计算机网络 第2章通信基础（竟成）

第 2 章 物理层

【考纲内容】

1.通信基础
(1) 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念
(2) 奈奎斯特定理与香农定理
(3) 编码与调制
(4) 电路交换、报文交换与分组交换
(5) 数据报与虚电路

2.传输介质
(1) 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；(2) 物理层接口的特性

3.物理层设备
(1) 中继器；(2) 集线器

【考情统计】

年份	题数及分值	考点
	单选题	综合题	总分值
2009	1	0	2	编码与调制
2010	1	0	2	分组交换
2011	1	0	2	编码与调制
2012	1	0	2	接口特性
2013	2	0	4	编码与调制、分组交换
2014	1	0	2	香农定理
2015	1	0	2	编码与调制
2016	1	0	2	香农定理
2017	1	0	2	奈奎斯特定理、香农定理
2018	1	0	2	接口特性
2019	1	0	2	传输介质
2020	1	0	2	分组交换
2021	1	0	2	分组交换
2022	1	0	2	奈奎斯特定理
2023	2	0	4	分组交换、QAM
2024	1	0	2	信号的调制方式

【考点解读】
本章内容基本以选择题形式进行考查。对于通信基础和传输介质相关概念熟悉即可，重点要会灵活运用奈奎斯特定理与香农定理涉及的相关公式，通过题目所给条件对任意参数进行求解。学会由信号数字波形分析其编码方式和编码内容。对于物理层设备可能结合网络拓扑图考查应用题，需要理解集线器的功能和特点，通过设备在网络拓扑图中的位置分析其作用以及具体为何种设备。

【复习建议】
本章需要考生简单了解通信相关概念，掌握信道极限传输速率的计算，理解波特率与比特流间的转换关系，熟悉常见编码方式，了解物理层各传输介质的电气、功能、规程特性。物理层关注的是如何在传输介质连接的计算机之间传输比特流，而不是具体的传输介质，因此考生还需掌握三种交换方式的区别、优缺点以及它们的进化历程。
在复习本章内容时，读者可以主动思考以下问题，这些问题将在章末给出答案。
(1) 物理层主要解决哪些问题，物理层的主要特点是什么？
(2) 传输媒体和物理层有什么区别？
(3) 基带传输和频带传输有哪些使用场景？
(4) 如何理解同步通信和异步通信？
(5) 电路交换、报文交换和分组交换适用于哪些场景？

2.1 通信基础

2.1.1 基本概念

1.信号

        声信号、光信号在生活中无处不在，人们说话时，通过声信号向他人传递自身的意图与想法。同样的，计算机网络通信也需要信号作为载体。首先，信息是事物及其属性标识的集合，其在形式上有文字、语音、图像等；而数据是信息的符号化序列化表示，比如在计算机中存储的二进制比特序列；信号则是数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的表现形式，是信息的载体。通信的双方依赖信号传递信息，从广义上讲，它包含声信号、光信号、电信号等。不同通信技术采用的信号形式不同，如有线通信中的电路电压，无线通信中的的微波、光波、红外线等。
现代通信系统中，数据与信号都有模拟和数字之分，模拟数据与模拟信号连续变化，取值连续不间断；数字数据和数字信号断续变化，取值为分离、离散的集合。模拟和数字分别与连续和离散相对应。人们通常以波形表示信号随时间的变化，模拟信号为正弦波，正弦波的振幅、周期、相位不同所传达的信息不同，而数字信号为方波，如图 2.1。

        【提示】数字信号可有多个离散值。由于在电信号通信系统中，将二进制数表示为电脉冲，通过线路电压高低状态变化传输数字信号，如低电平代表 0、高电平代表 1，故而数字信号常见仅 0、1 两种值，如图 2.1 (b)。

2. 信源、信宿、信道

        通信最基本的问题为如何在一个通信端精确或大致地重现另一通信端的信息，图 2.2 的通信模型抽象了通信的一般过程。

        通信系统有三基本要素：信源、信道、信宿。信源是信息发送端（发送者），信道是信号传输媒介，信宿是信息接收端（接收者）。发送器将发送的信息转换为便于传输的信号，接收器从受噪声干扰的信号中提取并还原与发送端形式相同的信息，二者都含有与信道传输线路匹配的接口，如计算机中的网卡。噪声存在于整个通信系统中，但对信道的干扰最为严重。噪声的种类有很多，图中将所有不同的噪声干扰源集中表示为一个噪声源。
【提示】通信模型只是对各种通信系统的共性进行抽象描述，仅为一个一对一的单向通信系统，而实际通信系统往往是双向的、多个信源信宿构成的复杂网络。
信道中的信号根据是否经过调制，可分为基带信号和频带信号：

        基带信号：直接来自信源、未经调制的信号，也称基本带宽信号，如以不同电压表示 0、1 的电脉冲信号。基带信号通常属于数字信号，但并不绝对。

        频带信号：将基带信号进行调制，附加到更高频率载波上的信号，属于模拟信号。

        基于信号的传播处理实现数据通信的过程称为传输方式，按传输的信号种类可分为基带传输和频带传输。它们与所使用的信道、信号种类的对应关系如表 2.1。特殊的，宽带传输拥有比频带传输更广的频率范围，通常用于需要同时传输音视频数据的场景，它使用频分复用方案，将原信道划分成小频率范围的多个子信道，各子信道可以同时传输频带信号。

        【提示】基带信号不一定是数字信号，基带信号强调直接来源于信源，由信源决定，例如我们说话的声波是模拟基带信号。基带信号是相对频带信号而言，与数字信号、模拟信号并无对应关系。只不过在电通信系统中，基带信号往往也是数字信号，所以由数字信道传输。
根据数据传输过程中同一时刻发出的比特数量，可分为串行传输与并行传输。串行传输是指发送端组织比特依次通过单根数据线路到达接收端；并行传输则是指发送端与接收端之间存在多条数据线路，多个比特可同时到达接收端。并行传输常用于计算机内部，如 CPU 与主存之间，但它实现复杂且不适用于长距离通信，故计算机网络只能使用串行传输。

串行传输又分为同步传输和异步传输：

        同步传输面向比特流，字节之间没有时间间隔，发送端与接收端时钟保持一致，同步信息在数据中抽取。通过外同步和内同步实现收发双方的时钟同步。外同步指在收发双方之间增加单独的时钟信号线控制同步；内同步指发送端将时钟信号与待发送数据一同编码发送（例如，曼彻斯特编码）。

        异步传输面向字节，字节之间存在不固定的时间间隔，但字节中的各比特依然保持同步（即各比特持续时间一致），通过字节的起始与终止时机进行发送端与接收端的同步。

按照通信时发送端与接收端的信息交互方式，通信可以分为以下三种形式：

        单工：一方只能发送信息，另一方只能接收信息，信息的传递是单向的。具体例子有广播、红外遥控。

        半双工：双方都可以发送和接收信息，但同一时刻只能一方发送一方接收。具体例子有对讲机、标准以太网。

        全双工：双方可以同时发送同时接收信息，如吉比特以太网。

3.码元、波特率、比特率

        码元是代表某种信息量的符号，如键盘上的一个符号代表一个 8 比特的 ASCII 码。在通信系统中，常用一个固定时间间隔内的波形表示一个 N 进制数据，这个波形符号即为码元，而时间间隔为码元长度。
若一个码元可表示 N 进制数据，那么一个码元代表的比特长度为log2​N，在这个系统中有 N 种可被识别的不同码元，称之为 N 进制码元。图 2.3 所示为四进制码元，码元长度为 T，四种波形符号分别代表00(2)​、01(2)​、10(2)​、11(2)​。

