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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 物理层,*,计算机科学与工程系,复习网络协议,1,、协议的定义,：数据通信过程中,为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，称为网络协议。,2,、协议的组织,：网络协议,是按照层次结构模型来组织的。,3,、协议的组成：,网络协议由三个要素组成。,语法：,定义用户数据与控制信息的数据结构形式或格式，,规定双方“如何讲（,how to do ?,）”,。,语义：,对发出的请求、执行的动作及对方的应答做出解释,，确定双方“讲什么（,what to do ?,）”。,时序,(,规则,),：,规定了事件发生的条件和执行顺序。,确定双方的“讲话次序（,when to do ?,）” 。,4,、网络体系结构：,网络层次结构模型与各层协议的集合,1,复习网络体系结构,网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构,应用层,表示层,会话层,传输层,物理层,数据链路层,网络层,7,6,5,4,3,2,1,OSI,参考模型,应用层,传输层,网络接口,互联网层,TCP/IP,概念层次,Ethernet,802.3,802.5,FDDI,等等,TCP/IP,支持,所有的、标准的物理和数据链路协议,OSI/RM,、,TCP/IP,、五层模型,五层模型,2,复习各层的核心(特征)功能,应用层,Application Layer,表示层,Presentation,Layer,会话层,session,Layer,传输层,transport,Layer,物理层,Physical,Layer,数据链路层,Data Link,Layer,网络层,Network,Layer,7,6,5,4,3,2,1,处理网络应用,数据表示,主机间通信,端到端的连接,寻址和最短路径,介质访问（接入）,二进制传输管理,OSI/RM,层次模型 各层,特征,功能,3,复习名词解释,ITU,IETF,IRTF,RFC,ISO,EIA,TIA,IEEE,ANSI,4,第,3,章 物理层,5,本章学习要求,：,掌握,：物理层与物理层协议的基本概念,掌握,：,数据通信的基本概念,掌握,：传输介质类型及主要特性,了解：,无线与卫星通信技术的基本概念,掌握,：数据编码的类型和基本方法,掌握,：基带传输的基本概念,掌握,：频带传输的基本概念,掌握,：多路复用的分类与特点,掌握,：同步数字体系,SDH,的基本概念,6,3.1,物理层与物理层协议的基本概念,3.1.1 物理层的基本概念,通信子网分为,点-点通信线路通信子网,与,广播信道通信子网;,广域网,(WAN),主要采用,点到点通信线路,，,局域网,(LAN),与,城域网,(MAN),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。,7,物理层,(,Physical Layer,),的基本概念,物理层考虑什么？,怎么样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据,bit,流。,不是,指具体的,物理设备,或具体的,传输媒体,。,物理层作用,尽可能,屏蔽,网络中的,各种物理设备、传输媒体,、各种,不同通信手段,的,差异,。,为数据链路层提供,透明服务,，使得数据链路层感觉不到这些差异。,物理层标准,用于物理层的协议，也称物理层规程,8,物理层,(,Physical Layer,),的基本概念,任务：,在物理媒体,(,介质,),上,正确地,、,透明地,传送比特流。,协议,(,标准,),：规定了物理接口的各种特性,(,实物展示,),机械,：物理连接器的尺寸、形状、规格,电气,：信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输距离等,功能,：接口引（线）脚的功能和作用,规程,：信号时序、应答关系、操作过程,功能：建立和拆除物理连接、位流传输、管理,例：,RS-232,、,RS-449,、,V.24,、,V.35,、,G.703/G.704,9,V.35 线,10,3.1.2 物理层基本服务功能,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,；,计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的,主要目的,是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；,数据链路实体通过与物理层的接口，将,数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。,11,3.1.3 物理层向数据链路层提供的服务,1,、物理连接的建立、维护与释放 ；,2,、物理连接类型；,点-点连接与多点连接,3,、数据通信方式,分为全双工、半双工与单工方式,；,4,、数据传输方式,分为串行传输方式、并行传输方式 ；,串行传输方式的物理数据服务单元是位；,并行传输方式的物理数据服务单元是,N,位，,N,为并行连接的物理通道数。