计算机网络与通信(第2版)课后习题参考答案
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1.4 举出你熟悉的数据通信应用实例，并加以说明。
解答：
以传递邮件为例。首先，E-mail数据通过本地计算机（信息源）发送给Modem（变换器），完成数字信号到模拟信号的转换，然后通过电话线（信道）传送到目的地的Modem
（反变换器），完成模拟信号到数字信号的转换，然后送给目的地计算机（受信者），从而完成整个数据的传输。
#include <stdio.h>
#include <graphics.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
/*函数：初始化图形显示模式。*/
void InitPaint(void)
{
int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;
（3）报文交换采用"存储-转发"方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。
（4）分组交换中数据以短分组的形式传输，分组长度一般为1000字节。如果发送端有更长的报文需要发送，那么这个报文被分割成一个分组序列，每个分组由控制信息和用户数据两部分组成。分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。分组交换的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。
目前光纤的最大传输速率可达10Gbps的数量级。
2.3 无线电通信频率范围是多少？无线电广播频谱和微波频谱各是多少？
解答：
无线电通信频率范围为3KHz～300GHz，无线电广播频谱为30 MHz～1 GHz，微波频谱为2～40 GHz。
2.4 写出香农信道容量公式，说明它的物理意义及其对通信系统开发的指导意义。
initgraph(&gdriver, &gmode, "c:\\turboc2");
errorcode = graphresult();
if (errorcode != grOk)
{
printf("Graphics error: %s\n", grapherrormsg(errorcode));
printf("Press any key to halt:");
line(597,297,600,300);
line(597,303,600,300);
outtextxy(35,305,"0");
outtextxy(35,150,"X");
outtextxy(600,305,"Y");
}
BG0DP(char *code)/* 函数：不归零电平（NRZ-L） */
习题参考答案
第1章 概述
习题参考答案
1.1 模拟通信与数字通信的区别是什么？试举例加以说明，并比较模拟通信与数字通信的优缺点。
解答：
模拟通信传输的是模拟信号，也即该信号的波形是连续的，可表示为时间的连续函数；数字通信传输的是数字信号，也即该信号的幅度不随时间作连续的变化，只能取有限个离散值（一般取两个离散值“0”和“1”)。比如固定的电话通信就属于模拟通信，GSM和CDMA移动通信则属于数字通信。
1.2 数据通信的特点是什么？为什么要研究数据通信网？
解答：
数据通信是指由信息源产生的数据，不管通过模拟传输还是数字传输的信道，按照一定通信协议，形成数据流传送到受信者的过程。从某种意义上来说，数据通信可看成是数字通信的特例，并具有数字通信的一切优点。数据通信以数据传输为基础，但又不是单纯的数据传输，它包括数据传输和数据交换，以及在传输前后的数据处理过程。
数字传输特别关注信号的内容。在确保不让衰减危及数据完整性之前，数字信号只能传输有限的距离。为了能够到达较远的距离，要使用转发器。
对于模拟传输方式和数字传输方式，究竟采用哪一种传输方式更好呢？现实的情况说明，尽管多年来全社会在模拟电信设施方面(比如电话通信网络)已经做出了巨大的投资，电信产业和广大顾客还是认为使用数字传输方式更好。相对于模拟传输方式，数字传输具有以下优点：
（2）存储转发交换是在传统的电路交换技术的基础上提出的。存储转发和电路交换的主要区别是：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网，通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。存储转发交换包括报文交换和分组交换两种。
(2) 数据链路层 使经过物理链路的信息可靠传输，用必要的同步信号、差错控制和流量控制发送数据(帧)。
(3) 网络层 为上面的各个层次提供对数据传输和用于连接系统的交换技术的独立性，负责建立、管理和终止连接。
(4) 传输层 在端点之间提供可靠、透明的数据传输，提供端点的差错恢复和流量控制。
(5) 会话层 为应用程序之间的通信提供了控制结构，建立、管理和终止应用程序之间的连接(会话)。
1.8 比较TCP/IP协议集和ISO/OSI参考模型各层的功能，调制解调属于哪一层次？
解答：