一类码元的不同波形符号之间的区别可能是频率、相位、振幅，甚至可能是它们的组合，如 2.1.3 节中的三类调制方式正是基于这些因素生成不同波形。
计算机网络中，数据的传输速率，有波特率和比特率两种描述形式，数据率通常指代的是比特率。

波特率：单位时间内传输的码元个数，也是单位时间内波形幅值、周期或相位的变化次数，单位为波特（Baud）。1 波特等同于 1 码元每秒。

比特率：单位时间内传输的比特个数，单位为 bit/s（等同于 b/s、bps）。

由于一个 N 进制码元可以代表log2​N位比特，所以波特率与比特率有如下关系：
比特率 = 波特率・log2​N

        【提示】当信号系统中传输的码元仅有两种不同波形符号，如二进制码元（两种符号分别代表 0 和 1），这时波特率等于比特率。

4. 带宽、时延带宽积

        带宽（Bandwidth）一词我们并不陌生，像家庭宽带的带宽，它和网速上限有关。而通信中常见包含带宽的相关概念有：

基本带宽：基带信号的频率，简称基带，单位 Hz。

信号带宽：信号成分的最高频率与最低频率之差，单位 Hz。

信道带宽：信道中能够传输的信号的最高频率与最低频率之差，单位 Hz。

网络资源带宽：表示网络线路的数据传送速率，等同比特率，单位 bit/s。

【提示】计算机网络中提及的带宽一般为网络资源带宽，带宽常见单位为 Mbps，1Mbps 等同10^6bit/s。计算机网络中，约定俗成 kbps、Mbps、Gbps 与 bps 的数量级差别分别为10^3、10^6、10^9，而不是2^10、2^20、2^30。
时延带宽积是传播时延乘以带宽，结果上等于第一个比特到达对方时发送方已发送的比特数量，是线路中能容纳的最大比特数量。

2.1.2 奈奎斯特定理与香农定理

1.奈奎斯特定理

        信道中模拟信号往往由多种正弦信号分量叠加而成，接收端为了不失真地恢复模拟信号，需要遵循采样定理：采样频率应该大于模拟信号各信号分量中最高频率的两倍。

        【提示】如图 2.4 (a) 所示，固定两个采样点（A 与 B），可以有无数种经过这两点的波形。只有在采样周期小于信号周期的二分之一的前提下，也即采样频率在波形频率的两倍以上时，才能确定一条唯一的波形。采样频率不能刚好等于信号最高频率的两倍，因为当采样点恰好位于波形零点时，便无法确定唯一的信号波形，如图 2.4 (b)。
当过高频率信号进入信道时，接收方经过采样重建的信号频率只会低于信道频率上限，所以就可能与正常频率信号发生重叠，导致无法确定码元之间的界限，这种现象称为码间串扰。为了避免码间串扰，发送方发送码元的速率不能超过一个极限值。
奈奎斯特推导出理想低通信道的极限码元传输速率为 2W（单位为波特）。理想低通信道，即无噪声且低于信道频率上限的信号都能正常传输的信道，它允许通过的信号频率上限为 W，下限为 0，同时 W 也为信道带宽。
根据波特率和比特率的转换关系，可以得出理想低通信道极限比特速率为2W⋅log2​N（单位为 bit/s）。由于码元波形种类 N 未指明，故极限比特率没有上限。为了提高比特率，可着手去提高信道带宽或采取更高效的编码方式。

2. 香农定理

        在实际通信系统中，信道中除了有承载数据的有效信号外，还存在噪声信号。噪声信号会扰乱有效信号的波形，使数据传输受到影响。香农定理考虑了噪声对信道的影响，描述了在有噪声信道中最大数据传输率和信道带宽、信噪比之间的关系。香农定理公式为：

C=W⋅log2​(1+S/N)

        C 为信道最大数据传输率或信道容量（单位为 bit/s），W 为信道带宽，S 为信号功率，N 为噪声功率，S/N 即信噪比。
由公式可知，提高信道带宽以及信噪比可以提高信道的最大数据传输率。然而香农定理计算得到的信道容量是理论上可以达到的极限，实际传输速率比极限值低得多。此外，当传输速率大于信道容量时，将导致误码率显著提高，信息质量严重下降。
信噪比有两种表示形式，数值型和分贝型。实际中常用分贝 (dB) 描述信噪比，与 S/N 的转化关系如下。在考题中，通常先通过分贝值计算 S/N，再代入香农定理公式中计算信道极限数据传输率。例如给定分贝值为 30dB，根据公式可推导出 S/N 为10^3。

分贝值 = 10×log10​(S/N)

【提示】若考题中既给出码元进制数，又给出了信噪比，则需分别使用奈奎斯特定理与香农定理进行计算，取两者较小值作为最大数据传输率。

2.1.3 编码与调制

        前文中提及到信号是信息的载体，这意味着在通信系统中数据需要转换为信号才能被传输。计算机网络中，基带传输一般用于短距离传输，宽带传输一般用于长距离传输。由于网络结构的复杂性，可能经过的信道多种多样，需要根据信道采用合适的信号，因此通信过程中难免涉及信号转换。将数据转换成数字信号的过程称为编码，转换成模拟信号的过程称为调制。

1.编码

编码又为两种情形：

        1.将计算机中的原始基带信号转换为另一种能够被传输的基带信号的过程（数字基带信号→数字信号）。数字信号承载数字数据，这种情形也被称为 “数字数据编码为数字信号”。

        2.将模拟信号采样、量化后，得到离散值的过程（模拟信号→数字信号）。数字信号承载模拟数据，这种情形也被称为 “模拟数据编码为数字信号”。

我们首先讨论第一种情形，其主要的编码方式如图 2.5。

针对图中编码方式的解释如下：

        ·归零编码（RZ，Return Zero）：每个时间间隔中电平都会归零。图中具体为双极性归零编码，向上凸起（正脉冲）代表 1，向下凹陷（负脉冲）代表 0。

        ·不归零编码（NRZ）：等同于原始基带信号，高电平代表 1，低电平代表 0，表示一个码元时电平无需归零。

        ·反向不归零编码（NRZI）：类似于不归零编码，区别在于信号跳变代表 0，无跳变代表 1。

        ·曼彻斯特编码：每个时间间隔中间都发生跳变，向上跳变代表 0，向下跳变代表 1。也可以采用向上跳变代表 1，向下跳变代表 0 的编码方式。

        ·差分曼彻斯特编码：每个时间间隔中间都发生跳变，间隔起始处发生跳变代表 0，无跳变代表 1。

        【提示】上述编码方式中，信号的不同变化与 0、1 的对应关系并非固定，它可以自定义，如差分曼彻斯特编码可以让时间间隔起始处有跳变代表 1，无跳变代表 0。

        除不归零编码外，接收方可以根据信号跳变与发送方保持时钟同步，也就是确保接收方准确定位每一个码元的起始时间点。不归零电平编码存在直流分量（电平在多个时间间隔内保持不变），缺乏自同步能力，在信号传输中不常用，因为通信双方需要使用额外的同步机制，使得传输效率降低。而归零编码虽能根据每个时间间隔中间的变化保持双方同步，但它需要归零，特别在双极性归零编码中多出一种电平状态，这将占据部分带宽从而使得传输效率降低。

        曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码每个码元中间都发生跳变，相当于把一个码元一分为二，编码速率是码元速率的两倍。此外，二者编码后的基带信号带宽是原始基带信号带宽的两倍。

        曼彻斯特编码码元中间的跳变除了表示数据，还能作为时钟同步信号。标准以太网正是使用曼彻斯特编码。而差分曼彻斯特编码的码元中心跳变仅作为同步信号，它拥有更强的抗干扰能力。差分是指数据由相邻信号的变化表示，比检测电平更可靠，同 1 异 0，同即为无跳变，异是发生跳变。

        对于第二种情形，将模拟数据编码为数字信号，常见如 PCM 脉冲编码调制。它将连续的模拟信号经由抽样、量化、编码三阶段，最终转换为数字信号，具体如图 2.6 所示。抽样即按照固定时间间隔扫描模拟信号，这与奈奎斯特采样定理有关，抽样频率必须高于模拟信号最高频率的两倍。模拟信号经过抽样后得到一系列离散的电平幅值。量化是指将抽样结果分级，一般将一个个离散值以其最接近的整数表示。最后的编码则将量化得到的离散整数转换为二进制编码。

1.调制

        调制是让原始信号附载到高频信号（载波）之上，将低频信号频谱搬移到高频模拟信道中传输的过程。某段时间内载波可以用公式S(t)=A⋅sin(ωt+ρ)表示，其中包含三种分量（A，ω，ρ），通过数据控制这三种分量可以得到不同的调制信号。而解析已调信号还原原始信号的过程称为解调。

调制亦分两种情形：

·数字调制：通过数字信号控制载波的三种分量，即 “数字数据调制为模拟信号”。

·模拟调制：通过模拟信号控制载波的三种分量，即 “模拟数据调制为模拟信号”。

        基本的数字调制方式有幅移键控、频移键控、相移键控。三种调制方式对于数据10100110(2)​的调制结果举例如图 2.7 所示。

·幅移键控（ASK，Amplitude Shift Keying）：以载波的不同幅度表示 0 和 1。

·频移键控（FSK，Frequency Shift Keying）：以载波的不同频率表示 0 和 1。

·相移键控（PSK，Phase Shift Keying）：以载波的不同相位表示 0 和 1。

·差分相移键控（DPSK，Differential Phase Shift Keying）：利用调制信号前后码元之间载波的相对相位变化来传递信息。与上一个波形比较，有变化表示 0，无变化表示 1。

        正交振幅调制（QAM）是在频率相同的前提下，将幅移键控与相移键控结合的技术。若已知码元速率为B，信号有m个相位，每个相位具有n种振幅，显然可得码元波形种类有mn种，以及数据传输速率为Blog2​(mn)。

        常见的模拟调制方式有调幅 AM、调频 FM、调相 PM。早前的固定电话正是将人的声音信号（属于模拟信号）调制为适合传输的更高频模拟信号。相较于数字调制，模拟调制抗干扰能力较差且保密性较弱，随着通讯技术的发展，大有数字通讯取代模拟通讯的趋势。

2.1.4 电路交换、报文交换与分组交换

        数据与信号转换技术，加上传输介质，使得我们能够在相邻的通信双方间传递信息。但计算机网络是一个拥有复杂拓扑的多对多通信系统，网络中通信双方之间可能存在很多中间节点。那么为了实现网络通信，必须克服非直连带来的问题，而数据交换就是将数据在通信子网中各节点间传输的过程，至今出现过电路交换、报文交换、分组交换三种交换方式。

        【提示】从物理层来看中间节点存在的理由，一是网络设备数以亿计，不可能使成千上万的信源信宿两两直接相连；二是数据不能无视距离传输，需要中间站点接力。

1.电路交换

        电路交换在源站点和目标站点之间建立一条直通、独占的物理通路，通过这条数据通路将整个报文的比特流连续地从源点送达终点，这好比在双方之间建立一条特殊的管道供数据通过（如图 2.8）。

        电路交换根据电话交换原理发展而来，电路交换网的一个典型例子是早期公共交换电话网（PSTN，Public Switched Telephone Network）。电路交换经历三个步骤：建立连接、传送数据、拆除连接。首先源站点发出与目标站点的连接请求（呼叫），需要一定时间才能完成二者之间的电路建立；连接建立之后，比特流连续有序地送往终点，传输时电路必须保持连接状态；传输完成之后，源站点或目标站点发出拆除连接请求，释放该电路占用的中间节点和信道资源。

        电路交换建立的连接是双方独占的物理链路，由中间节点和各段链路相连而成，电路交换的优点主要有：

·实时性强：物理链路一经建立，双方可随时发送数据，由于链路直连故数据传输时延低。

·数据连续有序：通信双方按序收发数据，中间节点不作干预，不存在数据乱序问题。

·可靠性高：电路交换占用固定线路资源，不易丢失数据，可靠性高错误率低。

·安全性好：源站与目的站之间的中间节点较少且路径可控，便于监测与防窃听。

·实现简单：电路交换所用的交换设备（中间节点）以及电路的控制比较容易实现。

电路交换的缺点主要有：

·建立连接耗时长：源站发起连接建立请求后，需要等待较长时间才能建立成功。

·线路利用率低：通信双方独占线路，不收发数据时线路处于空闲状态，其他站点须等待通信双方拆除连接。

·差错控制缺失：中间节点不具备存储、解析并校验数据以及差错控制等能力，无法及时发现并纠正错误（后来人们提出了存储转发交换方式，包括报文交换和分组交换）。

·单目的站点通信：电路交换受制于双方独占线路，难以实现广播及多站点通信。

2.报文交换

        报文交换发送前无需建立连接，以报文作为数据传输单位，报文携带源站点地址和目标站点地址信息，中间节点在接收到完整报文后，根据目标站点地址信息选择下一节点并发送完整报文。报文交换的一个典型例子是早期电报通信网，报文交换现已较少使用，被分组交换取代。
报文交换在中间节点存储转发报文，采用接力传递的形式（如图 2.9）

它的优点主要有：
(1) 线路利用率高：任意时刻只占用到达目的站点所经路径的其中一小段线路。
(2) 动态分配线路：不建立连接，中间节点可根据目的地址选择路径，实现动态分配线路。
(3) 多目的站点通信服务：一个报文可同时发给多个站点，中间节点按照既定地址规则将报文分散到网络中。

报文交换的缺点主要有：
(1) 实时性差：中间各节点需要对报文执行存储、完整性校验、转发等操作，从而产生转发时延。
(2) 存储空间开销大：报文大小无限制，节点需要预留大量缓冲空间。
(3) 无效传输率高：报文长度较大，发生错误的几率相对更高，当发现报文错误时，便请求重新发送报文，整个报文都将作废丢弃。

3.分组交换

        分组交换在报文交换基础上，将大的报文分成小的分组，每个分组携带源站点地址、目标站点地址、编号等控制信息（分组首部），中间节点对分组进行存储转发，目标站点将接收到的分组根据编号重新组装成报文（如图 2.10）。现代计算机网络便是采用分组交换方式。

