計算機網(wǎng)絡(luò)謝希仁物理層復(fù)習資料

1、v1.0可編輯可修改第二章物理層物理層的基本概念物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程物理層的主要任務(wù)：確定與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性機械特性電氣特性功能特性過程特性數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部多采用并行傳輸方式，但數(shù)據(jù)在通信線路（傳輸媒體）上的傳輸方式一般都是串行傳輸。數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型由原系統(tǒng)（發(fā)送端、發(fā)送方）、傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（接收端，接收方）組成輸入 數(shù)字比特流模擬信號 | | JLTLFL言調(diào)制解調(diào)器；源系統(tǒng)：1傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)便號目的系統(tǒng)輸入 數(shù)字比特流模擬信號 | | JLTLFL言調(diào)制解調(diào)器；源

2、系統(tǒng)：1傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)便號目的系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)輸出信息v1.0可編輯可修改數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模擬信號 數(shù)字比特流 顯示*_ruui_E公用電話多了一一、-一/ 調(diào)制解調(diào)器二信號的分類：模擬信號（連續(xù)信號）：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號（離散信號）：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。有關(guān)信道的幾個基本概念雙方信息交互的方式單工通信（單項通信）雙半工通信（雙向交替通信）全雙工通信（雙向同時通信）來自信源信號常稱為基帶信號（即基本頻帶信號）調(diào)制：基帶調(diào)制（編碼）：數(shù)字信號- 數(shù)字信號帶通調(diào)制（需要使用載波）：數(shù)字信號- 模擬信號常用編碼方式不歸零制：正電平代表1,負電平代表0歸零制：正脈沖代表 1,負

3、脈沖代表0v1.0可編輯可修改曼切斯特編碼（常用）：位周期中心的向上跳變代表0,向下跳變代表1.0,沒有跳比特流L_m_n 登恒藥乃l_tljLTLTLn0,沒有跳比特流L_m_n 登恒藥乃l_tljLTLTLn差分蛀布斯芬差分曼切斯特編碼：在每一位中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表變代表1.基本的帶通調(diào)制方法:調(diào)幅（AM）調(diào)頻（FM）調(diào)相（PM信道的極限容量奈氏準則（理想條件下）：在任何信道中，在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會出現(xiàn)碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。v1.0可編輯可修改香農(nóng)公式（帶寬受限、高斯白噪聲）指出：信道的極限信息傳輸速率C可

4、表達為SC = W log2（l + - tb/s）W為信道的帶寬（以 Hz為單位）S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率信噪比=10 logic （ ：） （dB ）提高信息傳輸速率的方法：提高信道帶寬提高信噪比提高每個碼元攜帶的信息量物理層下面的傳輸媒體導(dǎo)引型傳輸媒體. 雙絞線（雙扭線）.同軸電纜50同軸電纜一一LAN/數(shù)字傳輸常用70 同軸電纜一一有線電視/模擬傳輸常用3.光纜非導(dǎo)引型傳輸媒體.無線傳輸.短波通信.無線電微波v1.0v1.0可編輯可修改信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用FDM頻分復(fù)用FDM所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源時分復(fù)用TDM（等時信號）：將時間劃分為一段

5、段等長的時分復(fù)用幀（TDM幀）。每頻率周期性出現(xiàn)個時分復(fù)用的用戶在每一個 TDM幀中占用固定序號的時隙。頻率周期性出現(xiàn) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark41 o Current Document IIII(IIIABCDABCDABCDABCD IIgIITDM 幀 TDM 幀 TDM 幀 TDM 幀 TDM 幀 一 時間在進行通信時，復(fù)用器總是和分用器成對的使用。 在復(fù)用器和分用器之間是用戶共享的高速信道。分用器的作用正好和復(fù)用器相反，它把高速信道傳送過來的數(shù)據(jù)進行分用，分別送交到相應(yīng)的用戶。統(tǒng)計時分復(fù)用 STDM是一種改進的時分復(fù)用，它能明顯的提高信道的

