《計算機網絡技術》第二章課后習題答案（全）

1.消息和信息的各自概念是什么？兩者之間有何關系？
答： 消息：人類能感知的描述。
信息：消息中所包含的有意義的內容。
關系：消息是信息的載體。

2.什么是數(shù)據(jù)通信？
答： 數(shù)據(jù)通信的概念是相對于電話通信、電視廣播通信等傳統(tǒng)通信業(yè)務而言的，是在計算機出現(xiàn)之后，通信與計算機相結合而產生的一種通信業(yè)務。

3.模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別是什么？
答： 模擬信號的自變量可以是連續(xù)的，也可以是離散的，但其因變量一定是連續(xù)的。
數(shù)字信號的因變量和自變量都是離散的。

4.畫出通信系統(tǒng)的一般模型，并簡述每個部分的主要功能。
答：

信源：是將消息轉換為電信號的設備。
發(fā)送設備：作用是將信源產生的信號進行適當?shù)淖儞Q。
信道：是信號傳輸?shù)拿浇椤?br /> 噪聲：自然界和通信設備中所固有的，對通信信號產生干擾和影響的各種信號。
接收設備：用于完成發(fā)送設備的反變換，即進行譯碼和解調，還原原始的發(fā)送信號。
信宿：是信號的終點，并將信號轉換為人們能識別的消息。

5.簡述單向通信、雙向交替通信和雙向同時通信的特點。并各舉一種實際應用。
答：（1）單向通信
任何時間都只能有一個方向的通信，沒有反方向的交互。無線電廣播。
（2）雙向交替通信
通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送（或同時接收），這種通信方式往往是一方發(fā)送另一方接收，如無線對講機系統(tǒng)。
（3）雙向同時通信
通信雙方可以同時發(fā)送和接收信息，如電話網、計算機網絡等。

6.什么是串行通信和并行通信？各自應用于什么樣的領域？
答：串行通信只為信息傳輸設置一條信道，數(shù)據(jù)的一個字節(jié)的每一個bit（位）依次在這條通道上傳輸。速度相對通信慢，一般應用于長距離數(shù)據(jù)傳輸。比如計算機與鍵盤、鼠標、移動存儲介質等外圍設備間數(shù)據(jù)傳送，以及更遠距離的通信過程。RS-232接口和USB接口。
并行通信是為一個字節(jié)的每一個bit（位）都設置一個傳輸通道，全部bit（位）同時進行傳送。不適用于長距離的傳輸。一般只在計算機內部元器件之間進行并行傳輸方式，如計算機與存儲器的總線傳輸。

7.簡述異步傳輸和同步傳輸?shù)幕驹怼?br /> 答：異步傳輸
以字符為單位獨立進行發(fā)送，依次傳輸一個字符，每個字符用5～8bit來表示，在每個字符前面加一個起始位，以指明字符的開始，每個字符后面增加1個或2個停止位，以指明字符的結束；無字符發(fā)送時，發(fā)送方就一直發(fā)送停止位。接收方根據(jù)起始位和停止位判斷字符的開始和結束，并以字符為單位接收數(shù)據(jù)。
同步傳輸
以數(shù)據(jù)塊為單位進行發(fā)送。每個數(shù)據(jù)塊內包含多個字符，每個字符可以用5～8bit標識；每個數(shù)據(jù)塊的前面加一個起始標志，以指明數(shù)據(jù)塊的開始，在其后面加一個結束標志，以指明數(shù)據(jù)塊的結束。接收方根據(jù)其實標志和結束標志以數(shù)據(jù)塊為單位進行接收。