分组交换具备报文交换的优点，无需建立连接，线路利用率高，此外它还具备如下优点：
(1) 存储空间开销较小：分组交换传输单元更小，存储转发的空间开销相对更低，并且分组长度固定简化了存储空间。
(2) 传输时延低：同一时刻属于同一报文的分组可分布于多段线路，缩短报文传输时间，网络负载低时传输时延小。
(3) 无效传输率低：分组短小，发生错误的可能性低，且当分组发生错误时，只需要重传这个分组，分组重传的代价比报文小。
(4) 突发式通信服务：分组短小，适合采用优先级策略及时传递紧急数据。

分组交换的缺点主要有：
(1) 分组乱序：各个分组可能通过不同路径到达目的站点，目的站点接收到的分组可能出现失序、重复问题（仅限于数据报分组交换）。
(2) 通信效率降低：每个分组都要携带地址、分组编号等信息，实际有效数据占比降低。

【提示】此处提及的是分组交换中的数据报交换方式，另一种虚电路交换方式见下一小节。

        电路交换通信网络不具备差错控制能力，其后出现的报文交换和分组交换采取存储转发策略弥补了这一缺点。分组交换在报文交换基础上分割报文，减少无效传输以及降低中间节点的数据缓存开销。图 2.11 是三种交换方式的数据传递过程，纵向为时间。表 2.3 展示了三种交换方式的特点及功能差异。从图中可以看出，电路交换一旦建立连接，通信及时性高延迟最低，报文交换的通信延迟最高。此外，分组交换中间节点在接收下一个分组时，可同时把上一分组发向下一节点，类似于流水线并行处理。

2.1.5 数据报与虚电路

        分组交换所带来的较小的分组长度能够有效减少错误几率，更适合在错综复杂的网络线路中传输，且存储与转发并行使得通信总时间大大缩短。采用分组交换的通信网络内部操作方式分为数据报和虚电路，对应地向上层通信提供数据报和虚电路两种服务。

1.数据报

        前文描述的分组交换便是使用数据报操作方式，每个分组作为独立数据报都携带源地址、目标地址、分组编号等信息。中间节点根据存储的路由信息，为分组选择合适的下一节点。同一目标地址的分组可沿着不同路径到达目的站点，如此可降低特定线路载荷，避免因网络局部故障或拥堵造成的通信失败。

        数据报网络不提供可靠的传输服务，但成本低运行方式灵活且适用性广。因特网正是一种数据报网络，它使用 IP 地址转发分组，这将在后续的网络层中详细介绍。

2.虚电路

        随着网络应用各种需求的增长，网络的服务质量及可靠性越发重要，人们将目光投向虚电路技术，因特网的很多底层点对点广域交换网便是采用虚电路操作方式。之所以称作 “虚电路”，是因为它借鉴电路交换方式，在源站点和目的站点间建立数据通路。此通路并非专用的物理连接，而是逻辑上的虚拟连接，它不独占物理线路，其中间传输的分组按照既定路径有序到达目标站点。

        虚电路提供面向连接的通信服务，类似于电路交换，虚电路操作方式也有三个阶段：
(1) 建立虚电路：确定分组将要经过的线路和中间节点，为每一条中间线路确定虚电路号，并在沿途节点的转发表上新加一项，包括虚电路号、前一个节点、下一个节点等信息。
(2) 分组传送：连接建立后，源站点开始发送分组，每个分组都具有分组编号以及要经过的虚电路号。分组到达一个节点后，节点根据转发表将其传送至下一正确节点，如图 2.12 与表 2.4。多组虚电路通信可能同时使用同一路由线路，造成一条线路具有多个虚电路号，所以分组转发过程中需结合前一节点信息（入站接口号与入站虚电路号）。
(3) 拆除虚电路：通信完毕后，源站点和目的站点都可以请求拆除虚电路。

        虚电路操作方式中，目标站点地址仅在连接建立时使用，其后根据虚电路号进行分组转发。当连接建立后，发往同一目标站点的分组沿着唯一一条确定路径传输，目的站点接收到的分组顺序与源站点保持一致。与电路交换相似，虚电路在建立连接和拆除连接上需有额外的时间开销，因此虚电路对短时间内的小批量数据传送并不友好，而是更适合持续时间长且大批量数据的传送。

2.1.6 习题精编

1.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

1.【参考答案】D
【解析】同步和异步传输的区别是有无公共时钟，和信号是数字还是模拟无关，AB 错误。将数字信号直接放在数字信道上传输的方式称为基带传输，C 错误。将数字信号经过调制后利用模拟信道传输的方式称为频带传输，D 正确。因此答案为 D。

2.以下关于信道传输速率的表述，正确的是（ ）。
A. 信道的码元传输速率是有上限的
B. 频带宽度越宽的信道，其信息传输速率越大
C. 信噪比越大的信道，其信息传输速率越大
D. 在信道频带宽度和信噪比不变的情况下，可以通过调制方式提高码元极限传输速率

2.【参考答案】A
【解析】码元的传输速率受到带宽限制，并不是没有上限的，奈奎斯特定理规定了码元传输速率的上限，A 对。频带宽度越宽的信道其码元传输速率越大，而信息传输速率还需要看每个码元携带多少比特的数据信息，B 错。信噪比大的信道，在信道带宽相同的情况下，极限信息传输速率更大，但实际的信息传输速率未必更大，C 错。调制方式能够提高每个码元携带的数据量，但码元传输速率收到信道带宽限制，调制也无法提高码元的传输速率，D 错。

3.若一个以太网的数据率为 60Mb/s，则该以太网的波特率

为（ ）MBaud。
A. 15 B. 30 C. 60 D. 120

3.【参考答案】D
【解析】以太网采用曼彻斯特编码，因此每发送一位比特需要两个信号周期，所以波特率反而是数据率的两倍，当数据率为 60Mb/s 时，波特率为 120MBaud，因此答案为 D。注意：码元率不一定小于数据率。

4.网络链路的波特率是指该链路（ ）。
A. 每秒传输的比特数
B. 每秒传输的字节数
C. 每秒传输的周期数
D. 每秒传输的波形（码元）数

4.【参考答案】D
【解析】波特率是对符号传输速率的一种度量，表示每秒钟传送的码元符号的个数。一波特即是每秒传输一个符号，所以 D 正确。每秒钟传输的比特数是数据率，A 错误。B/s 是常见的传输单位，但不是波特率，B 错误。模拟设备中用每秒传输的周期数来表示数据率，C 错误。因此答案为 D。

5.在相隔 2000km 的两地间通过电缆以 4800b/s 的速率传送 3000 比特长的数据包，电缆信道的传播速率是 200km/ms，从开始发送到接收数据需要的时间是（ ）。
A. 480ms B. 645ms C. 630ms D. 635ms

5.【参考答案】D
【解析】一个数据包从开始发送到接收完成的时间包含发送时延和传播时延两部分，其中发送时延是数据从发送节点进入到传输介质所需的时间，传播时延是数据在传输介质中传输所需时间。对电缆信道：

传播时延 =2000km/200km/ms​=10ms，发送时延 =3000b​/4800b/s=625ms，所以总时间 = 10+625=635ms，因此答案为 D。

