謝希仁計算機網(wǎng)絡(luò)第五版課后習(xí)題答案

1、謝希仁計算機網(wǎng)絡(luò)第五版（第2 章）課后習(xí)題答案第二章物理層2-01物理層要解決什么問題？物理層的主要特點是什么?（1）物理層要解決的主要問題： .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 覺不到這些差異的存在，而專注于完成本曾的協(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、維持和釋放問題。 在兩個相鄰系統(tǒng)之間唯一地標(biāo)識數(shù)據(jù)電路。（2）物理層的主要特點：.由于在0SI之前，許多物理規(guī)程或協(xié)議 已經(jīng)制定出來了，而且在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，這些 物理規(guī)程已被

2、許多商品化的設(shè)備鎖采用。加之, 物理層協(xié)議涉及的范圍廣泛，所以至今沒有按0SI的抽象模型制定一套心的物理層協(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，對通信所使用的各種規(guī) 則都稱為“規(guī)程” （procedure）,后來具有體系 結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)開始使用“協(xié)議”（protocol） 這一名詞，以前的“規(guī)程”其實就是“協(xié)議”, 但由于習(xí)慣，對以前制定好的規(guī)程有時仍常用舊 的名稱“規(guī)程”。2-03試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模

3、型并說明其主要組成構(gòu)件的作用。答：一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分:數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)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)一般包括以下兩個部分: 源點：源點設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。例如正文 輸入到PC機，產(chǎn)生輸出的數(shù)字比特流。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編 碼后才能在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。例如，調(diào)制解 調(diào)器將PC機輸出的數(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。接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，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)器接收來自傳輸線路上的模擬信號，并將 其轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流。終點：終點設(shè)備從接收器獲取傳送過來的

4、信息。2-04試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)、信號、模擬數(shù)據(jù)、 模擬信號、基帶信號、帶通信號、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù) 通信、串行傳輸、并行傳輸。字信號、碼兀、單工通信、半雙工通信、全雙工答：數(shù)據(jù)：是運送信息的實體。信號：則是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬數(shù)據(jù)：運送信息的模擬信號。 模擬信號：連續(xù)變化的信號?；鶐盘枺簛碜孕旁吹男盘?。帶通信號：經(jīng)過載波調(diào)制后的信號。數(shù)字信號：取值為有限的幾個離散值的信號。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：取值為不連續(xù)數(shù)值的數(shù)據(jù)。碼元：在使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代 表不同離散數(shù)值的基本波形 單工通信：即只有一個方向的通信而沒有反方向 的交互。半雙工通信：即通信和雙方都可以發(fā)送信息，但 不能雙方同時發(fā)

5、送（當(dāng)然也不能同時接收）。這 種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間 再反過來。全雙工通信：即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收 信息。基帶信號（即基本頻帶信號）一一來自信源的信 號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的 數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。帶通信號一一把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信 號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中 傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。2-05物理層的接口有哪幾個特性？各包含什么 內(nèi)容？答：（1）機械特性：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

6、某條線上出現(xiàn)的某一電平 的電壓表示何意（4）規(guī)程特性：說明對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？香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通 信中的意義是什么？ “比特/秒”和“碼元/秒” 有何區(qū)別？答：限制碼元在信道上的傳輸速率的因素有以下 兩個：（1）在任何信道中，碼元傳輸速率是有上限 的，傳輸速率超過此上限，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的碼元 間串?dāng)_的問題，使接收端對碼元的判決（即識別） 成為不可能。（2）由于噪聲會使接收端對碼元的判決產(chǎn)生錯誤(1判決為0或0判決為l)o所以信噪比要 限制在一定范圍內(nèi)。由香農(nóng)公式可知，信息傳輸 速率由上限。I=i信噪比越大，量

7、化性能越好；均勻量化的輸出 信噪比隨量化電平數(shù)的增加而提高；非均勻量化 的信號量噪比，例如PCM隨編碼位數(shù)N指數(shù)規(guī)律 增長，DPCM與頻率有關(guān)等。但實際信噪比不能 任意提高，都有一定限制。例如增加電平數(shù)會導(dǎo) 致接收機的成本提高，制作工藝復(fù)雜等。香農(nóng)公式的意義在于：只要信息傳輸速率低于 信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種 方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。比特/秒是指信息傳輸速率，每秒鐘傳送的信 息量；碼元/秒是碼元傳輸速率，每秒鐘傳送的 碼元個數(shù)。兩者在二進制時相等。在多進制時， 信息傳輸速率要乘以log以2為底的進制數(shù)等于 碼元傳輸速率2-07假定某信道受奈氏準(zhǔn)則限制的最高碼元速率為2000碼

