考点二：数据通信的基础知识
1.术语和概念
我们先约定一些术语，这些术语是我们学习计算机网络的基础，大家需要承认这些既定事实，虽然有时候承认它们很困难。
（1）数据：运送消息的实体。例如，我们过了初试线，给意向导师发邮件，发送的邮件就是数据。
（2）信号：数据的电气或电磁的表现。当我们采用不同的介质时，数据就有不同的表现形式。例如，我们采用电磁波发送，数据呈现磁信号特征；我们采用光纤发送，数据呈现光信号特征；但是请不要忘记，无论面对什么样的传输介质（有线或无线），物理层都可以正确地识别出比特流。
（3）“模拟的”信号：代表消息的参数取值是连续的。电、磁、波一般都是模拟信号，它们的信号表现就像心电图，呈现高高低低的波形。
（4）“数字的”信号：代表消息的参数取值是离散的。这种信号在数值上首先是不连续的，存在电平跳变。
无论数据或信号，都既可以是模拟的，也可以是数字的。信道上传送的信号分别为基带信号和宽带信号。
基带信号是将数字信号0和1直接用两种不同的电压表示，然后传送到数字信道上传输，称为基带传输（数字传输）；宽带信号是将基带信号进行调制后形成模拟信号，然后再传送到模拟信道上传输，称为宽带传输（模拟传输）。宽带传输在研究生考试中可以等同于频带传输，政只是宽带传输比频带传输有更多的子信道，并且这些子信道都可以同时发送信号。
2.通信系统的模型
要想完成数据通信和资源共享（计算机网络功能的实现），只有传输介质不行，还需要通信的参与方，数据通信系统模型如图2-3所示，涉及如下几个重要组成部分：
（1）源点：源点设备产生要传输的数据，例如，从计算机的键盘输入汉字，计算机输出数字比特流。源点又称为源站或信源，通俗地讲，称为发送方。
（2）发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多计算机使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器）。
（3）接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。
（4）终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。例如，把汉字在计算机屏幕上显示出来。终点又称为目的站或信宿，通俗地讲，称为接收方。
图2-3 数据通信系统模型
从通信的双方信息交互的方式来看，有以下3种基本方式：
（1）单向通信，又称为单工通信，只能有一个方向的通信而不能反方向传送，特点是有去无回。
（2）双向交替通信，又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。这种通信方式有去有回，但是不能同时有去有回。
（3）双向同时通信，又称为全双工通信，通信的双方可以同时发送和接收信息。也就是能同时有去有回，这种往往需要多条线路的支持。
到此就回答了信号的类型及传输方向等。
3.物理层的接口特性
接下来我们要回答和解决这些不同的传输介质怎么相互连接，如光纤怎么和双绞线连接的问题。物理层的主要功能之一就是确定与传输媒体的接口（图2-4）的一些特性，包括以下几点：
图2-4 物理层的接口实物图
（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。这里就规定了要想实现互联必须具备的外形特征，如USB的外形、网线的RJ-45接口等。
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。例如，USB接口的电压是5.0V,电流要求是不大于500mA。实际上功率就限制在2.5W以内。
（3）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。例如，在使用二进制编码时，可以让高电压代表0状态，低电压代表1状态（当然，也可以反过来定义）。
（4）过程特性：也称为时间特性、规程特性，指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。它规定了互联的设备或主机发送数据的时间特征或顺序。
到此就回答了不同的传输介质怎么相互连接，以及发送数据的先后顺序等。
政哥应试提醒：在考研中，结合真题的出题规律，本节的物理层的接口特性是唯一考点。
难度系数：★
牛刀小试
1.以下关于物理层基本概念的描述中错误的是( )。
A.OSI参考模型的最底层
B.为通信的主机之间建立、管理和释放物理连接
C.实现比特流的透明传输
D.数据传输单元是字节
2.在同一时刻,通信双方可以同时发送数据的信道通信方式为( )。
A.半双工通信 B.单工通信 C.数据报 D.全双工通信
3.下列哪项不是物理层的特性?( )
A.机械特性 B.电气特性 C.传输特性 D.功能特性
4.在OSI中,物理层存在4个特性。其中,通信媒体的参数和特性方面的内容属于( )。
A.机械特性 B.电气特性 C.功能特性 D.规程特性
5.各种网络在物理层互联时要求( )。
A.数据传输率和链路协议都相同 B.数据传输率相同,链路协议可不同
C.数据传输率可不同,链路协议相同 D.数据传输率和链路协议都可不同
牛刀小试解析
1.D 解析 本题考查物理层的基本概念。物理层是OSI参考模型的最底层,A项正确。物理层的功能是透明地传输比特流,其传输单位是比特流而不是字节,故而选择D项。
2.D 解析 本题考查全双工通信的特点。
①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。
②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)。
③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。本题选择D项。
3.C 解析 本题考查物理层的特性。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
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。
②电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
③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。
④过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
传输特性不是物理层的特性。
4.A 解析 本题考查物理层的机械特性。物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和规程性的特性,其作用是确保比特流能在物理信道上传输。其中,机械特性规定了物理连接时对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔芯数及排列方式、锁定装置形式等通信媒体的参数和特性。
5.B 解析 物理层是OSI的最底层,它建立在物理通信介质的基础上,作为和通信介质的接口,用来实现数据链路实体间透明的比特流传输。在物理层中,各种网络的数据传输率必须是相同的,但链路协议可以不同。