計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)答案(第五版)-謝希仁-第二章物理層

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第二章 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?。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)備鎖采用。加之，

2、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)的模型并說(shuō)明其主要組成構(gòu)件的作用。答：一個(gè)數(shù)據(jù)

3、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。計(jì)算機(jī)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字比特流正文正文源點(diǎn)發(fā)送器傳輸系統(tǒng)接收器終

4、點(diǎn)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)輸出信息源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型公用電話網(wǎng)終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送過(guò)來(lái)的信息。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)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：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

5、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)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。基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）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)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、

6、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

7、 判決為1）。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。信噪比越大，量化性能越好；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

8、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：80000 b/s2-08 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)增大到多少倍？如果在剛才計(jì)算出的

9、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%？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(1+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，最大信息速率只能再增加18.5%左右。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?？梢詡鬏斈M

10、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)。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

11、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，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

12、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)該使衰減降低到多少？答：在此頻率下可的傳輸距離=20/0.728.57（km）。工作距離增大到100 公里，衰減應(yīng)該為20/100=0.2db/m2-12 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2x10 。8答：2x10 /1200 x 10 -2x10 /1400 8 x 10 =2.38

13、1 x 10 = 23.8THZ 9 8 9 132x10 /1400 x 10 -2x10 /1600 x 10 =1.786 x 10 = 17.86THZ2-13 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，F(xiàn)requency Division Multiplexing）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

14、，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，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)

15、是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)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(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，同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。所有的

16、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，在光信道上采用的一種頻分多路敷衍的變種，即光的頻分復(fù)用。不同光纖上的光波信號(hào)（常常是兩種光波信號(hào)）復(fù)用到一

17、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)，是以分級(jí)速率從155Mb/s 到2.5Gb/s的光纖數(shù)字化傳輸

18、的美國(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。SDH(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OC-3 速率。OC-48(Optical Carrier)第48 級(jí)光載波，是SONET 體系中的速率表示，對(duì)應(yīng)于SDH 的STM-16速率，常用近似值2.5

19、Gb/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)？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(shū)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?，減少對(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