計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù).docVIP

第二章習(xí)題 2-01 物理層要解決哪些問(wèn)題？物理層的主要特點(diǎn)是什么？ 答：（ 1 ）物理層要解決的主要問(wèn)題： 物理層要盡可能屏蔽掉物理設(shè)備、傳輸媒體和通信手段的不同，使上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異的存在，而專注于完成本層的協(xié)議與服務(wù)。 給其服務(wù)用戶（數(shù)據(jù)鏈路層）在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流（一般為串行按順序傳輸?shù)谋忍亓鳎┑哪芰?。為此，物理層?yīng)解決物理連接的建立、維持和釋放問(wèn)題。 在兩個(gè)相鄰系統(tǒng)之間唯一地標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)電路。 （ 2 ）物理層的主要特點(diǎn)： 由于在 OSI 之前，許多物理規(guī)程或協(xié)議已經(jīng)制定出來(lái)了，而且在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，這些物理規(guī)程已被許多商品化的設(shè)備所采用。加之，物理層協(xié)議涉及的范圍廣泛，所以至今沒(méi)有按 OSI 的抽象模型制定一套新的物理層協(xié)議，而是沿用已存在的物理規(guī)程，將物理層確定為描述與傳輸媒體接口的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。 由于物理連接的方式很多，傳輸媒體的種類也很多，因此，具體的物理協(xié)議相當(dāng)復(fù)雜。 2-02 規(guī)程與協(xié)議有什么區(qū)別？ 答：在數(shù)據(jù)通信的早期，對(duì)通信所使用的各種規(guī)則都稱為“規(guī)程” (procedure) 。后來(lái)具有體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就開(kāi)始使用“協(xié)議” (protocol) 這一名詞。以前的“規(guī)程”其實(shí)就是“協(xié)議”，但由于習(xí)慣，對(duì)以前制定好的規(guī)程有時(shí)仍常用舊的名稱“規(guī)程”。 2-03 試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說(shuō)明其主要組成構(gòu)件的作用。 答：一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分： 源系統(tǒng)（或發(fā)送端）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡(luò)）、和目的系統(tǒng)（或接收端）。 源系統(tǒng)一般包括以下兩個(gè)部分： 源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。例如，從 PC 機(jī)的鍵盤(pán)輸入漢字， PC 機(jī)產(chǎn)生輸出的數(shù)字比特流。源點(diǎn)又稱為源站，或信源。 發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。例如，調(diào)制解調(diào)器將 PC 機(jī)輸出的數(shù)字比特流轉(zhuǎn)換成能夠在用戶的電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào)。 目的系統(tǒng)一般也包括以下兩個(gè)部分： 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。例如，調(diào)制解調(diào)器接收來(lái)自傳輸線路上的模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流。 終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送過(guò)來(lái)的數(shù)字比特流，然后把信息輸出。終點(diǎn)又稱為目的站，或信宿。 在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的傳輸系統(tǒng)可能是簡(jiǎn)單的傳輸線，也可以是連接在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 2-04 試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)、信號(hào)、模擬數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)、基帶信號(hào)、帶通信號(hào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)字信號(hào)、碼元，單工通信、半雙工通信、全雙工通信，串行傳輸，并行傳輸。 答： 1 、數(shù)據(jù)：運(yùn)送信息的實(shí)體。 2 、信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 3 、模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：一般將數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。