1、TCP/IP协议集由以下5个相对独立的层次构成：物理层、 网络访问层、网际互连层、 传输层和 应用层。
2、OSI参考模型由7个层次构成：
(1) 物理层 涉及在物理媒质上非结构化比特流的传输，处置访问物理媒质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
{
int i=0;
int lastx=30,lasty=300;/* 上一次结束时的点的坐标 */
InitPaint();
ZhuoBiao();
sde[i]!='\0')
{
if(code[i]=='0')
{
line(lastx,lasty,lastx,250);
2.1 常见的传输媒质有哪几类？主要用途是什么？
解答：
传输媒质一般分为两大类：有线传输媒质和无线传输媒质。
常见的有线传输媒质包括：
（1）双绞线：是最常见的、最经济的传输媒质，主要用于电话网络和建筑物内的通信线路；
（2）同轴电缆：主要应用于电视转播、长途电话传输、近距离的计算机系统连接、局域网等；
（3）光纤：主要用在长途电信中；
（2）对于给定的噪声电平，要提高数据传输速率可以通过增大信号强度或带宽来实现。
（3）信道容量或信道最大数据传输速率C与带宽W和信噪比 有关。
2.5 假设在带宽为3100 Hz、信噪比 为30 dB的语音信道上，通过Modem传输数字数据，那么在该语音线路上，理论上所能达到的最大数据传输速率是多少？
解答：
解答：
C=Wlb (b/s)
香农信道容量公式（香农定理）给出了在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中可达到的最大传输速率的极限值。
香农信道容量公式对通信系统开发的指导意义包括：
（1）任何一个信道都有它的容量。香农证明了，如果在信道上的实际信息速率R小于无差错容量C，那么在理论上都有可能用适当的信号编码方法通过信道实现无差错传输。
2.7 模拟传输方式和数字传输方式有何异同？究竟哪种传输方式更好？为什么？
解答：
模拟传输不必考虑传输的内容，信号可以表示模拟数据(例如声音)或数字数据(例如通过调制解调器得到的二进制数据)。在任何一种情况下，模拟信号经过一定距离之后都将会变弱(衰减)。为了到达更远的距离，模拟传输系统需要设置放大信号功率的放大器。
1.5画出通信系统的基本组成框图，并说明每一部分的功能。
解答：
通信系统的基本组成如图1.1所示：
图1.1 通信系统的基本组成
其中，信息源和受信者分别是信息的发送者和接收者，变换器是将信息源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号，反变换器则是将从信道上接收的信号变换成受信者可以接收的信息，信道是信号传输的载体，在信号传输过程中，噪声将对信号产生干扰。
常见的无线传输媒质有：微波、无线电、红外线和毫米波和激光等。主要应用在短波通信、微波通信、卫星通信和移动通信等领域中。
2.2 光纤传输的主要优缺点是什么？目前光纤可以达到的最大传输速率的数量级是多少？
解答：
与双绞线和同轴电缆相比，光纤传输具有大容量、高带宽、低衰减、传输距离长、安全性好和抗腐蚀性强等优点。其缺点主要是光接口设备比电子接口贵，其机械强度低，分路与耦合不灵活。但总体上讲，光纤的优点明显胜过其不足。
1.6比较电路交换、存储转发交换、报文交换和分组交换的区别。
解答：
（1）电路交换的基本原理是在源端和目的端间实时地建立起电路连接，构成一条信息通道，专供两端用户通信。通信期间，信道一直被通信双方用户占有，通信结束，立即释放。线路交换的特点是：数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。
30=10lg1000
根据香农定理：
C=Wlb (b/s) = 3100 * lb（1+1000）=30.9kbps
2.6 什么是基带信号？什么是频带信号？基带传输和频带传输的主要区别是什么？
解答：
未经频率变换处理(即调制)的原始数据信号叫做基带信号(即高限频率和低限频率之比远大于1的信号)；将基带信号通过某种频率变换(例如调制)后得到的信号叫做频带信号。基带传输不需要调制解调，传输距离短；频带传输设备更复杂，但传输距离更长。
getch();
exit(1);
}
}
void ZhuoBiao()/* 函数：在屏幕上画出一个直角坐标系图 */
{/* 原点在屏幕上的坐标为：（30,300） */
line(30,150,30,450);
line(27,153,30,150);
line(33,153,30,150);
line(30,300,600,300);
由于计算机在各个领域中都得到了非常广泛的应用，遥测、遥控、自控、雷达等领域都需要用到数据处理与传输，也就都离不开数据通信，因此，数据通信有着广泛的应用领域及广阔的发展前景，研究数据通信网对通信技术的发展具有重要意义。
1.3 什么是数据通信系统？从设备级举一例说明该系统的组成。
解答：
数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统。它包括信源、信道和信宿三部分，比如两台计算机之间的数据通信，分布两地的计算机则属于信源和信宿，它的传输通道电话线路则属于信道，当然由于计算机处理的是数字信号，电话线传输的是模拟信号，中间还必须经调制解调器进行模数或数模的转换才能完成通信。
