大学计算机网络第二章

计算机网络简明教程习题1、 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？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；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；在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。（2）主要特点：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。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。2、 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。数据：数据作为信息的载体，当然要分析数据中包含的主要信息，及分析数据的主要特征。也就是说，要研究数据的数字特征。研究数据就是对数据进行采集、分类、录入、储存、统计分析，统计检验等一系列活动的统称；信号：信号（也称为讯号）是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。例如，古代人利用点燃烽火台而产生的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当我们说话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号；遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息；模拟数据：模拟数据也称为模拟量，相对于数字量而言，指的是取值范围是连续的变量或者数值，模拟数据是指在某个区间产生的连续值.例如，声音、图像、温度、压力，模拟数据一般采用模拟信号（AnalogSignal），例如用一系列连续变化的电磁波（如无线电与电视广播中的电磁波），或电压信号（如电话传输中的音频电压信号）来表示；数字数据则采用数字信号（DigitalSignal），例如用一系列断续变化的电压脉冲（如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0），或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路（例如电话网、有线电视网）来传输。当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。模拟信号:主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化，而数字信号是人为的抽象出来的在幅度取值上不连续的信号。电学上的模拟信号主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号

基带信号：信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。）其由信源决定。说的通俗一点基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。（如果一个信号包含了频率达到无穷大的交流成份和可能的直流成份，则这个信号就是基带信号，由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带传输，如以太网、令牌环网。常见的网络设计标准10BaseT使用的就是基带信号。带通信号：带通信号一一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）。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；数字数据：在数据通信中，数字数据也称为数字量，相对于模拟量而言，指的是取值范围是离散的变量或者数值；数字信号：数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用；码元：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。而这个间隔被称为码元长度。码元传输速率，又称为码元速率或传码率。其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为”波特”，又可以称为波特率，常用符号"Baud"表示，简写为"B”。一个以m波特/秒传送信号的线路，其传送二进制数据的速率不一定是m比特/秒，因为每个信号可以运载几个比特，例如，若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8个电平级，则每个信号值可代表3个比特，因而这种条件下比特率将是波特率的3倍。另一种说法是：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。某系统每秒钟传送2400个码元，则该系统的传码率为2400波特或2400B。但要注意，码元传输速率仅仅表征单位时间内传送码元的数目，而没有限定这时的码元是何种进制，因统一系统的各点上可能采用不同的进制，故给出码元速率时必须说明码元的进制和该速率在系统中的位置。码元，承载信息量的基本信号单位。从文字编码意义上讲，码元指参与文字编码的键位符号代码；包括数字代码、字母代码、笔画代码、形符代码等，如手机键盘的阿拉伯数字和笔画，电脑键盘的拉丁字母。根据编码需要分为不同进制（或键位数），常用进制（或键位数）的码元有：8进制（也称8键制）数字码元键盘，10进制数字码元键盘，5进制笔画数字码元键盘，还有26进制字母码元键盘，26进制部件字母码元键盘，还有韩文的28进制字母码元键盘，俄文的33进制字母码元键盘，以及中国维文的30进制字母码元键盘等。中文字根（或部件）与作为编码性质的码元是有区别的，比如，笔画码采取一个数字码元对应一类笔画；部件码采取一个字母码元对应多个字根，如五笔字型编码码元就是一个字母码元对应多个字根；郑码存在一个字根对应两个字母码元；数字音笔码还存在一个汉语音节一一对应一组数字码元单工通信：所谓单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。例如遥控、遥测，就是单工通信方式。单工通信信道是单向信道，发送端和接收端的身份是固定的，发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息，数据信号仅从一端传送到另一端，即信息流是单方向的。通信双方采用“按——讲”(PushToTalk,PTT)单工通信属于点到点的通信。根据收发频率的异同，单工通信可分为同频通信和异频通信；半双工通信：即Half-duplexCommunication。这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行。也就是说，通信信道的每一段都可以是发送端，也可以是接收端。但同一时刻里，信息只能有一个传输方向。如日常生活中的例子有步话机通信等。半双工传输的协作是称为线路规程的过程的一部分，它是OSI模型的第二层，数据链路层所包含的一项功能。