第二章 计算机网络基础知识习题参考答案

第二章 计算机网络基础知识习题参考答案
1.简述模拟数据及数字数据的模拟信号及数字信号表示方法。
（1）模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波，可以利用某个参量（幅度，频率， 相位）来表示传输数据； 数字信号则是一系列离散的电脉冲，可利用某一瞬间状态 模拟信号和数字信号可

通过参量(幅度)来表示：
（2）模拟数据和数字数据的表示 模拟数据可以直接用对应的随时间变化而连续变化的模拟信号来表示， 也可经相应的转换设 备转换后用离散的数字信号表示。 数字数据可用二进制编码后的离散数字

信号表示， 也可经转换设备转换后用连续变化的模拟 信号表示。
2.简述 MODEM 和 CODEC 的作用

MODEM 将数字数据调制转换为模拟信号，使之在适合于模拟信号的媒体上传输；而在线 路的另一端；MODEM 再将模拟信号解调还原为原来的数字数据。 CODEC 编码解码器， 将表示声音数据的模拟信号

编码转换成二进制流近似表示的数字信号； 而在线路的另一端，CODEC 将二进制位流解码恢复成原来的模拟数据。

3.什么是数据通信？
数据通信是一种通过计算机或其它数据装置与通信线路，完成数据编码信号的传输、转接、 存储和处理的通信技术。
4.数据传输速率与信号传输速率的单位各是什么？它们之间有什么关系？ （1）数据传输速率（每秒传输二进制信息的位数） ，单位是位/秒 bps 或 b/s， 计算公式: R=1/T×log2N(bps) T 为一个数

字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒； N 为一个码元（一个数字脉冲称为码元）所取的离散值个数。
通常 N=2K，K 为二进制信息的位数，K=log2N。 N=2 时，R=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。 （2）信号传输速率（单位时间内通过信道传输的码元数） ，单位是波特 Baud。 计算公

式: B=1/T (Baud) T 为信号码元的宽度，单位为秒． （3）对应关系式：R=B×log2N (bps) 或 B=R/log2N (Baud)
5. 数据传输速率与信道容量的单位各是什么？它们之间有什么关系？ 信道传输速率和信道容量的单位都是位/秒 bps 或 b/s。 信道容量表示一个信道的最大数据传输速率 区别：信道容量表示信道的

最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而数据传输速 率是实际的数据传输速率。
6.对于带宽为 6MHz 的信道,若用 4 种不同的状态来表示数据，在不考虑热噪声的情况下， 该信道的最大数据传输速率是多少？
[离散的信道容量：奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值 B 与信道带宽 H 的关系： B=2×H (Baud) 奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式：C=2×H×log2N (bps) H 为信道的带宽，即信道传

输上、下限频率的差值，单位为 Hz；N 为一个码元所取的离散 值个数。] 解：H=6M N=4 所以 C=2×H×log2N =2×6m×log24 =24Mbps。
7.信道带宽为 3KHz，信噪比为 30db，则每秒能发送的比特数不会超过多少？
[连续的信道容量：香农公式--带噪信道容量公式 C=H×log2(1+S/N) (bps) S 为信号功率，N 为噪声功率，S/N 为信噪比，通常把信噪比表示成 10 lg(S/N)分贝(dB)。] ∵ 10 lg(S/N)=30 ∴lg(S/N)

=3 S/N=1030/10=1000 H=3k∴ C= H×log2(1+S/N)=3k×log2(1+1000) =3k×log2 (1001) ≈3k×10=30k，得每秒发送的位数不超过 30K。

8.采用 8 种相位、每种相位各有两种幅度的 PAM 调制方法， 问在 1200Baud 的信号传输速率 下能达到的数据传输速率为多少？
∵N=8×2=16， 2H=B=1200，∴ C=2H×log2N=1200×log216=4800bps。

9.采用每种相位各有两种幅度的 PAM 调制方法，在带宽为 8KHz 的无噪信道上传输数字信 号，若要达到 64Kbps 的数据速率，问至少要多少种不同的相位？
∵ C=64K，H=8K，C=2×H×log2N，∴ log2N=C/2H=64K/16K=4， N=16，至少要有 8 种不 同的相位。
10.简述异步传输方式与同步传输方式的区别。
P22、P27 异步传输以字符为传输单位，一次只传输一个字符（由 5-8 位数据组成） 。每个字符有 1 个 起始位和 1 至 2 个停止位保证字符的同步，字符内以约定频率保证位同步，字符之间异步，

可有任意的空闲位。 同步传输以数据块的帧为传输单位， 每帧以特殊的同步字符或位模式作帧头帧尾标志， 保证 帧同步，帧内用外加的同步信号或用从数据信号中提取的同步信号保证位同步。
11.数据速率为 1200bps，采用无校验、1 位停止位的异步传输，问 1 分钟内最多能传输多少 个汉字（双字节）？
因为每秒传输 1200 位，每传送 1 字节需 10 位，所以每分钟最多能传送的汉字为 1200×60/20=3600
12.分别用标准曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码画出 1011001 的波形图。
曼彻斯特编码，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高 到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。 差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位