模擬數(shù)據(jù) (Analog Data) 是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值，例如溫度、壓力，以及目前在電話、無(wú)線電和電視廣播中的聲音和圖像。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) (Digital Data) 則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值，例如在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。 4 、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)：不同的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號(hào)才能進(jìn)行傳輸。模擬數(shù)據(jù)一般采用模擬信號(hào) (Analog Signal) ，例如用一系列連續(xù)變化的電磁波 ( 如無(wú)線電與電視廣播中的電磁波 ) ，或電壓信號(hào) ( 如電話傳輸中的音頻電壓信號(hào) ) 來(lái)表示；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則采用數(shù)字信號(hào) (Digital Signal) ，例如用一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖 ( 如我們可用恒定的正電壓表示二進(jìn)制數(shù) 1 ，用恒定的負(fù)電壓表示二進(jìn)制數(shù) 0) ，或光脈沖來(lái)表示。當(dāng)模擬信號(hào)采用連續(xù)變化的電磁波來(lái)表示時(shí)，電磁波本身既是信號(hào)載體，同時(shí)作為傳輸介質(zhì)；而當(dāng)模擬信號(hào)采用連續(xù)變化的信號(hào)電壓來(lái)表示時(shí)，它一般通過(guò)傳統(tǒng)的模擬信號(hào)傳輸線路 ( 例如電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng) ) 來(lái)傳輸。當(dāng)數(shù)字信號(hào)采用斷續(xù)變化的電壓或光脈沖來(lái)表示時(shí)，一般則需要用雙絞線、電纜或光纖介質(zhì)將通信雙方連接起來(lái)，才能將信號(hào)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。 5 、基帶信號(hào)和帶通信號(hào)：基帶信號(hào)是來(lái)自信源的信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）。它直接用兩種不同的電壓來(lái)表示數(shù)字信號(hào) 1 和 0 ，因此我們將對(duì)應(yīng)矩形電脈沖信號(hào)的固有頻率稱為 基帶 ，相應(yīng)的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。帶通信號(hào)是將基帶信號(hào)使用載波進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)。 6 、碼元：在使用時(shí)間域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散值的基本波形稱為碼元。 7 、單工、半雙工和全雙工方式 (Simplex, Half Duplex & Full Duplex) ：通信雙方信息交互的三種方式為：?jiǎn)喂?、半雙工與全雙工。單工通信，即只有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。半雙工通信，即通信和雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也不能同時(shí)接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過(guò)一段時(shí)間再反過(guò)來(lái)。全雙工通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 8 、串行傳輸和并行傳輸：串行傳輸，逐個(gè)比特按照時(shí)間順序傳輸。并行傳輸，多個(gè)比特同時(shí)進(jìn)行傳輸。 2-05 物理層的接口有哪幾個(gè)特性？各包含什么內(nèi)容？ 答：（ 1 ）機(jī)械特性 指明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。 （ 2 ）電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。 （ 3 ）功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。 （ 4 ）規(guī)程特性 說(shuō)明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 2-06 數(shù)據(jù)在信道中的傳輸速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么？“比特 / 每秒”和“碼元 / 每秒”有何區(qū)別？ 