8、元/秒。如果釆用振幅調(diào)制，把碼元 的振幅劃分為16個不同等級來傳送，那么可以 獲得多高的數(shù)據(jù)率(b/s) ?答：80000 b/s 2-08假定要用3kHz貸款的電話信道傳送64kb/s的數(shù)據(jù)（無差錯傳輸），試問這個信道應(yīng)該具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來表 示），這個結(jié)果說明什么問題?答：S/N=64. 2dB是個信噪比很高的信1=12-09用香農(nóng)公式計算一下：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%。問信噪比S/N 應(yīng)增大到多少倍？如果在剛才計算出的基礎(chǔ)上 將信噪比S/N再增大到10倍，問最大信息傳輸 速率能否再增加20%?1

9、=!答：奈氏準(zhǔn)則：每赫帶寬的理想低通信道是最高 碼元傳輸速率是每秒2個碼元。香農(nóng)公式則表明 了信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的 極限傳輸速率就越高。根據(jù)香農(nóng)公式，計算信道 的極限信息傳輸速率C為：C=log2（l+S/N） b/s; 根據(jù)公式，可以計算出，信噪比S/N應(yīng)增大到100倍。如果在此基礎(chǔ)上將信噪比S/N再增大10倍,2-10常用的傳輸媒體有哪幾種？各有何特點? 答：常見的傳輸媒體有以下幾種1雙絞線雙絞線分屏蔽雙絞線和無屏蔽雙絞線。由兩根 相互絕緣的導(dǎo)線組成。可以傳輸模擬信號，也可 以傳輸數(shù)字信號，有效帶寬達(dá)250kHz,通常距 離一般為幾道十幾公里。導(dǎo)線越粗其通信距離越 遠(yuǎn)。

10、在數(shù)字傳輸時，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。雖然雙絞線容易受到外部高頻電磁波的 干擾，誤碼率高，但因為其價格便宜，且安裝方 便，既適于點到點連接，又可用于多點連接，故 仍被廣泛應(yīng)用。2. 同軸電纜同軸電纜分基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜，其 結(jié)構(gòu)是在一個包有絕緣的實心導(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)300400Hz）、低誤碼率、性能價格 比高，所以用作LAN中。同軸電纜的最大傳輸距 離隨電纜型號和傳輸信號的不同而不同，由于易 受低頻干擾，在使用時多將信號調(diào)制在高頻載波 上。3. 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維以光纖維載體，

11、利用光的全反向原理 傳播光信號。其優(yōu)點是直徑小、質(zhì)量輕：傳播頻 帶款、通信容量大：抗雷電和電磁干擾性能好， 五串音干擾、保密性好、誤碼率低。但光電接口 的價格較昂貴。光纖被廣泛用于電信系統(tǒng)鋪設(shè)主 干線。4. 無線電微波通信無線電微波通信分為地面微波接力通信和衛(wèi) 星通信。其主要優(yōu)點是頻率高、頻帶范圍寬、通 信信道的容量大；信號所受工業(yè)干擾較小、傳播 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、見效快。缺點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)且通信費用與通信距離無關(guān)，但傳播 時延較大，技術(shù)較復(fù)雜，價格較

12、貴。2-11假定有一種雙絞線衰減是0. 7db/km,若容 許有20db的衰減，試問使用這種雙絞線的鏈路 的工作距離有多長？如果要使這種雙絞線的工作距離增大到100公里，問應(yīng)該使衰減降低到多1=I少？答：在此頻率下可的傳輸距離=20/0. 72857(km)o工作距離增大到100公里，衰減應(yīng)該為r=I20/100=0. 2db/m 2-12試計算工作在1200nm到1400nm以及1400到1600之間(波長)的光波的頻帶寬度。假定 光在光纖中的傳播速率為2xl0 o答：2x1071200 x 102x108/1400 x 10 9=2. 381 x 10i3= 23. 8THZ 2x1071

13、400 x 10 -2x103/1600 x 10 9=1. 786 x 1013= 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：信道復(fù)用的目的是讓不同的計算機連接到 相同的信道上，以共享信道資源。在一條傳輸介 質(zhì)上傳輸多個信號,提高線路的利用率，降低網(wǎng) 絡(luò)的成本。這種共享技術(shù)就是多路復(fù)用技術(shù)。頻分復(fù)用(FDM, Frequency DivisionMultiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬 劃分成若干個子頻帶（或稱子信道），每一個 子信道傳輸1路信號。頻分復(fù)用要求總頻率寬 度大于各個子信道頻率之和，同時為了保證各 子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓?/p>

