《计算机网络》（第四版 谢希仁编著）课后习题答案－－第二章 物理层（P66）

第二章 物理层（P66）

1、物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

答：（1）物理层要解决的主要问题：①物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。 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：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。

4、、物理层的接口有哪些方面的特性？各包含什么内容？

答：(1)机械特牲 说明接口所用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 说明在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围。即什么样的电压表示1或0。 (3)功能特性 说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。(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。

5、奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？比特和波特有何区别？ 答：奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。

奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2

（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。但信息的传输速率“比特/每秒” 一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×n bit/s，但某些情况下，信息的传输速率“比特/每秒” 在数量上小于码元的传输速率“波特”，如采用内带时钟的曼切斯特编码，一半的信号变化用于时钟同步，另一半的信号变化用于信息二进制数据，码元的传输速率“波特”是信息的传输速率“比特/每秒”的2倍。

7、 常见的传输媒体有哪几种？各有何特点？

答：(1)双绞线：●抗电磁干扰 ●模拟传输和数字传输都可以使用双绞线 (2)同轴电缆：同轴电缆具有很好的抗干扰特性

(3)光纤：●传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济；●抗雷电和电磁干扰性能好；●无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据；●体积小，重量轻。

(4)电磁波：●微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大； ●微波传输质量较高；●微波接力通信的可靠性较高；●微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少，见效快。

当然，微波接力通信也存在如下的一些缺点：●相邻站之间必须直视，不能有障碍物。●微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；●与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密

性较差；●对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。

8、什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？其特点如何？

答：曼彻斯特编码是将每一个码元再分成两个相等的间隔。码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元0则正好相反，从低电平变到高电平。这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换，这对接收端的提取位同步信号是非常有利的。缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。 差分曼彻斯特编码的规则是若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。不论码元是10或，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。

9、 模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么？ 答：模拟传输：只能传模拟信号，信号会失真。

数字传输：可传模拟与数字信号，噪声不累计，误差小。

10、 EIA-232和RS-449接口标准各用在什么场合？

答：通常EIA-232用于标准电话线路（一个话路）的物理层接口，而RS-449则用于宽待电路（一般是租用电路）

11、基带信号和宽带信号的传输各有什么特点？

答：（1）基带信号是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。（2）宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。基带信号进行调制后，其频谱移到较高的频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段上，因此合在一起后并不会互相干扰。这样做可以在一条线路中同时传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。 12、 有600MB（兆字节）的数据，需要从南京传送到北京。一种方法是将数据写到磁盘上，然后托人乘火车将这些磁盘捎去。另一种方法是用计算机通过长途电话线路（设信息传送的速率是2.4Kb/s）传送此数据。试比较这两种方法的优劣。若信息传送速率为33.6Kb/s，其结果又如何？ 答：假定连续传送且不出错。若用2.4Kb/s速率，传600MB（=600×1048576×8=5033164800 bit）需要24.3天。若用33.6Kb/s速率传送，则需时间1.73天。比托人乘火车捎去要慢，且更贵。 13、 56Kb/s的调制解调器是否突破了香农的信道极限传输速率？这种调制解调器的使用条件是什么？

答：56Kb/s的调制解调器主要用于用户与ISP的通信，这时从用户到ISP之间只需经过一次A/D转换，比两个用户之间使用的33.6Kb/s调制解调器的量化噪声要小，所以信噪比进一步提高。虽然33.6Kb/s调制解调器的速率基本已达到香农的信道极限传输速率，但是56Kb/s的调制解调器的使用条件不同，它提高了信噪比，它没有突破香农极限传输速率的公式。

56Kb/s的调制解调器的使用条件是ISP也使用这种调制解调器（这里是为了进行数字信号不同编码之间的转换，而不是数模转换），并且在ISP与电话交换机之间是数字信道。若ISP使用的只是33.6Kb/s调制解调器，则用户端的56Kb/s的调制解调器会自动降低到与33.6Kb/s调制解调器相同的速率进行通信。

14、 在介绍双绞线时，我们说：“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。”但目前我们使用调制解调器与ISP相连时，数据的传输速率最高只能达到56Kb/s，与每秒几个兆比特相距甚远。这是为什么？

答：“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。”这是指使用数字线路，其两端的设备并没有带宽的限制。当我们使用调制解调器与ISP相连时，使用的是电话的用户线。这种用户线进入市话交换机处将带宽限制在3400Hz以下，与数字线路的带宽相差很大。

15、传播时延、发送时延和重发时延各自的物理意义是什么？ 答：传播时延是指电磁波在信道中传输所需要的时间。它取决于电磁波在信道上的传输速率以及所传播的距离。

发送时延是发送数据所需要的时间。它取决于数据块的长度和数据在信道上的发送速率。 重发时延是因为数据在传输中出了差错就要重新传送，因而增加了总的数据传输时间。

17、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？

答：S?A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1， A发送1 S?B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0 S?C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0， C无发送 S?D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1， D发送1

18、假定在进行异步通信时，发送端每发送一个字符就要发送10个等宽的比特（一个起始比特，8个比特的ASCII码字符，最后一个结束比特）。试问当接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相差5%时，双方能否正常通信？

答：设发送端和接收端的时钟周期分别为X和Y。

若接收端时钟稍慢（Y>X），则最后一个采样必须发生在停止比特结束之前。 即9.5 Y <10 X。

若接收端时钟稍快，则最后一个采样必须发生在停止比特开始之后。 即9.5 Y >9X。

解出：|（Y-X）/X|<1/19=5.26%

因此收发双方频率相差5%是可以正常工作的（但最好不要这样，因为太临界了）