开始时有无跳变表示"0"或 "1"，有跳变为"0"，无跳变为"1"。 注：由于不会画图，只能参考课本图片，以参考编码画法，请谅解。
13.采用曼彻斯特编码的 10Mbps 局域网的波特率是多少？
因为曼彻斯特编码每码元传送 1/2 位，所以 R=B×1/2， 2R=B， B=20M
14.简述异步传输方式的字符格式，并说明各部分的作用。
异步传输方式中，每字符以 1 位逻辑 0 为起始，以 1 或 2 位逻辑 1 为终止，凡从终止位或任 意空闲位的 1 转为 0 确定为字符的开始， 按约定的频率确定约定的 5 至 8 位的数据位， 如果 有约

定的 1 位校验位则按约定的算法作差错检测。 参考：群同步传输每个字符由四部组成 1)1 位起始位，以逻辑"0"表示；2)5～8 位数据位，即要传输的字符内容； 3)1 位奇偶校验位，用于检错；4)1～

2 位停止位，以逻辑"1"表示,用作字符间的间隔。
15.信源以字节（8 比特）为单位传输数据，若数据速率为 B（bps） ，对下列两种情况分别计 算有效数据传输速率：
（1）异步串行传输，不用校验位、使用 1 位停止位 因为每 8 位字节要额外附加 2 位，所以有效数据传输速率最大可达 B×8/10=0.8B （2）同步串行传输，每帧包含 48 位控制位和 4096 位数据位
有效数据传输速率为 B×4096/(48+4096)=B×4096/4144≈0.988B
16.在相同数据速率下，分别采用异步协议和同步协议传输大批量数据，问两者的传输效率 之比约为百分之几？ 分析：异步协议的有效数据传输效率为 8 位数据位/10 位总数据位=8/10；同步协议的有

效数 据传输效率为有效数据位（可达几千位）/（有效数据位+帧头帧尾及其他相关控制位，数值 很小） （约数） 异步协议和同步协议的有效数据传输效率的百分比= =1/1 ； （8/10） /1×100%=80%

答：在相同数据速率下，异步协议和同步协议的有效数据传输效率的百分比为 80%
17.对于带宽为 4KHz 的语音信号，采用量化级别为 128 的 PCM 方法编码，问所产生的二进 制位起码要用多大传输速率的信道才能传输？
分析：由采样定理：Fs≥2Bs，其中 Fs 为采样频率，2Bs 为原始信号带宽（与 H 相同） ，信道 容 量 C=Fs·log2N≥2Bs·log2N ； 因 为 H=4KHz ， N=128 ， 所 以 由 奈 奎 斯 特 公 式 得 C=2

×4K×log2128=56Kbps 答：起码要用 56Kbps 传输速率的信道才能传输所产生的二进制位
18.简述 FDM、TDM、WDM 的实现原理。
FDM（频分多路复用）是在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，将该 物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道 传输一路信号的频分

多路复用技术。 多路原始信号在频分复用前， 先要通过频谱搬移技术将 各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上， 使信号的带宽不相互重叠， 可通过采用不 同的载波频率进行调制来实现，

为了防止相互干扰，使用保护带来隔离每一个通道，保护带 是一些不使用的频谱区。 TDM（时分多路复用）是若介质能达到的位传输速率超过传输数据所需要的数据传输速率 时， 将一条物理信道按时

间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用的时分多路复用技 术。每一时间片由复用的一个信号占用，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理 信道上传输多个数字信号。 WDM（波分多

路复用）是指在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长不同，所 以各路光信号互不干扰，最后再用波长解复用器将各路波长分解出来的波分多路复用技术。 根据每一信道光波的频率（或波

长）不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光 波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器）将不同规定波长的信号光载波合并 起来送入一根光纤进行传输，在接收端，再由一

波分复用器（分波器）将这些不同波长承载 不同信号的光载波分开的复用方式。
19.分别计算 T1 载波和 E1 载波的编码效率和开销率
分析：Bell 系统的 T1 载波利用脉码调制 PCM 和时分多路复用 TDM 技术，使 24 路采用声 音信号复用一个通道，帧结构中 24 路信道各自轮流将编码后的 8 位数字信号（7+1）组成 帧，其中 7 位

是编码的数据，第 8 位是控制信号。每帧除了 24×8=192 位之外，另加一位帧 同步位。这样，一帧（8×24+1）中就包含有 193 位，每一帧用 125μs 时间传送，因此 T1 系 统的数据传输速率为

1.544Mbps。ITU 建议了一种 2.048Mbps 速率的 PCM 载波标准，称为 E1 载波（欧洲标准） 。它的每一帧开始处有 8 位作同步用，中间有 8 位用作信令，再组织 30 路 8 位数据，全帧含 256 位，

每一帧也用 125μs 传送，可计算出数据传输速率为 256 位 /125μs=2.048Mbps T1 载波的编码效率=7×24/（8×24+1）=168/193≈0.87，式中：7×24 是编码数据位所占总的信 道数 8×24+1 是单帧

