第二章物理层¶
答案速查¶
| 题号 | 原题号 | 答案 | 题号 | 原题号 | 答案 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2009-34 | B | 11 | 2024-34 | C |
| 2 | 2014-35 | D | 12 | 2010-34 | C |
| 3 | 2016-34 | C | 13 | 2013-35 | D |
| 4 | 2017-34 | D | 14 | 2023-33 | D |
| 5 | 2022-34 | C | 15 | 2024-33 | B |
| 6 | 2011-34 | B | 16 | 2020-34 | B |
| 7 | 2013-34 | A | 17 | 2019-34 | A |
| 8 | 2015-34 | A | 18 | 2012-34 | C |
| 9 | 2021-34 | A | 19 | 2018-34 | C |
| 10 | 2023-34 | C |
易错知识点总结
- 奈奎斯特公式用于无噪声理想信道：
C = 2B log2(M)；香农公式用于有噪声信道：C = B log2(1 + S/N)。- dB 转普通信噪比使用
S/N = 10^(dB/10)。- 比特率等于波特率乘以每个码元携带的比特数。
- 曼彻斯特编码看位中间的跳变方向；差分曼彻斯特编码看位开始处是否跳变。
- 存储转发分组交换的流水线时间可写为
(分组数 + 链路数 - 1) × 单分组发送时延，另有传播时延时再按链路数累加。- 传输速率与传播速度是两个概念：前者表示每秒发送多少比特，后者影响信号在介质中的传播时延。
(一)通信基础¶
信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念¶
奈奎斯特定理与香农定理¶
- 【2009-34】在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为 3 kHz，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. 12 kbps
B. 24 kbps
C. 48 kbps
D. 96 kbps
解析
答案：B。24 kbps。
无噪声信道使用奈奎斯特定理：
C = 2B log2(M)。
题中带宽 B = 3 kHz。每个码元可以采用 4 个相位，每个相位又有 4 种振幅，因此码元状态数为：
M = 4 × 4 = 16。
每个码元可携带：
log2(16) = 4 bit。
最大数据传输速率为：
C = 2 × 3 kHz × 4 = 24 kbps。
易错点是把“4 个相位、4 种振幅”误认为只有 8 种状态；两者组合后应为 16 种状态。
- 【2014-35】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. 调制速度
D. 信号传播速度
解析
答案：D。信号传播速度。
信道极限数据传输速率主要由带宽、信噪比和调制所能区分的信号状态数决定。调制速度也会影响单位时间内发送的码元数。
信号传播速度决定一个比特从发送端传播到接收端需要多久，即传播时延：
传播时延 = 信道长度 / 信号传播速度。
它不会改变信道每秒能够发送多少比特，因此不影响数据传输速率。应注意区分“传输速率”和“传播速度”。
- 【2016-34】若连接R2和R3链路的频率带宽为8 kHz，信噪比为30 dB，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. 8 kbps
B. 20 kbps
C. 40 kbps
D. 80 kbps
解析
答案：C。40 kbps。
香农公式为：
C = B log2(1 + S/N)。
信噪比为 30 dB，先转换为普通比值：
S/N = 10^(30/10) = 1000。
理论最大数据传输速率约为：
C = 8 kHz × log2(1001) ≈ 8 kHz × 9.97 ≈ 79.7 kbps。
实际速率为理论值的 50%，所以：
79.7 × 50% ≈ 39.85 kbps ≈ 40 kbps。
- 【2017-34】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
解析
答案：D。32。
无噪声信道的奈奎斯特极限为：
C_N = 2B log2(M)。
30 dB 信噪比下的香农极限为：
C_S = B log2(1 + 1000) = B log2(1001)。
题目要求 C_N ≥ C_S，所以：
2B log2(M) ≥ B log2(1001)
2 log2(M) ≥ 9.97
log2(M) ≥ 4.985
M ≥ 2^4.985 ≈ 31.7可选状态数中最小的是 32，因此选 D。
- 【2022-34】在一条带宽为200 kHz的无噪音信道上，若采用4个幅值的ASK调制，则该信道的最大数据传输速率是（ ）。
A. 200 kb/s
B. 400 kb/s
C. 800 kb/s
D. 1600 kb/s
解析
答案：C。800 kb/s。
无噪声信道采用奈奎斯特定理：
C = 2B log2(M)。
带宽 B = 200 kHz，4 个幅值对应 M = 4 种码元状态，每个码元携带 log2(4) = 2 bit。因此：
C = 2 × 200 kHz × 2 = 800 kb/s。