6.已知某通信的信号传输速率为 64kb/s，若一个载波信号码元有 4 个有效的离散值，则该信道的波特率为（ ）。
A. 16kBaud B. 32kBaud C. 64kBaud D. 128kBaud

6.【参考答案】B
【解析】一个载波信号码元有 4 个有效离散值说明一个码元需要log2​4=2个比特表示，信号传输速率为 64kb/s，则波特率为64÷2=32kBaud，因此答案为 B。

7.假设某信道的波特率为 35MBaud，所用信号具有 16 种基础的物理状态，则该信号的数据率为（ ）Mb/s。
A. 35 B. 70 C. 105 D. 140

7.【参考答案】D
【解析】16 种基础的物理状态说明每个码元携带log2​16=4个比特，数据率的计算公式为数据率 = Slog2​（每个码元携带比特数），其中 S 为码元传输速率，因此数据率为35×4=140Mb/s，因此答案为 D。

8.某含有噪声的信道的带宽为 5000Hz，且其信噪比为 63:1，则数据在该信道的最大传输率为（ ）kb/s。
A. 15 B. 20 C. 30 D. 60

8.【参考答案】C
【解析】含有噪声的信道的最大传输率受香农定理的限制，由香农定理公式可得最大传输率 = Wlog2​(1+S/N)，其中S/N（信噪比）为 63，W 为信道带宽，代入公式可得最大传输率为 30kb/s，因此答案为 C。

9.300 波特的信道如果采用 4 种信号状态，则该信道的数据传输率为（ ）。
A. 300bps B. 600bps C. 1200bps D. 2400bps

9.【参考答案】B
【解析】4 种信号状态意味着每个码元需要用log2​4=2个比特来表示，所以数据传输率是波特率的两倍，因此数据传输率为300×log2​4=600bps，因此答案为 B。

10.对于一个无噪声的 4kHz 信道进行采样，可以达到的最大数据传输率是（ ）。
A. 2kbit/s B. 4kbit/s C. 8kbit/s D. 无限大

10.【参考答案】D
【解析】无噪声的情况下求最大数据传输率适用于奈奎斯特定理，即信道的极限码元率 = 信道带宽 ×2，所以最大码元传输率为 8kBaud，同时每个码元可以携带无上限的比特数，所以可以达到的最大数据传输率是无限大，因此答案为 D。

11.一个网络传输信道采用 8 个状态的码元，已知波特率为 600，则最大数据传输率为（ ）。
A. 600bps B. 1200bps C. 1800bps D. 4800bps

11.【参考答案】C
【解析】每个能表示 8 个状态的码元需要log2​8=3比特组成，因此数据率是波特率的三倍，由数据率 = 码元传输速率 ×log2​（每个码元携带比特数）可知数据率 = 600×3=1800bps，因此答案为 C。

12.若某通信链路的数据传输速率为 2400b/s，采用 4 相位调制。则该链路的波特率是（ ）。
A. 600Baud B. 1200Baud C. 4800Baud D. 9600Baud

12.【参考答案】B
【解析】4 相位调制可知需要有四种不同的相位，所以一码元携带的比特数是log2​4=2，因此波特率为2400÷2=1200波特，因此答案为 B。

13.假设某信道中信号的采样量化级为 256，若要使数据传输率达到 64kbps，所需的无噪声信道的带宽应为（ ）。
A. 8kHz B. 4kHz C. 16kHz D. 2kHz

13.【参考答案】B
【解析】量化级为 256，可以知道每个码元携带log2​256=8个比特的数据量，所以N=8，根据奈奎斯特定理可知极限码元速率为 2W，其中 W 为信道带宽。而数据率 = 码元极限传输率 ×log2​（每个码元携带比特数），因此无噪声声道的最大数据率为2Wlog2​256=2NV=64kbps，所以 W 为 4kHz，因此答案为 B。

14.假定数据传输速率为 4800bps，若采用 8 相调制方式，则调制速率应为（ ）。
A. 1200 波特 B. 1600 波特 C. 7200 波特 D. 以上都不对

14.【参考答案】B
【解析】8 相调制方式说明每个码元携带log2​8=3个比特，所以调制速率为4800÷3=1600Baud，因此答案为 B。

15.在数据通信中使用曼彻斯特编码主要原因是（ ）。
A. 实现对通通过程中传输错误的恢复
B. 实现对通通过程中收发双方的数据同步
C. 提高对数据的有效传输速率
D. 提高传输信号的抗干扰能力

15.【参考答案】B
【解析】曼彻斯特编码是将要发送的数据与发送的时钟信号结合在一起发往接收端，接收端对收到的编码进行解码，从中分离出接收时钟。用它去对接收时钟进行同步。按照曼彻斯特编码的编码原理，在传送的每一个数据位的中间必须有一次电位的跳变，该跳变信号就是同步信号，因此 B 正确。曼彻斯特编码不具备差错恢复能力，A 错误。发送一位数据需要两个信号周期，所以没有提高有效数据的传输率，C 错误。曼彻斯特编码的高低电平差别和其他编码方式相比没有显著差别，所以不会提高抗干扰能力，D 错误。因此答案为 B。

16.下面四种编码方式中属于差分曼彻斯特编码的是（ ）。

16.【参考答案】B
【解析】差分曼彻斯特编码中，若码元为 1，则前半个码元与上个码元的后半个码元相同；若码元为 0，则前半个码元与上个码元的后半个码元相反。A 中第三个码元不符，A 错误。B 的波形符合差分曼彻斯特编码，B 正确。C 中第二个码元不符，C 错误。D 的波形不是差分曼彻斯特编码，D 错误。因此答案为 B。

17.有关曼彻斯特编码的正确叙述是（ ）。
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播声音
D. 每位的中间不跳变表示信号的取值为 0

17.【参考答案】B
【解析】用于同步的时钟信号的是中间的跳变而不是起始边界，A 错误。中间的跳变除了表示数据，还能作为时钟同步信号，所以时钟和数据取值都包含在信号中，B 正确。声音是一种模拟数据，而曼彻斯特编码适合传输数字信号，C 错误。曼彻斯特编码每个时间间隔的中间都发生跳变，D 错误。因此答案为 B。

18.数据的调制解调技术用来（ ）。
A. 模拟信道传输数字数据
B. 模拟信道传输模拟数据
C. 数字信道传输数字数据
D. 数字信道传输模拟数据

18.【参考答案】A
【解析】调制与解调技术，分别对应的是在发送端将数字信号转换为模拟信号与在接收端将模拟信号调制回数字信号，因此数字信号在信道上作为模拟信号传输，在起点和终点再变回数字信号，所以调制与解调技术主要用于在模拟信道上传输数字信号，因此答案为 A。

19.（多选）自身含有同步信号的编码方式是（ ）。
A. 曼彻斯特编码 B. 二进制编码 C. 归零编码 D. 非归零编码

19.【参考答案】A，C
【解析】曼彻斯特编码方式下，每个码元都有一个电平跳变的过程，因此可以通过对跳变的判断来产生通信双方的同步信号，A 对。归零编码在数据位脉冲结束后，需维持一段时间的低电平，可以用来同步。其他选项的编码方式都没有周期性的规律作同步信号，BD 错误。