,12,3.2,数据通信的基本概念,3.2.1 信息、数据与信号,数据通信,是以,信息处理技术,和,计算机技术,为基础的通信方式 ，为计算机网络的应用和发展提供了技术支持和可靠的通信环境。,1. 数据的概念,数据,Data,：传递,(,携带,),信息的实体,数据是定义为有意义的实体，是表征事物的形式（,37,o,C,体温正常、,39,o,C,发烧），例如文字、声音和图像等。数据可分为,模拟数据,和,数字数据,两类。,模拟数据,指在某个区间,连续变化的物理量,，例如声音的大小和温度的变化等。,数字数据,指,离散的不连续的量,，例如文本信息和整数,ASCII,码：,6490,十进制数表示,AZ,，,415A,十六进制数表示,AZ,13,2,.,信息的基本概念,信息,Information,：是数据的内容或解释,通信的目的是交换信息，,信息是人脑对客观物质的反映,。,既可以是对物质的形态、大小、结构、性能等部分或全部特性的描述，也可以是物质与外部的联系；,信息有各种存在形式,。,信息的载体,可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；,为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用,二进制代码的数据,来表示；,为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码、光脉冲信号等方式表示；,信息量,：,信息的度量,2010,年世界博览会在上海召开（信息量小但真实）,据“权威”报道： 世博览会有大地震发生（信息量大但不保证真实）,凡是受信者一方所已经知道的信息,其信息量等于零,数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟、数字或光脉冲信号的过程。,14,信息编码标准,ASCII,码被国际标准化组织,ISO,接受，成为国际标准,ISO 646，,又称为国际5号码;,它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准;,ASCII,码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字符;,字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。,15,3.,信号的概念,信号,Signal,：数据的物理量编码，数据是以信号的形式传播的,。,数据通信中的,“信号”是指数据的电磁编码或电编码、光脉冲编码,，信号是数据在传输过程中电信号、光信号的表现形式。,信号可分为模拟信号和数字信号两种,；,模拟信号（,analog signal）,是随时间连续变化的电流、电压或电磁波、光波。,其信号电平是连续变化的；,数字信号（,digital signal）,是一系列离散的电脉冲、光脉冲等,。数字信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号、或光脉冲信号；,相应的按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为,模拟通信系统,与,数字通信系统,两种。,16,模拟信号波型,数字信号波型,注意：数据必须转换成信号，才能在传输介质上传输。,17,数据通信系统的模型,数据通信,：把数据以信号的形式从一处,(,源发出端,),传送到另一处,(,接收端,),，并在接收端还原成原来的数据。,信源,:,通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。,信宿,:,通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。,信道,:,是信源和信宿之间的通信线路,由传输介质及相应的附属设备组成。,18,例：,2,台,PC,通过,PSTN,的通信系统模型,源点,(,源站,):,将要,发送的信息,转变成要传输的,数据,。,发送器,(MODEM),：将数据转变成,信号,，并把信号发送到信道中。,接收器,(MODEM),：将从信道中接收来的,信号,，转变成,数据,。,终点,(,目的站,),：将接收的数据还原成,原始信息,。,19,需要强调的是,数据转变成信号才能在信道中传输,20,3.2.2 数据传输类型与通信方式,网络中两台计算机通信的过程,21,网络通信系统设计中要解决的几个基本问题,：,数据传输类型,模拟通信系统,(,只能传输模拟信号的信道,),数字通信系统,(,只能传输数字信号的信道,),数据传输方式,串行通信,并行通信,信道的通信方式,单工通信,半双工,全双工通信,数据同步方式,同步通信,异步通信,22,1,、数据传输方式,：串行通信与并行通信,23,串行通信特征,串行通信,把每个二进制位按顺序排列成串，形成,比特流,，,8,个比特逐位,顺序在一条信道,上传送。计算机进行串行通信时，需要完成串,/,并转换。,串行口，,9,针，是采用串行通信协议的扩展接口。数据传输率是,115kbps,230kbps,。,表示：,COM1,、,COM2,等，,通常用来连接外置,Modem,和鼠标 。,同步控制,发送端,接收端,b,0,b,1,b,2,b,3,b,4,b,5,b,6,b,7,串行信道,发送时钟,接收时钟,串行通信,24,并行通信特征,并行通信,多个比特以成组的方式,在多个并行的信道上同时传输,并行传输中,一次传输,8,个比特,。速度快,但需要多个信道,适用于近距离和高速率。