编码与调制¶
- 【2011-34】若某通信链路的数据传输速率为 2400 bps，采用 4 相位调制，则该链路的波特率是（ ）。
A. 600波特
B. 1200波特
C. 4800波特
D. 9600波特
解析
答案：B。1200 波特。
4 相位调制表示一个码元有 4 种状态，因此每个码元携带：
log2(4) = 2 bit。
比特率与波特率关系为：
比特率 = 波特率 × 每码元比特数。
所以：
波特率 = 2400 bps / 2 = 1200 Baud。
波特率是每秒传送的码元数，比特率是每秒传送的二进制位数，二者只有在每个码元恰好携带 1 bit 时才相等。
- 【2013-34】若下图为 10 BaseT 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
解析
答案：A。00110110。
10BaseT 使用曼彻斯特编码。每个比特周期的中间必定发生一次电平跳变，跳变方向表示比特值。按题图采用的 IEEE 802.3 约定：
- 位中间由低电平跳到高电平表示 0；
- 位中间由高电平跳到低电平表示 1。
以虚线划分 8 个比特周期，逐段观察中点跳变方向，可得到：
0 0 1 1 0 1 1 0。
因此比特串为 00110110。位边界处是否跳变不直接表示数据，必须观察每个码元中点的跳变方向。
- 【2015-34】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
解析
答案：A。NRZ 和曼彻斯特编码。
编码 1 在整个比特周期内保持固定电平，1 对应高电平、0 对应低电平；连续相同比特期间电平保持不变。这是 NRZ 编码。
编码 2 在每个比特周期中间都发生跳变，并利用跳变方向区分 0 和 1，这是曼彻斯特编码。
NRZI 用“是否发生电平翻转”表示比特，不是直接用高低电平表示；差分曼彻斯特则要根据比特开始处是否跳变判定数据。题图的编码 1、编码 2 均不符合这两个特征。
- 【2021-34】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. 10111001
B. 11010001
C. 00101110
D. 10110110
解析
答案：A。10111001。
差分曼彻斯特编码中，每个比特周期中间都必须跳变，用于时钟同步；数据值由比特周期开始处是否发生跳变表示。按本题采用的规则：
- 比特开始处发生跳变表示 0；
- 比特开始处不跳变表示 1。
以虚线为比特边界，比较每个边界两侧的电平，可依次译出：
1 0 1 1 1 0 0 1。
所以比特串为 10111001。差分曼彻斯特关注的是“边界处相对于前一比特是否跳变”，不应只看当前高低电平。
- 【2023-34】某无噪声理想信道带宽为4 MHz，采用QAM调制，若该信道的最大数据传输率是48 Mb/s，则该信道采用的QAM调制方案是（ ）。
A. QAM-16
B. QAM-32
C. QAM-64
D. QAM-128
解析
答案：C。QAM-64。
无噪声理想信道使用奈奎斯特公式：
C = 2B log2(M)。
代入 C = 48 Mb/s、B = 4 MHz：
48 × 10^6 = 2 × 4 × 10^6 × log2(M)
log2(M) = 6
M = 2^6 = 64因此采用 QAM-64，每个码元携带 6 bit。
- 【2024-34】在下列二进制数字调制方法中，需要2个不同频率载波的是
A. ASK
B. PSK
C. FSK
D. DPSK
解析
答案：C。FSK。
二进制频移键控 FSK 用两个不同的载波频率分别表示二进制 0 和 1，因此需要两个不同频率。
- ASK 改变载波幅度；
- PSK 改变载波相位；
- DPSK 用相邻码元的相位差表示数据；
- FSK 改变载波频率。
电路交换、报文交换与分组交换¶
- 【2010-34】在下图所示的采用“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 100 Mbps，分组大小为 1000 B，其中分组头大小为 20 B。若主机 H1 向主机 H2 发送一个大小为 980 000 B 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. 80 ms
B. 80.08 ms
C. 80.16 ms
D. 80.24 ms
解析
答案：C。80.16 ms。
每个分组总长度为 1000B，其中首部 20B，所以每个分组承载的文件数据为：
1000B - 20B = 980B。
文件大小为 980000B，所需分组数为：
N = 980000 / 980 = 1000 个。
每个分组在 100 Mb/s 链路上的发送时延为：
T = 1000 × 8 / (100 × 10^6) = 0.08 ms。
最快路径为 H1 经两个分组交换结点到 H2，共经过 k = 3 段链路。采用存储转发和流水线传输时，总时间为：
(N + k - 1)T = (1000 + 3 - 1) × 0.08 ms = 80.16 ms。
易错点是只计算 1000 个分组在第一条链路上的发送时间 80 ms，遗漏第一个分组继续经过后两条链路的流水线启动开销。
