【计算机网络详解】——物理层(学习笔记)

news2024/11/24 15:14:21

📖 前言:今天我们将一起探索电脑网络中最基础的一层,物理层。从摩斯电码到光纤传输的高速互联网时代,物理层在不断发展和创新。让我们一起深入到网络通讯的本质,探究物理层与我们的日常联系密不可分的原因。

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目录

  • 🕒 0. 思维导图
  • 🕒 1. 物理层基本概念
    • 🕘 1.1 物理层协议主要任务
  • 🕒 2. 传输媒体
    • 🕘 2.1 导引型传输媒体
      • 🕤 2.1.1 同轴电缆
      • 🕤 2.1.2 双绞线
      • 🕤 2.1.3 光纤
      • 🕤 2.1.4 电力线(电力猫)
    • 🕘 2.2 非导引型传输媒体
      • 🕤 2.2.1 无线电波
      • 🕤 2.2.2 微波
      • 🕤 2.2.3 红外线
      • 🕤 2.2.4 可见光
  • 🕒 3. 传输方式
    • 🕘 3.1 串行/并行传输
    • 🕘 3.2 同步/异步传输
    • 🕘 3.3 单工/半双工/全双工 ☆
  • 🕒 4. 编码与调制
    • 🕘 4.1 概念
    • 🕘 4.2 常用编码
      • 🕤 4.2.1 不归零编码
      • 🕤 4.2.2 归零编码
      • 🕤 4.2.3 曼彻斯特编码
      • 🕤 4.2.4 差分曼彻斯特编码
    • 🕘 4.3 基本调制方法
      • 🕤 4.3.1 QAM-16
  • 🕒 5. 信道的极限容量
    • 🕘 5.1 码间串扰
    • 🕘 5.2 奈氏准则
    • 🕘 5.3 香农公式
  • 🕒 6. 宽带接入技术
    • 🕘 6.1 ADSL技术
    • 🕘 6.2 光纤同轴混合网(HFC 网)
    • 🕘 6.3 FTTx技术
  • 🕒 7. 课后习题

🕒 0. 思维导图

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🕒 1. 物理层基本概念

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

物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异,使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。(透明)

🕘 1.1 物理层协议主要任务

  • 机械特性:指明接口所用接线器的形状尺寸引脚数目排列、固定锁定装置
  • 电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
  • 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
  • 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. 传输媒体

🕘 2.1 导引型传输媒体

🕤 2.1.1 同轴电缆

电缆各层都是同轴心的,因此称同轴电缆

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基带同轴电缆(50 Ω \Omega Ω):数字传输,过去用于局域网
宽带同轴电缆(75 Ω \Omega Ω):模拟传输,目前主要用于有线电视

同轴电缆屏蔽性较好、抗干扰能力较强,但制作工艺复杂,价格较贵且布线不够灵活和方便,随着集线器的出现,在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输媒体。

🕤 2.1.2 双绞线

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后按照一定规则绞合起来就构成了双绞线,这是一种古老且常用的传输媒体。