8.對于模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，衡量通信的有效性和可靠性都有那些指標？
答：用來衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效性的指標主要有帶寬、碼元速率、信息速率和頻帶利用率等；衡量可靠性的指標主要是信噪比和誤碼率，模擬通信和數(shù)字通信有著不同的評價指標。
對于模擬通信系統(tǒng)，主要用帶寬來評價通信的有效性。模擬通信系統(tǒng)的可靠性常用接收端最終輸出有用信號的功率與噪聲功率的比值（簡稱信噪比）來度量，信噪比越高，表示系統(tǒng)傳輸?shù)男盘柺盏降膿p害越小，通信的可靠性就越高。

9.信道帶寬和信號傳輸帶寬的含義是什么？
答:信號帶寬是信道的固有特性，只與信道的介質有關系，從數(shù)值上等于信道中所能通過模擬信號最高頻率和最低頻率之間的差值；而信號傳輸帶寬是某種通信業(yè)務信號頻率的最高分量和最低分量之間的差值，單位都是赫茲（HZ）。

10.若某通信系統(tǒng)數(shù)字信號的碼元長度為10-6s，采用八進制數(shù)字傳輸，試求該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率。
解：碼元速率=1/碼元長度=106（Baud）
信息速率=碼元速率×log2M=3×106（bit/s）

11.低通模擬信號和帶通模擬信號的抽樣定理各是什么？
答:低通信號的抽樣定理定義為：對于一個頻帶有限模擬信號f（t），假設其頻帶為（0，fh），若以抽樣頻率fh ≥2fh，即抽樣間隔T≤fh /2，則信號f（t）將被抽樣值完全確定，即抽樣后的離散信號包含了原模擬信號的全部信息，接收端能夠從中恢復f（t）。如果抽樣頻率fs<2 fh，則會產生混疊失真，無法還原原信號。能夠滿足無失真抽樣的最小抽樣頻率fs=2 fh稱為奈奎斯速率，與之相對應的最大抽樣時間間隔T=1/2 fh稱為奈奎斯時間間隔。
帶通信號的抽樣定理定義為：對于一個頻帶限定在ft～fh內，帶寬為B=fh-ft的帶通模擬信號f（t），如果對它進行的最小抽樣頻率滿足

fs=2B（1+k/n）

其中，n為fh/B的整數(shù)部分，k為fh/B的小數(shù)部分，則f（t）可以被抽樣值完全確定。

12.假設信息碼為二進制符號序列10110110，請分別畫出對應的單極歸零碼、雙極歸零碼、差分碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的信號波形。
答:
（原諒博主的多年手殘的渣畫技）

13.請簡述振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、和相移鍵控（PSK）的基本原理。
答:①振幅鍵控（ASK）：通過改變載波信號的振幅來表示數(shù)字信號0和1。
②頻移鍵控（FSK）：通過改變載波信號的頻率來表示數(shù)字信號1和0。
③相移鍵控（PSK）：通過改變載波信號的初始相位來表示數(shù)字信號1和0。

14.什么是信道？信道有哪幾種主要分類？每一類的特點是什么？
答:信道是通信系統(tǒng)中連接發(fā)送端與接收端的通信設備，實現(xiàn)從發(fā)送端到接收端的信號傳送。信道的定義分為廣義信道和狹義信道。狹義信道僅指信號傳輸介質；廣義信道包括信號傳輸介質和通信系統(tǒng)的一些變換裝置，如發(fā)送設備、接收設備、天線和調制器等。通常，在討論通信一般原理時，采用廣義信道；在研究信道的一般特性時，主要考慮狹義信道。狹義信道又可以分為有線信道和無線信道兩大類。

15.多路復用的主要目的是什么？目前主要的多路復用技術有哪些？
答:多路復用的目的就是充分利用信道的資源，提高信道的利用率，提高通信的效率。目前的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中使用的多路復用技術主要有時分復用、頻分復用、波分復用和碼分復用等。