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受信息的信息交互方式。全双工(FullDuplex)是在微处理器与外围设备之间采用发送线和接受线各自独立的方法，可以使数据在两个方向上同时进行传送操作。指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。全双工以太网使用两对电缆线，而不是像半双工方式那样使用一对电缆线。全双工方式在发送设备的发送方和接收设备的接收方之间采取点到点的连接，这意味着在全双工的传送方式下，可以得到更高的数据传输速度。串行传输：串行传输是指数据的二进制代码在一条物理信道上以位为单位按时间顺序逐位传输的方式。串行传输时，发送端逐位发送，接收端逐位接受，同时，还要对所接受的字符进行确认，所以收发双方要采取同步措施。串行传输相对并行传输而言，传输速度慢，但只需一条物理信道，线路投资小，易于实现，特别适合远距离传输。串行传输是目前数据传输的主要方式；并行传输：并行传输是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输.一个编了码的字符通常是由若干位二进制数表示，如用ASCII码编码的符号是由8位二进制数表示的,则并行传输ASCII编码符号就需要8个传输信道,使表示一个符号的所有数据位能同时沿着各自的信道并排的传输.并行传输时，一次可以传一个字符，收发双发不存在同步的问题。而且速度快、控制方式简单。但是，并行传输需要多个物理通道。所以并行传输只适合于短距离、要求传输速度快的场合使用。3、常用的传输媒体有哪几种？各包含些什么内容？双绞线：分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。由两根相互绝缘的导线组成。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，有效带宽达250KHz，通信距离一般为几到十几公里。导线越粗其通信距离越远。在数字传输时，若传输速率为每秒几兆比特，则传输距离可达几公里。一般用作电话线传输声音信号。虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用同轴电缆：分基带同轴电缆和宽带同轴电缆，其结构是在一个包有一层绝缘的实心导线外，再套上一层外面也有一层绝缘的空心圆形导线。由于其高带宽(高达300〜400Hz)、低误码率、性能价格比高，所以用在LAN中，同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不同而不同，由于易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。光导纤维：以光纤作为载体，利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、重量轻；传输频带宽、通信容量大；抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好，误码率低。但光电接口的价格较昂贵。光纤被广泛用于电信系统铺设主干线。（4）无线信道：分地面微波接力通信和卫星通信。其主要优点是频率高，频带范围宽，通信信道的容量大；信号所受工业干扰较小，传输质量高，通信比较稳定；不受地理环境的影响，建设投资少、见效快。缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播，传输距离受到限制，一般只有50Km，隐蔽性和保密性较差。卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距离无关，但传播时延较大，技术较复杂，价格较贵。4、 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？因为在一般情况下，通信信道带宽远远大于用户所需的带宽，使用信道复用技术可以提高信道利用率，共享信道资源，降低网络成本，所以使用信道复用技术。多路复用最常用的两个设备是：一、 多路复用器，在发送端根据约定规则把多个低带宽信号复合成一个高带宽信号；二、 多路分配器，根据约定规则再把高带宽信号分解为多个低带宽信号。这两种设备统称为多路器（MUX）。5、 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-1OC-48FDM:频分多路复用（Frequency-divisionmultiplexing，FDM），是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。FDM常用于模拟传输的宽带网络中。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收；TDM：TDM就是时分复用模式。时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术；STDM:统计时分多路复用，又称异步时分多路复用，为了提高TDM系统的利用率，可以使用按需分配的技术，即根据用户需求动态分配时隙，以避免每帧中出现空闲的时隙.此时复用器传输的数据只来自正在工作的设备，这种动态分配时隙的工作方式称为统计时分复用（StatisticalTimeDivisionMultiplexing,STDM）；与传统TDM一样,STDM可与n条低速输入线路相连，由于每条输入线路并非一直有数据输入，因此STDM时隙k可小于n,这说明复用信道上数据速率可低于各个输入线路速率之和.或者说对于同样速率的复用信道,STDM可以复接更多的线路，即提高了信道的利用率，STDM（统计时分复用）使用STDM帧来接收、传送复用的数据。但是每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数；WDM:是DenseWavelengthDivisionMultiplexing（密集波分复用）的缩写，这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能（例如，达到最小程度的色散或者衰减），这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量；DWDM:密集型光波复用（DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能（例如，达到最小程度的色散或者衰减）,。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量；CDMA：（CodeDivisionMultipleAccess）又称码分多址，是在无线通讯上使用的技术，CDMA允许所有使用者同时使用全部频带（1.2288Mhz），且把其他使用者发出讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞（collision）问题°CDMA中所提供语音编码技术，通话品质比目前GSM好，且可把用户对话时周围环境噪音降低，使通话更清晰。就安全性能而言，CDMA不但有良好的认证体制，更因其传输特性，用码来区分用户，防止被人盗听的能力大大增强。WidebandCDMA（WCDMA）宽带码分多址传输技术，为IMT-2000的重要基础技术，将是第三代数字无线通信系统标准之一；SONET：（SynchronousOpticalNetwork）同步光纤网络。