20.在网络中，有多种交换技术，下列说法正确的是（ ）。
A. 电路交换通常是面向连接的服务，而分组交换通常不是面向连接服务
B. 电路交换通常不是面向连接的服务，而分组交换通常是面向连接服务
C. 电路交换一定是面向连接的服务，而分组交换一定不是面向连接服务
D. 电路交换通常是面向连接的服务，而分组交换一定是面向连接服务

20.【参考答案】A
【解析】电路交换历经三个步骤：建立连接、传送数据、拆除连接，因此是面向连接的服务；报文交换通常无需建立连接，每个分组携带源站地址和目的站点地址以及编号，中间结点对分组进行存储转发，所以 A 正确 B 错误。同时分组交换也可以是面向连接的服务，如帧中继网、ATM 网络等都是面向连接的分组交换网，所以 CD 错误。因此答案为 A。

21.分组交换方式适用于下列哪种负荷情况？（ ）。
A. 间歇式轻负荷
B. 传输数据率需固定的负荷
C. 持续的实时要求高的负荷
D. 中等或大量随时要传送的负荷

21.【参考答案】A、D
【解析】间歇式轻负荷不适合建立电路连接，电路连接方式下每次轻负荷都要建立连接和释放连接，开销过大。分组交换不用建立连接，满足 “间歇式” 的要求，且速度较快，故分组交换适合间歇式轻负荷，A 正确。传输速率高固定 (稳定传输) 的负荷、实时要求高的负荷比较适合电路交换；而分组交换相对来说不太稳定，BC 错误。电路交换需要预先建立连接，在不适合 “随时传送”；而分组交换满足 “随时传送” 的要求，且速度较快，因此中等大量随时传送的负荷适合分组交换，D 选项正确。因此答案为 A、D。

22.以下交换技术能够保证有序传输的是（ ）。
A. 数据报交换 B. 分组交换 C. 电路交换 D. UDP 交换

22.【参考答案】C
【解析】分组交换包括数据报交换和虚电路交换，其中数据报交换是无连接的，不能保证有序传输；而虚电路交换是面向连接的，能够保证有序传输，所以 AB 错误。UDP 交换同样是无连接的传输，尽最大努力交付而不保证有序传输，D 错误。电路交换是面向连接的服务，能够保证有序传输，C 正确。因此答案为 C。

23.下列关于数据交换方式叙述正确的是（ ）。
A. 报文交换传输延迟最大但服务最可靠
B. 电路交换传输延迟最小且服务最可靠
C. 分组交换传输延迟最小但服务最不可靠
D. 分组交换总延迟最大但服务最可靠

23.【参考答案】B
【解析】电路交换是面向连接的，能够保证可靠传输，而分组交换和报文交换是无连接的，因此电路交换的可靠性是最高的，A 和 D 错误。并且电路交换的物理链路建立后，双方可随时发送数据，因此电路交换的传输时延最低，所以 B 正确 C 错误。因此答案为 B。

24.有关交换技术的论述，以下哪个是正确的（ ）。
A. 电路交换要求在通信的双方之间建立起一条实际的物理通路，但通信过程中，这条通路可以与别的通信方共享
B. 现有的公用数据网都采用报文交换技术
C. 报文交换可以满足实时或交互式的通信要求
D. 分组交换将一个大报文分割成分组，并以分组为单位进行存储转发，在接收端再将各分组重新装成一个完整的报文

24.【参考答案】D
【解析】电路交换的双方在通信期间始终占用这条信道，A 错误。现有的公用数据网大部分都采用分组交换技术，因为分组交换的存储空间开销小，传输时延低，线路利用率高，B 错误。报文要经过中间节点的存储转发才能到达目的节点，这将增加传输延迟。因此报文交换不能满足实时或交互式的通信要求，C 错误。分组交换在报文交换基础上，将大的报文分成小的分组，目标站点将接收到的分组根据编号重新组装成报文，D 正确。因此答案为 D。

25.假定在发送主机和接收主机间只有一台分组交换机。发送主机和交换机间以及交换机和接收主机间的传输速率分别是R1​和R2​。假设该交换机使用存储转发分组交换方式，发送一个长度为L的分组的端到端总时延是（ ）（忽略链路排队时延、传播时延和处理时延 ）。
A. L/R1​+L/R2​ B. L/R1​+2L/R2​ C. 2L/R1​+L/R2​ D. 2L/R1​+2L/R2​

25.【参考答案】A
【解析】忽略排队时延与传播时延，因此只需要考虑发送时延。由于采用存储转发方式，需把数据从发送主机全部送到交换机后，交换机才可以向接收方发送，发送主机到交换机的时延为L/R1​，交换机到接收主机的时延为L/R2​，因此总时延=L/R1​+L/R2​，因此答案为 A。

26.把网络分为电路交换网、报文交换网、分组交换网属于按（ ）进行分类。
A. 连接距离 B. 服务对象 C. 拓扑结构 D. 数据交换方式

26.【参考答案】D
【解析】按照连接距离可将网络分为广域网、城域网、局域网，A 错误。按照服务对象可将网络分为企业网、校园网等类型，B 错误。按照拓扑结构可将网络分为星形网络、环形网络、总线形网络，C 错误。按照数据交换方式可分为电路交换网、报文交换网、分组交换网，D 正确。

27.下列交换方式中实时性最好的是（ ）。
A. 数据报方式 B. 虚电路方式 C. 电路交换方式 D. 各种方法都一样

27.【参考答案】C
【解析】传输过程中耗时越短则实时性越好，电路交换方式下物理链路建立后，双方可随时发送数据，因为链路直连所以数据的传输时延很低，而分组交换方式下，中间结点需要对分组进行存储转发等操作，从而引起转发时延，采用分组交换的通信网络内部操作方式分为虚电路和数据报，所以数据报和虚电路的实时性都不如电路交换，因此答案为 C。

28.下列关于虚电路的说法中，正确的是（ ）。
A. 虚电路依赖其他协议实现差错控制
B. 虚电路中间节点发生故障后，可沿另一条路径继续通信，无需重新建立连接
C. 虚电路结合了电路交换的思想，适合对实时性要求较高的长期通信
D. 多站点同时使用一段物理链路实行虚电路交换会产生冲突，无法正常通信

28.【参考答案】C
【解析】虚电路提供的是面向连接服务，自身能够实现差错控制，A 错误。当虚电路的中间节点发生故障后，所有经过该节点的虚电路都会遭到破坏，需要重新建立连接，这也是虚电路的一个缺点，B 错误。电路交换建立了物理上的电路，虚电路结合电路交换思想，建立了逻辑上的电路，具有通信时延小、实时性强的优点，一旦线路建立，双方就可以实时通信，C 正确。同一段物理链路在逻辑上不一定是同一段，因此不一定会发生冲突，D 错误。因此答案为 C。

29.关于基于虚电路网络和数据报网络，在下列阐述中，不正确的是（ ）。
A. 虚电路提供了可靠的通信功能，能保证每个分组正确到达，且保持原来的顺序；而数据报方式中，数据报不能保证数据分组按序到达，数据的丢失也不会被立即发现。
B. 虚电路服务和数据报服务本质的差别在于是将顺序控制、差错控制和流量控制等通信功能交给通信子网完成，还是由端系统自己来完成。
C. 数据报方式中，网络结点要为每个分组做路由选择；而虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。
D. 虚电路和数据报都提供了端到端的、可靠的数据传输。