6、利用率。集中器（智能復(fù)用器）常使用這種統(tǒng)計時分復(fù)用。v1.0可編輯可修改用戶統(tǒng)計時分復(fù)用波分復(fù)用WDM光的頻分復(fù)用密集波分復(fù)用DWDMCDMA工作原理舉例接收端發(fā)送端B站的規(guī)格化內(nèi)枳；0CCDMA工作原理舉例接收端發(fā)送端B站的規(guī)格化內(nèi)枳；0C站的JB格化內(nèi)積1+1碼分復(fù)用CDM（碼分多址CDMA :各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型（重點）A站的碼片向力卜（+1 T r -l）r A發(fā)送數(shù)據(jù)010 8站的碼片向螢（-1+11-1）, B發(fā)送數(shù)據(jù)11 （:站的松川向昆（-1 +1-1）, C發(fā)送數(shù)據(jù)110例題： 共有四個站進行碼分多址例題： 共有四個站進行碼分多址內(nèi)積結(jié)果為：+1 &東接受到比特“

7、1”-1我示接受到比珞”V0 被渡掉（發(fā)送端未發(fā)送）CDMAS信。四個站的碼片分別為v1.0可編輯可修改A: (-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)B: (-1-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1C: (-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) D: (-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1)現(xiàn)收到這樣的碼片序列：(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)問哪個站發(fā)送數(shù)據(jù)了發(fā)送數(shù)據(jù)的站 發(fā)送的1還是0答:接收到的碼片序列+1 -3 +1 -1 -3+1 +1 ,根據(jù)如 下公式，. ”，分別計算各站碼片序列與接收碼片序列的規(guī)格化內(nèi)積,結(jié) 果為o表明沒有數(shù)據(jù)

8、發(fā)送；結(jié)果為1表明發(fā)送的感5果果 為-1去明發(fā)送的是0。M? A= (+11+3+11+3+1+1)/8=1,A發(fā)送 1l B= (+1 1 3 11 3+11)/8二1, B發(fā)送 0l C= (+1+1+3+11 3 11)/8=0,C無發(fā)送M? D=( +1+1+3-1 + 1+3+1-1) /8=1, D 發(fā)送 1數(shù)字傳輸系統(tǒng)早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點:. 速率標準碼不統(tǒng)一.不是同步傳輸習題答案：2-01物理層要解決哪些問題物理層的主要特點是什么答：物理層要解決的主要問題：（1）物理層要盡可能地屏蔽掉物理設(shè)備和傳輸媒體，通信手段的不同，使數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異，只考慮完成本層的

9、協(xié)議和服務(wù)。（2）給其服務(wù)用戶（數(shù)據(jù)鏈路層）在一條物理的傳輸媒體上傳送和接收比特流（一般為串行按順序傳輸?shù)谋忍亓鳎┑哪芰?，為此，物理層?yīng)該解決物理連接的建立、維持和釋放問題。（3）在兩個相鄰系統(tǒng)之間唯一地標識數(shù)據(jù)電路v1.0可編輯可修改物理層的主要特點：（1）由于在OSI之前，許多物理規(guī)程或協(xié)議已經(jīng)制定出來了，而且在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中，這些物理規(guī)程已被許多商品化的設(shè)備所采用，加之，物理層協(xié)議涉及的范圍廣泛，所以至今沒有按OSI的抽象模型制定一套新的物理層協(xié)議，而是沿用已存在的物理規(guī)程，將物理層確定為描述與傳輸媒體接口的機械，電氣，功能和規(guī)程特性。（2）由于物理連接的方式很多，傳輸媒體的種類也很多，

10、因此，具體的物理協(xié)議相當復(fù)雜。2-02歸層與協(xié)議有什么區(qū)別答：規(guī)程專指物理層協(xié)議2-03試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說明其主要組成構(gòu)建的作用。答：源點：源點設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。源點又稱為源站。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點：終點設(shè)備從接收器獲取傳送過來的信息。終點又稱為目的站傳輸系統(tǒng)：信號物理通道2-04試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)，信號，模擬數(shù)據(jù)，模擬信號，基帶信號，帶通信號，數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號，碼元，單工通信，半雙工通信，全雙工通信，串行傳輸，并行傳輸 。答：數(shù)據(jù)：是運送信息的實體

11、。信號：則是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬數(shù)據(jù)：運送信息的模擬信號。模擬信號：連續(xù)變化的信號。 數(shù)字信號：取值為有限的幾個離散值的信號。數(shù)字數(shù)據(jù)：取值為不連續(xù)數(shù)值的數(shù)據(jù)。碼元（code）:在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。單工通信：即只有一個方向的通信而沒有反方向的交互。半雙工通信：即通信和雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送（當然也不能同時接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間再反過來。全雙工通信：即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。基帶信號（即基本頻帶信號）一一來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基

