大学计算机网络 课后答案

机械的、功能的和规程的接口。

（2）数据链路层。数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。数据链路层就把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看去好像是一条不出差错的链路。数据链路层要采取成帧、差错检测、流量控制等措施。 （3）网络层。网络层的主要功能为数据在结点之间传输创建逻辑通路，通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最合适的路径，以及实现拥塞控制、网络互连等功能，为分组交换网上的不同主机提供通信。

在网络层数据的传送单位是分组或包。在tcp/ip体系中，分组也叫作ip数据报，或简称为数据报。

（4）运输层。负责主机中两个进程之间的通信，其数据传输的单位是报文段。运输层向高层屏蔽低层数据通信的细节，透明的传输报文。运输层具有复用和分用的功能。 因特网的运输层可使用两种不同协议。即面向连接的传输控制协议tcp，和无连接的用户数据报协议udp。

（5）会话层。为应用程序间的通信提供控制结构，包括建立、管理、终止连接（任务）。 （6）表示层。提供应用进程在数据表示（语法）差异上的独立性。

（7）应用层。应用层是原理体系结构中的最高层。应用层以下各层均通过应用层向应用进程提供服务。应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。应用层直接为用户提供服务，如文件传输、电子邮件等。

三、计算画图题

1 在下列条件下计算并比较电路交换和分组交换。

要传送的报文共x（bit），从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为c（bit/s）。在电路交换时电路建立的时间为s（s），在分组交换时分组长度为p（bit/s），且各结点的排队等待时间可以忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？

2. 在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而此为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过ｋ段链路。链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度ｐ应取为多大？

3. 计算以下两种情况的发送时延和传播时延。

①数据长度是107bit，数据发送速率为100kbit/s，传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108 m/s。

②数据长度是103 bit，数据发送速率为1gbit/s，传输距离和信号在媒体上的传播速率同上。

第 2 章 物理层

本章首先介绍了物理层的基本功能、数据通信系统的模型及相关概念，给出了奈氏准则和香农公式，讨论了各类传输介质的特点，模拟数据编码技术和数字数据编码技术，多路复用技术，最后介绍了常用的物理层标准。 一、名词解释

基带传输：由计算机或终端产生的频谱从零开始，而未经调制的数字信号所占用的频率范围就叫基本频带（这个频带从直流起可高到数百千赫，甚至若干兆赫），简称基带(base band)。这种数字信号就称基带信号。传送数据时，以原封不动的形式，把基带信号送入线路，称为基带传输。

频带传输：用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化，也就是调制。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过线路传输到接收端，然后经过解调恢复为原始基带脉冲。传送数据时，把已调信号送入线路，称为频带传输。

同步传输：在同步传输方式中，利用时钟的同步使发送和接收装置之间的定时不发生误差。使时钟保持同步的方法之一，是在接收装置和发送装置之间采用单独的时钟信息，称为同步法。另一种方法是将定时信号包含在数据信号中发送，直接从数据波形本身中提取同步信号，称自同步法。同步传输又分为面向字符方式和面向比特方式。

异步传输：在异步传输方式中，每次传送一个字符（5-8位），都在每个字符代码前加一起始位，表示该字符代码的开始。在字符和校验码后加一停止位，以示该代码的结束。所以又称起止式同步。

波特：波特表示每秒种传输离散信号事件的个数或每秒信号电平的变化次数。也即波特所表示的是调制速度，是单位时间内传输线路上调制状态的变化数。

带宽：在通信信道上可以传输的频率范围称带宽。

调制方式： 调制是使载波信号的幅度、频率或相位（其中的一种或几种）随发送信号变化的过程。常见的调制方式有幅度调制、频率调制、相位调制等。

多路复用：多路复用指的是复用信道，即是利用一个物理信道同时传输多个信号，以提高信道利用率，使得一条线路能同时由多个用户使用而互不影响。

多路复用技术可以分为：频分多路复用，时分多路复用，波分多路复用和码分多路复用。

时分多路复用：时分多路复用是将传输信号的时间进行分割，使不同的信号在不同时间内传送，即将整个传输时间分为许多时间间隔（称为时隙、时间片等，slot time）。每个时

间片被一路信号占用。

频分多路复用：频分复用是把线路或空间的频带资源分成多个频段（带），将其分别分配给多个用户，每个用户终端的数据通过分配给它的子通路（频段）传输。

波分多路复用：在光纤信道上使用的是频分多路复用的一个变种，即波分多路复用。不同的信号使用不同波长的光波在光纤中传输。

二、问答/论述

1. 试简述物理层的主要任务。

答：物理层的主要任务可以描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即： （1）机械特性。 （2）电气特性。 （3）功能特性。 （4）规程特性。

2. 试用多种方式对信道进行分类。

答：信道可以从通信的双方信息交互的方式和根据传输信号的不同进行分类。 （1）从通信的双方信息交互的方式来看，信道可以分成以下三类：

单工通信：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。

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。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。

（2）根据传输信号的不同，信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。数字信号在经过数模变换后就可以在模拟信道上传送，模拟信号在经过模数变换后也可在数字信道上传送。

3. 什么是调制？试简述基本的调制方法。 答：所谓调制就是进行波形变换。

最基本的二元制调制方法有：调幅(am），调频(fm)，调相(pm)。

为了提高信息传输速率，可以采用多元制的振幅相位混合调制的方法。如正交调制qam。 4. 试简述数据编码方法的分类。

答：数据编码方法可分为模拟数据编码方法和数字数据编码方法，其中前者又包括振幅键控ask移频键控fsk和移相键控psk。后者包括非归零码，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。 5. 频分复用和时分复用的特点分别是什么？ 答：频分复用的特点是：

（1）在一条通信线路设计多路通信信道; （2）每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;

（3）各个载波频率是不重叠的，一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号； （4）频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 时分复用的特点是

（1）时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片； （2）每个用户分得一个时间片；

（3）在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽； （4）时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。 6. 奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？

答: 奈奎斯特（nyquist）准则与香农（shannon）定理从定量的角度描述了带宽与速率的关系，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。

香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

7. 常用的传输媒体有哪几种？ 三、计算画图题

1. 在一个带宽为4000hz，并用4种电压对数据编码的传输系统上，用nyquist定理计算其最大数据速率。

答： 由nyquist公式d=2wlog2k，得 d＝2×4000×log24＝16000（bps）

2. 对于带宽为4000hz的信道，其信噪比为30db，若传送二进制信号则可达到最大数据率是多少？

答：香农（shannon）定理指出，有噪声信道的最大数据速率可由下面的公式计算： c=wlog2(1+s/n)，其中，w为信道带宽，s为信号的平均功率，n为噪声平均功率，s/n叫做信噪比（单位为分贝db）。

3. 根据奈奎斯特定理计算，宽带为3khz的信道，有8种不同的物理状态来表示数据，最大限制的数据速率是多少？

4. 画出二进制数字信号011000101的曼彻斯特编码波形图，以及差分曼彻斯特编码的波形图？

4．请举例说明什么是码元？举例说明如果用调幅的方法，如何用一个码元携带3个bit的信息量？