计算机网络教程第五版课后答案（第二章）

第二章数据链路层

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2-1 物理层要解决哪些问题？物理层协议的主要任务是什么？
解答：物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。因此物理层要考虑如何用电磁信号表示“1”或“0”；考虑所采用的传输媒体的类型，如双绞线、同轴电缆、光缆等；考虑与物理媒体之间接口，如插头的引脚数目和排列等；考虑每秒发送的比特数目，即数据率。
物理层协议的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。

2-2 规程与协议有什么区别？
解答：用于物理层的协议也常称为物理层规程（procedure）。其实物理层规程就是物理层协议。只是在“协议”这个名词出现之前人们就先使用了“规程”这一名词。

2-3 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？
解答：
（1）机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。常见的各种规格的电源接插件都有严格的标准化的规定。
（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种意义。
（4）过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2-4 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。
解答：一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。输入信息输出信息输入数据输出数据发送的信号接收的信号传输系统源点终点发送器接收调制解调P公用电话调制解调数字比特数字比特模拟信模拟信键输汉数据通信系源系传输系目的系屏显汉字
源系统一般包括以下两个部分：
源点：源点设备产生要传输的数据，例如，从PC的键盘输入汉字，PC产生输出的数字比特流。源点又称为源站或信源。
发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多PC使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器），用户在PC外面看不见调制解调器。
目的系统一般也包括以下两个部分：
接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。
终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后进行信息输出（例如，把汉字在PC屏幕上显示出来）。终点又称为目的站或信宿。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

2-5 请画出数据流1 0 1 0 0 0 1 1的不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的波形（从高电平开始）。

2-6 “比特/秒”和“码元/秒”有何区别？
解答：“比特/秒”和“码元/秒”是不完全一样的，信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”（“码元/秒”）在数量上却有一定的关系。若1个码元只携带1 bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上是相等的。但若使1个码元携带n bit 的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M  n bit/s。

2-7 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用幅移键控，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）？
解答：16个等级可以表达4位二进制数，每个码元可以表示4个比特，因此，可以获得80000 b/s的数据率。

2-8 假定用3 kHz带宽的电话信道传送64 kb/s的数据，试问这个信道应具有多高的信噪比？
解答：根据香农公式：64)/1(log32NSC，3/642/1NS
610.642/NS

2-9 试解释以下名词：数据，信号，模拟信号，基带信号，带通信号，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。
解答：
数据：运送消息的实体。
信号：数据的电气或电磁表现。
模拟信号：连续信号，其特点是其代表消息的信号参数的取值是连续变化的。
基带信号：来自信源的信号（没有经过调制和搬移过频谱的信号），因为往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，因此常被称为基带信号（即基本频带信号）。
带通信号：经过载波调制后的信号（把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输）称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
数字信号：离散信号，代表消息的信号参数的取值是离散的。
码元：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就称为码元。码元是承载信息的基本信号单位。
单工通信：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
半双工通信：即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。
全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。
串行传输：数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输。
并行传输：数据在传输时采用n个并行的信道，一次同时传输n个比特。

2-10 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？
解答：
双绞线，用两根绝缘铜线扭在一起的通信媒体，绞合在一起是为了减少相邻导线的电磁干扰。双绞线可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比特，则传输距离可达几公里。双绞线价格便宜，布线方便，主要用于电话用户线和局域网中。
同轴电缆，由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。同轴电缆的这种结构和屏蔽性使得它有比双绞线高得多的带宽和更好的抗干扰特性。目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。
光纤，是利用光导纤维传递光脉冲信号来进行通信，由于可见光的频率非常高（108MHz），因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他传输媒体的带宽。光纤可分为单模光纤和多模光纤。光纤不仅通信容量非常大，而且传输损耗小，抗干扰和保密性能好。光纤通常用在主干网络中和高速局域网中。
无线传输媒体，即利用自由空间传播电磁波。当通信距离很远，或跨越复杂地理环境时，铺设电缆既昂贵又费时，利用无线电波在自由空间传播，可以实现多种通信。无线传输所使用的频段很广。人们现在利用无线电、微波、红外线以及可见光这几个波段进行通信。无线传输媒体的最大缺点就是容易被干扰，保密性差。

2-11 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
解答：许多用户可以通过复用技术共同使用一个共享的信道来进行通信。当网络中传输媒体的传输容量大于单一信道传输的通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
常用的复用技术包括：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。