,并行接口，,是采用并行通信协议的扩展接口，,简称并行口、并口，,25,针，,并口的数据传输率比串口快,8,倍，标准并口的数据传输率为,1Mbps,。,表示：,LPT1,、,LPT2,，,一般用来连接打印机、扫描仪等 。,道,信,行,并,b,0,b,7,b,6,b,5,b,4,b,3,b,2,b,1,b,0,b,7,b,6,b,5,b,4,b,3,b,2,b,1,并行通信,发送端,接收端,25,2,、信道的通信方式,：单工、半双工与全双工通信,数据通信是双向通信,而信道是实现双向通信的重要特征。信道分为,3,种：单工信道、半双工信道、全双工信道。,26,信道通信方式的特征,单工通信,半双工通信,全双工通信,发,收,发,收,半双工通信,发,收,发,收,全双工通信,发送站,接收站,信息流向,单工通信,27,3,、数据传输的同步方法,同步问题,同步是指通信的收发双方发送和接收数据在时间基准上必须保持一致。否则会造成传输数据出错。,实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一。同步方法可分为,异步方式,和,同步方式,。,（,1,）同步传输方式,要求收发双方之间的时钟严格同步（收发双方使用同一时钟）。,SYN,SYN,一个或多个,SYN,字符,01101000,或者同步字节,01111110,控制字符,数据字符,控制字符,同步传输的字符块结构,28,3,、数据传输的同步方法,(,续,),b,0,位宽,字符,1,字符,4,字符,3,字符,2,起始位,7,个信息位,校验位,截止位,一个字符,接收时钟同步,发送时钟,接收时钟,发送的字符,t,b,1,b,2,b,3,b,4,b,5,b,6,异步传输中的比特流结构,（,2,）异步传输方式（,收发双方时钟独立,）,29,3.2.2*,补充：数据通信的技术指标,1,、数据通信速率（传输速率）,传输速率是指数据在信道中传输的速度。分为两种,信息速率（比特率）和码元速率（波特率）,2,、误码率和误比特率,误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的概率。二进制中，误码率也称误比特率。,3,、信道带宽和信道容量,信道带宽是指,信道中传输的信号,在,不失真,的情况下所占用的频率范围。是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间的差，是介质传输能力的度量。单位：,赫兹,(Hz),信道容量是,信道的最大数据传输速率,，是信道传输数字信号的能力，也即单位时间内信道上所能传输的最大比特数。单位：,位,/,秒,(bps),30,1、数据通信速率（传输速率）,码元速率,R,B,（波特率）,每秒传送的码元数 。也称波特率，单位：波特,/,秒，记作,Baud/S,简称,Bps,或,B/s,。,信息速率,R,b,（比特率）,每秒传输二进制信息的位数。也称比特率，单位：比特,/,秒，记作,bit/s,简称,bps,或,b/s,。,两者关系,R,b,= R,B,log,2,M,(,其中，,M,为采用的进制数,也是码元的编码级数。,M=2,，即二进制时，波特率,=,比特率,),一个码元信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。,31,常用的数据传输速率,常用的数据传输速率单位：,Kb/s、Mb/s、Gb/s,与,Tb/s，,其中：,1,Kb/s = 110,3,b/s,1Mb/s = 110,6,b/s,1Gb/s = 110,9,b/s,1Tb/s = 110,12,b/s,32,码元速率与信息速率比较,33,2,、误码率和误比特率,信道传输可靠性指标,，是,概率值,，是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性。,计算机网络中，一般,要求误码率低于,10,-9,，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。,34,3,、信道带宽和信道容量,信道带宽,是信道的通频带,(,不失真传输的频率范围,),，如模拟电话线路的带宽是,3003400H,Z,。,信道容量,是单位时间内信道上所能传输的最大比特数。,信道容量与信道带宽的关系,信道容量与信道带宽具有正比关系，带宽越大，容量越高。,信道容量与数据传输速率的关系,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。,就像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。,35,本次课课堂小结,1,、物理连接的建立、维护与释放,2,、物理连接类型,点-点连接与多点连接,3,、数据通信方式（信道通信方式）,全双工、半双工与单工方式,4,、数据传输方式,串行传输方式、并行传输方式,5,、数据传输类型,模拟传输、数字传输,6,、数据同步方式,同步通信、异步通信,7,、数据通信性能指标,误码率、信息速率,36,作业,P101,，三、问答题,(,交,) 1,补充,(,交,),：,1,、信道的通信方式主要有几种？请解释。,2,、试比较误码率和误比特率的关系。,3,、试比较码元速率和信息速率的关系。,课后复习与思考,(,不交,),：,P98,，一、二,37,
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