【计算机网络(微课版)】第2章 物理层 课后习题及答案
2-1 物理層要解決什么問題？物理層的主要特點是什么？
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?（1）物理層要解決的主要問題：
????①物理層要盡可能屏蔽掉物理設備、傳輸媒體和通信手段的不同，使上面的數據鏈路層感覺不到這些差異的存在，而專注于完成本曾的協議與服務。
????②給其服務用戶（數據鏈路層）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的比特流）的能力。為此，物理層應解決物理連接的建立、維持和釋放問題。
? ? ③在兩個相鄰系統之間唯一地標識數據電路。
（2）物理層的主要特點：
? ? ①由于在OSI之前，許多物理規程或協議已經制定出來了，而且在數據通信領域中，這些物理規程已被許多商品化的設備鎖采用。加之，物理層協議涉及的范圍廣泛，所以至今沒有按OSI的抽象模型制定一套心的物理層協議，而是沿用已存在的物理規程，將物理層確定為描述與傳輸媒體接口的機械、電氣、功能和規程特性。
? ? ②由于物理連接的方式很多，傳輸媒體的種類也很多，因此，具體的物理協議相當復雜。
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2-2 規程與協議有什么區別？
? ? ? ? ?在數據通信的早期，對通信所使用的各種規則都稱為“規程”（procedure），后來具有體系結構的計算機網絡開始使用“協議”（protocol）這一名詞，以前的“規程”其實就是“協議”，但由于習慣，對以前制定好的規程有時仍常用舊的名稱“規程”。
2-3 物理層的接口有哪幾個特性？各包含什么內容？
（1）機械特性：指明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、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的電壓的范圍。
（3）功能特性：指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何意。
（4）規程特性：說明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。
2-4 試給出數據通信系統的模型并說明其主要組成構件的作用。
? ? ? ?一個數據通信系統可劃分為三大部分：源系統（或發送端）、傳輸系統（或傳輸網絡）、和目的系統（或接收端）。
? ? ? ?源點（源系統）：源點設備產生要傳輸的數據。例如正文輸入到PC機，產生輸出的數字比特流。
? ? ? ?發送器（傳輸系統）：通常源點生成的數據要通過發送器編碼后才能在傳輸系統中進行傳輸。例如，調制解調器將PC機輸出的數字比特流轉換成能夠在用戶的電話線上傳輸的模擬信號。
? ? ? ?接收器（傳輸系統）：接收傳輸系統傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。例如，調制解調器接收來自傳輸線路上的模擬信號，并將其轉換成數字比特流。
? ? ? ? 終點（目的系統）：終點設備從接收器獲取傳送過來的信息。
2-5 請畫出數據流10100011的不歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼的波形。
? ? ? ? 在這里主要使用語言描述的方式（馬上要考試時間也有限）
? ? ? ? 不歸零編碼：1是高電平，0是低電平；或者反之。無跳變
? ? ? ? 歸零編碼（補充）：1是高(正)電平，0是低(負)電平，周期內開始和結束都會回到一個中值；跳變
? ? ? ? 曼徹斯特編碼：1下跳，0上跳；跳變
? ? ? ? 差分曼徹斯特編碼：1開始不跳變中間跳變，0開始就跳變。
2-6?“比特/秒”和“碼元/秒”有何區別？
? ? ?“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。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為底的進制數等于碼元傳輸速率
? ? ??一個以m波特傳送信號的線路，其傳送二進制數據的速率不一定是m比特/秒，因為每個符號需要通過幾個比特來表示，所以運送一個符號等于運送了幾個比特。例如，若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8個電平級，則需要??，即3個比特來表示一個信號值，因而這種條件下比特率是波特率的3倍。
2-]7 假定某信道受奈氏準則限制的最高碼元速率為20000碼元/秒。如果采用振幅調制，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據率（b/s）？
? ? ? 由以上的對波特率和比特率的理解，可以得到=4，也就是說在這種條件下比特率是波特率的4杯，而此時，波特率為20000碼元每秒，因此比特率為20000*4=80000bit/s
2-8 假定要用3kHz帶寬的電話信道傳送64kb/s的數據（無差錯傳輸），試問這個信道應該具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來表示），這個結果說明什么問題？
? ? ? ?香農公式：W=碼元傳輸速率
? ? ? ?3k*=64kb/s? ? ? ? ? 1+S/N=2^(64/3)? ?用信噪比為10
2-9?試解釋以下名詞：數據、信號、模擬數據、模擬信號、基帶信號、帶通信號、數字數據、數字信號、碼元、單工通信、半雙工通信、全雙工通信、串行傳輸、并行傳輸。
? ? ? ?數據：是運送信息的實體。
? ? ? ?信號：則是數據的電氣的或電磁的表現。
? ? ? ?模擬數據：運送信息的模擬信號。
? ? ? ?模擬信號：連續變化的信號。
? ? ? ?基帶信號：來自信源的信號。
? ? ? ?帶通信號：經過載波調制后的信號。
? ? ? ?數字信號：取值為有限的幾個離散值的信號。
? ? ? ?數字數據：取值為不連續數值的數據。
? ? ? ?碼元：在使用時間域的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形
? ? ? ?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送信息，但不能雙方同時發送（當然也不能同時接收）。這種通信方式是一方發送另一方接收，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送和接收信息。