绞合的作用:①抵御部分来自外界的电磁波干扰 ②减少相邻导线的电磁干扰

常用绞合线类别、带宽和典型应用:
 绞合线类别   带宽   线缆特点   典型应用  3 16 M H z  2对4芯双绞线   模拟电话 ; 曾用于传统以太网  ( 10 M b i t / s ) 4 20 M H z  4对8芯双绞线   曾用于令牌局域网  5 100 M H z  与4类相比增加了绞合度   传输速率不超过100Mbit/s的应用   5E(超5类) 125 M H z  与5类相比衰减更小   传输速率不超过1Gbit/s的应用  6 250 M H z  与5类相比改善了串扰等性能   传输速率高于1Gbit/s的应用  7 600 M H z  使用屏蔽双绞线   传输速率高于10Gbit/s的应用  \begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text { 绞合线类别 } & {\text { 带宽 }} & {\text { 线缆特点 }} & {\text { 典型应用 }} \\ \hline 3 & 16 \mathrm{MHz} & \text { 2对4芯双绞线 } & \text { 模拟电话 ; 曾用于传统以太网 }(10 \mathrm{Mbit} / \mathrm{s}) \\ \hline 4 & 20 \mathrm{MHz} & \text { 4对8芯双绞线 } & \text { 曾用于令牌局域网 } \\ \hline 5 & 100 \mathrm{MHz} & \text { 与4类相比增加了绞合度 } & \text { 传输速率不超过100Mbit/s的应用 } \\ \hline \text { 5E(超5类)} & 125 \mathrm{MHz} & \text { 与5类相比衰减更小 } & \text { 传输速率不超过1Gbit/s的应用 } \\ \hline 6 & 250 \mathrm{MHz} & \text { 与5类相比改善了串扰等性能 } & \text { 传输速率高于1Gbit/s的应用 } \\ \hline 7 & 600 \mathrm{MHz} & \text { 使用屏蔽双绞线 } & \text { 传输速率高于10Gbit/s的应用 } \\ \hline \end{array}  绞合线类别 345 5E(超5类)67 带宽 16MHz20MHz100MHz125MHz250MHz600MHz 线缆特点  24芯双绞线  48芯双绞线  4类相比增加了绞合度  5类相比衰减更小  5类相比改善了串扰等性能  使用屏蔽双绞线  典型应用  模拟电话 ; 曾用于传统以太网 (10Mbit/s) 曾用于令牌局域网  传输速率不超过100Mbit/s的应用  传输速率不超过1Gbit/s的应用  传输速率高于1Gbit/s的应用  传输速率高于10Gbit/s的应用 

无屏蔽双绞线UTP电缆:
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屏蔽双绞线STP电缆:其与UTP相比增加了金属丝编织的屏蔽层,提高了抗电磁干扰能力。

🕤 2.1.3 光纤

光纤很细,因此必须将其做成结实的光缆。一根光缆少则一根光纤,多则可包括数百根。

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纤芯直径

  • 多模光纤:50微米,62.5微米
  • 单模光纤:9微米
  • 纤芯外包层:125微米

工作波长

  • 0.85微米(衰减较大)
  • 1.30微米(衰减较小)
  • 1.55微米(衰减较小)

优点

  • 通信容量大(25000~30000GHz的带宽)
  • 传输损耗小,远距离传输时更加经济
  • 抗雷电和抗电磁干扰性能好。这在大电流脉冲干扰环境下尤为重要
  • 无串音干扰,保密性好,不易被窃听
  • 体积小,重量轻

缺点

  • 割接需要专用设备
  • 光电接口价格较贵

原理
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  • 当光从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时,其折射角将大于入射角
  • 因此,如果入射角足够大,就会出现全反射,即光碰到包层时,就会反射回纤芯。

如果全反射一直进行,则光就会沿着光纤一直传输下去。

实际上只要入射角大于某个临界角度就可以发生全反射,因此多条不同角度的光可以在光线里一起传输,这种光纤称作多模光纤

  • 由于色散(模式、材料、波导色散),光在多模光纤中传输一定距离后必然产生失真(脉冲展宽),因此多模光纤只适合近距离传输(建筑物内);
  • 发送光源可使用发光二极管(便宜);接收检测可用光电二极管

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若光纤直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导一样,可使光线一直向前传播,而不会产生多次反射,这样的光纤称作单模光纤

  • 没有模式色散,在1.31微米波长附近,材料色散和波导色散大小相等符号相反,两者正好抵消;
  • 单模光纤适合长距离传输且衰减小,但其制造成本高,对光源要求高;
  • 发送光源需要使用激光发生器(贵);接收检测用激光检波器。

🕤 2.1.4 电力线(电力猫)

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🕘 2.2 非导引型传输媒体

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🕤 2.2.1 无线电波

低频和中频频段用地面波传播;高频和甚高频靠电离层(地球上方100~500千米高空的带电离子层)反射
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🕤 2.2.2 微波

