謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第五版課后習(xí)題答案

1、謝希仁計(jì)算機(jī)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(wèn)題？物理層的主要特點(diǎn)是什么?（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Α榇?，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0SI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

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(méi)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(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)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

3、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: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(gè)部分: 源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。例如正文 輸入到PC機(jī)，產(chǎn)生輸出的數(shù)字比特流。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)。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

4、信息。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) 通信、串行傳輸、并行傳輸。字信號(hào)、碼兀、單工通信、半雙工通信、全雙工答：數(shù)據(jù)：是運(yùn)送信息的實(shí)體。信號(hào)：則是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬數(shù)據(jù)：運(yùn)送信息的模擬信號(hào)。 模擬信號(hào)：連續(xù)變化的信號(hào)?；鶐盘?hào)：來(lái)自信源的信號(hào)。帶通信號(hào)：經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：取值為有限的幾個(gè)離散值的信號(hào)。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(shí)間域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代 表不同離散數(shù)值的基本波形 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)

5、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?；鶐盘?hào)（即基本頻帶信號(hào)）一一來(lái)自信源的信 號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的 數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。帶通信號(hào)一一把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后，把信 號(hào)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(guò)信道）。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

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(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？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(gè)：（1）在任何信道中，碼元傳輸速率是有上限 的，傳輸速率超過(guò)此上限，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的碼元 間串?dāng)_的問(wèn)題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別） 成為不可能。（2）由于噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決產(chǎn)生錯(cuò)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(hào)量噪比，例如PCM隨編碼位數(shù)N指數(shù)規(guī)律 增長(zhǎng)，DPCM與頻率有關(guān)等。但實(shí)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(huì)導(dǎo) 致接收機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)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(gè)數(shù)。兩者在二進(jìn)制時(shí)相等。在多進(jìn)制時(shí)， 信息傳輸速率要乘以log以2為底的進(jìn)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(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：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(wú)差錯(cuò)傳輸），試問(wèn)這個(gè)信道應(yīng)該具有多高的信噪比（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：S/N=64. 2dB是個(gè)信噪比很高的信1=12-09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)增大到多少倍？如果在剛才計(jì)算出的基礎(chǔ)上 將信噪比S/N再增大到10倍，問(wèn)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(gè)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(jì)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(jì)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(diǎn)? 答：常見(jiàn)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(wú)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(hào)，也可 以傳輸數(shù)字信號(hào)，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(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)300400Hz）、低誤碼率、性能價(jià)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(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(hào)。其優(yōu)點(diǎn)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(jià)格較昂貴。光纖被廣泛用于電信系統(tǒng)鋪設(shè)主 干線。4. 無(wú)線電微波通信無(wú)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(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(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

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(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)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(jì)算工作在1200nm到1400nm以及1400到1600之間(波長(zhǎng))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(jì)算機(jī)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(gè)信號(hào),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(gè)子頻帶（或稱子信道），每一個(gè) 子信道傳輸1路信號(hào)。頻分復(fù)用要求總頻率寬 度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各 子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干

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(hào)互 不干擾（條件之一）。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是 所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以并行的方式工作，每 一路信號(hào)傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而頻分 復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。時(shí)分復(fù)用（TDM, Time Division Multiplexing）就是將提供給整個(gè)信道傳輸信 息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片（簡(jiǎn)稱時(shí)隙），并 將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路 信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先規(guī)劃分配好 且固定不變，所以有時(shí)也叫同步時(shí)分復(fù)用。其 優(yōu)點(diǎn)是時(shí)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(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)

15、據(jù)傳 輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁 忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降 低線路的利用率。時(shí)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(shí)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(shí)分復(fù)用 的技術(shù)。2-14試寫出下列英文縮寫的全文，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，同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路

16、信號(hào)。所有的用戶可 以在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源。TDM(Time Division Multiplexing)時(shí)分復(fù)用， 將一條物理信道按時(shí)間分成若干時(shí)間片輪流地 給多個(gè)用戶使用，每一個(gè)時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)用 戶占用，所有用戶在不同時(shí)間占用同樣的頻率寬 度。STDM(Statistic Time Division Multiplexing) 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，一種改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用。不像時(shí)分 復(fù)用那樣采取固定方式分配時(shí)隙，而是按需動(dòng)態(tài) 地分配時(shí)時(shí)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(hào)(常常是 兩種光波信號(hào))復(fù)用到一根長(zhǎng)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(jiàn)光頻譜的寬帶特征在單個(gè)光 纖上同時(shí)傳輸多種光波信號(hào)的技術(shù)。DWDM可以 利用一根光纖同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)，多路高速信號(hào) 可以在光纖介質(zhì)中同時(shí)傳輸，每路信號(hào)占用不同 波長(zhǎng)。CDMA (Code Wave Division Multiplexing)碼分 多址，是采用擴(kuò)頻的碼分多址技術(shù)。用戶可以在 同一時(shí)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(jí)速率從155Mb/s到2. 5Gb/s的光纖 數(shù)字化傳輸?shù)拿绹?guó)標(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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列。SDH簡(jiǎn)化了復(fù)用和分用技術(shù)，需要時(shí)可直接接入到低速支路，而 不經(jīng)過(guò)高速到低速的逐級(jí)分用，上下電路方便。STM-1 (Synchronous Transfer Module)第 1 級(jí)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(jí)光載波，是S

19、ONET體系中的速率表示，對(duì)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(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信而不會(huì)相互干 擾？這種復(fù)用方法有何優(yōu)缺點(diǎn)？I?答:因?yàn)橛脩粼谑褂肅DMA通信時(shí)，各用戶使用經(jīng) 過(guò)特殊挑選的不同碼型傳送信息時(shí)，用一個(gè)帶寬 遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原 數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)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(jī)碼，與接收 的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把帶寬信號(hào)換成原信息 書籍的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)、以實(shí)現(xiàn)信息通信。各用 戶之間不會(huì)造成干擾。這種復(fù)用方法的優(yōu)點(diǎn)：頻譜利用率高，容量大; 覆蓋范圍大；有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，傳送的信號(hào)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)目煽啃裕瑴p少對(duì)通信的影響；網(wǎng)絡(luò)成本低；降低手機(jī) 的平均發(fā)射功率等等。缺點(diǎn)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(gè)地方都能用，安 裝時(shí)間長(zhǎng)等。2-16共有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址