译密码、发现素数网格计算：桌面超级计算、智能设备存储区域网络：SSP提供的Internet存储服务网络分布式对象计算：？？.第二章网络体系结构与网络协议1．请举出生活中的一个例子来说明“协议”的基本含义，并举例说明网络协议三要素“语法”、“语义”与“时序”的含义与关系协议是一种通信规则例：信件所用的语言就是一种人与人之间交流信息的协议，因为写信前要确定使用中文还是其他语言，否则收信者可能因语言不同而无法阅读三要素：语法：用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现顺序语义：解释比特流的每一部分含义，规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作和作出的响应时序：对实现顺序的详细说明例：？？2．计算机网络采用层次结构的模型有什么好处？1）各层之间相互独立2）灵活性好3）各层都可采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层4）易于实现和维护5）有利于促进标准化3．ISO在制定OSI参考模型时对层次划分的主要原则是什么？1）网中各结点都具有相同的层次2）不同结点的同等层具有相同的功能3）不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信4）同一结点内相邻层之间通过接口通信5）每个层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务4．如何理解OSI参考模型中的“OSI环境”的概念？“OSI环境”即OSI参考模型所描述的范围，包括联网计算机系统中的应用层到物理层的7层与通信子网，连接结点的物理传输介质不包括在内5．请描述在OSI参考模型中数据传输的基本过程1）应用进程A的数据传送到应用层时，加上应用层控制报头，组织成应用层的服务数据单元，然后传输到表示层2）表示层接收后，加上本层控制报头，组织成表示层的服务数据单元，然后传输到会话层。
计算机网络课后习题与解答讲解
本文所有的习题均来自教师上课布置的题目和书上，答案是一家之言，仅供参考。
第一章计算机概论1.术语解释计算机网络网络拓扑结构局域网城域网广域网通信子网资源子网2.计算机网络的的发展可以划分为几个阶段？每个阶段各有什么特点？3.以一个你所熟悉的因特网应用为例，说明你对计算机网络定义和功能的理解。
4.计算机网络如何分类？请分别举出一个局域网、城域网和广域网的实例，并说明它们之间的区别。
5.何为计算机网络的二级子网结构？请说明它们的功能和组成。
6.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种？各自有何特点？试画出它们的拓扑结构图。
7.计算机网络具有哪些功能？8.目前，计算机网络应用在哪些方面？第二章网络体系结构与网络协议1.解释下列术语网络体系结构服务接口协议实体协议数据单元数据封装数据解封装2.在OSI参考模型中，保证端-端的可靠性是在哪个层次上完成的？CA．数据连路层B．网络层C．传输层D．会话层3.数据的加密和解密属于 OSI 模型的功能。
BA．网络层 B．表示层 C．物理层 D．数据链路层4.O SI 参考模型包括哪 7 层？5.同一台计算机之间相邻层如何通信？6.不同计算机上同等层之间如何通信？7.简述 OSI参考模型各层的功能。
8.简述数据发送方封装的过程。
9.O SI 参考模型中每一层数据单元分别是什么？10.在 TCP/IP协议中各层有哪些主要协议？11.试说明层次、协议、服务和接口的关系12.计算机网络为什么采用层次化的体系结构？13.试比较 TCP/IP 模型和 OSI 模型的异同点。
计算机网络为什么采用层次化的体系结构？【要点提示】采用层次化体系结构的目的是将计算机网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题。
通过“分而治之”，解决这些较小的、简单的问题，从而解决计算机网络这个大问题（可以举例加以说明）。
2.81．用生活中的实例说明面向连接的网络服务与无连接的网络服务解析：面向连接的网络服务与无连接的网络服务就相当于生活中的电话系统和普通邮政系统所提供服务。
第3章 物理层
第三章
物理层
通信系统的质量指标
数据传输速率 bps 1Kbps=1000 bps 1Mbps=1000 Kbps 1Gbps=1000 Mbps 误码率 误码率= 发生错误bit数 传送的bit数
第三章
物理层
信源、信宿和信道
物理层协议的四个特性 机械特性 电气特性 功能特性 规程特性
第三章
物理层
3.4.2 常见的国际标准组织
国际标准化组织 ISO 美国电子工业协会 EIA 国际电报电话咨询委员会CCITT 国际电信联盟ITU 欧洲电信标准组织 电气电子工程师协会 IEEE IEEE802 ATM 论坛
第三章
物理层
1.不归零编码(Non-Return Zero，简称NRZ)
0 1 0 0 1 0 1 1
缺点：由于不能判断位的开始和结束，收发双方不能保持 同步因此必须使用另一个信道同时传送同步时钟信号
第三章
物理层
2．曼彻斯特(Manchester)编码
曼彻斯特编码将每比特信号周期T分为前T/2和后T/2，用前T/2 传送该比特的反（原）码，用后T/2传送该比特的原（反）码
并行通信：使用多个传输信道，有多个数据位同
时传输
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
适合近距 离通信
发送端
接收端
第三章
物理层
数据通信方式
（2）单工通信/半双工通信/全双工通信
单工通信：
A
B
数据只能在一个固定的方向上传送 eg 广播、电视信号
模拟信号 连续的，普遍存在于自然界
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。
10
《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
