第2章 物理层 问题与回答

问题1：在许多文献中经常见到人们将“模拟”与“仿真”作为同义语？

答：“仿真”对应的英文名词有：“emulation”和“simulation”
“模拟”对应的英文名词有：“simulation”和“analogy”
所以在计算机仿真领域里，“仿真”和“模拟”是同义语。
但是，“模拟”对应的英文名词却有两个。所以见到“模拟”二字还不能立即确定它的意思是“simulation”还是“analogy”。这必须看上下文。
如“模拟信道”(analog channel)是和“数字信道”(digital channel)相比而言的。

问题2：奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据通信的意义是什么？

答：奈氏准则指出了：码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则在接收端就无法正确判定码元是1还是0（因为有码元之间的相互干扰）。
奈氏准则是在理想条件下推导出的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。这就需要有很好的编码技术。
香农公式给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（以赫兹为单位）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。这个极限是不能够突破的。要想提高信息的传输速率，或者必须设法提高传输线路的带宽，或者必须设法提高所传信号的信噪比，此外没有其他任何办法。至少到现在为止，还没有听说有谁能够突破香农公式给出的信息传输速率的极限。
香农公式指出，若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法：要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能），要么使信号的信噪比为无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（当然这些也都是不可能的）。

问题3：传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？

答：传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面，由于物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。
在传输媒体中传输的是信号，但它并不知道所传输的信号代表什么意思。传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。但物理层由于规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

计算4：试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x（bit），从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为C（bit/s）。在电路交换时电路的建立时间为s（s）。在分组交换时分组长度为p（bit），且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？

答：对电路交换，当t=s时，链路建立；

当t=s+x/C，发送完最后一bit；

当t=s+x/C+kd，所有的信息到达目的地。

对分组交换，当t=x/C， 发送完最后一bit；

为到达目的地，最后一个分组需经过k-1个分组交换机的转发，

每次转发的时间为p/C，总的延迟= x/C+(k-1)p/C+kd

所以分组交换的时延要小于电路交换

x/C+(k-1)p/C+kd＜s+x/C+kd时，

(k-1)p/C＜s

计算5：收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s 。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：
（1） 数据长度为107bit，数据发送速率为100kbit/s，传播距离为1000km。
（2） 数据长度为103bit，数据发送速率为1Gbit/s。
从以上计算结果可以得出什么结论？

答：（1）：发送延迟=107/（100×1000）=100s

传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms

（2）：发送延迟=103/（109）=10-6s=1us

传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms

结论：若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要成分。