影响信道极限传输速率的因素

计算机⽹络技术及应⽤新教材课后习题答案《计算机⽹络技术及应⽤》第1章认识计算机⽹络参考答案⼀、填空题：1．计算机⽹络是现代计算机技术与通信技术密切组合的产物。

它可以把在区域上分散的单个计算机有机的连接在⼀起，组成功能更强⼤的计算机⽹络，以此来达到数据通信和资源共享的⽬的。

2．计算机⽹络的功能表现在资源共享、信息传递、实时的集中处理、提⾼可靠性、均衡负荷和分布式处理及增加服务项⽬等6个⽅⾯。

3．通常根据⽹络范围和计算机之间的距离将计算机⽹络分为局域⽹、城域⽹和⼴域⽹。

4．从⽹络功能上，计算机⽹络由通信⼦⽹和资源⼦⽹两部分组成。

5．信号可以双向传输，但不能同时进⾏双向传送，只能交替进⾏。

在任何时刻，通道中只有在某⼀⽅向传输的信号，这种通信⽅式叫做半双⼯通信。

6．OSI的会话层处于传输层提供的服务之上，为表⽰层提供服务。

7．在TCP/IP层次模型中与OSI参考模型第四层（运输层）相对应的主要协议有TCP 协议和UDP协议，其中后者提供⽆连接的不可靠传输任务。

8．在传输⼀个字符时，有⼀个起始位，⼀个停⽌位，中间由5~8位组成，这种传输⽅式称为异步传输。

9．报⽂交换和分组交换均采⽤存储转发的传送⽅式。

⼆、选择题：1．公⽤电话⽹属于（C ）。

A．局域⽹B．城域⽹C．⼴域⽹D．因特⽹2．Internet采⽤的是（A ）拓扑结构。

A．⽹状B．树型C．星型D．环型3．⼀座⼤楼内的⼀个计算机⽹络系统，属于（B ）。

A．PAN B．LAN C．MAN D．W AN 4．⼀所⼤学拥有⼀个跨校园中许多办公楼的⽹络，其中⼏座办公楼分布在各个城区，它们组成⽹络教育中⼼，这种⽹络属于（C ）。

A．有线⽹B．⼴域⽹C．校园⽹D．城域⽹5. 计算机⽹络中负责节点间通信任务的那⼀部份称为（ D ）。

A．节点交换⽹B．节点通信⽹C．⽤户⼦⽹D．通信⼦⽹6. 调制解调器（Modem）的主要功能是（ C ）。

A．模拟信号的放⼤B．数字信号的整形C．模拟信号与数字信号的转换D．数字信号的编码7. 在计算机⽹络系统的远程通信中，通常采⽤的传输技术是（C ）。

计算机网络作业三及解答一、单项选择题1．下列说法正确的是( )。

A．信道与通信电路类似，一条可通信的电路往往包含一个信道B．调制是指把模拟数据转换为数字信号的过程C．信息传输速率是指通信信道上每秒传输的码元数D．在数值上，波特率等于比特率与每符号含的比特数的比值2．利用模拟通信信道传输数字信号的方法称为( )。

A．同步传输 B．异步传输C．基带传输 D．频带传输3．测得一个以太网数据的波特率是40M Baud，那么其数据率是( )。

A．10Mbit／s B．20Mbit／sC．40Mbit／s D．80Mbit／s4．已知某信道的信号传输速率为64kbit／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．1 28kBaud5．某信道的波特率为1000Baud，若令其数据传输速率达到4kbit／s，则一个信号码元所取的有效离散值个数为( ) 。

A．2 B．4C．8 D． 1 66．对于某带宽为4000Hz的低通信道，采用1 6种不同的物理状态来表示数据。

按照奈奎斯特定理，信道的最大传输速率是( )。

A．4kbit／s B．8kbit／sC．1 6kbit／s D．32kbit／s7．有一条无噪声的8kHz信道，每个信号包含8级，每秒采样24k次，那么可以获得的最大传输速率是( )。