29.【参考答案】D
【解析】虚电路通过建立连接，使传输的分组按照拟定路径有序地到达目的站点，保证目的站点接收到的分组顺序与源站一致，因此提供了可靠的传输，而数据报尽最大努力交付，不保证可靠传输，所以 A 正确 D 错误。虚电路服务的顺序控制、差错控制和流量控制是由自己完成，而数据报服务则是交给通信子网完成，B 正确。每个数据报分组都根据自己的目标地址进行路由转发，而虚电路沿着虚电路建立时拟定的唯一路径转发，C 正确。因此答案为 D。

30.关于虚电路与数据报的比较，以下哪种是错误的（ ）。
A. 虚电路需要建立传输连接
B. 虚电路的包采用同一个路由
C. 虚电路更容易保证服务质量
D. 虚电路每个包含有完整的源和目的地址

30.【参考答案】D
【解析】分组也称为包，虚电路需要建立虚拟的传输连接，A 正确。虚电路的分组根据虚电路号沿着虚电路建立时拟定的唯一路径转发，B 正确。同时由于虚电路提供可靠的面向连接服务所以更容易保证服务质量，C 正确。目的地址只有在连接建立时使用，连接建立后分组使用虚电路号，D 错误。因此答案为 D。

31.数据报传输方式的特点是（ ）。
A. 同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过资源子网
B. 同一报文的不同分组到达目的节点时顺序确定
C. 适合于短报文的通信
D. 同一报文的不同分组在路由选择时只需要进行一次

31.【参考答案】C
【解析】分组按照目标地址独立的进行路由选择，传输路径可以不同，通过的是通信子网，A 错误，因此不能保证按序到达，B 错误。数据报交换更适用于短报文和具有灵活性的报文，虚电路分组交换适用于长报文交换，C 正确。分组在经过每个结点都要进行一次路由选择，D 错误。

32.以下关于虚电路的说法正确的是（ ）。
A. 虚电路和电路交换一样，在数据传输前要建立物理连接
B. 虚电路可以保证分组按序到达
C. 虚电路是一种分组交换技术，但不能按照存储转发的方式工作
D. 采用虚电路方式发送分组时，分组首部必须包含目的地址

32.【参考答案】B
【解析】虚电路建立的数据通路是逻辑上的虚拟连接，不会独占线路，A 错误。虚电路能够让传输分组按照拟定路径有序到达目标站点，B 正确。虚电路是一种分组交换技术，和数据报一样都按存储转发的方式工作，C 错误。虚电路方式中，目的地址仅在建立连接时使用，建立连接后分组使用虚电路号，按照拟定路径转发，D 错误。因此答案为 B。

33.根据所学通信基础知识，回答以下问题：
(1) 数据在信道中的传输速率受哪些因素影响？
(2) 信噪比能否任意提高？为什么？
(3) 香农公式在数据通信中的意义是什么？
(4) “比特 / 秒” 和 “码元 / 秒” 有何区别？

33.【解析】
(1) 传输速率受信道所能通过的频率范围的影响，信号中存在的一些高频分量无法通过信道；另外还受噪声影响，噪声会对接收端对于信号的接收产生干扰，传输速率越大越容易受到噪声影响。
(2) 信噪比不能任意大，因为信号的传输功率总是有上限的，而噪声也不可能为零，所以信噪比不能任意大。
(3) 香农公式的意义在于只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
(4) b/s 是数据传输速率，码元 / 秒是码元传输速率，比特和码元的含义并不相同。

34.对于带宽为 3kHz 的信道，若有 8 种不同的物理状态来表示数据，信噪比为 20dB。问：按 Nyquist 定理和 Shannon 定理，最大限制的数据速率分别是多少？

34.【解析】
8 种不同的物理状态说明一码元可以携带三比特的数据，按照奈奎斯特定理可知，无噪声信道最大的数据传输率为2×3log2​8=18kb/s。信噪比为 20db 说明S/N=100，按照香农定理可知，最大的数据传输率是3×log2​(1+100)≈20kb/s。

35.假设主机 A 要向主机 B 传输一个长度为 512KB 的报文，数据传输速率为 50Mb/s，途中需要经过 8 个路由器。每条链路长度为 1000km，信号在链路中的传播速度为 200000km/s，并且链路是可靠的。假定对于报文与分组，每个路由器的排队延迟时间为 1ms，数据传输速率也为 50Mb/s。那么，在下列情况下，该报文需要多长时间才能到达主机 B?
(1) 采用报文交换方式，报文头部为 32B。
(2) 采用分组交换方式每个分组携带的数据为 2KB，头部长为 32B。

35.【解析】
(1) 由于报文头部长为 32B，报文携带数据长度为 512KB，所以总长度为

8×(512×1024+32)=4194560b，因为数据传输速率为 50Mb/s，则发送该报文所需的传输时延为504194560​μs≈84ms。而报文经过每个路由器的排队时延为 1ms，可得每条链路上的传播时延为2000001000​=0.005s=5ms，所以总时间等于传输时延传播时延排队时延
(2) 由于报文头部长为 32B，分组携带数据长度为 2KB，所以总长度为8×(2×1024+32)=16640b，分组个数为512÷2=256个，因为数据传输速率为 50Mb/s，则发送每个分组所需的传输时延为5016640​μs≈0.33ms。另外，分组经过每个路由器的排队时延为 1ms，每条链路上的传播时延为2000001000​=0.005s=5ms，从主机 A 到主机 B 发送全部分组的时间为主机 A 发送N−1个分组的传输时延加上最后一个分组从 A 到 B 的总时间，所以总时间等于传输时延传播时延排队时延。

2.1.7 真题演练

36.【2009】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. 12kbps B. 24kbps C. 48kbps D. 96kbps

36.【参考答案】B
【解析】根据奈奎斯特定理，最大数据传输率为2Wlog2​V，其中 W 代表了理想低通（无噪声）信道的带宽，V 代表一个码元能取得的离散值个数。在本题中采用了 QAM 调制技术，4 个相位，每个相位有 4 种振幅，则一个码元共有4×4共 16 种离散值，即V=16。代入奈奎斯特定理最大数据传输率的计算公式，可得该通信链路的最大数据传输速率为2×3k×log2​16=24kbps。因此答案为 B。

37.【2010】在右图所示的采用 “存储 - 转发” 方式的分组交换网络中，所有链路的数据传输速率为 100Mbps，分组大小为 1000B，其中分组头大小为 20B。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传播延迟的情况下，从 H1 发送开始到 H2 接收完为止，需要的时间至少是（ ）。

A. 80ms B. 80.08ms C. 80.16ms D. 80.24ms

37.【参考答案】C
【解析】由于题目说明不考虑分组拆装时间和传播延迟，所以只需要计算传输时延即可。可计算出一个分组中实际携带的数据大小为1000B−20B=980B，因此发送 980000B 大小的文件需要拆分成 1000 个分组，传输的数据量共为1000×1000B=106B=1MB。已知传输时延 = 分组长度 / 信道宽度，主机 H1 发送完全部分组的传输时延为1MB×8÷100Mbps=80ms（B 转换位 b 需要乘以 8）。当主机 H1 发送完最后一个分组后，该分组还需要经过中间的交换机的 “存储 - 转发” 过程才能到达主机 H2，由于从 H1 到 H2 最短路径需要至少经过两个分组交换机，所以最后一个分组至少需要2×1000B÷100Mbps=0.16ms的时延才能到达 H2，即总共至少需要80+0.16=80.16ms的时延，因此答案为 C。

