计算机网络清华大学出版社4章作业和自测题及参考答案

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1、第4章数据链路层2.一个上层报文被分成10帧，每帧无损坏地到达目的地的可能性是80%。假设数据链路协议不进行差错控制，请问该报文要完整地到达接收方平均要发送多少次？答案：由于每一帧以0.8的概率到达，整个信息到达的概率是p=0.810=0.107。一次发送成功的概率是P,二次成功的概率是(lP)P,三次成功的概率是(lP)2P,i次成功的概率是(lP)i-1P。因此，为使信息完整地到达接收方，平均发送次数等于：E=lXp+2(lp)p+3(lp)2p+,+i(1p)pp+,=工：i(1-p)i1p=pi(1-p)i-1i1i1嗨为化简这个式子，利用公式：S=Eai=a/(1一a)(a1)1 1

2、oDS=Eiai-1=1/(1a)2i1令(lP)=aE=PiaS-1=P/(1a)2=P/1(l-P)2=P/P2=1/Pi1m代入p=0.810=0.107E=1/P1/0.1079.3因此，假设数据链路协议不进行差错控制，该报文要完整地到达接收方平均要发送9.33 .一个报文被分成多块传输，需在每一块上附加诸如同步、差错控制及地址字段比特，假设每个块包含N比特(其中有H个附加比特)，出错的块必须重发。当发送一个1352比4特的报文时，若在每一块上附加的比特数H为168比特，线路的比特错误率e=10,试确定能使平均传送的比特数(包括重传比特)最小的块长度No当e=10-3时，结果会有什么不

3、同？答案：传送一块的出错概率是p=l(1e)N每块需要传送的平均次数是：T=1+工ip1(1-p)=1+p/(1-p)=1/(1-p)i1(注：1代表成功的那一次，重传的平均次数ipi(1p)=p(1p)Eipi-1=p(1-p)/(1-p)2=p/(1-p);心QQ计算中利用了公式：S=Eai=a/(1a)(a1),S=Eiai-1=1/(1a)2)i1i1HMM由于报文长度等于1352比特，则该报文将分成1352/(N168)块。则平均该报文传送的总次数是1352/(N-168)X1/(l-P)所以总共传送的比特数是：G=1352/(N-168)X1/(lP)XN用p=1(1e)N代人，得

4、到G=1352/(N168)X1/(l-P)XN=1352/(N-168)x1/(1-e)NxN=1352/(1-e)Nx1/(N一168)xN当e1时，(1e)N-1-eN,所以G=1352/(1-eN)x1/(N-168)XN令dG/dN=0得到eN2=168所以N=J168/e当e=10,N=1296;当e=10,N=410。4 .一个报文由100个8比特字符组成，使用下列方案在一条数据链路上传输，需要多少附加的比特？(1) .异步方式，每个字符使用一个起始位和两个停止位，每个报文使用一个帧起始字符和一个帧结束字符；(2) .同步方式，每个报文使用两个同步字符(一个帧起始字符和一个帧结束

5、字符)。答案：(1) .异步方式，每个字符中的附加位数等于1+2=3,(3X100)+2X(3+8)=322,所以，传输一个报文需要322个附加的比特。(2) .同步方式，每个报文附加两个同步字符(一个帧起始字符和一个帧结束字符)。2X8=16,所以，传输一个报文需要16个附加的比特。5.报文片断(ABESCCESCFLAGFLAGD)出现在一个数据流的中间，而成帧方法采用的是字节填充法，请问经过填充之后的输出是什么？答案：经过填充后，得至UABESCESCCESCESCESCFLAGESCFLAGD。8.在面向比特同步协议(HDLC)的帧数据段中，为了实现数据的透明传输，采用“0,比特插入技

6、术。假定在数据流中包含：5F、9E、71、7F、E1,请给出其原始比特序列和“0”比特插入后的比特序列。原始比特序列为：“0比”特插入后的比特序列为：答案：量据述5F9E7L7FEiIII始比相左到Lm11O0P10111UlilElob争小4,-j-.,v.Fit；gi：WOfdlllllHK)11LOUIIL)noIQIIILill11100061奇OB11 .某一个数据通信系统采用CRC校验方式，并且生成多项式g(x)的二进制比特序列为11001,目的结点接收到的二进制比特序列为110111001(含CRC校验码)。请判断传输过程中是否出现了差错？答案：由于接收到的二进制比特序列为“11