1.7 什么是网络协议？为什么需要网络体系结构？
解答：
通信包含哪些内容，如何传送这些内容以及什么时候进行通信等事项，都必须符合通信双方实体都可以接受的规则或约定。这些规则或约定就是协议(protocol)。
相互通信的两台计算机之间必须进行高度协调一致的合作，而这种协调与合作的逻辑实现不是由单一的模块来完成的，而是被分解为多个子任务，然后通过分别实现各个子任务来最终实现整个任务的完成。处置现代网络各种复杂功能的最有效手段是按照层次体系结构来组织它们，在这一层次体系结构中，一个层次的服务是在相邻下层提供服务的基础之上实现的。通过这一网络协议体系结构，有利于提高各个层次功能的相对独立性和兼容性。
（1）数字技术的优势；
（2）数据完整性；
（3）带宽的有效利用；
（4）安全性与保密性；
（5）统一性。
2.8 画出表2.5中每种编码情况下，比特流01001110的波形图。
解答：
2.9 从表2.5中的NRZ-L起，为每种编码设计生成算法。
解答：
完整C语言代码如下（只能在Turboc 2.0环境下运行）：
图11通信系统的基本组成其中信息源和受信者分别是信息的发送者和接收者变换器是将信息源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号反变换器则是将从信道上接收的信号变换成受信者可以接收的信息信道是信号传输的载体在信号传输过程中噪声将对信号产生干扰
计算机网络与通信
（第2版）
陈 伟 刘会衡 主编
杜 谦 王 晟 梁小宇 付 琴 编
(6) 表示层 为各个应用进程提供在数据表示差异上的独立性。
(7) 应用层 提供对应用OSI环境的访问，还提供各种分布式的信息服务。
TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系如图1.2所示。
图1.2 TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系
3、调制解调属于物理层。
第2章 数据通信技术基础
习题参考答案
模拟通信的优点是信道的利用率较高，缺点包括：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成及不适合计算机通信飞速发展的需要等。数字通信的优点包括：抗干扰性强，保密性好，设备易于集成，并且便于使用计算机技术对其进行处理等，它的主要缺点是所有的信道频带比模拟通信宽得多，因而降低了信道的利用率。但随着信道性能的改善，这一缺点会逐渐得到解决。
解答：
以传递邮件为例。首先，E-mail数据通过本地计算机（信息源）发送给Modem（变换器），完成数字信号到模拟信号的转换，然后通过电话线（信道）传送到目的地的Modem
（反变换器），完成模拟信号到数字信号的转换，然后送给目的地计算机（受信者），从而完成整个数据的传输。
#include <stdio.h>
#include <graphics.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
/*函数：初始化图形显示模式。*/
void InitPaint(void)
{
int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;
（3）报文交换采用"存储-转发"方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。
（4）分组交换中数据以短分组的形式传输，分组长度一般为1000字节。如果发送端有更长的报文需要发送，那么这个报文被分割成一个分组序列，每个分组由控制信息和用户数据两部分组成。分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。分组交换的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。
目前光纤的最大传输速率可达10Gbps的数量级。
2.3 无线电通信频率范围是多少？无线电广播频谱和微波频谱各是多少？
解答：
无线电通信频率范围为3KHz～300GHz，无线电广播频谱为30 MHz～1 GHz，微波频谱为2～40 GHz。
2.4 写出香农信道容量公式，说明它的物理意义及其对通信系统开发的指导意义。
initgraph(&gdriver, &gmode, "c:\\turboc2");
errorcode = graphresult();
if (errorcode != grOk)
{
printf("Graphics error: %s\n", grapherrormsg(errorcode));
printf("Press any key to halt:");
line(597,297,600,300);
line(597,303,600,300);
outtextxy(35,305,"0");
outtextxy(35,150,"X");
outtextxy(600,305,"Y");