微波会穿透电离层进入宇宙,因此其不能通过电离层反射到很远的地方。

地面微波接力通信

  • 微波是直线传播的,而地球表面是个曲面,因此传播距离受到限制,一般只有50KM左右;如果采用100米高的天线塔,则传播距离可增大到100公里。
  • 为实现远距离通信,必须在一个微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站,中继站把前一阵送来的信号经过放大后再发送到下一站

卫星通信
在地球站之间,利用位于约36000KM高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力,其最大特点是通信距离远,传播时延大(约250~300ms)。低轨道卫星通信系统也已经正在部署。
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卫星通信有成本高、传播时延长、受气候影响大、保密性差、误码率较高的特点。

🕤 2.2.3 红外线

  • 点对点无线传输
  • 直线传播,中间不能有障碍物,传输距离短
  • 传输速率低(4Mb/s~16Mb/s)

🕤 2.2.4 可见光

即光源作为信号源(如LiFi),前景好,暂时未被大范围应用

🕒 3. 传输方式

🕘 3.1 串行/并行传输

串行传输:数据是1个比特1个比特依次发送的,发送端与接收端之间只用1条数据传输线即可
并行传输:一次发送n个比特而不是一个比特,在发送端和接收端之间要有n条传输线路

在计算机网络中,数据在传输线路上的传输时串行传输;而计算机内部(如CPU和内存)多使用并行传输

🕘 3.2 同步/异步传输

同步传输:数据块以稳定的比特流形式传输,字节之间没有间隔。接收端在每个比特信号的中间时刻(有区分0,1的标志)进行检测,以判别接收到的是比特0还是1。

由于不同设备的时钟频率存在一定差异,不可能完全相同,在传输大量数据的过程中,所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。因此需要采取方法使双方的时钟保持同步

收发双方时钟同步方法

  • 外同步:在收发双方之间加一条单独的时钟信号线
  • 内同步:发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(如曼彻斯特编码)

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异步传输:以字节为独立的传输单位,字节间的时间间隔不是固定的,接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步,为此通常传送前要在每个字节前后加上起始位和结束位

  • 异步是指字节之间异步(字节之间的时间间隔不固定)
  • 字节中的每个比特仍然要同步(各比特的持续时间是相同的)

🕘 3.3 单工/半双工/全双工 ☆

  • 单工通信:通信双方只有一个数据传输方向(无线电广播)
  • 半双工通信:通信双方可以相互传输数据,但不能同时进行(对讲机)
  • 全双工通信:通信双方可以同时发送和接收消息(电话)

单工需要一条信道;其他的需要两条(一个方向一条)

🕒 4. 编码与调制

🕘 4.1 概念

  • 消息(message)包括文字、图片、音频和视频
  • 数据是运送消息的实体:计算机中的网卡将比特10变换成相应电信号发送到网线,即信号。
  • 信号是数据的电磁表现:由信源(网卡)发出的原始电信号称为基带信号。
  • 基带信号又分为数字基带信号(CPU和内存传输的信号)和模拟基带信号(麦克风收到声音后转变的电信号)。

信号需要在信道中进行传输,信道可分为数字信道模拟信道,如果使用信道复用技术,传输媒体里可以有多个信道。

  • 在不改变信号性质的前提下,仅对基带信号的波形进行变换,称为编码。编码后产生的信号还是数字信号,可以在数字信道中传输;
  • 把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,称为调制。调制后产生的信号是模拟信号,可以在模拟信道中传输。

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码元:在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形
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🕘 4.2 常用编码

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🕤 4.2.1 不归零编码

正电平代表比特1,负电平代表比特0在整个码元时间内,电平不会出现零电平。由于每个码元之间并没有间隔标志,所以它不包含同步信息

Q:这种编码方式如何区分连续几个相同电平呢?
A:这要求发送方发送和接收方接收严格同步,这就需要额外一根传输线来传输时钟信号。接收方按照时钟节拍逐个接收码元。但是对于计算机网络,多的线不如拿来传输数据,因此由于存在同步问题,计算机中的数据传输不使用不归零编码

