计算机网络

第二章1.请分别画出二进制比特流01001011的NRZ、Manchester和Difference Manchester编码。

约定：对于不归零码低电平代表0，高电平代表1；对于曼彻斯特编码由高到低电平的跳变代表0，从低到高电平的跳变代表1；对于差分曼彻斯特编码每位开始有跳变代表0，反之代表1。

2.数字数据的模拟信号编码中数字调制的三种基本形式。

移幅键控法ASK、移频键控法FSK、移相键控法PSK3.PCM的步骤及方法PCM的典型应用就是语音数字化。

PCM主要包括：采样、量化、编码。

采样：以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用有限个采样值代替连续变化的模拟信号。

只要采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的二倍，则采样值便可包含原始信号的全部信息，利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信号。

量化：使连续模拟信号变为时间轴上的离散值，将采样样本按照量化级取值。

编码：将离散值变成一定位数的二进制数码。

量化级越多，量化精度越高，需要的二进制位数越多。

4.什么是比特同步和帧同步？什么是同步通信和异步通信，二者的区别是什么？比特同步又叫位同步，是数据通信中最基本的同步方式。

比特同步是指接收端将时钟调整到和发送端完全一样，当接收到比特流后，在正确的时刻对收到的信号根据事先已约定好的规则进行判决，从而将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。

（正确时刻：通常就是在每一个比特的中间位置判决规则：如，电平若超过一定数值则为1，否则为0）。

数据通常以帧为单位进行发送。

帧同步是指接收端应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束的位置。

帧同步又叫帧定界。

同步通信是每发送完一个帧进行一次同步。

这个帧中通常含多个字符、多个字节或不定长的较多的比特，即同步通信中一次传输的数据量一般比较大。

同步通信要求发送时钟与接收时钟应保持完全一致，以免发生太大时钟误差的积累，从而产生接收错误。

由于帧定界符及校验位在帧中所占的比率很小，所以传输效率高。

同步通信有面向字符和面向比特等方式。

异步通信是每发送完一个字符或含有较少比特的帧就重新进行一次同步。

异步通信可以是以字符或帧作为发送的单位。

异步通信的同步实现简单，收发双方时钟无需严格同步，允许收发双方的时钟之间有一定的差异，因为在时钟误差允许的范围内不会导致接收错误。

发送端发送完一个字符或帧后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个，接收端要时刻做好接收的准备。

每个字符或每个帧都需要加入起始、终止定界符，以及校验位等，导致传输效率较低。

同步通信和异步通信根本区别：异步通信的收发双方时钟无需严格同步，允许收发双方的时钟之间有一定的差异；同步通信要求发送时钟与接收时钟应保持完全一致，以免发生太大时钟误差的积累。

5.常见的多路复用技术有哪些？频分(FDM)、时分(TDM)、波分(WDM)、码分(CDM)。

时分多路复用又分为：固定时分和统计时分多路复用。

6.差错控制方式的分类及特点？试比较纠错码与检错码方案？差错控制方式主要分为以下三类：自动反馈重发纠错(Automatic Repeat reQuest, ARQ)：接收方如果检测出收到的帧中有差错，就让发送方重复发送这一帧，直到接收方正确收到这一帧为止。

这种方法在计算机网络通信中是最常用的。

前向纠错方式(Forward Error Correction, FEC)：接收方收到有差错的数据帧时能自动将差错改正过来。

这种方法的开销较大，目前计算机网络通信采用较少。

混合方式(Hybrid Error Correction, HEC)。

FEC和ARQ的实现的核心是差错检测和纠正，纠错码（error-correcting code）和检错码（error-detecting code）是实现差错检测和纠正两种不同的差错控制编码技术或方案。

纠错码方案：让每个被传输的数据块中包含足够的冗余信息，以便接收方可以推断出被发送的数据肯定有哪些内容，从而发现并自动纠正传输中的差错。

检错码方案：让每个被传输的数据块中包含一定的冗余信息，这些信息只能让接收方推断出发生了差错，但不能确定错误的位置，然后接收方可请求重传，因而检错码只能发现但不能自动纠正传输中的差错。

纠错码与检错码区别主要体现在以下两个方面：二者适用于不同的环境：在高度可靠的信道上，比如光纤，比较合适的做法是使用检错码，当偶尔有错误发生时，只需要重传整个数据块即可。

而在差错率高的信道上，比如无线线路，最好的做法是使用纠错码，让接收方能发现并能自动纠正错误，而不是依靠重传来解决问题，因为重传的数据块也可能还是错误的。

二者各有长短：纠错码不需要反向信道来传递请求重发的信息，发送方也不需要存放用于重发数据的缓冲区，因而较检错码有优越之处，但一般来说纠错码比检错码使用更多的冗余信息，编码效率较低，而且设备实现复杂、费用高，因而主要用在单向传输或实时要求特别高的场合。