2-12 试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。
FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48
解答：
FDM(Frequency Division Multiplexing)频分复用，将传输线路的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每一条子频带传输一路信号，从而实现在同一条线路上传输多路信号。
TDM(Time Division Multiplexing)时分复用，将一条物理线路的传输时间分成若干个时间片（时隙），按一定的次序轮流给各个信号源使用，从而实现在同一条线路上传输多路信号。
STDM(Statistic TDM)统计时分复用，又称为异步时分复用，将线路的传输时间按需动态地分配给各个信号源，而不是给每个信号源分配固定的时隙。
WDM(Wavelength Division Multiplexing)波分复用，就是光的频分复用，将不同波长的光信号复用到同一根光纤上。
DWDM(Dense WDM)密集波分复用，最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号。这种复用方式称为波分复用WDM。随着技术的发展，在一根光纤上复用的光载波信号的路数越来越多。现在已能做到在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。于是就使用了密集波分复用DWDM这一名词。DWDM的波长间隔很小，不到2 nm。
CDMA(Code Division Multiplex Access)码分多址，给每个用户分配一个唯一的正交码，在发送端，不同用户的数据用该正交码编码后复用到同一信道进行传输；在接收端，用同一正交码解码进行分用。CDMA主要用于无线通信，具有很强的抗干扰能力。
SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网，美国在1988年首先推出的一个在光纤传输基础上的数字传输标准。整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其传输速率以51.84 Mbit/s为基础。
SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列，ITU-T以美国标准SONET为基础制定的国际标准，SDH的基本速率为155.52 Mbit/s。
STM-1(Synchronous Transfer Module-1)第1级同步传递模块，是SDH的一系列传输标准之一，规定了SDH的基本速率为155.52 Mbit/s。
OC-48(Optical Carrier-48) 第48级光载波，是SONET的一系列传输标准之一，其速率是SONET第1级光载波OC-1速率（51.84 Mbit/s）的48倍，即2488.32 Mbit/s。

2-13 码分多址CDMA的复用方法有何优缺点？
解答：优点是容量大，有很强的抗干扰能力，发送功率小。缺点是技术相对复杂。

2-14 共有4个用户进行CDMA通信。这4个用户的码片序列为：
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)
现收到码片序列：(–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1)。问是哪些用户发送了数据？发送的是1还是0？
解答：A的内积为1，B的内积为–1，C的内积为0，D的内积为1。因此，A和D发送的是1，B发送的是0，而C未发送数据。

2-15 试比较ADSL、HFC及FTTx接入技术的特点。
解答：ADSL最大好处是利用现有电话网中的用户线，改造成本低，每户独占该用户线，并可以同时上网和打电话，但接入速率与用户线的质量和长度有很大关系。
HFC的优点是利用现有的有线电视系统，传输带宽高，但要将现有单向传输的有线电视电缆改造为双向通信的电缆，小区用户共享同一媒体。
FTTx带宽高，是解决宽带接入最理想的方案，但需要铺设大量光纤，投入的建设成本较高。

2-16 为什么在ADSL技术中，在不到1 MHz的带宽中可以传送的速率却可以高达每秒几个兆比特？
解答：采用先进的编码技术，每个码元携带多个比特，即每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。

2-17 判断以下正误。
（1）DSL和电话网拨号接入技术都要通过电话网经过电话交换机连接到ISP的路由器的。（×）
原因：拨号上网使用拨号调制解调器，利用电话网（电路交换）在用户计算机与ISP的路由器之间建立一条物理链路（话音信道），使用这条话音信道传输数据。而DSL仅使用用户线，利用频分复用技术将用户线划分了数据信道和话音信道分离，上网的数据并不通过电话网。
（2）通过ADSL上网的同时可以利用同一电话线打电话。（√）
原因：ADSL仅使用用户线，利用频分复用技术将用户线划分了数据信道和话音信道分离，上网的数据并不通过电话网，因此可以同时上网和打电话。
（3）双绞线由两个具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起组成，这样不容易被拉断。（×）
原因：双绞线由两个具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起组成，这样可以降低信号干扰的程度。
（4）信道复用技术可以将多路信号复用到同一条传输线路上进行传输，而不会混淆，因此能将该传输线路的带宽成倍增加。（×）

2-18 请比较电话网拨号上网和通过ADSL上网的区别。
解答：拨号上网使用拨号调制解调器，利用电话网（电路交换）在用户计算机与ISP的路由器之间建立一条物理链路（话音信道），使用这条话音信道传输数据，因此不能同时打电话和上网。而ADSL仅使用用户线，利用频分复用技术将用户线划分了数据信道和话音信道分离，上网的数据并不通过电话网，因此可以同时上网和打电话，并且因为不受话音信道频带宽度的限制可以提供更高的数据带宽。