🕤 4.2.2 归零编码

每个码元传输结束后信号都要"归零",所以接收方只要在信号归零后进行采样即可,不需要单独的时钟信号。

实际上,归零编码相当于把时钟信号用"归零"方式编码在了数据之内,这称为"自同步"信号

归零编码中的大部分数据带宽都用来传输"归零"而浪费掉了(编码效率低)

🕤 4.2.3 曼彻斯特编码

码元的中间时刻既表示时钟,又表示数据。根据正负跳变来区分比特

具体如何根据跳变实现同步?

第一次数据跳变的时间记录下来(即半个码元的时间),此后每过一个码元的时间就进行检测,根据跳变方向决定数据为0还是1

🕤 4.2.4 差分曼彻斯特编码

①跳变仅表示时钟 ②码元开始处电平是否发生变化表示数据。

🕘 4.3 基本调制方法

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如上一个码元对应一个比特,如何能让1个码元包含多个比特呢?

可以使用混合调制。正弦信号 A sin ⁡ ω ( x + φ ω ) A\sin \omega(x+\dfrac{\varphi}{\omega}) Asinω(x+ωφ),相位和频率是相关的,因此二者不可同时做修改,通常情况下,相位和振幅可以结合起来其一调制,称为正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

🕤 4.3.1 QAM-16

  • 12种相位
  • 每种相位有1或2种振幅可选
  • 可以调制出16种码元(波形),即16个形状可以用4个二进制位排列组合表示,所以一个码元可以对应4比特

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码元与4个比特的对应关系要采用格雷码(任意两个相邻码元只有一位不同)

🕒 5. 信道的极限容量

🕘 5.1 码间串扰

通信质量较差的信道在传输信号的过程中会发生严重失真(无法识别原信号)
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失真因素

  • 码元传输速率
  • 信号传输距离
  • 噪声干扰
  • 传输媒体质量

🕘 5.2 奈氏准则

在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元传输速率是有上限的

理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud = 2W(单位:码元/秒)
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog2V(单位:码元/秒)
理想带通信道的最高码元传输速率 = W Baud = W(单位:码元/秒)

  • W:信道带宽(单位为Hz)
  • Baud:波特,即码元/秒
  • Log2V:有几种码元/码元的离散电平数

码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率。它与比特率有一定关系:

  • 当1个码元只携带1比特的信息量时,则波特率(码元/秒)与比特率(比特/秒)在数值上是相等的;
  • 当1个码元携带n比特的信息量时,则波特率转换成比特率时,数值要乘以n。

要提高信息传输速率(比特率),就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量。这需要采用多元制。

实际的信道所能传输的最高码元速率,要明显低于奈氏准则给出的这个上限数值。

Q:只要采用更好的调制方法,让码元可以携带更多的比特,岂不是可以无限制地提高信息的传输速率?
A:答案是否定的。因为信道的极限信息传输速率还要受限于实际的信号在信道中传输时的信噪比。

🕘 5.3 香农公式

C = W × l o g 2 ( 1 + S N ) (单位: b i t / s ) \color{red}C=W \times log_2(1+\frac{S}{N}) (单位:bit/s) C=W×log2(1+NS)(单位:bit/s

C:信道的极限信息传输速率(单位:b/s)
W:信道带宽(单位:Hz)
S:信道内所传信号的平均功率
N:信道内的高斯噪声功率
S/N:信噪比(dB) = 10 × l o g 10 ( S N ) \color{red}10 \times log_{10}(\frac{S}{N}) 10×log10(NS)

信道带宽或信道中信噪比越大,信息的极限传输速率越高。

在实际信道上能够达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中,信号还要受到其他一些损伤,如各种脉冲干扰、信号在传输中的衰减和失真等,这些因素在香农公式中并未考虑。