美国在1988年首先推出的一个数字传输标准，整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟（采用昂贵铯原子钟，精度优于正负10的-11次方）。SONET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51.84Mb/s为基础，大约对应于T3/E3的传输速率，此速率对电信号称为第1级同步传送信号，即STS-1；对光信号则成为第1级光载波（OpticalCarrier，OC），即OC-1。现已定义了从OC-1—51.84Mb/s一直到OC-3072—about160Gbit/s的标准。通常表示为OC-n。我们有时在文献中会看到“POS端口传输速率支持STM-1/OC-3（155.52Mbit/s）......“的字样。对于STM（同步传输模块，应用于SDH：SynchronousDigitalHierarchy，同步数字系列）而言，其有不同级别的同步传输模块，而STM-1为第1级同步模块，其对应的是STM的基本速率155.52Mb/s。而OC-3即为SONET的第3级光载波速率，51.83*3=155.49Mb/s，故认为STM-1和SONETOC-3的速率相当，而相比较早出现。它是连接光纤传输系统的标准，是美国国家标准化组织在80年代中期开发的。它是一个全球的物理网络，非常象局域网中的以太网双绞线电缆。SONET可以使用1Gbps以上的速度发送数据，而且能够发送数据、语音和图像；SDH：SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系）光端机容量较大，一般是16E1到4032E1。SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电报电话咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点；STM-1：STM-1为速率155.520Mbps的同步传输模块（STM-SynchronousTransferModule），是SDH信号的最基本模块。STM-1是网络的光口卡；OC-48:OC-48传输速度为2488.32Mbit/s，负荷为2405.376Mbit/s，运行时间482.944Mbit/s。它是SONET光缆基本速率OC-1的48倍。它等同于STS-48（电平）和STM-16（SDH）。OC-48是一种网络与传输速度高达2488.32/s的（有效载荷:2405.376/s的;开销：82.944兆位/秒）。与通常的价格便宜的接口，并高于OC-3的，业主立案法团-12连接，甚至超过了千兆以太网，OC-48连接作为骨干许多区域互联网服务供应商.之间的相互关系大互联网服务供应商为目的的对等或过境的现象相当普遍。.截至2005年，是唯一连接的广泛使用

是超越的OC-48速率OC-192和10个千兆位以太网。OC-48也被用作传输速度为从支流的OC-192节点，以优化卡槽利用在较低的速度部署使用。DroppingatOC-12,OC-3orSTS-1speedsaremorecommonlyfoundonOC-48terminals,whereuseofthesecardsonanOC-192wouldnotallowforfulluseoftheavailablebandwidth在下降的OC-12，OC-3的或STS-1的速度较为普遍发现的OC-48终端，在使用这些卡上的OC-192将不能够充分利用现有的带宽。6、码分多址CDMA的复用方法有何优缺点？CDMA是CodeDivisionMultipleAccess的缩写，被翻做码分多址。这是现代通信技术中用来实现信道共享的一种技术。所谓信道，可以是电磁信号的一个特定频率区域，称为频带；也可以是信号的一个特定时间片段，称为帧。所谓信道共享，就是将同一个信道供多个用户同时使用并保证互不干扰。信道共享可以提高信道资源的利用率。有许多不同的技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术，英文就是FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess/Address）0这是模拟载波通信、微波通信、卫星通信的基本技术，也是第一代模拟移动通信的基本技术。类似地，可以把信道帧划分为若干不相重叠的时隙，把每个时隙分配给一个用户作为专用地址。这就是“时分多址”，即TDMA（TimeDivisionMultipleAccess/Address）o这是数字数据通信和第二代移动通信的基本技术。如果各个用户的地址既不是指定的信号子频带也不是时隙，而是信号的一组正交编码结构（码型），这些用户信号也可以同时在同一个信道上传输而互不干扰。这种技术称为“码分多址”，即CDMA。理论和实践证明，与FDMA及TDMA相比，除了其它一些优点之外，在相同的信道条件下，CDMA具有更高的信道资源利用率，因此，成为第三代移动通信信道共享的基本方式。CDMA是码分多址的英文缩写（CodeDivisionMuitipleAccess），它是在数字技术的分支--扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术°CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。移动通信系统有多种分类方法。例如按信号性质分，可分为模拟、数字；按调制方式分，可分为调频、调相、调幅；按多址连接方式分，可分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。GSM比模拟移动电话有很大的优势，但是，在频谱效率上仅是模拟系统的3倍，容量有限；在话音质量上也很难达到有线电话水平；TDMA终端接入速率最高也只能达到9.6kbit/s；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量。因此，TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接入，而CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。CDMA技术的出现源自于人类对更高质量无线通信的需求。第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。1995年，第一个CDMA商用系统运行之后，CDMA技术理论上的诸多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和亚洲等地得到了迅速推广和应用。全球许多国家和地区，包括中国香港、韩国、日本、美国都已建有CDMA商用网络。在美国和日本，CDMA成为国内的主要移动通信技术。在美国，10个移动通信运营公

司中有7家选用CDMA。到今年4月，韩国有60%的人口成为CDMA用户。在澳大利亚主办的第28届奥运会中，CDMA技术更是发挥了重要作用7、试比较ADSL、HFC及FTTx接入技术的优缺点。HFC：优点：很宽频带，能利用有线电线网缺点：在HFC网的上行频段正是无线电干扰和各种家电所产生的干扰较为集中的频断