所占位； 开销率=（1×24+1）/193=25/193≈0.13，式中：1×24+1 是控制信号位所占，即开销。 E1 载波的编码效率=8×30/（8+8+8×30）=240/256≈0.94，式中：8×30 是 30 路 8 位数据位，

8+8+8×30 是单帧所占位； 开销率=（8+8）/256=16/256≈0.06，式中：8+8 是 8 位同步位，8 位作信令所占，即开销。
20.若要采用两种物理状态传输的 50Kbps 信道上传输 1.544Mbps 的 T1载波，问信道的信噪 比至少要多少？
因为 N=2，C=50K,C=2×H×log2N,所以 H=C/2=25K。因为 C=1.544M，H=25K，C=H×log2
（1+S/N） ， 所以 log2（1+S/N）=C/H=1544/25=61.76, 1+S/N≈261, S/N=261-1≈261， 10×log10261≈10×log10260=10×log1026×10=10×log1010246≈10×log101018=180 分贝
21.试比较电路交换、报文交换、虚电路分组交换及数据分组交换方式的特点：
电路交换：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一 对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。 报文交换：报文从源点传送到目的地采用“存储

—转发”的方式，在传送报文时，一个时刻仅 占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信 的要求。 分组交换分为： 数据报分组交换和虚电路分组交换

， 分组交换技术是计算机网络中使用最广 泛的一种交换技术。分组交换，交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并 规定了最大的分组长度。 在数据报分组交换中，目的地需要重新

组装报文； 在虚电路分组交换中，数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。
22.对于交换网定义如下参数:
N—两个给定站点间转接的节点数;
L—报文长度(比特);
B—链路上的数据传输速率(bps);
P—每个分组的长度(比特);
H—每个分组的开销(比特);
S—电路交换或虚电路分组交换的呼叫建立时间(秒);
D—每个转接点的转接延迟时间(秒)。
假设不需要确认,请分别计算电路交换、报文交换、虚电路分组交换和数据报分组交换的端 到端延迟时间。 电路交换 T=S+L/B
报文交换 T=L/B+N×D 虚电路分组交换 T=S+N[D+（P+H）/B] 数据分组交换 T=N[D+（P+H）/B]
23.比较 ARQ 和 FEC 方法的工作原理,说明它们的不同之处。 ARQ 自动请求重发的工作原理：接收端检测出有差错时，就设法通知发送方重发，直到正 确的码字收到为止。 FEC 前向纠错的工作原理

：接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位 置，从而加以纠正。 ARQ 只使用检错码，但必须是双向信道才可能将差错信息反馈至发送端。同时，发送方要 设置数据缓冲区， 用以

存放已发出去的数据， 以便知道出差错后可以调出数据缓冲区的内容 重新发送。 FEC 必须用纠错码，但它可以不需要反向信道来传道请求重发的信息，发送端也不需要存 放以备重发的数据缓冲区。
24.已知生成多项式为:X4+X3+X2+1,求信息位 1010101 的 CRC 码。 信息位：K(X)=X6+X4+X2+1=1010101 G(X)=X4+X3+X2+1=11101 R(X)=X4×K(X)/ G(X)=10101010000/11101=1001 10101011001
25.若海明码的监督关系式为: S0=a0+a3+a4+a5 S1=a1+a4+a5+a6 S2=a2+a3+a5+a6
接收端收到的码字为:a6a5a4a3a2a1a0=1010100,问在最多一位错的情况下发送端发送的信息 位是什么?
根据监督关系式，得错码位置表: s2s1s0 000 001 010 100 011 101 110 111 错位 无错 a0 a1 a2 a4 a3 a6 a5
根据收到码字 1010100 计算各校正因子： s0=0+0+1+0=1 s1=0+1+0+1=0 s2=1+0+0+1=0 得 s2s1s0=001，
因为在只有一位错的情况下，从上表得错位为 a0，所以原发送信息位为 1010101。 验算：a2=a3+a5+a6=0+0+1=1， a1=a4+a5+a6=1+0+1=0，a0=a3+a4+a5=0+1+0=1，冗余位： 101
26.同步数字序列（SDH）有哪些主要技术特点？
①STM—1 统一了 T1 载波与 E1 载波两大不同的数字速率体系， 使得数字信号在传输过程中， 不再需要转换标准，真正实现了数字传输体制上的国际性标准；
②SDH 网还有兼容光纤分布式数据接口 FDDI、分布队列双总线 DQDB 以及 ATM 信元；
③采用同步复用方式， 各种不同等级的码流在帧结构负荷内的排列是有规律的， 而净负荷与 网络是同步的， 因而只需利用软件即可使高速信号一次直接分离出低速复用的支路信号， 降 低了复用设备的复杂性；
④SDH 帧结构增加的网络管理字节，增强了网络管理能力，同时通过将网络管理功能分配 到网络组成单元，可以实现分布式传输网络的管理；
⑤标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现不同公司光接口设备的互联， 降低了组网成 本。 在上述特点中， 最核心的是同步复用、 标准光接口和强大的网管能力。 这些特点决定了 SDH 网是理想的广域网物理传输平台。