14、擾，應(yīng)在各子信 道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號互 不干擾（條件之一）。頻分復(fù)用技術(shù)的特點是 所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?，?一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延，因而頻分 復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。時分復(fù)用（TDM, Time Division Multiplexing）就是將提供給整個信道傳輸信 息的時間劃分成若干時間片（簡稱時隙），并 將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路 信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道進行數(shù)據(jù)傳輸。時分復(fù)用技術(shù)的特點是時隙事先規(guī)劃分配好 且固定不變，所以有時也叫同步時分復(fù)用。其 優(yōu)點是時隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù) 字信息的傳輸；缺點是當(dāng)某信號源沒有數(shù)

15、據(jù)傳 輸時，它所對應(yīng)的信道會出現(xiàn)空閑，而其他繁 忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會降 低線路的利用率。時分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技 術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中 最經(jīng)典的例子，此外時分復(fù)用技術(shù)在廣電也同 樣取得了廣泛地應(yīng)用，如SDH, ATM, IP和HFC 網(wǎng)絡(luò)中CM與CMTS的通信都是利用了時分復(fù)用 的技術(shù)。2-14試寫出下列英文縮寫的全文，并進行簡單 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，同一時間同時發(fā)送多路

16、信號。所有的用戶可 以在同樣的時間占用不同的帶寬資源。TDM(Time Division Multiplexing)時分復(fù)用， 將一條物理信道按時間分成若干時間片輪流地 給多個用戶使用，每一個時間片由復(fù)用的一個用 戶占用，所有用戶在不同時間占用同樣的頻率寬 度。STDM(Statistic Time Division Multiplexing) 統(tǒng)計時分復(fù)用，一種改進的時分復(fù)用。不像時分 復(fù)用那樣采取固定方式分配時隙，而是按需動態(tài) 地分配時時隙。WDM (Wave Division Multiplexing)波分復(fù)用， 在光信道上釆用的一種頻分多路敷衍的變種，即 光的頻分復(fù)用。不同光纖上的光波

17、信號(常常是 兩種光波信號)復(fù)用到一根長距離傳輸?shù)墓饫w上 的復(fù)用方式。DWDM (Dense Wave Division Multiplexing)密集 波分復(fù)用，使用可見光頻譜的寬帶特征在單個光 纖上同時傳輸多種光波信號的技術(shù)。DWDM可以 利用一根光纖同時傳輸多個波長，多路高速信號 可以在光纖介質(zhì)中同時傳輸，每路信號占用不同 波長。CDMA (Code Wave Division Multiplexing)碼分 多址，是采用擴頻的碼分多址技術(shù)。用戶可以在 同一時間、同一頻段上根據(jù)不同的編碼獲得業(yè)務(wù) 信道。SONET (Synchronous Optical Network)同步光纖 網(wǎng)，是

18、以分級速率從155Mb/s到2. 5Gb/s的光纖 數(shù)字化傳輸?shù)拿绹鴺?biāo)準(zhǔn)，它支持多媒體多路復(fù) 用，允許聲音、視頻和數(shù)據(jù)格式與不同的傳輸協(xié) 議一起在一條光纖線路上傳輸OSDH (Synchronous Digital Hierarchy)同步數(shù)字 系列指國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列。SDH簡化了復(fù)用和分用技術(shù)，需要時可直接接入到低速支路，而 不經(jīng)過高速到低速的逐級分用，上下電路方便。STM-1 (Synchronous Transfer Module)第 1 級同 步傳遞模塊，SDH的基本速率，相當(dāng)于SONET體 系中的0C-3速率。OC-48 (Optical Carrier)第 48 級光載波，是S

19、ONET體系中的速率表示，對應(yīng)于SDH的STM-16速率，常用近似值25Gb/s.2-15碼分CDMA為什么可以使所有用戶在同樣 的時間使用同樣的頻帶進行通信而不會相互干 擾？這種復(fù)用方法有何優(yōu)缺點？I?答:因為用戶在使用CDMA通信時，各用戶使用經(jīng) 過特殊挑選的不同碼型傳送信息時，用一個帶寬 遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使原 數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出 去。接收端由使用完全相同的偽隨機碼，與接收 的帶寬信號作相關(guān)處理，把帶寬信號換成原信息 書籍的窄帶信號即解擴、以實現(xiàn)信息通信。各用 戶之間不會造成干擾。這種復(fù)用方法的優(yōu)點：頻譜利用率高，容量大; 覆蓋范圍大；有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，傳送的信號不易被敵人發(fā)現(xiàn)；采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少對通信的影響；網(wǎng)絡(luò)成本低；降低手機 的平均發(fā)射功率等等。缺點是：需要為各站分配不同互相正交的碼片序 列；地域受線路影響，不是每個地方都能用，安 裝時間長等。2-16共有4個站進行碼分多址