7、0111001”不能被生成多项式对应的二进制比特序列“11001”整除，故断定在传输过程中出现了差错。14 .利用CRC方法来传输位流10011101o生成多项式为X341o请给出实际被传输的位串。假设在传输过程中左边第三位变反了。请证明，这个错误可以在接受端被检测出来。答案：该帧是10011101。生成多项式是1001。经过添加3个0后信息为10011101000。100111011000被1001除得余数100。所以，实际比特串传输的是10011101100。接收到的带一个错误(在左边第三个比特)的比特流从左至右为10111101100O此数被1001除产生的余数为100,这与0不同。因此

8、，接收方检测到这个错误，弁要求重传。15 .数据链路协议几乎总是将CRC放在尾部，而不是头部，请问这是为什么？答案：CRC在传输期间被计算，一旦把最后一个比特发送出去，CRC就被计算出来了，弁可添加到输出流尾部。如果CRC在头部，在传输前为了计算CRC,必须将该帧扫描一次。这就要求每个字节要处理两次：一次进行校验和计算，一次进行传输，使工作量加班加点，不合理。18 .在一个1Mb/s的卫星信道上发送1000b长的帧。确认总是捎带在数据帧中。帧头很短，使用3位的序列号。对以下协议而言，可以取得的最大信道利用率是多少？(1) .停一等协议(2) .回退N滑动窗口协议(3) .选择重传滑动窗口协议答

9、案：对应三种协议的窗口大小值分别是1、7和4。使用卫星信道端到端的传输延迟是270ms,以1Mb/s发送，1000b长的帧的发送时间是1ms。用t=0表示传输开始时间，那么在t=1ms时，第一帧发送完毕。t=27lms,第一帧完全到达接收方。t=272ms时，对第一个帧的确认帧发送完毕。t=542ms时带有确认的帧完全到达发送方。因此周期是542ms。如果在542ms内可以发送k个帧(每个帧发送用1ms时间)，则信道利用率是k/542,因此，(1) .k=1,最大信道利用率=1/542=0.18%(2) .k=7,最大信道利用率=7/542=1.29%(3). k=4,最大信道利用率=4/54

10、2=0.74%4-12所示。19.图4-11给出了停止等待协议的模型，停止等待协议算法的流程图如图在接收结点，算法的几个步骤是：等待。(4)若 N ( S) =V ( R),则，否则丢弃此数据帧,然后转到（7）(7)(8)发送确认帧ACK,弁转到（2）发送否认帧 NAK,弁转到（2）对上述停止等待协议算法，在接收方，当执行步骤（4）时，若将“否则,转到（改为“否则,转到（8） ”，将产生什么结果?答案：“否则”是指发送方发送的帧的N（S）与接收方的状态变量V（R）不同。这表明发送方没有收到接收方发出的ACK,于是重传上次的帧。接收方丢弃此数据帧，然后转到（7）发送确认帧ACK ,将使发送方回到

11、正常状态（发下一帧）若“转到（8） ”，接收方就要发送NAK。发送方收到续重传上次的帧，弁一直这样下去。NAK,将以为检查结果有误，则将继20 .信道速率为4 kb/s 。采用停止等待协议。传播时延处理时间均可忽略。问帧长为多少才能使信道利用率达到至少t p = 20 ms 。确认帧长度和50% ?答案：假定信道传输无差错。信道利用率为50%,相当于帧的发送时间等于往返时延。得出帧长为160 bit21 .举例说黑：当用 n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为 的大小WT 2-1时，连续ARQ协议才能正确运行。答案：如图4-37所示。设接收窗口正好在7号帧处（有阴影的帧）1,则只有在发送窗口发

12、送帧的百口3)lW T向前图4-37连续ARQ协议的发送窗口发送窗口 W T的位置不可能比更靠前，也不可能比更靠后,置，如。对于和的情况，在Wt的范围内无重复序号，即Wt - 2n的范围内无重复序号，即Wt WlR Wn。也可能不是这种极端位对于的情况,在Wt+W R现在WR = 1 ,考虑最坏情况，显然，发送窗口的最大值Wt22.举例说明：对于选择重传ARQ协议，若n比特进行编号，则接收窗口的最大值用受公式Wr2n/2的约束。答案：因Wt4Wr，n,而Wr的最大值不能超过Wt(否则无意义)，故得出WrW2n/226.卫星信道的容量为1Mb/s,数据帧长为2000b,忽略确认帧长和处理时间。计

13、算以下情况的信道利用率：(1)停止等待协议。(2)连续ARQ协议，Wt=7。(3)连续ARQ协议，Wt=127。(4)连续ARQ协议，Wt=255。答案：题目忽略确认帧长和处理时间，也忽略误码。对应4种协议的窗口大小值分别是1、7、127和255。设使用卫星信道端到端的传输延迟是270ms,以1Mb/s发送，2000b长的帧的发送时间是2ms。用t=0表示传输开始时间，则在t=2ms时，第一帧发送完毕。t=272ms,第一帧完全到达接收方。t=272ms时，对第一个帧的确认帧发送完毕(忽略确认帧长和处理时间)。t=542ms时带有确认的帧完全到达发送方。因此周期是542ms。如果在542ms内