在信道带宽一定的情况下,根据奈氏准则和香农公式,要想提高信息的传输速率就必须采用多元制(更好的调制方法)和努力提高信道中的信噪比

自从香农公式发布后,各种新的信号处理和调制方法就不断出现,其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限

例1:【2009年题34】在无噪声情况下,若某通信链路的带宽为3kHz,采用4个相位,每个相位具有4种振幅的QAM调制技术,则该通信链路的最大数据传输速率是
A.12 kbps
B.24 kbps
C.48 kbps
D.96 kbps

【解析】(1)根据奈氏准则可知,该通信链路的最高码元传输速率= 2 x 3k = 6k (Baud) = 6k(码元/秒)
(2)采用4个相位,每个相位4种振幅的QAM调制技术,可以调制出4x4=16个不同的基本波形(码元);
采用二进制对这16个不同的码元进行编码,需要使用4个比特( l o g 2 16 log_216 log216 = 4)。换句话说,每个码元可以携带的信息量为4比特;
综合(1)和(2)可知,该通信链路的最大数据传输速率=6k(码元/秒)x4(比特/码元) = 24k(比特/秒)=24kbps
因此答案选B

例2:【2011年题34】若某通信链路的数据传输速率为2400bps,采用4相位调制,则该链路的波特率是
A.600波特
B.1200波特
C.4800波特
D.9600波特
【解析】(1)采用4相位调制,可以调制出4种相位不同的基本波形(码元)。采用二进制对这4个不同的码元进行编码,需要使用2个比特(log24 = 2)。换句话说,每个码元可以携带的信息量为2比特;
(2)数据传输速率 = 波特率(码元传输速率) × 每个码元所携带的信息量
2400(比特/秒) = 波特率 × 2 (比特/码元)
解得:波特率=1200(码元/秒)= 1200 baud/s

例3:【2016年题34】若连接R2和R3链路的频率带宽为8kHz,信噪比为30dB,该链路实际数据传输速率约为理论最大数据传输速率的50%,则该链路的实际数据传输速率约是
A.8 kbps
B.20 kbps
C.40 kbps
D.80 kbps
【解析】理论最大数据传输速率 c = 8 k × l o g 2 ( 1 + S N ) c=8k \times log_2(1+\frac{S}{N}) c=8k×log2(1+NS),信噪比: 30 ( d B ) = 10 × l o g 10 ( S N ) 30(dB)= 10 \times log_{10}(\frac{S}{N}) 30dB=10×log10(NS),解得 S N \frac{S}{N} NS= 1000 代入上式 c = 8 k × l o g 2 ( 1 + 1000 ) ≈ 80 c= 8k \times log2(1 + 1000) \approx 80 c=8k×log2(1+1000)80 kbps
该链路的实际数据传输速率 c × 50 % = 40 k b p s c \times 50\%= 40 kbps c×50%=40kbps
因此选C

例4:【2017年 题34】若信道在无噪声情况下的极限数据传输速率不小于信噪比为30dB条件下的极限数据传输速率,则信号状态数至少是
A.4
B.8
C.16
D.32
【解析】设信号状态数(可调制出的不同基本波形或码元数量)为X则每个码元可携带的比特数量为 l o g 2 X log_2X log2X
信道在无噪声情况下的极限数据传输速率(用奈氏准则计算)= 2W(码元/秒)= 2W l o g 2 X log_2X log2X(比特/秒)
30dB信噪比条件下的极限数据传输速率(用香农公式计算)= W l o g 2 X log_2X log2X(1 + 1000)(比特/秒)
根据题意列出不等式:2W l o g 2 X log_2X log2X ≥ W l o g 2 X log_2X log2X(1 + 1000)
解得 X ≥ 32 X ≥ 32 X32,选D
🔎 2017年 题34 视频解析

🕒 6. 宽带接入技术

🕘 6.1 ADSL技术

非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 技术:用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。

