计算机网络第二章习题

2-8：位同步（比特同步）和帧同步的区别是什么？
答：在数据通信中最基本的同步方式就是“位同步”(bit synchronization)或比特同步。比特是数据传输的最小单位。位同步（比特同步）是指接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样，因此接收端收到比特流后，就能够在每一位的中间位置进行判决（如下图所示）。位同步（比特同步）的目的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。这就要在正确的时刻（通常就是在每一位的中间位置）对收到的电平根据事先已约定好的规则进行判决。例如，电平若超过一定数值则为1，否则为0。
图中下面部分的异步通信方式在计算机网络中使用得较多。我们可以注意到，数据帧在接收端出现的时间是不规则的。因此在接收端必须进行帧定界。但帧定界也常称为帧同步。因此，当我们看到“帧同步”时，应当弄清这是同步通信中的帧同步，还是异步通信中的帧定界。
这里我们要强调一下，在异步通信时，接收端即使找到了数据帧的开始处，也还必须将数据帧中的所有比特逐个接收下来。因此，接收端必须和数据帧中的各个比特进行比特同步（这就是异步通信中的同步问题）。试想：如果接收端不知道每一个比特要持续多长时间，那怎样能将一个个比特接收下来呢？因此，不管是同步通信还是异步通信，要想接收比特块中的每一个比特，就必须和比特块中的比特进行位同步（比特同步）。然而在异步通信中，位同步（比特同步）的方法和同步通信时并不完全一样。
“规约”则是另一个名词。根据《现代汉语辞典》，“规约”是：经过相互协议规定下来的共同遵守的条款。因此按这种解释，“规约”和“协议”应当是可以混用的。但是，在全国自然科学名词审定委员会公布的计算机科学技术名词中[MINGCI94]已经明确规定了：
protocol的标准译名是“协议”
specification的标准译名是“规约”和又称“规格说明”（这里的“又称”是“不推荐用名”）。
在使用PCM的时分复用通信中（这种通信都采用同步通信方式），接收端仅仅能够正确接收比特流是不够的。接收端还必须准确地将一个个时分复用帧区分出来。因此要利用特殊的时隙（包含有一些特殊的比特组合），使接收端能够把每一个时分复用帧的位置确定出来。这也叫做帧同步。下图给出了这两种不同的帧同步的示意图。
图中上面部分的同步通信方式在电信网中使用得非常广泛，其中的一个重要特点是在发送端连续不断地发送比特流中，即使有的时隙没有被用户使用，但用于同步的时隙也要保留在时分复用帧中的相应位置上。在同步通信中帧同步的任务就是使接收端能够从收到的连续比特流中确定出每一个时分复用帧的位置。
“同步通信”的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。但这时还有两种不同的同步方式。一种是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步。另一种是使用准同步，各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。
2-1：“规程”、“协议”和 “规约”都有何区别？
答：在数据通信的早期，对通信所使用的各种规则都称为“规程”(procedure)。后来具有体系结构的计算机网络就开始使用“协议”(protocol)这一名词。以前的“规程”其实就是“协议”，但由于习惯，对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。
2-7：同步通信常用的通信方式。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然，接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源都没有加上，那么发送端发送字符就没有意义，因为接收端根本无法接收）。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始位和停止位的开销所占比例较大）。
需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。这就需要有很好的编码技术。
香农公式给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（以赫兹为单位）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。这个极限是不能够突破的。要想提高信息的传输速率，或者必须设法提高传输线路的带宽，或者必须设法提高所传信号的信噪比，此外没有其他任何办法。至少到现在为止，还没有听说有谁能够突破香农公式给出的信息传输速率的极限。
2-4：奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据通信的意义是什么？
答：奈氏准则指出了：码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则在接收端就无法正确判定码元是1还是0（因为有码元之间的相互干扰）。
奈氏准则是在理想条件下推导出的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
2-6：同步(synchronous)和异步(asynchronous)的区别是什么？
答：按照Webster字典的解释：
synchronous: 1. happening at the same time; occurring together; simultaneous. 2. having the same period between movements, occurrences, etc.; having the same rate and phase, as vibrations.