11
《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
12
《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）。
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
计算机网络与Internet应用基础教程 第3章 数据通信与通信网基础
图3-7同步传输方式 内同步指某些编码技术内含时钟信号。外同步指由 通信线路设备提供同步时钟信号，该同步信号与数 据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。 总之，同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 它的优点是开销少、效率高，适合以较高的速率传 输数据；缺点是整个数据块一旦有一位错传，就必 须重传整个数据块的内容。
3.2 数据通信方式
3.2.1 并行传输方式与串行传输方式
数据传输有并行与串行两种方式。在计算机中，通 常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据 通信中，人们可以按图3-5（a）所示的方式，将待 传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺 序依次发送，这种工作方式称为“串行传输”。在 数据通信中，人们也可以按图3-5（b）所示的方式， 将表示一个字符的8位二进制代码通过8条并行的通 信信道同时发送出去，每次发送一个字符代码，这 种工作方式称为“并行传输”。
数据传输是数据通信系统的基础，其系统模型如图 3-4所示。数据通信系统除了数据传输之外还包括 数据链路和规程控制、数据在传输前后的处理等。 数据通信中的链路控制等功能牵涉到了OSI物理层 以上的协议。
图3-4 数据传输系统模型
3.1.2 信道带宽与信道最大传输速率
信道在通信系统中具有非常重要的地位，其中信道 带宽与信道最大传输速率是影响信道质量的两个主 要因素。 在数据通信系统中，信道是传送电信号的通路。广 域网包含了通信子网和资源子网，而通信子网又包 括传送线路和交换设备两部分。这里，我们将在机 器之间传输比特流的传送线路叫做信道。提到信道 的概念，首先要说明它的应用范围。本章我们要讨 论的信道，主要是指数据通信中广义的信道概念。
第3章 数据通信与通信网基础
3.1 数据通信的基本概念 3.2 数据通信方式 3.3 传输介质 3.4 通信网简介 习题3
计算机网络第3章 物理层
2015/7/7
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2015/7/7
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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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2015/7/7
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
数据通信基础与物理层.ppt
信 基
• 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)。
础 与 物
• 全双工通信（双向同时通信）：
理 层
• 通信的双方可以同时发送和接收信息。
18
一些概念（续2）
第 二
讲
• 基带信号（即基本频带信号）
数
• 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
据
的数据信号都属于基带信号。
• 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字 16
信号时，代表不同离散数值的基本波形。
模拟信号和数字信号
t
第 二 讲
数
据
通
信
基
础
t
与 物
理
层
a) 模拟信号
b) 数字信号
17
17
一些概念（续1）
第 二
讲
• 单工通信（单向通信）：
数
据
• 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
通
• 半双工通信（双向交替通信）：
物 理
层
规程特性 • 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
4
1.2 计算机网络的性能指标
第 二
讲
•速率 •带宽 •时延
•吞吐量
数 据
•时延带宽积
通 信
基
•利用率
础 与
物
理
层
5
第
1） 带宽
二
讲
• 数字信道所能传送的“最高数据率”
数 据
• 单位：“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
通 信
间是被利用的（有数据通过）。完全空闲 通
的信道的利用率是零。
信 基
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
计算机网络_课后习题
第一章计算机概论1.术语解释计算机网络网络拓扑结构局域网城域网广域网通信子网资源子网2.计算机网络的的发展可以划分为几个阶段？每个阶段各有什么特点？3.以一个你所熟悉的因特网应用为例，说明你对计算机网络定义和功能的理解。
4.计算机网络如何分类？请分别举出一个局域网、城域网和广域网的实例，并说明它们之间的区别。
5.何为计算机网络的二级子网结构？请说明它们的功能和组成。
6.常用的计算机网络的拓扑结构有哪几种？各自有何特点？试画出它们的拓扑结构图。