A．24kbit／s B．32kbit／sC．48kbit／s D．72kbit／s8．影响信道最大传输速率的因素主要有( )。

A．信道带宽和信噪比 B．码元传输速率和噪声功率C．频率特性和带宽 D．发送功率和噪声功率9．电话系统的典型参数是信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则该系统的最大数据传输速率为( )。

A．3kbit／s B．6kbit／sC．30kbit／s D．64kbit／s10．二进制信号在信噪比为127：1的4kHz信道上传输，最大的数据速率可达到( )。

计算机学科专业基础综合计算机网络-物理层(三)(总分：94.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}单项选择题{{/B}}(总题数：58，分数：58.00)1.下列说法正确的是______。

∙ A.信道与通信电路类似，一条可通信的电路往往包含一个信道∙ B.调制是指把模拟数据转换为数字信号的过程∙ C.信息传输速率是指通信信道上每秒传输的码元数∙ D.在数值上，波特率等于比特率与每符号含的比特数的比值（分数：1.00）A.B.C.D. √解析：信道不等于通信电路，一条可双向通信的电路往往包含两个信道：一条是发送信道，一条是接收信道。

另外，多个通信用户共用通信电路时，每个用户在该通信电路都会有一个信道，因此A错误。

调制是把数据变换为模拟信号的过程，B错误。

“比特率”在数值上和“波特率”有这样的关系：波特率=比特率/每符号含的比特数，C错误。

2.影响信道最大传输速率的因素主要有______。

∙ A.信道带宽和信噪比∙ B.码元传输速率和噪声功率∙ C.频率特性和带宽∙ D.发送功率和噪声功率（分数：1.00）A. √B.C.D.解析：依香农定理，信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)，影响信道最大传输速率的因素主要有信道带宽和信噪比，而信噪比与信道内所传信号的平均功率和信道内部的高斯噪声功率有关，在数值上等于两者之比。

3.______被用于计算机内部的数据传输。

∙ A.串行传输∙ B.并行传输∙ C.同步传输∙ D.异步传输（分数：1.00）A.B. √C.D.解析：并行传输的特点：距离短、速度快。

串行传输的特点：距离长、速度慢。

所以在计算机内部(距离短)传输应选择并行传输。

而同步、异步传输是通信方式，不是传输方式。

4.下列有关曼彻斯特编码的叙述正确的是______。

∙ A.每个信号起始边界作为时钟信号有利于同步∙ B.将时钟与数据取值都包含在信号中∙ C.这种模拟信号的编码机制特别适合于传输声音∙ D.每位的中间不跳变表示信号的取值为0（分数：1.00）A.B. √C.D.解析：曼彻斯特编码将每一个码元分成两个相等的间隔。

信道传输的速率与信道带宽之间的关系展开全文数据传输速率的定义数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。

数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。

对于二进制数据，数据传输速率为：S=1/T(bps)其中，T为发送每一比特所需要的时间。

例如，如果在通信信道上发送一比特0、1信号所需要的时间是0.001ms，那么信道的数据传输速率为1 000 000bps。

在实际应用中，常用的数据传输速率单位有：kbps、Mbps和Gbps。

其中：1kbps＝103bps 1Mbps＝106kbps 1Gbps＝109bps带宽与数据传输速率在现代网络技术中，人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率，“带宽”与“速率”几乎成了同义词。

信道带宽与数据传输速率的关系可以奈奎斯特(Nyquist)准则与香农(Shanon)定律描述。

奈奎斯特准则指出：如果间隔为π/ω(ω=2πf),通过理想通信信道传输窄脉冲信号，则前后码元之间不产生相互窜扰。

因此，对于二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B（B=f,单位Hz)的关系可以写为：Rmax＝2.f(bps)对于二进制数据若信道带宽B=f=3000Hz，则最大数据传输速率为6000bps。

奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。

香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。

香农定理指出：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系为：Rmax＝B.log2(1+S/N)式中，Rmax单位为bps,带宽B单位为Hz，信噪比S/N通常以dB（分贝）数表示。

若S/N=30(dB),那么信噪比根据公式：S/N(dB)=10.lg(S/N)可得，S/N＝1000。

若带宽B=3000Hz，则Rmax≈30kbps。

奈奎斯特定理与香农定理1.奈奎斯特定理奈奎斯特定理又称奈氏准则，它指出在理想低通（没有噪音、带宽有限）的信道中，极限码元传输率为2WBaud。

其中，W是理想低通信道的带宽，单位是HZ。

若用V表示每个码元离散电平的数目，则极限数据率为理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2 V （单位：b/s）对于奈氏准则，可以得到以下结论：1）在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。

若传输速率超过上限，就会出现严重的码间串扰问题（是指在接受段收到的信号的波形失去了码元之间的清晰界限），使接受段对码元的完全正确识别成为不可能。

2）信道的频带越宽（即能通过的信号高频分量越多），就可以用更高的速率进行码元的有效传输。

3）奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。

由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信号量，这就需要采用多元制的调制方法。

对于采样定理：在通信领域带宽是指信号最高频率和最低频率之差，单位是HZ。

因此将模拟信号转换成数字信号时，假设原始信号中的最大频率为f,那么采样频率f(采样)必须大于等于最大频率f的两倍,才能保证采样后的数字信号完整保留原始模拟信号的信息。

另外，采样信息又称为奈奎斯特定理。

2.香农定理香农定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率，当用此速率进行传输时，做到不产生误差。

香农定理定义为信道的极限数据传输速率=wlog2 (1+S/N) (单位：b/s)式中，W为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率，S/N为信噪比，即信号的平均功率和噪声的平均功率之比，信噪比（单位：dB）=10 log10 (S/N)(dB)，如，当S/N=10时，信噪比为10dB,而当S/N=1000时，信噪比为30dB。

对于香农定理，可以得出以下结论：1）信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信号的极限传输速率就越高。

第22章物理层22.1 通信基础温馨提示：本考点主要考查通信基础，请同学们：1、了解信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源和信宿等基本概念；2、掌握奈奎斯特定理和香农定理的原理和应用场景；3、了解编码和调制的方法；4、掌握电路交换、报文交换和分组交换；5、掌握数据报和虚电路。

1.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.12kbit/sB.24kbit/sC.48kbit/sD.96kbit/s【2009年——第34题】【考查内容】奈奎斯特定理。

【解析】奈奎斯特给出了理想低通信道中（不考虑噪声干扰）为了避免码间串扰，码元速率的极限值（B）与信道带宽（H）的关系：B=2H。

由此可知，码元传输速率是受限的，不能任意提高。

实际信道中，最高码元速率要比理想低通信道条件下得出的数值小。

在码元传输速率最大时，可求出信道容量C：C=2H log2 N其中，C表示信道容量，H表示信道带宽，N表示一个码元所取的有效离散值个数。

对于本题，H=3KHz，N=4，可计算得到C=3K ×log2(4×4)=12Kbps。

故而，选择A答案。

【参考答案】A2.在下图所示的采用“存储-转发”方式分组的交换网络中，所有链路的数据传输速率为100Mbps，分组大小为1000 B，其中头部大小为20 B。

若主机H1向主机H2发送一个大小为980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和等待延迟的情况下，从H1发送到H2接收完为止，需要的时间至少是（）ms。

A.80B.80.08C.80.16D.80.24【2010年统考——第34题】【考查内容】存储转发机制。

【解析】由题设可知，分组携带的数据长度为980B，文件长度为980000B，需拆分为1000个分组，加上头部后，每个分组大小为1000B，总共需要传送的数据量大小为1MB。

第一章概述1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答：（1）电路交换的优点：适用于连续传送大量数据。