14、可以发送k个帧(k=Wt),每个帧发送用2ms时间，则信道利用率U=2k/542=k/271,因此各情况下的信道利用率为：(1)停止等待协议：U=1/271=0.36%。(2)连续ARQ协议，Wt=7:U=7/271=2.52%。(3)连续ARQ协议，Wt=127:U=127/271=45.72%。(1)连续ARQ协议，Wt=255:U=255/271=91.8%。27.一条3000km的T1线路被用来传输64字节的帧，发送方与接收方之间使用回退N帧技术的滑动窗口协议。如果传输速度为6Hs/km,则序列号应该有多少位？答案：信号跨越3000km的传播的时间是18ms。一个64字节帧以T1速度(

15、即1.536Mbps,不包括1bit头部)发送，需要0.3ms。因此，第一个帧自开始发送到完全到达对方需要18.3ms。对方的确认经过另一个18ms返回(加上一个小的可以忽略的时间)。因此，到确认完全返回所用的时间总共为36.3ms。为了有效操作，序列空间(实际上，发送窗口尺寸)必须足够大才能保证发送方持续发送直到第一个确认被收到。根据上述分析可知，发送方的窗口空间必须足够持续36.3ms。发送一帧需要0.3ms,所以填充发送方与接收方之间36.3ms的数据管道总共需要121个帧。7-bit序列编号即可满足此29 .在一个负载很重的 位的头和3960位的数据， 的信号传输时间为270ms o要

16、求。50kbps的卫星信道上使用选择重传滑动窗口协议，数据帧包含40请计算一下浪费在头部和重传的开销占多少比例。假设卫星信道端到端ACK帧永远不会发生。NAK帧为40位。数据帧的错误率为1%,NAK帧的错误率忽略不计。序列号为8位。答案：对一个50kbps信道和8bit序列号，管道总是满的。每帧的重传数大约是0.01。大约每100帧一次重传，即加上一个4000比特的重传帧，弁再加上一个40bitNAK。每个好的帧浪费(开销)40比特的头部。加上4000比特的1%(重传)，弁再加上一个40bitNAK的1%。于是，每3960数据比特会附加80.4比特开销(浪费)，则浪费在头部和重传的开销占的比例

17、为80.4/(3960滞80.4)=1.99%。30.考虑在一个无错误的64kbps卫星信道上单向发送512字节的数据帧，有一些非常短的确认从另一个方向回来。对于窗口大小为1、7、15和27的情形，最大的吞吐量分别是多少？从地球到卫星的传输时间为270mso答案：数据帧的传输开始于t=0。当t=(4096/64000)s=64ms时，最后一比特被发送。当t=334ms,最后一个比特到达卫星，很短的ACK被发送(即可忽略其发送时间)。当t=604ms时，ACK到达地球。这里的数据速率是6r内4096bits即6781bps当窗口尺寸7帧时，全窗口传输时间是448ms,此时发送方不得不停下来。在6

18、04ms,第一个ACK到达，循环可tAe三以再次开始。这里604msec有7409628,672bits。数据速率是47470.2bps。当第一个ACK在604ms返回弁且发送器仍在发送时，持续的传输才会出现。换句话说，如果窗口尺寸大于604ms的等值传输量(帧数为604ms/64ms),它就可以全速运行。自然，当窗口尺寸为10或者更大时，这个情况也会遇到。所以对于任何窗口尺寸为10或者更大(15或者127),数据速率都为64kbps。32.HDLC规定，接收序号N(R)表示序号为N(R)1(mod8)的帧以及在这以N前的各帧都已正确无误地收妥了。如果定义N(R)表示序号为(R)(mod8)的帧以及在这以前的各帧都已正确无误地收妥了，有何不便之处？答案：弁无不便。34 .PPP基本上是以HDLC为基础的，HDLC则使用了位填充技术来防止在有效载荷数据中偶尔出现标志字节，以避免引起混淆。说明为什么PPP使用字节填充技术？答案：很明显，PPP被设计为用软件来实现，不像HDLC差不多总是用硬件来实现。由于是软件实现，字节处理方式要比单个比特处理方式简单得多。35 .用PPP来发送IP分组的最小开销是多少？只计算由PPP本身而引入的开销，不计算于IP头部的开销。答案：在最小开销情况下，每一帧有2个标志字节，1个协议字节，2个校验和字节，每帧一共5个开销字节。