7.计算机网络具有哪些功能？8.目前，计算机网络应用在哪些方面？第二章网络体系结构与网络协议1.解释下列术语网络体系结构服务接口协议实体协议数据单元数据封装数据解封装2.在OSI参考模型中，保证端-端的可靠性是在哪个层次上完成的？CA．数据连路层B．网络层C．传输层D．会话层3.数据的加密和解密属于 OSI 模型的功能。
BA．网络层 B．表示层 C．物理层 D．数据链路层4.O SI 参考模型包括哪 7 层？5.同一台计算机之间相邻层如何通信？6.不同计算机上同等层之间如何通信？7.简述 OSI参考模型各层的功能。
8.简述数据发送方封装的过程。
9.O SI 参考模型中每一层数据单元分别是什么？10.在 TCP/IP协议中各层有哪些主要协议？11.试说明层次、协议、服务和接口的关系12.计算机网络为什么采用层次化的体系结构？13.试比较 TCP/IP 模型和 OSI 模型的异同点。
第三章数据通信基础与物理层1．术语解释：数据传输速率信道带宽频带传输频分多路复用时分多路复用全双工通信调制与解调 DTE DCE2．信息是。
A．消息 B．数据 C．可以辨别的符号 D．经过加工处理的数据3．目前，在计算机网络系统中我们主要采用的复用方式是。
A．波分复用 B．时分复用 C．码分复用 D．频分复用4．ADSL的“非对称”性是指________________________。
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3.1使用模拟信道传输模拟数据（信息） ----------载波(移频)
电话交换
USER
信道
Operator
音频信号频谱
模拟
fa
f
f
载波频率(调制基频)
27
28
3.2使用模拟信道传输数字数据（消息) ---------------调制与解调
•因为计算机产生的原始基带数字信号是离散的 数字信号，它的频率范围较宽，不适合使用模 拟信道进行长距离传输。
•易扰动
23
地球同步卫星(Geostationary Satellites) • 与地面站相对固定位置 • 使用三颗卫星即可覆盖全球 • 传输延迟时间长（≈270ns） • 广播式传输 • 应用领域： 电视传输 35,784 长途电话 km 专用网络 广域网
地球
24
常用传输介质的比较
40
3.3使用数字信道传输数字数据（消息） --------数字编码
•不归零码（None return to zero encoding） •不归零码交替编码(None return to zero ,invert on ones encoding)
数字 编码
•曼彻斯特码（Manchester encoding）
9ห้องสมุดไป่ตู้
同轴电缆(Coaxial Cable)
75（CATV) 用于模拟传输（FDM），称为宽带电缆 50(10Base5/10Base2) 用于数字传输，称为基带电缆 粗缆：10Mbps, 500m, 100站点 细缆：10Mbps, 185m, 30站点 价格贵 局域网使用被双绞线取代 长途传输被光纤取代
光纤通信的原理-----光的全反射定理
13
14
multimode fibers(多模光纤，MMF),光纤芯直径 50,62.5 微米
纤芯，折射率高 包层，折射率低
亮度调制
发光器 多束光线以不同的反射角传播
光检波 器
single-mode fibers(单模光纤,SMF), 光纤芯直径8.3 微米
•差分曼彻斯特码（differential Manchester
encoding） •4B/5B编码
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不归零码（NRZ）
•分类：双极性不归零码和单极性不归零码 •在一个码元时间内不会返回初始状态
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不归零码交替编码（NRZI）
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NRZ、NRZI的缺点: •编码中不含同步信号,难以确定位的起止点 •在发送不归零码时需要使用另一个信道同时发送同步时 钟信号 •收发双方同步的时钟频率不易保持一致,易造成误差积 累,导致接受采样错位 •易产生直流分量的积累,导致设备和设备接点损坏 •主要用于计算机串口和调制解调器之间串行通信端口的 低速短距离(<15m)通信
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4b/5b编码
•用5位的码组来编码4位的输入数据
•每5位码组中不含多于3个”0”,或不少于2个”1”
•码组的电信号波形采用NRZI方式
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4b/5b的优点:
•5个码组中至少含两个”1”,从而保证了在码组 的持续时间内至少有两次电平跳变出现,可以供 接收端用来检测出位同步信号,同时可以避免直 流分量的积累
4
[具体教学内容]
讨论1：物理层基本功能回顾
•明确：物理层的主要目的是考虑如何在相互 连接的计算机之间进行比特流的传输，而非 具体的传输介质。 •物理层四个特性： •机械特性 •电气特性
•功能特性
•过程(规程、操作)特性
5
讨论1：物理层传输介质
有线传输介质 (Wire Transmission) Twisted Pair(双绞线) Coaxial cable(同轴电缆) Fiber optics(光纤),Fiber cables(光缆) 无线传输介质 (Wireless Transmission) Radio waves (无线电波) Microwave (微波) Infrared and Millimeter Waves(红外线和毫米波) Laser(激光) Communication satellites(通信卫星)
地 球 微波传 送塔
•多径衰减
•频率在4 GHz以上的微波易被雨水吸收
•应用于长距离电话电视移动通信的传输
21
(3)
红外线与毫米波(Infrared and Millimeter Waves )
•直线传输