2-3：为什么电话信道的标准带宽是3.1 kHz？
答：人耳所能够听到的声音范围约在16 ~ 20000 Hz之间（实际上，很多人能够听到的声音范围只有20 ~ 16000 Hz左右）。经过实际测量，发现只要保留话音频谱中300 ~ 3400 Hz这段较窄范围内的声音（即切除频率在300 Hz以下和3400 Hz以上的声音），仍可以相当清晰地听清楚这样的话音信号。这就是说，反映话音主要特征的能量是集中在300 ~ 3400 Hz这一范围内。于是人们就将电话信道的标准带宽定为3400 – 300 = 3100 Hz。
在传输电话信号时由于只需传输3100 Hz的信号，就可节省很多传输带宽，使得同一个传输媒体可以同时传输更多路数的电话信号。由于过去的电话传输都是采用频分复用，为了使每一路电话信号不干扰相邻的话路，在每一路电话信号的频谱两侧要留有几百赫兹的保护带宽。因此实际上每一个话路占用的标准带宽是4000 Hz，即4 kHz。这样，我们可能见到关于电话带宽的两种说法，即3.1 kHz和4 kHz。这两种说法实质上是一样的，即一个不包含保护带宽而另一个包含保护带宽。为了便于讨论问题，“4 kHz带宽”这种说法使用得非常广泛。
但仅仅有位同步还不够。因为数据要以帧为单位进行发送。若某一个帧有差错，以后就重传这个出错的帧。因此一个帧应当有明确的界限，也就是说，要有帧定界符。接收端在收到比特流后，必须能够正确地找出帧定界符，以便知道哪些比特构成一个帧。接收端找到了帧定界符并确定帧的准确位置，就是完成了“帧同步”(frame synchronization)。
香农公式告诉我们，若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法：要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能），要么使信号的信噪比为无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（当然这些也都是不可能的）。
2-5：传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？
答：传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面。由于物理层是体系结构的第一层，因此有时称物理层为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。也就是说，传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。但物理层由于规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。
“模拟”对应的英文名词是：“simulation”和“analogy”
可见在计算机仿真领域里，“仿真”和“模拟”是同义语。
但是，“模拟”对应的英文名词却有两个。所以见到“模拟”二字还不能立即确定它的意思是“simulation”还是“analogy”。这必须看上下文。
“模拟信道”(analog channel)是和“数字信道”(digital channel)相比而言的。因此，将这里的“模拟信道”说成是“仿真信道”是不可以的。
因此最好不要将“规约”来表示protocol。
在[MINGCI94]中，procedure的标准译名是“规程”。
2-2：在许多文献中经常见到人们将“模拟”与“仿真”作为同义语。那么，“模拟信道”能否说成是“仿真信道”？
答：在[MINGCI94]中规定了：
“仿真”对应的英文名词是：“emulation”和“simulation”
“异步”可理解为“不是同步”。
在计算机网络中，“同步”的意思很广泛，它没有一个简单的定义。在很多地方都用到“同步”的概念。例如在协议的定义中，协议的三个要素之一就是“同步”。在网络通信编程中常提到的“同步”，则主要指某函数的执行方式，即函数调用者需等待函数执行完成后才能进到下一步。在数据通信中的同步通信则是与异步通信游很大的区别（见问题2-7）
异步通信也可以是以帧作为发送的单位。接收端必须随时做好接收帧的准备。这是，帧的首部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始。这也称为帧定界。帧定界还包含确定帧的结束位置。这有两种方法。一种是在帧的尾部设有某种特殊的比特组合来标志帧的结束。或者在帧首部中设有帧长度的字段。需要注意的是，在异步发送帧时，并不是说发送端对帧中的每一个字符都必须加上开始位和停止位后再发送出去，而是说，发送端可以在任意时间发送一个帧，而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的。在一帧中的所有比特是连续发送的。发送端不需要在发送一帧之前和接收端进行协调（不需要先进行比特同步）。