ADSL 技术把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

ADSL 的 ITU 的标准:G.992.1(或称 G.dmt)。

非对称:下行(从 ISP 到用户)带宽远大于上行(从用户到 ISP)带宽。

🕘 6.2 光纤同轴混合网(HFC 网)

HFC (Hybrid Fiber Coax) 网基于有线电视网 CATV 网。

改造:把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤

机顶盒(set-top box):

  • 连接在同轴电缆和用户的电视机之间。
  • 使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号。

电缆调制解调器(cable modem):

  • 将用户计算机接入互联网。
  • 在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。
  • 不需要成对使用,而只需安装在用户端。
  • 复杂,必须解决共享信道中可能出现的冲突问题。

🕘 6.3 FTTx技术

代表多种宽带光纤接入方式。
FTTx 表示 Fiber To The…(光纤到…(任意地点)),

🕒 7. 课后习题

  1. 【单选题】利用一根同轴电缆互连主机构成以太网,则主机间的通信方式为( )。
    A、全双工
    B、半双工
    C、单工
    D、不确定

  2. 【单选题】同轴电缆比双绞线的传输速率更快,得益于( )。
    A、同轴电缆的铜心比双绞线粗,能通过更大的电流
    B、同轴电缆的阻抗比较标准,减少了信号的衰减
    C、同轴电缆具有更高的屏蔽性,同时有更好的抗噪声性
    D、以上都正确

  3. 【单选题】以下关于单模光纤的说法中,正确的是( )。
    A、光纤越粗,数据传输率越高
    B、如果光纤的直径减小到只有光的一个波长大小,那么光沿直线传播
    C、光源是发光二极管或激光
    D、光纤越细,数据传输率越高

  4. 【判断题】在有线传输媒介中,双绞线最便宜,光纤带宽最大。

  5. 【单选题】采用8种相位,每种相位各有2种幅度的QAM调制方法,在1200Baud的信号传输速率下能达到的数据传输率为
    A、2400b/s
    B、9600b/s
    C、4800b/s
    D、3600b/s

  6. 【单选题】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,可以获得的数据率为
    A、5000比特/秒
    B、10000比特/秒
    C、20000比特/秒
    D、80000比特/秒

  7. 【单选题】某信道的波特率为1000Baud, 若令其数据传输率达到4kb/s,则一个信号码元所取的有效离散值个数为( )。
    A、2
    B、4
    C、8
    D、16

  8. 【单选题】已知某信道的数据传输速率为64kb/s,一个载波信号码元有4个有效离散值,则该信道的波特率为
    A、16kBaud
    B、32kBaud
    C、64kBaud
    D、128kBaud

  9. 【单选题】两个网段在物理层进行互联时要求( )。
    A、数据传输率和数据链路层协议都可以不同
    B、数据传输率和数据链路层协议都要相同
    C、数据传输率要相同,但数据链路层协议可以不同
    D、数据传输率可以不同,但数据链路层协议要相同

  10. 【单选题】下列关于物理层设备的叙述中,错误的是( )。
    A、中继器仅作用于信号的电气部分
    B、利用中继器来扩大网络传输距离的原理是它将衰减的信号进行了放大
    C、集线器实质上相当于一个多端口的中继器
    D、物理层设备连接的几个网段仍然是一个局域网,且不能连接具有不同数据链路层协议的网段

  11. 【单选题】通过提高信噪比可以减弱其影响的差错是( )。
    A、随机差错
    B、突发差错
    C、数据丢失差错
    D、干扰差错

  12. 【判断题】在CDMA中,假设给S站分配的码片序列为01011101,给T站分配的码片序列为10111000,这样的分配()

  13. 【单选题】二进制信号在信噪比为127:1 的4kHz信道上传输,最大的数据速率可以达到( )。
    A、28000b/s
    B、8000b/s
    C、4000b/s
    D、无限大