12、帶信號。帶通信號一一把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。2-05物理層的接口有哪幾個方面的特性個包含些什么內(nèi)容答：（1）機械特性 明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。（2）電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。（3）功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何意。（4）規(guī)程特性說明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。v1.0可編輯可修改2-06數(shù)據(jù)在信道重的傳輸速率受哪些因素的限制信噪比能否任意提高香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么“比特/每秒”和“碼元/每秒”有何區(qū)別

13、答：碼元傳輸速率受奈氏準則的限制，信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是：只要信息傳輸速率低于信道的極限傳信率，就可實現(xiàn)無差傳輸。比特/s是信息傳輸速率的單位碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號速率。一個碼元不一定對應(yīng)于一個比特。2-07假定某信道受奈氏準則限制的最高碼元速率為20000碼元/秒。如果采用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為16個不同等級來傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率( b/s )答：C=R*Log2 (16) =20000b/s*4=80000b/s2-08假定要用3KHz帶寬的電話信道傳送 64kb/s的數(shù)據(jù)(無差錯傳輸)，試問這個信道應(yīng)具有多高的信噪比(

14、分別用比值和分貝來表示這個結(jié)果說明什么問題)答：C=Wlog2 (1+S/N) (b/s)W=3khz C=64khz- d S/N=是個信噪比要求很高的信源2-09用香農(nóng)公式計算一下， 假定信道帶寬為為3100Hz,最大信道傳輸速率為 35Kb/s ,那么若想使最大信道傳輸速率增加6 0 %,問信噪比S/N應(yīng)增大到多少倍如果在剛才計算出的基礎(chǔ)上將信噪比S/N應(yīng)增大到多少倍如果在剛才計算出的基礎(chǔ)上將信噪比S/N再增大到十倍，問最大信息速率能否再增加2 0 %答：C = W 10g2(1+S/N) b/s- dSN1=2*(C1/W -1=2* (35000/3100 ) -1SN2=2*(C2

15、/W -1=2* (*C1/w) -1=2* (*35000/3100 ) -1SN2/SN1=100信噪比應(yīng)增大到約 100 倍。C3=Wlong2 (1+SN3)=Wlog2 (1+10*SN2) C3/C2=%如果在此基礎(chǔ)上將信噪比S/N再增大到10倍，最大信息通率只能再增加 左右2-10常用的傳輸媒體有哪幾種各有何特點答：雙絞線屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair)同軸電纜50 W同軸電纜75 W同軸電纜 光纜無線傳輸：短波通信/微波/衛(wèi)星通信2-11假定有一種雙絞線的衰減是km(在1

16、kHz時)，若容許有20dB的衰減，試問使用這種雙絞線的鏈路的工作距離有多長如果要雙絞線的工作距離增大到100公里，試應(yīng)當使衰減降低到多少解：使用這種雙絞線的鏈路的工作距離為=20/=衰減應(yīng)降低到20/100=2-12試計算工作在1200nm到1400nm之間以及工作在1400nm到1600nm之間的光波的頻帶寬度。 假定光在v1.0可編輯可修改光纖中的傳播速率為 2*10e8m/s.解：V=L*F- dF=V/L- dB=FT1=V/L1-V/L21200nm 至U 1400nm：帶寬=1400nm到 1600nm：帶寬=2-13為什么要使用信道復(fù)用技術(shù)常用的信道復(fù)用技術(shù)有哪些答：為了通過共

17、享信道、最大限度提高信道利用率。頻分、時分、碼分、波分。2-14試寫出下列英文縮寫的全文，并做簡單的解釋。FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1 ,OC-48.答：FDM(frequency division multiplexing)TDM(Time Division Multiplexing)STDM(Statistic Time Division Multiplexing)WDM(Wave Division Multiplexing)DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)CDMA(Code Wave Di

18、vision Multiplexing)SONET(Synchronous Optical Network)同步光纖網(wǎng)SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步數(shù)字系列STM-1(Synchronous Transfer Module) 第 1 級同步傳遞模塊OC-48(Optical Carrier) 第 48 級光載波2-15碼分多址CDMA?什么可以使所有用戶在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信而不會互相干擾這種復(fù)用方法有何優(yōu)缺點答：各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的相互正交的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。占用較大的帶寬。2-16共有4個站進行碼分多址通信。 4個站的碼片序列為A: (- 1-1 -1+ 1+ 1-1 + 1+ 1) B: (- 1 -1 + 1 - 1+ 1 + 1 + 1 -