16.常用的差錯控制方法有哪些？各有什么特點？
答:常用的差錯控制方式包括檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋校驗和檢錯丟棄4種基本方式。
檢錯重發(fā)的特點是簡單、可以有效糾正突發(fā)錯誤和嚴重的信道干擾。但是需要反饋信道，實時性較差。
前向糾錯不僅可以檢測數(shù)據(jù)傳輸過程中是否發(fā)生錯誤，而且可以定位錯誤并加以糾正。比較適用于單工數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或者對實時性要求較高的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。
反饋校驗方式的優(yōu)點是原理簡單，易于實現(xiàn)，無需差錯編碼，缺點是需要相同傳輸能力的反向信道，傳輸效率低，實時性差。
檢錯丟棄不糾正出錯的數(shù)據(jù)，而是直接丟棄錯誤數(shù)據(jù)。通常適用于容許一定比例的差錯存在，對實時性要求較高的系統(tǒng)。

17.什么是奇偶校驗碼？其優(yōu)缺點是什么？
答:奇偶校驗碼包括奇校驗碼和偶校驗碼，是一種最簡單的檢錯碼。
奇偶檢驗碼的優(yōu)點是編碼簡單、編碼效率高，是開銷最小的檢錯編碼，但缺點是檢錯率不高。

18.什么是數(shù)據(jù)交換？有哪幾種交換方式？
答:數(shù)據(jù)交換是多結點的通信網絡中實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行侄?#xff0c;常見的數(shù)據(jù)交換方式有：電路交換方式和存儲-轉發(fā)方式兩大類，其中存儲-轉發(fā)方式又可以分為報文交換和分組交換兩種方式。

19.請簡述電路交換、報文交換及分組交換的區(qū)別。
答:電路交換技術的優(yōu)點是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實時性強，時延小，交換設備成本較低，但同時帶來的缺點是網絡的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。
報文交換技術和分組交換技術類似，也是采用存儲轉發(fā)機制，但報文交換是以報文作為傳送單元，由于報文長度差異很大，長報文可能導致很大的時延，并且對每個節(jié)點來說緩沖區(qū)的分配也比較困難，為了滿足各種長度報文的需要并且達到高效的目的，節(jié)點需要分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。在實際應用中報文交換主要用于傳輸報文較短、實時性要求較低的通信業(yè)務，如公用電報網。報文交換比分組交換出現(xiàn)的要早一些，分組交換是在報文交換的基礎上，將報文分割成分組進行傳輸，在傳輸時延和傳輸效率上進行了平衡，從而得到廣泛的應用。
電路交換技術主要適用于傳送話音相關的業(yè)務，這種網絡交換方式對于數(shù)據(jù)業(yè)務而言，有著很大的局限性。首先數(shù)據(jù)通信具有很強的突發(fā)性，峰值比特率和平均比特率相差較大，如果采用電路交換技術，若按峰值比特率分配電路帶寬則會造成資源的極大浪費，如果按照平均比特率分配帶寬，則會造成數(shù)據(jù)的大量丟失。其次是和語音業(yè)務比較起來，數(shù)據(jù)業(yè)務對時延沒有嚴格的要求，但需要進行無差錯的傳輸，而語音信號可以有一定程度的失真但實時性一定要高。分組交換技術就是針對數(shù)據(jù)通信業(yè)務的特點而提出的一種交換方式。采用分組交換技術，在通信之前不需要建立連接，在通信過程中可以根據(jù)用戶的要求和網絡的能力來動態(tài)分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時延較大。

20.請簡述虛電路網絡和電路交換有什么相同和不同之處。
答:虛電路交換與電路交換類似，兩者都是面向連接的，即數(shù)據(jù)按照正確的順序發(fā)送，并且在連接建立階段都需要額外開銷。但是，電路交換提供穩(wěn)定的傳輸速率和延遲時間，而虛電路服務的傳輸速率和延遲時間取決于以下幾個因素。

• 網絡結點上分組隊列的長度。 ?
• 應用程序產生數(shù)據(jù)的速率。 ?
• 使用統(tǒng)計多路復用技術時，共享同一網絡資源的其他用戶的負荷。

總結

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