电路交换的缺点：电路建立时间长，线路利用率低。

（2）报文交换的优点：采用了存储转发技术，线路使用率高。

报文交换的缺点：延迟长。

（3）分组交换的优点：高效——动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

灵活——以分组为传送单位和查找路由。

迅速——不必先建立连接就能向其他主机发送分组。

可靠——保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。

分组交换的缺点：分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。

同时分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

1-12 因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？答：边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。

由用户直接使用。

核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。

为边缘部分提供服务。

工作方式：（1）边缘部分：采用客户服务器方式和对等通信方式。

（2）核心部分：采用电路交换、分组交换。

1-13 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？答：相同之处：两者所描述的都是进程之间服务和被服务的关系。

1-18 假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为：（1）10cm（网络接口卡）（2）100m（局域网）（3）100km（城域网）（4）5000km（广域网）试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。

解：即求传播时延带宽积。

结果见书上课后参考答案。

1-25 试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。

答：这种例子有很多。

比如日常家用电器，我们并不知道家用电器具体工作原理，但只要清楚某按钮可以完成什么功能，就可以使用家用电器为日常生活服务。

第二章物理层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。

《计算机网络》第五版课后习题解答第一章概述1-2 试简述分组交换的特点答：在分组交换网络中，采用存储转发方式工作，数据以短的分组形式传送。

如果一个源站有一个长的报文要发送，该报文就会被分割成一系列的分组。

每个分组包含用户数据的一部分加上一些控制信息。

控制信息至少要包括网络为了把分组送到目的地做路由选择所需要的信息。

在路径上的每个结点，分组被接收，短时间存储，然后传递给下一结点。

分组交换网的主要优点：①高效。

②灵活。

③迅速。

④可靠。

缺点：分组在节点转发时因排队而造成一定的延时;分组必须携带一些控制信息而产生额外开销;1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？答：1.速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

Bit 来源于binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1 或0。

速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。

速率的单位是b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。

速率往往是指额定速率或标称速率。

2.带宽“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s (bit/s)。

3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4.时延传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

5.时延带宽积6.往返时间RTT7.利用率1-19、长度为100 字节的应用层数据交给运输层传送，需加上20 字节的TCP 首部。

奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输
速率与信道带宽的关系
奈奎斯特定理是由法国工程师哈维·奈奎斯特于20世纪40年代提出的，它描述了在有限带宽、无噪声信道中传输数据的最大速率与信道带宽的关系。

奈奎斯特定理是通信工程中的一个基本原理，对于设计与优化数字通信系统十分重要。

根据奈奎斯特定理，理论上，一个带宽为B的信道中，最大可传输的数据速率（即码元传输速率）为2B个符号每秒。

这里的符号可以是
二进制位（比特），也可以是更高阶的多进制符号。

这个结果的背后
是奈奎斯特频率采样定理，即信号的最高频率成分需要以2B的采样
频率进行采样，以完整地恢复原始信号。

然而，值得注意的是，奈奎斯特定理给出的是一个理论上的极限值，实际应用中可能会因为噪声、传输损耗等因素而无法达到这个极限。

因此，在实际系统设计中，需要进行一系列的工程优化，如引入编码、调制、信道等技术，来提高数据传输的可靠性和效率。

此外，奈奎斯特定理还指出了码元传输速率与信道带宽之间的关系。

当信道带宽增加时，最大的传输速率也会随之增加。

这意味着，在设计通信系统时，应该选择更宽的信道带宽来实现更高的数据传输速率。

然而，随着带宽的增加，传输所需的功率和成本也会相应上升，因此
在实际应用中需要综合考虑各种因素来做出权衡。

总的来说，奈奎斯特定理为我们提供了一个基本的理论框架，帮助我们理解和设计数字通信系统。

在实际应用中，我们可以根据奈奎斯特定理来确定合适的信道带宽和传输速率，以提供可靠、高效的数据传输。