中南大学计算机网络物理层讲义(最新)

物理层

1、信道：信号的传输媒质，可分为有线信道和无线信道。有线信道包括双绞线、同轴电缆、

光纤等。

2、信号：运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号、电信号等。

3、信道带宽：限定允许通过该信道的信号下限频率和上限频率。

4、码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。 1 码元可以携带 1 或多个比特的信息量。

5、波特率：单位时间内载波参数变化的次数，或单位时间内载波调制状态改变次数，其单位为波特，可被理解为单位时间内传输码元符号的个数，通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。

6、比特率：是数字信号的传输速率，即单位时间内传输的二进制代码的有效位数，其单位为每秒比特数。

7、信源与信宿：信源与信宿可简单地理解为信息的发送者和信息的接受者。信息传播的过

程一般可描述为：信源信道信宿。在计算机网络中，网络上的任何一台计算机都可以成

为信源，也可以成为信宿。

8、编码与调制：用数字信号承载数字或模拟数据称为编码；用模拟信号承载数字或模拟数

据称为调制。

9、电路交换、报文交换与分组交换电路交换首先要建立连接，然后进行数据传输，传输完毕后释放连接，时延短，不会拥塞，不会乱序，静态地保留带宽，不受其他用户干扰，适用于大量数据传输，否则资源利用率低。报文交换无需先建立连接而直接传输数据，带宽动态申请动态释放，资源利用率高，采用存储－转发的方式，时延不确定，可能会产生拥塞、报文乱序等现象。分组交换是对报文交换的改进，较大的报文分割为分组，分组有个最大长度限制，使得存储－转发可以在内存中完成。其他同报文交换类似。

10、数据报与虚电路等基本概念虚电路采用呼叫分组显式建立一条逻辑链路，然后分组根据虚电路标签VPI 、VCI 可快速沿

通路发送，传输完毕，利用释放链路分组将该链路释放。

数据报不需要显式建立链路，发送方将数据组装成数据报，在其中填入发送方和接收方地址，然后通过存储－转发方式发送。

11、尼奎斯特定理与香农定理

尼奎斯特定理给出了求无噪声信道最大数据传输率的公式，即最大数据传输率= 2Hlog 2V,单位为“比特位/ 秒（bps）”。

试题 2.1 根据尼奎斯特定理，下列哪些正确？

（1）只要达到每秒2H 次采样，信号可以被完全重构；

（2）采样率超过每秒2H 次无意义；

（3）通过采样恢复出来的高频成分被带宽为H 的低通滤波器滤掉了；

（4）V 表示信号的离散级数，即系统可调制出的信号状态；

（5）一个信道的最大数据传输率取决了信道带宽和采用的编码方案。

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试题 2.2 采用相-幅调制技术在带宽为64kHz 的无躁声信道上传输数据，每个相位有 4 种不同幅度的电平，要达到512K 比特位/秒的数据速率，至少要多少相位？

香农定理给出了求有噪声信道最大数据传输率的公式，即最大数据传输率= Hlog 2

（1+S/N）,

单位为“比特位/秒”，S/N为信噪比，通常用公式10lgS/N转换为由分贝（dB）作为度量单位的值。

试题2.3根据香农定理，下列哪些正确？

（1）公式中的信噪比S/N 是信号功率与噪声功率的比值，用于衡量热噪声的数量；

（2）公式中的信噪比单位为分贝；

（3）数据传输率与信号级数无关；

（4）数据传输率与采样频率无关；

（5）适用于任何热噪声信道。

（1）（3）（4）（5）

12、综合布线相关知识

综合布线的优点：（a）结构清晰，便于管理和维护；（b）材料统一先进，适应今后的发展需要；（c）灵活性强，适应各种不同的需求；（d）便于扩充，节约费用，提高了系统的可靠性。

传输介质：（a）双绞线：由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以顺时针缠

绕）在一起而制成的一种通用配线。互相绝缘的金属导线的互相绞合可以抵御一部分外界电磁波干扰，降低自身信号的对外干扰。通常，计算机网络所使用的是 3 类线和5类线双绞线，其中10 BASE-T 使用的是 3 类线，100BASE-T 使用的5 类线。双绞线又可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。屏蔽双绞线电缆的外层由铝铂包裹，以减小辐

射，但并不能完全消除辐射，屏蔽双绞线价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线电

缆困难。（b）同轴电缆：先由两根同轴心、相互绝缘的圆柱形金属导体构成基本单元（同轴

对），再由单个或多个同轴对组成的电缆。同轴电缆分50Q基带电缆和75Q宽带电缆两类。

基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达10Mbps。（c）光纤：光导纤维的简称，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中全反射而形成的传导工具；通常，光纤的一端使用发光二极管和激光做光源，产生光脉冲传送至光纤中，而光纤另一端使用带光敏元件的接收装置检测脉冲；光在光纤中的传导损耗比电在电缆中传导的

损耗低得多。（d）无线传输介质：存在于自由空间中，可被利用来发送和接收通信信号的电

磁波谱；可以用于无线传输的电磁波谱频段很广，如无线电波、微波、红外线、激光等；无线电波的特点：容易产生、全向传播、传输距离长、易穿透障碍物；微波的特点：几乎按直线传播、不易穿透障碍物；红外线的特点：有方向性、便宜、易于制造、不易穿透障碍物。

物理层设备：（a）中继器：网络物理层上面的连接设备。通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。主要优点：扩大了通信距离、增加了节点最大数目、提高了可靠性、改善了性能。主要缺点：增加了延时。（b）集线器：主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大

网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。

物理层接口的特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性

试题 2.4 关于传输介质，下列说法正确的有（）

（1）每种传输介质在带宽、延时、造价、安装、维护等方面都具有各自的特性；

（2）双绞线既可用于传输模拟信号（用作电话系统的本地回路），又可用于传输数字信号（局域网）；

（3）双绞线的带宽取决于铜线的直径和长度；

（4）同轴电缆比双绞线有更好的屏蔽性，因此能以更高的速率传输更长的距离，其可能达到的带宽取决于电缆的质量、长度、数据信号的信噪比等，并广泛应用于有线电视网和城域网中；

（5）双绞线和同轴电缆的长度越长，带宽越低。

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