? ? ? ?基帶信號（即基本頻帶信號）——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據信號都屬于基帶信號。
? ? ? ?帶通信號——把基帶信號經過載波調制后，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能夠通過信道）。
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2-10 常用的傳輸媒體有哪幾種？各有何特點？
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線組成。可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數字信號，有效帶寬達250kHz，通常距離一般為幾道十幾公里。導線越粗其通信距離越遠。在數字傳輸時，若傳輸速率為每秒幾兆比特，則傳輸距離可達幾公里。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，其結構是在一個包有絕緣的實心導線外，再套上一層外面也有一層絕緣的空心圓形導線。由于其高帶寬（高達300~400Hz）、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制在高頻載波上。
3.光導纖維
? ? ? ?光導纖維以光纖維載體，利用光的全反向原理傳播光信號。其優點是直徑小、質量輕：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鋪設主干線。
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星通信。其主要優點是頻率高、頻帶范圍寬、通信信道的容量大；信號所受工業干擾較小、傳播質量高、通信比較穩定；不受地理環境的影響，建設投資少、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；衛星通信雖然通信距離遠且通信費用與通信距離無關，但傳播時延較大，技術較復雜，價格較貴。
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2-11為什么要使用信道復用技術？常用的信道復用技術有哪些？
? ? ? ?信道復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。在一條傳輸介質上傳輸多個信號,提高線路的利用率，降低網絡的成本。這種共享技術就是多路復用技術。
? ? ? ?頻分復用（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的信號互不干擾，應在各子信道之間設立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾（條件之一）。頻分復用技術的特點是所有子信道傳輸的信號以并行的方式工作，每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延，因而頻分復用技術取得了非常廣泛的應用。
? ? ? ? 時分復用（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獨占信道進行數據傳輸。時分復用技術的特點是時隙事先規劃分配好且固定不變，所以有時也叫同步時分復用。其優點是時隙分配固定，便于調節控制，適于數字信息的傳輸；缺點是當某信號源沒有數據傳輸時，它所對應的信道會出現空閑，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。時分復用技術與頻分復用技術一樣，有著非常廣泛的應用，電話就是其中最經典的例子，此外時分復用技術在廣電也同樣取得了廣泛地應用，如SDH，ATM，IP和HFC網絡中CM與CMTS的通信都是利用了時分復用的技術。
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2-13 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
? ? ? ?FDM(frequencydivision multiplexing)頻分復用，同一時間同時發送多路信號。所有的用戶可以在同樣的時間占用不同的帶寬資源。
? ? ? ?TDM(Time DivisionMultiplexing)時分復用，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 TimeDivision Multiplexing)統計時分復用，一種改進的時分復用。不像時分復用那樣采取固定方式分配時隙，而是按需動態地分配時時隙。
? ? ? ?WDM(Wave DivisionMultiplexing)波分復用，在光信道上采用的一種頻分多路敷衍的變種，即光的頻分復用。不同光纖上的光波信號（常常是兩種光波信號）復用到一根長距離傳輸的光纖上的復用方式。
? ? ? ?DWDM(Dense WaveDivision Multiplexing)密集波分復用，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。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中同時傳輸，每路信號占用不同波長。
? ? ? ?CDMA(Code Wave DivisionMultiplexing)碼分多址，是采用擴頻的碼分多址技術。用戶可以在同一時間、同一頻段上根據不同的編碼獲得業務信道。
? ? ? ?SONET(SynchronousOptical Network)同步光纖網，是以分級速率從155Mb/s到2.5Gb/s的光纖數字化傳輸的美國標準，它支持多媒體多路復用，允許聲音、視頻和數據格式與不同的傳輸協議一起在一條光纖線路上傳輸。
? ? ? ?SDH(SynchronousDigital Hierarchy)同步數字系列指國際標準同步數字系列。SDH簡化了復用和分用技術，需要時可直接接入到低速支路，而不經過高速到低速的逐級分用，上下電路方便。
? ? ? ? STM-1(SynchronousTransfer Module)第1級同步傳遞模塊，SDH的基本速率，相當于SONET體系中的OC-3速率。
? ? ? ? OC-48(OpticalCarrier)第48級光載波，是SONET體系中的速率表示，對應于SDH的STM-16速率，常用近似值2.5Gb/s.