}
BG0DP(char *code)/* 函数：不归零电平（NRZ-L） */
习题参考答案
第1章 概述
习题参考答案
1.1 模拟通信与数字通信的区别是什么？试举例加以说明，并比较模拟通信与数字通信的优缺点。
解答：
模拟通信传输的是模拟信号，也即该信号的波形是连续的，可表示为时间的连续函数；数字通信传输的是数字信号，也即该信号的幅度不随时间作连续的变化，只能取有限个离散值（一般取两个离散值“0”和“1”)。比如固定的电话通信就属于模拟通信，GSM和CDMA移动通信则属于数字通信。
1.2 数据通信的特点是什么？为什么要研究数据通信网？
解答：
数据通信是指由信息源产生的数据，不管通过模拟传输还是数字传输的信道，按照一定通信协议，形成数据流传送到受信者的过程。从某种意义上来说，数据通信可看成是数字通信的特例，并具有数字通信的一切优点。数据通信以数据传输为基础，但又不是单纯的数据传输，它包括数据传输和数据交换，以及在传输前后的数据处理过程。
数字传输特别关注信号的内容。在确保不让衰减危及数据完整性之前，数字信号只能传输有限的距离。为了能够到达较远的距离，要使用转发器。
对于模拟传输方式和数字传输方式，究竟采用哪一种传输方式更好呢？现实的情况说明，尽管多年来全社会在模拟电信设施方面(比如电话通信网络)已经做出了巨大的投资，电信产业和广大顾客还是认为使用数字传输方式更好。相对于模拟传输方式，数字传输具有以下优点：
（2）存储转发交换是在传统的电路交换技术的基础上提出的。存储转发和电路交换的主要区别是：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网，通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。存储转发交换包括报文交换和分组交换两种。
(2) 数据链路层 使经过物理链路的信息可靠传输，用必要的同步信号、差错控制和流量控制发送数据(帧)。
(3) 网络层 为上面的各个层次提供对数据传输和用于连接系统的交换技术的独立性，负责建立、管理和终止连接。
(4) 传输层 在端点之间提供可靠、透明的数据传输，提供端点的差错恢复和流量控制。
(5) 会话层 为应用程序之间的通信提供了控制结构，建立、管理和终止应用程序之间的连接(会话)。
1.8 比较TCP/IP协议集和ISO/OSI参考模型各层的功能，调制解调属于哪一层次？
解答：
1、TCP/IP协议集由以下5个相对独立的层次构成：物理层、 网络访问层、网际互连层、 传输层和 应用层。
2、OSI参考模型由7个层次构成：
(1) 物理层 涉及在物理媒质上非结构化比特流的传输，处置访问物理媒质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
{
int i=0;
int lastx=30,lasty=300;/* 上一次结束时的点的坐标 */
InitPaint();
ZhuoBiao();
sde[i]!='\0')
{
if(code[i]=='0')
{
line(lastx,lasty,lastx,250);
2.1 常见的传输媒质有哪几类？主要用途是什么？
解答：
传输媒质一般分为两大类：有线传输媒质和无线传输媒质。
常见的有线传输媒质包括：
（1）双绞线：是最常见的、最经济的传输媒质，主要用于电话网络和建筑物内的通信线路；
（2）同轴电缆：主要应用于电视转播、长途电话传输、近距离的计算机系统连接、局域网等；
（3）光纤：主要用在长途电信中；
（2）对于给定的噪声电平，要提高数据传输速率可以通过增大信号强度或带宽来实现。
（3）信道容量或信道最大数据传输速率C与带宽W和信噪比 有关。
2.5 假设在带宽为3100 Hz、信噪比 为30 dB的语音信道上，通过Modem传输数字数据，那么在该语音线路上，理论上所能达到的最大数据传输速率是多少？
解答：
解答：
C=Wlb (b/s)
香农信道容量公式（香农定理）给出了在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中可达到的最大传输速率的极限值。
香农信道容量公式对通信系统开发的指导意义包括：
（1）任何一个信道都有它的容量。香农证明了，如果在信道上的实际信息速率R小于无差错容量C，那么在理论上都有可能用适当的信号编码方法通过信道实现无差错传输。
2.7 模拟传输方式和数字传输方式有何异同？究竟哪种传输方式更好？为什么？
解答：
模拟传输不必考虑传输的内容，信号可以表示模拟数据(例如声音)或数字数据(例如通过调制解调器得到的二进制数据)。在任何一种情况下，模拟信号经过一定距离之后都将会变弱(衰减)。为了到达更远的距离，模拟传输系统需要设置放大信号功率的放大器。
1.5画出通信系统的基本组成框图，并说明每一部分的功能。
解答：
通信系统的基本组成如图1.1所示：
图1.1 通信系统的基本组成
其中，信息源和受信者分别是信息的发送者和接收者，变换器是将信息源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号，反变换器则是将从信道上接收的信号变换成受信者可以接收的信息，信道是信号传输的载体，在信号传输过程中，噪声将对信号产生干扰。