- 【2013-35】主机甲通过1个路由器（存储转发方式）与主机乙互联，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8 Mb（1M= 10^6 ）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. 800 ms、1 600 ms
B. 801 ms、1 600 ms
C. 1 600 ms、800 ms
D. 1 600 ms、801 ms
解析
答案：D。1600 ms、801 ms。
报文大小为 8 Mb，每段链路速率为 10 Mb/s，单段链路发送完整报文需要：
8 Mb / 10 Mb/s = 0.8 s = 800 ms。
报文交换：路由器必须接收完整报文后才能转发，两段链路共需：800 + 800 = 1600 ms。
分组交换：每个分组长 10 kb，分组数量为：8 Mb / 10 kb = 800 个。
每个分组在一段链路上的发送时延为：10 kb / 10 Mb/s = 1 ms。
两段链路存储转发并采用流水线，总时间为：(800 + 2 - 1) × 1 ms = 801 ms。
- 【2023-33】在下图所示的分组交换网络中，主机H1和H2通过路由器互联，2段链路的数据传输速率为100 Mb/s、时延带宽积（即单向传播时延×带宽）均为1000 b。若H1向H2发送1个大小为1 MB 的文件，分组长度为 1000B，则从H1开始发送时刻起到H2收到文件全部数据时刻止，所需的时间至少是（ ）。（注： M=10^6 ）
A：80.02ms B：80.08ms C：80.09ms D：80.10ms
解析
答案：D。80.10 ms。
文件大小为 1 MB = 10^6 B，分组长度为 1000B，因此共有：N = 10^6 / 1000 = 1000 个分组。
每段链路速率为 100 Mb/s，每个分组的发送时延为：T_t = 1000 × 8 / (100 × 10^6) = 80 μs = 0.08 ms。
每段链路的时延带宽积为 1000 bit，因此单向传播时延为：T_p = 1000 / (100 × 10^6) = 10 μs = 0.01 ms。
两段链路、存储转发和流水线条件下，总时间为：
(N + 2 - 1)T_t + 2T_p
= 1001 × 0.08 ms + 2 × 0.01 ms
= 80.08 ms + 0.02 ms
= 80.10 ms- 【2024-33】若某分组交换网络及每段链路的带宽如下图所示，则H1到H2的最大吞吐量约为
A. 1 Mb/s
B. 10 Mb/s
C. 100 Mb/s
D. 1000 Mb/s
解析
答案：B。10 Mb/s。
中间网络有三条并行路径，其瓶颈带宽分别约为 1000 Mb/s、1 Mb/s 和 100 Mb/s；但 H1 接入网络以及网络接入 H2 的两条公共链路都只有 10 Mb/s。
无论中间并行路径如何分流，所有数据都必须通过两端的 10 Mb/s 链路，因此：最大吞吐量 = min(10, 1000 + 1 + 100, 10) = 10 Mb/s。
数据报与虚电路¶
- 【2020-34】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. 需要为每条虚电路预分配带宽
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
解析
答案：B。需要为每条虚电路预分配带宽。
虚电路网络在数据传输前先建立逻辑连接，建立时进行路由选择；同一虚电路的分组沿确定路径传输，中间结点依据虚电路号 VCID 转发，因此通常可以保持分组顺序。
但是，虚电路只表示逻辑连接，并不必然为每条连接预留固定带宽。许多虚电路网络仍采用统计复用，多条虚电路动态共享链路容量。只有提供特定服务质量保证时才可能进行资源预留。
因此 B 的“需要”表述过于绝对，是错误选项。
(二)传输介质¶
双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质¶
- 【2019-34】100BaseT快速以太网使用的导向传输介质是（ ）。
A. 双绞线
B. 单模光纤
C. 多模光纤
D. 同轴电缆
解析
答案：A。双绞线。
100BaseT 是快速以太网的双绞线标准族，名称中的 100 表示 100 Mb/s，Base 表示基带传输，T 表示 twisted pair，即双绞线。
使用光纤的快速以太网标准通常带有 FX 等标识；同轴电缆则用于更早期的 10Base5、10Base2 等标准。
物理层接口的特性¶
- 【2012-34】在物理层接口特性中，用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是（ ）。
A. 机械特性
B. 功能特性
C. 过程特性
D. 电气特性
解析
答案：C。过程特性。
物理层接口规范的四类特性为：
- 机械特性：接口形状、尺寸、引脚数量及排列；
- 电气特性：电压范围、阻抗、信号电平和传输速率；
- 功能特性：每根引脚或信号线完成什么功能；
- 过程特性：为完成某种功能，各事件或信号动作的发生顺序。
题目强调“事件发生顺序”，因此属于过程特性。
- 【2018-34】下列选项中，不属于物理层接口规范定义范畴的是（ ）。
A. 接口形状
B. 引脚功能
C. 物理地址
D. 信号电平
解析
答案：C。物理地址。
接口形状属于机械特性，引脚功能属于功能特性，信号电平属于电气特性，均由物理层接口规范定义。
物理地址通常指 MAC 地址，属于数据链路层地址，不是物理层接口规范的内容。因此选 C。