网络分层模型

(2)基本调制方法



调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号 而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号 而变化。 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字 信号而变化。
(2)基本调制方法
基带信号 调幅 0 1 0 0 1 1 1 0 0
调频
调相
2.2.3 提高数据传输速率的途径

H3 H4 H5
应用程序数据
应用程序数据
1ห้องสมุดไป่ตู้
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层
主机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
H5 H 4 H5
应用程序数据
应用程序数据
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5 应用程序数据
主机 2
AP2 5 4 3 2 1




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。
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型


编码(coding)与调制 (modulation)

通常人们将数字数据转换成数字信号的过 程称为编码(coding)，而将数字数据转换 成模拟信号的过程称为调制(modulation)。
(1)常用编码方式


归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。 曼彻斯特编码：位周期中心的上跳变代 表0，位周期中心的下跳变代表1。 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处 始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0， 而位开始边界没有跳变代表1。
1016
地面微波
调幅 海事 无线电 无线电 波段
调频 移动 无线电 无线电 电视
LF
MF
HF
VHF UHF SHF
EHF THF
2.3.1 导向传输媒体

双绞线

屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
五层协议的体系结构
5 4 3 应用层 运输层 网络层
数据链路层 数据链路层


2
1


物理层
应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer)
AP2 5
4
3 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层
4 3
H3 H4 H5 H2 H3 H4 H5
应用程序数据 应用程序数据
T2
2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
H 4 H5
包层 （低折射率的媒体）
光纤的工作原理
低折射率 (包层) 高折射率 (纤芯) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
多模光纤与单模光纤
多模光纤
输入脉冲 输出脉冲
输入脉冲
单模光纤
输出脉冲
2.3.2 非导向传输媒体


无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射，但短 波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4
4
3 2
计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层
3 2 1
H2 H3 H4 H5
应用程序数据
T2
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
输出信号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
2.2.3 提高数据传输速率的途径



首先，要使用更好的传输媒体。 其次，使用先进的编码和调制技术。 但不管采用怎样好的传输媒体和怎样先 进的调制技术，数据传输速率总是受限 的，不可能任意地提高，否则就会出现 较多的差错。
2.3 物理层下面的传输媒体
电信领域使用的电磁波的频谱
0 f (Hz) 10
102
104
106 无线电
108
1010
1012
1014
1016
1018
1020
1022
1024 射线
微波
红外线 可见光 紫外线
X射线
4 f (Hz) 10
105
双绞线
106
107
同轴电缆
108
109
1010
卫星
1011 1012
1013
1014
1015 光纤

2 1
应用层 (application layer) 物理传输媒体
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3 2
4
3 2
1
物理层接收到比特流，上交给数据链路层 1
课件制作人：谢希仁 谢钧
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1 AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3

“数字的”(digital)——取值是离散数值。
2.2.2 有关信道的几个基本概念

单向通信（单工通信）——只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）——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)。 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。
数据通信系统
输入 汉字
数字比特流
模拟信号 公用电话网
模拟信号
数字比特流
显示 汉字
PC 机
调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统
调制解调器 目的系统
PC 机
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
几个术语

数据(data)——运送信息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。
3 2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2
应用层剥去首部，取出应用程序数据 5 上交给应用进程
4 3 2 1
4
3 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1 AP1 5
我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！
主机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
(1)常用编码方式
0 归零制 1 1 1 0 0 0 1
不归零制
曼彻斯特 差分 曼彻斯特
基带(baseband)信号和 带通(band pass)信号

基带信号（即基本频带信号）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。 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。因此 必须对基带信号进行调制(modulation)。 带通信号(在计算机网络中常叫做宽带信号)——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）。
网际层
网络 接口层
网际层
网络 接口层
1
路由器在转发分组时最高只用到网络层 而没有使用运输层和应用层。
沙漏计时器形状的 IP Everything over Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务 IP 可应用到各式各样的网络上 TCP/IP协议族
应用层 HTTP … SMTP DNS … RTP
实体、协议和服务（续）



本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面 的协议。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之 间通信的规则。 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通 过层间接口提供的。
1.7.5 TCP/IP的体系结构
主机A 4 3 2 应用层 运输层 路由器 网际层 网络 接口层 网络 1 网络 2 主机B 应用层 运输层
主机 1
AP1 5
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据
主机 2
AP2 5
4
3 2
H5 网络层首部 H 4 H5 链路层 首部 H3 H 4 H5 H2 H3 H4 H5
运输层首部
链路层 尾部
4 3 2 1
T2
1
10100110100101 比 特 流 110101110101
网络分层模型
1
计算机网络
TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对应关系
1.7.3 具有五层协议的体系结构



TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运 输层、网际层和网络接口层。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协 议的体系结构 。
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
应用进程数据先传送到应用层
AP2 5 4 3 2 1
加上应用层首部，成为应用层 PDU
4
3 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2
应用层 PDU 再传送到运输层 加上运输层首部，成为运输层报文
5 4 3 2 1
4

同轴电缆

50 同轴电缆 75 同轴电缆

光缆
各种电缆
无屏蔽双绞线 UTP 屏蔽双绞线 STP
聚氯乙烯 套层
绝缘层
铜线
聚氯乙烯 屏蔽层 铜线 绝缘层 套层
同轴电缆
绝缘保护套层 外导体屏蔽层
绝缘层
内导体
光线在光纤中的折射
包层 纤 芯 折射角 包层 （低折射率的媒体） 纤芯 （高折射率的媒体） 入射角
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
数据链路层帧再传送到物理层 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4 3
4
3 2
1
电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层
H5
应用程序数据
4
3 2
应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！
主机 2
AP2 5 4 3 2 1
4
3 2
1
1.7.4 实体、协议和服务




实体(entity) 表示任何可发送或接收信 息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规 则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的通 信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提 供的服务。
运输层
TCP
UDP
网际层
IP
网络接口层
网络接口 1
网络接口 2
…
网络接口 3
课件制作人：谢希仁 谢钧
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 习题
计算机网络
2.1 物理层的基本概念

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，即：

地面微波接力通信 卫星通信
完！谢谢！
3 2
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5
4
3 2
运输层报文再传送到网络层 加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）
4 3 2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4
4
3 2
IP 数据报再传送到数据链路层
3 2 1
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
4
3 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部 2 取出数据部分，上交给网络层
1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5 4
4
3 2
网络层剥去首部，取出数据部分 3 上交给运输层
2 1
1
主机 1 向主机 2 发送数据
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5
4
3 2
运输层剥去首部，取出数据部分 4 上交给应用层

任何实际的信道都不是理想的，在传输 信号时会产生各种失真以及带来多种干 扰。 码元传输的速率越高，或信号传输的距 离越远，在信道的输出端的波形的失真 就越严重。
数字信号通过实际的信道

失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形

失真严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）