常见的无线传输媒质有：微波、无线电、红外线和毫米波和激光等。主要应用在短波通信、微波通信、卫星通信和移动通信等领域中。
2.2 光纤传输的主要优缺点是什么？目前光纤可以达到的最大传输速率的数量级是多少？
解答：
与双绞线和同轴电缆相比，光纤传输具有大容量、高带宽、低衰减、传输距离长、安全性好和抗腐蚀性强等优点。其缺点主要是光接口设备比电子接口贵，其机械强度低，分路与耦合不灵活。但总体上讲，光纤的优点明显胜过其不足。
1.6比较电路交换、存储转发交换、报文交换和分组交换的区别。
解答：
（1）电路交换的基本原理是在源端和目的端间实时地建立起电路连接，构成一条信息通道，专供两端用户通信。通信期间，信道一直被通信双方用户占有，通信结束，立即释放。线路交换的特点是：数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。
30=10lg1000
根据香农定理：
C=Wlb (b/s) = 3100 * lb（1+1000）=30.9kbps
2.6 什么是基带信号？什么是频带信号？基带传输和频带传输的主要区别是什么？
解答：
未经频率变换处理(即调制)的原始数据信号叫做基带信号(即高限频率和低限频率之比远大于1的信号)；将基带信号通过某种频率变换(例如调制)后得到的信号叫做频带信号。基带传输不需要调制解调，传输距离短；频带传输设备更复杂，但传输距离更长。
getch();
exit(1);
}
}
void ZhuoBiao()/* 函数：在屏幕上画出一个直角坐标系图 */
{/* 原点在屏幕上的坐标为：（30,300） */
line(30,150,30,450);
line(27,153,30,150);
line(33,153,30,150);
line(30,300,600,300);
由于计算机在各个领域中都得到了非常广泛的应用，遥测、遥控、自控、雷达等领域都需要用到数据处理与传输，也就都离不开数据通信，因此，数据通信有着广泛的应用领域及广阔的发展前景，研究数据通信网对通信技术的发展具有重要意义。
1.3 什么是数据通信系统？从设备级举一例说明该系统的组成。
解答：
数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统。它包括信源、信道和信宿三部分，比如两台计算机之间的数据通信，分布两地的计算机则属于信源和信宿，它的传输通道电话线路则属于信道，当然由于计算机处理的是数字信号，电话线传输的是模拟信号，中间还必须经调制解调器进行模数或数模的转换才能完成通信。
1.7 什么是网络协议？为什么需要网络体系结构？
解答：
通信包含哪些内容，如何传送这些内容以及什么时候进行通信等事项，都必须符合通信双方实体都可以接受的规则或约定。这些规则或约定就是协议(protocol)。
相互通信的两台计算机之间必须进行高度协调一致的合作，而这种协调与合作的逻辑实现不是由单一的模块来完成的，而是被分解为多个子任务，然后通过分别实现各个子任务来最终实现整个任务的完成。处置现代网络各种复杂功能的最有效手段是按照层次体系结构来组织它们，在这一层次体系结构中，一个层次的服务是在相邻下层提供服务的基础之上实现的。通过这一网络协议体系结构，有利于提高各个层次功能的相对独立性和兼容性。
（1）数字技术的优势；
（2）数据完整性；
（3）带宽的有效利用；
（4）安全性与保密性；
（5）统一性。
2.8 画出表2.5中每种编码情况下，比特流01001110的波形图。
解答：
2.9 从表2.5中的NRZ-L起，为每种编码设计生成算法。
解答：
完整C语言代码如下（只能在Turboc 2.0环境下运行）：
图11通信系统的基本组成其中信息源和受信者分别是信息的发送者和接收者变换器是将信息源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号反变换器则是将从信道上接收的信号变换成受信者可以接收的信息信道是信号传输的载体在信号传输过程中噪声将对信号产生干扰
计算机网络与通信
（第2版）
陈 伟 刘会衡 主编
杜 谦 王 晟 梁小宇 付 琴 编
(6) 表示层 为各个应用进程提供在数据表示差异上的独立性。
(7) 应用层 提供对应用OSI环境的访问，还提供各种分布式的信息服务。
TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系如图1.2所示。
图1.2 TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系
3、调制解调属于物理层。
第2章 数据通信技术基础
习题参考答案
模拟通信的优点是信道的利用率较高，缺点包括：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成及不适合计算机通信飞速发展的需要等。数字通信的优点包括：抗干扰性强，保密性好，设备易于集成，并且便于使用计算机技术对其进行处理等，它的主要缺点是所有的信道频带比模拟通信宽得多，因而降低了信道的利用率。但随着信道性能的改善，这一缺点会逐渐得到解决。