答： 1 、數(shù)據(jù)在信號(hào)中的傳輸速率受以下兩個(gè)因素限制： 信道能夠通過(guò)的頻率范圍。 信噪比。 2 、信噪比不能任意提高。 3 、奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)公式的意義在于揭示了信道對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率的限制，只是兩者作用的范圍不同。 奈氏準(zhǔn)則給出了每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元的傳輸速率是每秒 2 個(gè)碼元。香農(nóng)公式則推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率 C=Wlog 2 （ 1+S/N ），其中 W 為信道的帶寬（以赫茲為單位）， S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率， N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 4 、數(shù)字信號(hào)由碼元組成，碼元攜帶一定的信息量。定義單位時(shí)間傳輸?shù)拇a元數(shù)為碼元速率，單位是碼元 / 秒，又稱波特率（ Baud ）。定義單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘繛樾畔⑺俾?，單位為比?/ 秒，又稱比特率。 波特和比特是兩個(gè)不同的概念，波特是碼元傳輸速率的單位，說(shuō)明每秒傳輸多少個(gè)碼元，比特是信息兩的單位。 信息的傳輸速率“比特 / 每秒” 一般在數(shù)量上大于碼元的傳輸速率“碼元 / 秒”，且有一定的關(guān)系，若使 1 個(gè)碼元攜帶 n 比特的信息量，則 M Baud 的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸率為 M n bit/s ，但某些情況下，信息的傳輸速率“比特 / 每秒” 在數(shù)量上小于碼元的傳輸速率“碼元 / 秒”，如采用內(nèi)帶時(shí)鐘的曼切斯特編碼，一半的信號(hào)變化用于時(shí)鐘同步，另一半的信號(hào)變化用于信息二進(jìn)制數(shù)據(jù)，碼元的傳輸速率“碼元 / 秒”是信息的傳輸速率“比特 / 每秒”的 2 倍。 2-07 、假定某信道受柰氏準(zhǔn)則限制的最高碼元速率為 20000 碼 元 / 秒。如果采用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為 16 個(gè)不同等級(jí)來(lái)傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率 (b/s) ？ 答：把碼元的振幅劃分為 16 個(gè)不同等級(jí)來(lái)傳送，則每個(gè)碼元可攜帶的信息量是 4bit 。所以可獲得 20000*log 2 16=80000b/s 的數(shù)據(jù)率。 2-08 、假定要用 3kHz 帶寬的電話信道傳送 64kb/s 的數(shù)據(jù)（無(wú)差錯(cuò)傳輸），試問(wèn)這個(gè)信道應(yīng)具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來(lái)表示？這個(gè)結(jié)果說(shuō)明什么問(wèn)題？） 答：根據(jù)香農(nóng)公式 : C = w * log 2 (1+S/N) 64Kb/s = 3KHz * log 2 (1+S/N) 得 S/N = 2642245 所以信噪比 = 10 * log 10 (S/N) =64.2dB 這說(shuō)明該電話信道是一個(gè)信噪比很高的信道。 2-09 、用香農(nóng)公式計(jì)算一下，假定信道帶寬為 3100Hz ，最大信息傳輸速率為 35kb/s ，那么若想使最大信息傳輸速率增加 60% ，問(wèn)信噪比 S/N 應(yīng)增達(dá)到多少倍？如果在剛才計(jì)算出的基礎(chǔ)上將信噪比再增加到 10 倍，問(wèn)最大信息速率能否增加 20% ？ 答： 根據(jù)香農(nóng)公式， C=W 2 (1+S/N)b/s, 可以算出在帶寬為 3100Hz ，傳輸速率為 35kb/s 時(shí)， S/N=2502 ； 當(dāng)最大信息傳輸速率增加 60% 時(shí)， 2 (1+S/N)=18.06 ， S/N=273274 ，所以 S/N 增加到 109.22 倍。 當(dāng) S/N 增加到 10 倍時(shí)， C =3100* 2 (1+2732740)=3100*21.384=66290.5b/s C /C= （ 3100*21.384)/ （ 3100*18.06 ） =1.184 ，因此，最大信息率增加了 18.4% ，不能達(dá)到 20% 。 2-10 、常用的傳輸媒體有哪幾種？各有何特點(diǎn)？ 答（ 1 ）雙絞線：分屏蔽雙絞線和無(wú)屏蔽雙絞線。由兩根相互絕緣的導(dǎo)線組成?？梢詡鬏斈M信號(hào)，也可以傳輸數(shù)字信號(hào)，有效帶寬達(dá) 250KHz ，通信距離一般為幾到十幾公里。導(dǎo)線越粗其通信距離越遠(yuǎn)。在數(shù)字傳輸時(shí)，若傳輸速率為每秒幾兆比特，則傳輸距離可達(dá)幾公里。一般用作電話線傳輸聲音信號(hào)。雖然雙絞線容易受到外部高頻電磁波的干擾，誤碼率高，但因?yàn)槠鋬r(jià)格便宜，且安裝方便，既適于點(diǎn)到點(diǎn)連接，又可用于多點(diǎn)連接，故仍被廣泛應(yīng)用。 （ 2 ）同軸電纜：分基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜，其結(jié)構(gòu)是在一個(gè)包有一層絕緣的實(shí)心導(dǎo)線外，再套上一層外面也有一層絕緣的空心圓形導(dǎo)線。由于其高帶寬（高達(dá) 300 400Hz ）、低誤碼率、性能價(jià)格比高，所以用在 LAN 中，同軸電纜的最大傳輸距離隨電纜型號(hào)和傳輸信號(hào)的不同而不同，由于易受低頻干擾，在使用時(shí)多將信號(hào)調(diào)制在高頻載波上。 （ 3 ）光纜：以光纖作為載體，利用光的全反射原理傳播光信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是直徑小、重量輕；傳輸頻帶寬、通信容量大；抗雷電和電磁干擾性能好，無(wú)串音干擾，保密性好，誤碼率低。但光電接口的價(jià)格較昂貴。光纖被廣泛用于電信系統(tǒng)鋪設(shè)主干線。 （ 4 ）非導(dǎo)向傳輸媒體自由空間：利用無(wú)線電波在自由空間的傳播可實(shí)現(xiàn)多種通信，如短波通信、微波通信、紅外通信、激光通信等。其中微波通信分地面微波接力通信和衛(wèi)星通信，其主要優(yōu)點(diǎn)是頻率高，頻帶范圍寬，通信信道的容量大；信號(hào)所受工業(yè)干擾較小，傳輸質(zhì)量高，通信比較穩(wěn)定；不受地理環(huán)境的影響，建設(shè)投資少、見(jiàn)效快。缺點(diǎn)是地面微波接力通信在空間是直線傳播，傳輸距離受到限制，一般只有 50Km ，隱蔽性和保密性較差。衛(wèi)星通信雖然通信距離遠(yuǎn)且通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)，但傳播時(shí)延較大，技術(shù)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。 2-11 、假定有一種雙絞線的衰減 0.7dB/km （在 1kHz 時(shí)），若容許有 20dB 的衰減，試問(wèn)使用這種雙絞線的鏈路的工作距離有多長(zhǎng)？如果要使這種雙絞線的工作距離增大到 100 公里，問(wèn)應(yīng)當(dāng)使衰減降低到多少？ 答：（ 1 ）、工作距離 d=20/0.7= 28.6km 。 （ 2 ）、若工作距離增大到 100km ，則衰減應(yīng)降低到 20dB/ 100km =0.2dB/km 。 2-12 試計(jì)算工作在 1200nm 到 1400nm 之間以及工作在 1400nm 至 1600nm 之間的光波的頻帶寬度。假定光在光纖中的傳播速度為 2* 10 8 m /s 。 答： 1200nm 到 1400nm ：帶寬 = （ 2*10 8 ） /(1200*10 -9 ） - （ 2*10 8 ） /(1400*10 -9 ） =23.8THz 1400nm 到 1600nm ：帶寬 = （ 2*10 8 ） /(1400*10 -9 ） - （ 2*10 8 ） /(1600*10 -9 ） =17.86THz 2-13 、為什么要使用信道復(fù)用技術(shù)？常用的信道復(fù)用技術(shù)有哪些？ 答： 1 、原理有兩點(diǎn)： （ 1 ）、通信工程中用于通信線路架設(shè)的費(fèi)用相當(dāng)高，人們需要充分利用通信線路的容量； （ 2 ）、無(wú)論在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)中，傳輸介質(zhì)容量往往都超過(guò)了單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕俊?為了充分利用傳輸介質(zhì)，所以要使用信道復(fù)用技術(shù)。 2 、常用的信道復(fù)技術(shù)有：頻分復(fù)用技術(shù)、時(shí)分復(fù)用技術(shù)、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)。 2-14 試寫(xiě)出下列英文縮寫(xiě)的全文，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的解釋。 FDM ， TDM ， STDM ， WDM ， DWDM ， CDMA ， SONET ， SDH ， STM-1 ， OC-48 答： FDM(frequency division multiplexing) ：頻分復(fù)用 TDM(Time Division Multiplexing) ：時(shí)分復(fù)用 STDM(Statistic Time Division Multiplexing) ：統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 WDM(Wave Division Multiplexing) ：波分復(fù)用 DWDM(Dense Wave Division Multiplexing) ：密集波分復(fù)用 CDMA(Code Wave Division Multiplexing) ：碼分復(fù)用 SONET(Synchronous Optical Network) ：同步光纖網(wǎng) SDH(Synchronous Digital Hierarchy) ：同步數(shù)字系列 STM-1(Synchronous Transfer Module) ：第 1 級(jí)同步傳遞模塊 OC-48(Optical Ca