2-13 碼分多址（CDMA）復用方法有何優缺點？?
? ? ? ? 因為用戶在使用CDMA通信時，各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型傳送信息時，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發送出去。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、以實現信息通信。各用戶之間不會造成干擾。
? ? ? ? 這種復用方法的優點 ：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現；采用CDMA可提高通信的話音質量和數據傳輸的可靠性，減少對通信的影響；網絡成本低；降低手機的平均發射功率等等。
? ? ? ?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。
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2-14 共有4個站進行碼分多址CDMA通信。4個站的碼片序列為：
A：（-1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）????B：（-1 –1 +1 -1 +1 +1 +1 -1）
C：（-1 +1 –1 +1 +1 +1 -1 -1）?????D：（-1 +1 –1 –1 -1 –1+1 -1）
現收到這樣的碼片序列：（-1 +1 –3 +1 -1 –3 +1 +1）。問哪個站發送數據了？發送數據的站發送的1還是0？
? ? ? 分析：第一步，判斷A，B兩個站點，AB內積為0（逐位相乘）；第二步，上了公共信道，AB兩個向量線性相加；拆分則用AB向量乘線性相加
? ? ? A：A·S/8=8/8=1? ?發送了1
? ? ? B：B·S/8=-8/8=-1? ?發送了0
? ? ? C：C·S/8=0? ? ?沒有發送
? ? ? D：D·S/8=8/8=1? ?發送了1
2-15 試比較xDSL，HFC以及FTTx接入技術的優缺點。
? ? ? ? xDSL 技術就是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業務。成本低，易實現，但帶寬和質量差異性大。
? ? ? ?HFC網的最大的優點具有很寬的頻帶，并且能夠利用已經有相當大的覆蓋面的有線電視網。要將現有的450 MHz 單向傳輸的有線電視網絡改造為 750 MHz 雙向傳輸的 HFC 網需要相當的資金和時間。
? ? ? ?FTTx（光纖到……）這里字母 x 可代表不同意思。可提供最好的帶寬和質量、但現階段線路和工程成本太大。
2-16 為什么ADSL技術中，在不到1MHz的帶寬中卻可以傳遞速率高達每秒幾個兆比？
? ? ?靠先進的編碼，使得每秒傳送一個碼元就相當于每秒傳送多個比特。
2-17 判斷以下正誤：
? ? ? （1）DSL和電話網撥號接入技術都要通過電話網經過電話交換機連接到ISP的路由器
? ? ? ? 錯誤，撥號上網使用撥號調制解調器，利用電話網（電路交換）在用戶計算機與ISP的路由器之間建立一條物理鏈路（話音信道）使用這條話音信道傳輸數據。而DSL僅使用用戶線，利用頻分復用技術將用戶線劃分了數據信道和話音信道分離，上網的數據并不通過電話網。
? ? ? （2）通過ADSL上網的同時可以利用同一電話線打電話。
? ? ? ?正確，ADSL僅使用用戶線，利用頻分復用技術將用戶線劃分了數據信道和話音信道分離，上網的數據并不通過電話網，因此可以同時上網和打電話。
? ? ? （3）雙絞線由兩個具有絕緣保護層的銅導線按一定密度互相絞在一起組成，這樣不容易被拉斷。
? ? ? ?錯誤，雙絞線由兩個具有絕緣保護層的銅導線按一定密度互相絞在一起組成，這樣可以降低信號干擾的程度
? ? ? （4）信道復用技術可以將多路信號復用到同一條傳輸線路上進行傳輸，而不會混淆，因此能將該傳輸線路的帶寬成倍增加。
? ? ? ?錯誤，信道復用技術是通過一條鏈路同時傳輸多路用戶的信號，只是充分利用了帶寬，并沒有使帶寬成倍增加
2-18 請比較電話撥號上網和通過ADSL上網的區別。
? ? ? ?撥號上網使用撥號調制解調器，利用電話網（電路交換）在用戶計算機與ISP的路由器之間建立一條物理鏈路（話音信道）使用這條話音信道傳輸數據。
? ? ? ?ADSL僅使用用戶線，利用頻分復用技術將用戶線劃分了數據信道和話音信道分離，上網的數據并不通過電話網，因此可以同時上網和打電話。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【计算机网络(微课版)】第2章 物理层 课后习题及答案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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