38.【2011】假设某通信链路的数据传输速率为 2400bps，采用四相位调制，则该通信链路的波特率是（ ）。
A. 600 波特 B. 1200 波特 C. 4800 波特 D. 9600 波特

38.【参考答案】B
【解析】数据传输率是指单位时间能传输的二进制比特数，波特率是指单位时间内能传输的码元个数。二者的关系：数据传输率 = 波特率 ×log2​N，其中 N 指的是一个码元的离散值个数，四相位调制表示一个码元有四个离散值，根据公式可以得出该链路的波特率为2400bps÷log2​4=1200波特。因此答案为 B。

39.【2013】下图为 10BaseT 网卡接收到的信号波形，则该网卡收到的比特串是（ ）。
A. 0011 0110 B. 1010 1101 C. 0101 0010 D. 1100 0101

39.【参考答案】A
【解析】10BaseT 的含义为 10Mbps 的以太网。以太网采用曼彻斯特编码，其编码规则为：在每个信号周期中（图中两个虚线之间看作一个周期），从高到低跳变表示 1，从低到高跳变表示 0；或者相反即从高到低跳变表示 0，从低到高跳变表示 1。只有 A 满足，因此答案为 A。

40.【2013】主机甲通过 1 个路由器（存储转发方式）与主机乙互连，两段链路的数据传输速率均为 10Mbps，主机甲分别采用报文交换和分组大小为 10kb 的分组交换向主机乙发送 1 个大小为 8Mb（1M=106）的报文。若忽略链路传播延迟、分组头开销和分组拆装时间，则两种交换方式完成该报文传输所需的总时间分别为（ ）。
A. 800ms，1600ms B. 801ms，1600ms C. 1600ms，800ms D. 1600ms，801ms

40.【参考答案】D
【解析】采用报文交换时，主机甲将该报文发送到链路上的传输时延为8Mb÷10Mbps=800ms，由于经过路由器需要对报文进行存储转发，所以需要再计算一次传输时延，所以总时延为2×800ms=1600ms。采用分组交换时，由于忽略了分组头开销，8Mb 大小的报文可以分成 800 个 10kb 的在链路上传播的分组。主机甲将 800 个分组全部推到链路上的传输时延为10kb×800÷10Mbps=800ms，除此之外只需考虑最后一个分组经过路由器存储转发的时延，即10kb÷10Mbps=1ms，所以总时延为800ms+1ms=801ms，因此答案为 D。

41.【2014】下列因素中，不会影响信道数据传输速率的是（ ）。
A. 信噪比 B. 频率宽带 C. 调制速率 D. 信号传播速度

41.【参考答案】D
【解析】根据香农定理公式Wlog2​(1+S/N)可知，带宽 W 和信噪比S/N会对数据传输速率造成影响；调制速率反映的是信号波形变换的频率，表示每秒能传输的码元个数，也是对传输速率的一种度量；信号传播速度是信号在信道中的传播速率，与数据传输速率无关。因此答案为 D。

42.【2015】使用两种编码方案对比特流 01100111 进行编码的结果如下图所示，编码 1 和编码 2 分别是（ ）。
A. NRZ 和曼彻斯特编码 B. NRZ 和差分曼彻斯特编码
C. NRZI 和曼彻斯特编码 D. NRZI 和差分曼彻斯特编码

42.【参考答案】A
【解析】NRZ（Non Return Zero）为不归零编码，高电平代表 1，低电平代表 0，表示一个码元时电平无需归零。NRZI（Non Return Zero Inverted）为反向不归零编码，信号电平翻转表示 0，信号电平不变表示 1。曼彻斯特编码的每个时间间隔中心向上跳变代表 0，向下跳变代表 1。差分曼彻斯特编码的每个时间间隔中间都发生跳变，间隔起始处发生跳变代表 0，无跳变代表 1。综上，编码 1 符合 NRZ 的描述，编码 2 符合曼彻斯特编码的描述，因此答案为 A。

43.【2016】如下图，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. 8kbps B. 20kbps C. 40kbps D. 80kbps

43.【参考答案】C
【解析】理论最大数据传输率即极限数据传输率，根据香农定理计算，公式为Wlog2​(1+S/N)，单位为 bps。其中 W 为带宽，S/N为数值型信噪比，与分贝型信噪比的转换关系为：（分贝型=10×log10​（数值型）），代入分贝型 30dB 可以计算出数值型信噪比S/N=1000。再通过香农定理计算出理论最大数据传输率为8×log2​(1+1000)，约等于 80kbps，所以实际数据传输率为50%×80kbps=40kbps，因此答案为 C。

44.【2017】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

44.【参考答案】D
【解析】在无噪声的情况下，根据奈奎斯特定理可以计算出极限传输数据传输速率为2Wlog2​N；在有噪声的情况下，根据香农定理可以计算出极限数据传输速率为Wlog2​(1+S/N)。需要注意的是公式中的信噪比为数值型（S/N）。题目所给的信噪比为分贝型（单位 dB），分贝型与数值型转换关系为：分贝型=10×log10​（数值型），代入 30dB 可计算出数值型信噪比S/N=1000。由题可知，需满足2Wlog2​N≥Wlog2​(1+S/N)，将S/N=1000代入计算可得到N≥32，即信号状态数至少为 32，因此答案为 D。

45.【2020】下列关于虚电路网络的叙述中，错误的是（ ）。
A. 可以确保数据分组传输顺序 B. 需为每条虚电路分配带宽
C. 建立虚电路时需要进行路由选择 D. 依据虚电路号（VCID）进行数据分组转发

45.【参考答案】B
【解析】虚电路是面向连接的通信，在两个节点之间建立连接后，依次发送每个分组，因此可以保证接收端按发送端的发送顺序收到分组，无须重新进行排序；虚电路建立连接时需要进行路由选择，所以同一条虚电路的路由选择相同，其分组进行转发的路由相同；虚电路中的分组可以利用链路上的全部带宽（电路交换网络仅能使用多路复用技术为其分配的部分带宽），也可以对链路、网络设备资源（如带宽、缓存）进行预分配，但并不是必须要为每条虚电路预分配带宽；分组在使用虚电路传输时需要使用短的虚电路号（VCID）。综上，B 选项错误，因此答案为 B。

46.【2021】若下图为一段差分曼彻斯特编码信号波形，则其编码的二进制位串是（ ）。
A. 1011 1001 B. 1101 0001 C. 0010 1110 D. 1011 0110

46.【参考答案】A
【解析】差分曼彻斯特编码的编码规则是每个时钟周期中间都有一次电平跳变，若时钟周期起始处发生跳变代表该比特为 0，无跳变则代表该比特为 1（或者有跳变代表 1，无跳变代表 0）。但由于不知道第一个码元的前一个周期的后半个码元情况，仅凭图无法判断出第一个时钟周期起始处是否发生跳变，但根据后续波形的跳变情况可以推导出第 2 - 8 个码元代表的二进制位串可能为 0111001 或 1000110，选项中只有 A 符合。因此答案为 A。