计算机网络／谢希仁（第八版）第二章习题

【2-01】物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？
答：
①、所要解决的问题：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，而不是具体的传输媒体。（注：传输媒体不属于物理层）
②、主要特点：在物理层上所传数据的单位为比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。

【2-02】规程与协议有什么区别？
答：规程这个名词仅用于物理层，在其他层不用“规程”，而用协议。用于物理层的协议也常称为物理层规程（procedure），物理层规程就是物理层协议。在物理层，二者没有多大区别。

【2-03】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。
答：
一个数据通信系统可分为三大部分，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）。

源系统一般包括以下两个部分：
①源点（源站或信源）：源点设备产生要传输的数据。例如，从计算机键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。
②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。

目的系统一般包括以下两个部分：
①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。
②终点（目的站或信宿）：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。例如，把汉字在计算机屏幕上显示出来。

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。

【2-04】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。
答：
数据：是运送消息的实体。
信号：是数据的电气或电磁表现。

模拟数据：即连续数据，数据的变化是连续的。例如，我们人说话的声音数据（声波）就是连续变化的。
模拟信号：即连续信号，其特点是代表消息的参数的取值是连续的。当我们打电话时，模拟数据（声波）通过电话机的话筒后，变成了连续变化的电信号（模拟信号）。

基带信号：即来自信源的信号，也就是基本频带信号。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。
带通信号：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。经过载波调制后的信号称为带通信号。这种信号仅在一段频率范围内（即频带）能够通过信道。

数字数据：即离散数据，数据的变化是不连续的(离散的)。例如，计算机键盘输出的就是数字数据。但在经过调制解调器后，就转换成模拟信号(连续信号)了。
数字信号：即离散信号，其特点是代表消息的参数的取值是离散的。

码元：码（code）是信号元素和字符之间的事先约定好的转换。例如，A的ASCII码的表示就是1000001，而这里的每一个二进制数字（1或0）都可称为码元（code element）。码元实际上就是码所包含的元素。上面的例子说明A的ASCII码包含7个码元。在采用最简单的二进制编码时，一个码元就是一个比特。但在比较复杂的编码中，一个码元可以包含多个比特。

单工通信：又称为单向通信，即只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：又称为双向交替通信，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：又称为双向同时通信，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的。
并行传输：数据在传输时采用了n个并行的信道。在每一个信道上，数据仍然是串行传输的，即逐个比特按照时间顺序依次传输。但把这n个信道放在一起观察时，就可看出，数据的传输是每次n个比特。

【2-05】物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？
答：物理层的接口有以下四个方面的特性：
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。平时常见的各种规格的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。

【2-07】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(bit/s)?
答：如果用二进制数字来表示这16个不同等级的振幅，那么需要使用4个二进制数字，即0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111。可见现在用一个码元就可以表示4个比特。因此，当码元速率为20000码元/秒时，得到的数据率就是4倍的码元速率，即80000bit/s。

【2-09】用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35 kbit/s，那么若想使最大信息传输速率增加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10倍，问最大信息传输速率能否再增加20%？
解：将以上数据代入香农公式$$C=W\ast {\log }_2\left(1+\frac{S}{N}\right)$$得：$$35000=3100\times {\log }_2\left(1+\frac{S}{N}\right)$$
解得 S/N = 2505
使最大信息传输速率增加60%时，设信噪比S/N应增大到x倍，则
$$35000\times 1.6=3100\times {\log }_2\left(1+\frac{xS}{N}\right)$$
解得 x = 109.396
设在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍，而最大信息传输速率可以再增大到 y 倍，利用香农公式，得出
$$35000\times 1.6\times y=3100\times {\log }_2\left(1+2505\times 109.396\times 10\right)$$
解得 y = 1.184
即最大信息速率只能再增加18.4%左右。

【2-16】共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列为：
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：(-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1还是0？
解：
A站的内积：
(-1+1-3+1-1-3+1+1)•(-1-1-1+1+1-1+1+1) / 8 = (+1-1+3+1-1 +3+1+1) / 8 = 1
B站的内积：
(-1+1-3+1-1-3 +1 +1)•(-1-1+1-1+1+1+1-1) / 8 = (+1-1-3-1-1-3+1-1) / 8 = -1
C站的内积：
(-1+1-3 +1-1-3 +1 +1)•(-1+1-1+1+1+1-1-1) / 8 = (+1+1+3+1-1-3-1-1) / 8 = 0
D站的内积：
(-1+1-3+1-1-3+1+1)•(-1+1-1-1-1-1+1-1) / 8 = (+1+1+3-1+1+3+1-1) / 8 = 1
因此，A和D发送1，B发送0，而C未发送数据。