计算机网络(第八版)-第二章课后习题参考答案_计算机网络第八版第二章答案

前言

  本答案制作并非完整来自该教材的习题辅导书，作者融合自己的学习理解，参考其他的文献，对答案略有删改，因此答案不具有权威性，还希望读者批判性的阅读，欢迎提出疑问，我会一一解答，一起加油吧，伙计们。

T2-01

物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

1.物理层要解决什么问题?

（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。

（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路

2.物理层的主要特点是什么？

（1）由于在 OSI 之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按 OSI 的

抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械，电气，功能和规程特性。

（2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

T2-02

规程和协议有什么区别?

  规程专指物理层的协议，而协议则泛指所有层上的协议。

T2-03

试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。

  1个典型的数据通信系统可以划分为三大部分，分别是发送系统、传输系统和接收系统，如下图:

  其中，发送系统由源点和发送器 组成；接受系统由接收器和终点组成。
①源点：源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站。
②发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。
③接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。
④终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息，终点又称为目的站传输系统。

T3-04

试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。

1.数据: 运送信息的实体 。

  这话说得着实不好理解哈，其实 “实体” 是“具体化的东西”，而“信息”是抽象的，笼统的。再反过头来看定义，“运送消息的实体”，那么就是“消息”具体化后的东西咯，具体化有哪些东西？无非是音频、视频、文本等等。
  而这些东西要能够在计算机中进行传输，使用，还要进行数字化，因此数据还有另外一个解释可以是“数字化的信息”。

2.信号:
   则是数据的电气的或电磁的表现。可参考如下理解

3.模拟数据:
   运送信息的模拟信号。
4.模拟信号:
   连续变化的信号,可参考上图
5.数字信号:
   取值为有限的几个离散值的信号,可参考上图。
6.数字数据:
   取值为不连续数值的数据。
7.码元(code):
   在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
8.单工通信:
   即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
9.半双工通信:
   即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。
10.全双工通信:
   即通信的双方可以同时发送和接收信息。

11.基带信号
    来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

12.带通信号
    把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

T3-05

物理层的接口有哪几个方面的特性？个包含些什么内容？

（1）机械特性: 指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
（2）电气特性: 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性: 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。
（4）规程特性: 说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

T3-06

数据在信道重的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别？

  码元传输速率受奈氏准则的限制，信息传输速率受香农公式的限制。

  香农公式在数据通信中的意义是：只要信息传输速率低于信道的极限传信率，就可实现无差传输。

  比特/每秒是信息传输速率的单位码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。区别在于一个码元不一定对应于一个比特。

T3-07

假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为 20000 码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划 分为 16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）?

  求解之前，我们先来看看计算公式:

  有了上述公式和相关解释后，可以看出，在本题中，码元速率为20000码元每秒，通过振幅调制，一个码元可以取16个不同的取值，因此接下来可以直接套公式了！

  此时即得到本题答案:80000b/s

T3-08

假定要用 3KHz 带宽的电话信道传送 64kb/s 的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示？这个结果说明什么问题？）

  同样的，在做题之前，把必要的公式给摆出来
  根据香农公式，可得到信道的极限信息传输速率 C；另外，信噪比(dB) 也可通过信号平均功率 和高斯噪声功率 的比值作对数变换得到，废话不多说，直接看公式:

  其中需要说明的参数:
W:信道的频域带宽(以Hz为单位)
S:信道内信号的平均功率
N:信道内部的 高斯噪声功率
S/N :信噪比的比值形式

   有了以上先序知识后，我们现在开始解题。
   首先来分析，根据公式，在本题中，W=3000Hz,信道传输速率的期望是64kb/s，即64X1000=64000b/s。
   既然期望值是64000b/s,那么是不是意味着，我的信道信息极限传输速率只要大于这个数，就能满足题目中信息传输的要求，obviously,确实是这样。

   那么接下来要求得信噪比的值，只需要代入参数，使香农公式的计算值大于64000即可：

   这样就得到了期望信噪比的比值表示   这样就得到了期望信噪比的比值表示

   不过，嗯，还没完呢，信噪比的分贝值可计算:

不过，嗯，还没完呢，信噪比的分贝值可计算:

   得到期望信噪比的分贝表示为约等于64.21dB
  得到期望信噪比的分贝表示为约等于64.21dB

   总结一下答案吧：
比值表示的答案:

分贝表示的答案:64.21dB

T3-09

用香农公式计算一下，假定信道带宽为为 3100Hz，最大信道传输速率为 35kb/ｓ，那么若想使最大信道传输速率增加６０％，问信噪比Ｓ/Ｎ应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比Ｓ/Ｎ再增大到十倍，问最大信息速率能否再增加２０％？

  有了上一题的基础，我就不再啰里啰唆地把每个细节都写出来了，以免造成篇幅过长。
  分析题目，根据题目“最大信道传输速率为 35kb/s”,换算成适用于香农公式的单位bit/s为35X1000=35000bit/s，首先可计算得到原来的信噪比:

  更新增加后的最大信道传输速率为35000bit/s+0.6X35000bit/s=56000bit/s,此时根据香农公式，可求得S/N为

  由此可知,应该将信噪比增大到109倍左右才能满足要求。

  将信噪比扩大十倍后，可计算得到新的速率，最后计算得比值，可见，信噪比扩大十倍后，最大信息传输速率相对于之前只提高了18.389%，显然没有达到20%的期望值。

T3-11

假设有一种双绞线的衰减是0.7dB/km（在1kHz时），若容许有20dB的衰减，试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长？如果要使这种双绞线的工作距离增大到100公里，问应当使衰减降低到多少？

  这一题使非常容易的哈，直接上题解吧

   此时要求的是信号衰减，则设衰减为xdB/km,则易得一下公式，计算出x:

T2-12

12 试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度。假定光在光纤中的传播速率为2x10^8m/s

   对于这种类型的题目，我们有如下计算公式,要注意的是单位的统一

  但是我们的题目给出的工作波长是一个区间，则我们最终计算频宽，可以用最高频宽减去最低频宽,对于这一题我们按照如下公式计算:

T2-14

共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为
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）
现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？

  根据CDMA的原理，我们分别用4个【发送站的码片序列】和通过【叠加原理】发送的码片序列做【规格化内积】运算，最后即可得出结论。若是不记得CDMA的原理了,请查看参考文献[2]和[3],我为你开启传送门,[3]需要用魔法，且是全英教学，需要一定的英语能力。

  综上可知，A发送了1，B发送了0，C无数据发送，D发送了1

参考文献

[1]https://wiki.mbalib.com/wiki/%E6%95%B0%E6%8D%AE%E9%80%9A%E4%BF%A1%E7%B3%BB%E7%BB%9F
[2]https://www.bilibili.com/video/BV1GQ4y1i75j/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
[3]https://www.youtube.com/watch?v=BkThmLtjQpE
[4]https://www.acwing.com/blog/content/24769/