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物理层习题
波特率与比特率
例题 测得一个以太网的数据波特率是40MBaud，那么其数据率是()。
A.10Mb/s
B.20Mb/s
C.40Mb/s
D.80Mb/s
解：$B$。对于以太网，采用曼彻斯特编码，所以一个一位比特数据需要一个高电平和一个低电平表示，所以两个波特对应一个比特，从而两个波特对应一个比特，所以比特率即数据率为波特率一半，从而只有$20Mb/s$。
奈氏准则与香农定理
例题 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.24kb/s
B.32kb/s
C.48kb/s
D.72kb/s
解：$C$。对于无噪声的情况下，需要使用奈氏准则，得到最大码元传输速率为两倍的带宽乘码种。每个信号$8$级即一个信号能表示$8$种状态，所以一个信号能传输$\log_28=3$个比特，所以$2\times8\times3=48$。这里的每秒采样$24$次无用，因为根据奈氏准则，最高波特率为两倍的带宽为$2\times 8=16$，即每秒只能采样$16k$次。
例题 二进制信号在信噪比为$127:1$的$4kHz$信道上传输，最大数据传输速率可以达到()。
A.28000b/s
B.8000b/s
C.4000b/s
$D.$无限大
解：$B$。已知噪声存在，则需要同时使用奈氏准则和香农定理取最小值。根据香农定理$4000\times\log_2(127+1)=28000$，而二进制信号限制，所以根据奈氏准则$2\times4000\times\log_22=8000$。
例题 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：$D$。已知信噪比为$30dB$，所以$30=10\lg(S/N)$，解得比值为$S/N=1000:1$。对于无噪声情况使用奈氏准则，对于已知信噪比的情况下使用香农定理。设$N$为信号状态数，所以$2W\log_2N\geqslant W\log_2(1+S/N)$，即$2\log_2N\geqslant\log_2(1+1000)$，即$N^2\geqslant1001$，解得近似解为$32$。
采样定理
例题 将$1$路模拟信号分别编码为数字信号后，与另外$7$路数字信号采用同步$TDM$方式复用到一条通信线路上。$1$路模拟信号的频率变化范围为$0\sim1kHz$，每个采样点采用$PCM$方式编码为$4$位的二进制数，另外$7$路数字信号的数据率均为$7.2kb/s$。复用线路需要的最小通信能力是()。
A.7.2kb/s
B.8kb/s
C.64kb/s
D.512kb/s
解：因为$1$路模拟信号的频率变化范围为$0\sim1kHz$，所以其最大频率为$1kHz$，根据采样定律，必须采样$2kHz$每秒。又每个样值编码为$4$位，所以数据传输速率为$2\times 4=8kb/s$。由于使用$TDM$复用到一条通路上，所以另外七条数值信号需要使用脉冲填充方式提高为统一的$8kb/s$，复用到一条线路上，所以需要的总的通信能力为$8\times8=64kb/s$。
编码
例题 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()。
$A.0011\quad0110$ $B.1010\quad1101$ $C.101\quad0010$ $D.1100\quad0101$
解：$A$。$10BaseT$即$10Mb/s$的以太网，使用曼彻斯特编码。所以前低后高为$1$，前高后低为$0$，也可以是相反的定义，所以可以为$A.0011,0110$或$1100 1001$。
复用
例题 一个简单的电话系统由两个端局和一个长途局连接而成，端局和长途局之间由$1MHz$的全双工主干连接。在$8$小时的工作日中，一部电话平均使用$4$次，每次的平均使用时间为$6$分钟。在所有通话中，$10%$的通话是长途(即通过端局)。假定每条通话线路的带宽是$4kHz$，请分析一个端局能支持的最大电话数。
解：
在一个电话系统中，端局可以直接处理本地和本地的通话。也就是说，一个端局像是一个局域网，里面可以挂很多电话机，因此，本地通话不会限制一个端局可以有多少电话机。也即限制电话数的因素是长途电话。
为什么呢，因为长途是通过端局与长途局进行连接，这中间的线路带宽限制为$1MHz$，也就是说，我们只需要分析得到，一个端局可以有多少个通话线路即可。
每部电话平均每小时通话次数$=4/8=0.5$次，每次通话$6$分钟，因此一部电话每小时占用一条电路$3$分钟，即$20$部电话可共享一条线路让所有在这条线路上的电话都能不被占用地使用。由于只有$10%$的呼叫是长途，假设最坏的情况下是这所有的电话都是长途电话，因此$200$部电话占用一条完全时间的长途线路。全双工连接$1MHz$，而每个线路$4kHz$，所以局间干线复用了$10^6/(4×10^3)=250$条线路，每条线路支持$200$部电话，因此一个端局能支持的最大电话数是$200×250=50000$部。
传输媒介
传输媒介特性
例题 不受电磁干扰和噪声影响的传输介质是()。
$A.$屏蔽双绞线
$B.$非屏蔽双绞线
$C.$光纤
$D.$同轴电缆
解：$C$。光纤抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好。
物理层接口特性
例题 当描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时，该描述属于()。
$A.$机械特性
$B.$电气特性
$C.$功能特性
$D.$规程特性
解：$C$。根据电平含义，所以描述的是功能。
物理层设备
例题 两个网段在物理层进行互联时要求()。
$A.$数据传输速率和数据链路层协议都可以不同
$B.$数据传输速率和数据链路层协议都要相同
$C.$数据传输速率要相同，但数据链路层协议可以不同
$D.$数据传输速率可以不同，但数据链路层协议要相同
解：$C$。因为集线器或中继器都是物理层设备，不能协议转换，所以物理层协议必须要相同。
物理层是OSI参考模型的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，作为与通信介质的接口，用来实现数据链路实体之间的透明比特流传输。在物理层互联时，各种网络的数据传输速率如果不同,那么可能出现以下两种情况：
1）发送方的速率高于接收方，接收方来不及接收导致溢出（因为物理层没有流量控制)，数 据丢失。
2）接收方的速率高于发送方，不会出现数据丢失的情况，但效率极低。综上所述，数据传输速率必须相同。
另外，数据链路层协议可以不同，如果是在数据链路层互联，那么要求数据链路层协议也要相同。对此总结是:本层及本层以下协议必须相同，本层以上协议可以不同。
注意，在物理层互联成功，只表明这两个网段之间可以互相传送物理层信号，但并不能保证可以互相传送数据链路层的帧，要达到在数据链路层互通的目的，要求数据传输速率和数据链路层协议都相同。
注意：1.物理层的协议必须相同，因为中继器两端的网段一定要是同一个协议，数据链路层可以不同（总结：本层及本层以下协议必须相同，本层以上协议可以不同）2.而路由器是第三层设备，向传输层及以上层次隐藏下层的具体实现，所有网络层及以下协议可以不同，而网络层以上的协议数据时路由器所不能处理的，因此网络层以上的高层协议必须相同。