计算机网络第二章习题解答

第二章：物理层

1、物理层要解决什么问题？物理层的主要特点是什么？

答：物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。现有的网络中物理设备和传输媒体种类繁多，通信手段也有许多不同的方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使数据链路层感觉不到这些差异，这样数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。物理层的重要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性。

2、规程与协议有什么区别？（教材36）

答：

3、试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。

答：一个数据通信系统可划分为三大部分：

数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号信息信号信号数据信息

数据通信系统

数据通信系统的模型

4、试解释下列名词：数据、信号、模拟数据、模拟信号、数字数据、数字信号、单工通信、半双工通信、全双工通信。

答：数据：是运送信息的实体。

信号：则是数据的电气的或电磁的表现。

模拟数据：运送信息的模拟信号。

模拟信号：连续变化的信号。

数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。

数字数据：取值为不连续数值的数据。

单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。

半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。

全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。

5、物理层的接口有哪几个特性？各包含什么内容？

答：（1）机械特性：指明接口所用的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。

（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意。

（4）规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2-06 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别？

答：数据在信道中传输受到信道的带宽和信道信噪比的影响，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

信噪比不能任意的提高，因为噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。

香农公式在数据通信中的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

比特是信息量的单位，码元是在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时。代表不同的离散数值的基本波形。则比特/秒是数据传输率的单位，代表每秒数据的传输量，一个码元可以携带多个比特量，一比特也有可能要靠几个码元来传输。

2-07 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）?

答：C=R*Log2（16）=20000b/s*4=80000b/s

2-08 假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示？这个结果说明什么问题？）

答：C=Wlog2（1+S/N）(b/s)

W=3khz，C=64khz----àS/N=64.2dB 是个信噪比要求很高的信源

2-09 用香农公式计算一下，假定信道带宽为为3100Hz，最大信道传输速率为35Kb/ｓ，那么若想使最大信道传输速率增加６０％，问信噪比Ｓ/Ｎ应增大

到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比Ｓ/Ｎ应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比Ｓ/Ｎ再增大到十倍，问最大信息速率能否再增加２０％？

答：C = W log2(1+S/N) b/s-àSN1=2*（C1/W）-1=2*（35000/3100）-1

SN2=2*（C2/W）-1=2*（1.6*C1/w）-1=2*（1.6*35000/3100）-1

SN2/SN1=100信噪比应增大到约100倍。

C3=Wlong2（1+SN3）=Wlog2（1+10*SN2）

C3/C2=18.5%

如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍，最大信息通率只能再增加18.5%左右

2-10 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？

答：双绞线

屏蔽双绞线STP (Shielded Twisted Pair)

无屏蔽双绞线UTP (Unshielded Twisted Pair)

同轴电缆

50 W 同轴电缆

75 W 同轴电缆

光缆

无线传输：短波通信/微波/卫星通信

2-11假定有一种双绞线的衰减是0.7dB/km(在1 kHz时)，若容许有20dB 的衰减，试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长？如果要双绞线的工作距离增大到100公里，试应当使衰减降低到多少？

解：使用这种双绞线的链路的工作距离为=20/0.7=28.6km

衰减应降低到20/100=0.2db

2-12 试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm 之间的光波的频带宽度。假定光在光纤中的传播速率为2*10e8m/s.

解：

V=L*F-àF=V/L--àB=F2-F1=V/L1-V/L2

1200nm到1400nm：带宽=23.8THZ

1400nm到1600nm：带宽=17.86THZ

2-13 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

答：为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。

常用的信道复用技术有：频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用等

2-14 试写出下列英文缩写的全文，并做简单的解释。

FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1 ,OC-48.

答：FDM(frequency division multiplexing)

TDM(Time Division Multiplexing)

STDM(Statistic Time Division Multiplexing)

WDM(Wave Division Multiplexing)

DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)

CDMA(Code Wave Division Multiplexing)

SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网

SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列