  14. 【多选题】一个数据通信系统可划分为三大部分,即
    A、源系统
    B、传输系统
    C、目的系统
    D、端系统

  15. 【判断题】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。

  16. 【填空题】基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号,因此大家更愿意把这种过程称为______。经过载波调制后的信号称为________。

答案:1.B(解析:传统以太网采用广播的方式发送信息,同一时间只允许一台主机发送信息,否则各主机之间就会形成冲突,因此主机间的通信方式是半双工。)
2.C(解析:同轴电缆以硬铜线为心,外面包一层绝缘材料,绝缘材料的外面再包围一层密织的网状导体,导体的外面又覆盖一层保护性的塑料外壳。这种结构使得它具有更高的屏蔽性,从而既有很高的带宽,又有很好的抗噪性。因此同轴电缆的带宽更高得益于它的高屏蔽性。)
3.B(解析:光纤的直径减小到与光线的一个波长相同时,光纤就如同一个波导,光在其中没有反射,而沿直线传播,这就是单模光纤。)
4.√ 5.C(解析:每个信号可以有8×2=16种变化,每个码元携带log216=4bit的信息,则信息的传输速率为1200×4=4800b/s)
6.D(解析:把码元的振幅划分为16个不同等级来传送,则每个码元可携带的信息量为4个比特(log216=4)码元速率为20000码元/秒,则相应的数据率为20000 x 4 = 80000(比特/秒)。)
7.D(解析:比特率=波特率 × log2(n), 若一个码元含有n比特的信息量,则表示该码元所需要的不同离散值为2n个。数值上,波特率=比特率/每码元所含比特数,因此每码元所含比特数= 4000/1000=4比特,有效离散值的个数为24= 16)
8.B(解析:一个码元若取2n个不同的离散值,则含有n比特的信息量。一个载波信号码元有4个有效离散值,则可知一个码元包含的比特数量为log24 = 2 由于数值上波特率=比特率/每符号所含比特数,由于数据传输速率为64kb/s,则码元传输速率为(64/2)码元/秒=32 Baud)
9.C(解析:在物理层互联时,各种网络的数据传输率如果不同,那么可能出现以下两种情况:①发送方的速率高于接收方,接收方来不及接收导致溢出(因为物理层没有流量控制),数据丢失。②接收方的速率高于发送方,不会出现数据丢失的情况,但效率极低。综上所述,数据传输率必须相同。另外,链路层协议可以不同,如果是在数据链路层互联,那么要求数据链路层协议也要相同。对此总结是:本层及本层以下协议必须相同,本层以上协议可以不同。注意,在物理层互联成功,只表明这两个网段之间可以互相传送物理层信号,但并不能保证可以互相传送数据链路层的帧,要达到在数据链路层互通的目的,要求数据传输率和链路层协议都相同。)
10.B(解析:中继器的原理是将衰减的信号再生,而不是放大,连接后的网段仍然属于同一个局域网。)
11.A(解析:一般来说,数据的传输差错是由噪声引起的。通信信道的噪声可以分为两类:热噪声和冲击噪声。热噪声一般是信道固有的,引起的差错是随机差错,可以通过提高信噪比来降低它对数据传输的影响。冲击噪声一般是由外界电磁干扰引起的,引起的差错是突发差错,它是引起传输差错的主要原因,无法通过提高信噪比来避免。)
12.×(解析:CDMA给不同站点分配的码片序列应该是正交的,很明显S·T ≠ 0)
13.B(解析:依香农定理,最大数据率= Wlog2(1 + S/N) = 4000 × log2(1 + 127) = 28000b/s,本题容易误选A。但注意题中“二进制信号”的限制,依奈氏准则,理想低通信道下的极限传输速率 = 2W x log2V (b/s)= 2 x 4kHz x log22 (b/s)= 2 x 4000Hz x 1 (b/s)= 8000b/s,两个上限中取最小的,因此选B。)
14.ABC 15.√ 16.编码、带通信号


适用视频:湖科大教书匠
适用教材:计算机网络(第8版) 谢希仁


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作者:HinsCoder
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