•不能穿过任何障碍物，易反弹
•短距离传输
•遥控器
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(4)激光(laser) •长距离、直线传输 •不能穿过雨滴和厚雾
组合调制
•一般为同时使用调幅和调相技术组合出更多中波形状态， 以实现一个码元可以传输更多个比特位
•16进制调制（每个码元传输4个比特位) •QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)
37
•QAM-64 (Quadrature Amplitude Modulation,正交振幅调制)
11
光纤传输原理——光的全反射 光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会 产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当 入射角≥临界值时产生全反射，不会泄漏。 纤芯——折射率高，玻璃包层——折射率低
亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲-0 光传输系统：光源、介质、光检测 光源：850nm/1300nm/1500nm ，发光二极管/激 光二极管 光检测器：光电二极管 PIN/雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤 应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接 12
1类线缆 2类线缆 3类线缆 4类线缆 5类线缆 5e类线缆 6类线缆
用途
电话 令牌环网 不适合传输数据
说明
支持4Mbit/s的令牌环网
电话和 20世纪80年代以广泛使用的3类线缆为基础的 10BASE 10BASE-T网络出现 -T 令牌环网 以太网 以太网 以太网 支持16Mbit/s的令牌环网 支持10BASE-T、100BASE-T 使用与5类线缆相同的介质，但要经过更严格 的端接和线缆测试，支持吉比特以太网 支持1Gbit/s的以太网，也可用6类线缆建立 10Gbit/s的网络
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0 数据
1
0
0
1
0
ω
ω ω2 ω2 ω1 ω2
(a) ASK
ω2
ω1
32
FSK信号的生成原理
33
PSK信号的生成原理
34
35
3π/4
π/4
5π/4
7π/4
•QPSK (Quadrature Phase Shift Keying,正交相移键控). •四进制调制（每个码元传输2个比特位)
36
3
第 3 章 物理层与数据通信基础
[学习重点 、难点] 数据通信中的基本概念
四种调制和编码技术、四种多路复用技术、 三种数据交换技术 [学习方法要点] 本章知识涉及到数据通信技术中的许多传输技 术，知识点比较零散，在学习时要注意联想生活 中接触过的技术实际应用情况，对比分析不同传 输技术的特点，学习重点放在掌握基本概念上， 努力将琐碎的知识串成一体。
较好
较低
基带 宽带
40Gb/s 4～6GHz
20km以上 几百km
很好 好
较高 中等
远距离高速 数据传输
远程通信
卫星
宽带
1～10GHz
18000km
很好
高
远程通信
25
讨论3：数据传输技术
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
载波(carrier wave) 调制与解调(modulate & demodulate) 编码与解码(code & decode) 脉冲编码调制(PCM) 数据传输方式 多路复用(multiplexing) 数据交换 同步传输与异步传输(Synchronous & Asynchronous)
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Modems (调制解调器) Modulator(调制器)---D/A demodulator(解调器)---A/D
Modems
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问题: 现采用调相与调幅相结合的调制方式，载 波有四种相位变化和两种振幅变化，调制速率 是600波特，那么数据速率是（ ） bps 。
A、1200 C、2400 B、1800 D、4800
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(1)无线电波(Radio waves) •容易产生
•低频部分波长较大，易绕过障碍物，全方位传输
•高频部分波长短，易被障碍物反弹，直线传输
•易受干扰
19
20
(2) 微波(Microwave)
•频率在100MHZ以上，直线传输 •易被建筑物阻挡 •空中发散
地面站之间 的直视线路 (50~100km)
铜芯 绝缘层
外导体 屏蔽层
保护套
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光纤(Fiber Optics) 、光缆 (Fiber Cables)
玻璃封套
塑料外套
玻璃内芯
单芯光缆
外壳
塑料外套
多芯光缆
玻璃内芯 玻璃封套
常见规格：纤芯——50um缓变型-MMF 62.5um缓变型/增强型-MMF 8.3um突变型-SMF 包层——125um
激光发 生器
单束光线沿直线传播
激光检波 器
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高密度多芯光缆剖面结构
加强芯 外套
外鞘
光纤
加强芯
封套
芯
光纤束
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光纤的特点
优点
高带宽、高数据传输率 抗电磁干扰强，数据传输安全、可靠 抗腐蚀 衰减小 缺点