检错码虽然需要通过重传机制来达到纠错，但工作原理简单，实现容易，编码与解码速度快，在网络中得到了泛的应用。

7.常用的检错码和纠错码技术分别有哪些？试述水平垂直冗余校验的特点。

常用的检错码主要有定比码、奇偶校验码和循环冗余校验码等。

常用的纠错码主要有正反码、海明码等。

同时进行水平和垂直奇偶冗余校验就是水平垂直冗余校验。

水平垂直奇偶校验的编码效率R=pq/((p+1)(q+1))。

水平垂直奇偶校验能检测所有3位或3位以下的错误(因为此时至少在某一行或某一列上为1位错)、奇数位错、突发长度≦p+1的突发错误以及很大一部分偶数位错。

一些试验测量表明水平垂直奇偶校验能使误码率降至原误码率的百分之一到万分之一。

水平垂直奇偶校验除了检错，还有纠正部分差错的能力，例如，仅在某一列有奇数位错时，通过垂直校验和水平校验综合观察就能确定错码的位置在该列和某些行的交叉处。

8.若采用生成多项式G(x)=x4+x+1，要传输的信息码组为1101011011。

试计算出要附加的校验位。

由G(x)=x4+x+1，可知生成码为10011。

要附加的校验位为1110。

9.计算机网络中常见的传输媒体有哪些？请分别说出目前在楼与楼之间、同一楼内、一个办公室内比较常用的传输媒体。

导向的传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤非导向的传输媒体：短波无线电、地面微波通信、卫星微波通信、无线电ISM和红外线(IR)。

楼与楼之间通常使用光纤，同一楼内通使用双绞线，一个办公室内通常使用双绞线、无线电ISM等。

10.要在带宽为4KHZ的信道上用4秒钟发送完20K字节的数据块,按照香农公式,信道的信噪比最小应为多少分贝(取整数值)?(1K=1000，请给出公式及计算步骤)解：香农公式：C=H*log(1+S/N)2由题意得： C=20*8/4=40K(bps)H=4KHZ代入香农公式得:40K＝4K×log(1+S/N)2(1+S/N)=10log21+S/N=2101+S/N=1024S/N=1024-1=1023化成分贝为：10×lg(S/N)=10×lg1023=10×3.0098≈30db11.采用PAM(相位幅度调制)技术在带宽为16KHZ的无噪声信道上传输数字信号,每个相位处都有两个不同幅度的电平。

按照奈奎斯特公式,若要达到96Kbps的数据速率,至少要多少种不同的相位?解：根据表示信道数据传输能力的奈奎斯特公式C =2H×log2N由题意得C =96K,H=16K故得解N=8因为每个相位处都有两个不同幅度,所以至少需要的相位有8÷2=4种注：除2是因采用PAM技术(PSK和ASK的结合),所以在求出N后还要再除2得出相位的种数。

12.在一分钟内需要传输7200个汉字(双字节),所用的调制解调器(设无校验、一位停止位)至少应采用多大的传输速率?解：因为每个汉字为双字节,故每分钟传输的比特共有7200×((1+8+1)×2)=144000比特至少应采用的传输速率为7200×((1+8+1)×2)÷60=2400bps13.用速率为9600bps的通信调制解调器(无校验位、一位停止位),半分钟内最多能传输多少个汉字(双字节)?解：30秒钟传输位数9600bps×30=288000位因为每个汉字用双字节表示,故每个汉字传输位数(8+1+1)×2=20位.故得解:30秒传输的汉字数288000÷20=14400个14.设电平分为256级，若取信道带宽为4000HZ，则一路话音的最大传输速率是多少？若信噪比为30dB，则一路话音的最大传输速率又是多少？解：①C =2H×log2N=2×4K×log2256=64Kbps②由10×lg(S/N)=30得：S/N=1000已知：H=4K所以：C=H×log2(1+S/N)得：C=4K×log2(1+1000) ≈40Kbps15.信息位为8位的海明码，在接收到报文110010100000,请根据方案二判断传输是否出错，并求出发送端发送的信息位。

解：由题知：信息位为k=8位，冗余位为r=4位,代入2r>=k+r+1,符合条件，说明此报文为海明码格式。

设信息位为a0-a7, 冗余位为r-r3，四个校正因子为S-S3校正因子S3S2S1S与报文各位数据存在如下表所示的检错关系：S 0= r+a+a1+a3+a4+a6S 1= r1+a+a2+a3+a5+a6S 2= r2+a1+a2+a3+a7S 3= r3+a4+a5+a6+a7将收到的报文数据分别代入上式得：S 0=1, S 1=0, S 2=0, S 3=1S 3S 2S 1S 0=1001查表得知a 4位出错,a 4=1。

所以其信息位为：a 7a 6a 5a 4a 3a 2a 1a 0=1101010016.若海明码的监督关系为：S0=a0+a3+a4+a6S1=a1+a3+a5+a6S2=a2+a4+a5+a6(1)若需发送的信息为：a6a5a4a3=1101,问冗余位a2a1a0为多少?(2)该海明码的编码效率为多少?解：将a6a5a4a3=1101代入监督关系式，并令S0=S1=S2=0得到：a2=0,a1=1,a0=0所以a2a1a0=010编码效率＝4/4+3=57%17.若海明码的监督关系式为：S0=a0+a3+a4+a6,S1=a1+a3+a5+a6,S2=a2+a4+a5+a6。

(1)写出S2S1S0值与错码位置对应关系表。

(2)接收到的码字为a6a5a4a3a2a1a0=1010100,问传送是否有错，为什么?(3)最多一位错的情况下，第(2)问发送端的发送信息位是什么?(2) 因为a6a5a4a3a2a1a0=1010100所以，S0=a0+a3+a4+a6=0+0+1+1=0S1=a1+a3+a5+a6=0+0+0+1=1S2=a2+a4+a5+a6=1+1+0+1=1因为S2S1S0=110≠000，所以传送有错。