《计算机网络》课程作业与参考答案

《计算机网络》课程作业与参考答案一、计算机网络基本概念1．在OSI的第几层分别处理下面的问题？a.将待传送的比特流化分成帧b.决定使用哪一条路径通过子网c.传输线路上的位流信号同步d.两端用户间传输文件2．一个系统的协议结构有N层。应用程序产生M字节的报文。网络软件在每层都加上h字节长的协议头。那么，网络带宽中有多大比率用于协议头信息的传输？3．有确认服务和无确认服务之间的差别是什么？在下列情况下，请说出哪些可能是有确认服务或无确认服务？哪些两者皆可？哪些两者皆不可？a.连接建立b.数据传输c.连接释放4．参照下图回答问题。图中的每个方框表示一个网络结点。以星号标注的圆圈表示你的终端。a.你的本地结点是哪一个？b.哪些结点是你的本地结点的相邻结点？c.对你的本地结点来说，哪些结点是远程结点？d.哪些结点是终端结点（ENDNODES）？e.哪些结点是路由结点（ROUTINGNODES）？f.从结点F到G的最短通路有多少跳段（HOPS）？习题解答1．a.第二层（数据链路层）将待传输的比特流化分为帧b.第三层（网络层）决定使用哪条路径通过子网c.第一层（物理层）d.第七层（应用层）2．总共有N层，每层加h字节，在每个报文上附加的头字节的总数等于hN，因此，头消耗的有关空间所占的网络带宽的比率为hN/（M+hN）。3．在有确认服务中，作为对请求原语的反应，接收方要发出一个明确的响应原语。具体的说，有确认服务包括请求，指示，响应和证实4个原语，而无确认服务则只有请求和指示2个原语。连接服务总是有确认服务，因为远程对等实体必须同意才能建立连接。在所给出的3个例子中，a必须是有确认服务；取决于网络设计者的选择，b和c可以是有确认服务，也可以是无确认服务。4．a.Cb.A和Gc.A，B，D，E，F，G和Hd.D，F，G和He.A，B，C和Ef.5二、物理层1．一个用于发送二进制信号的3kHz信道,其信噪比为20dB,可以取得的最大数据速率是多少?2．比较在一个电路交换网和在一个(负载轻的)分组交换网上将x(bit)报文沿k个跳段传输的通路传输的延迟.假定电路建立时间是s,每跨段上的传输延迟为d,分组大小为p(bit),数据传输速率是b(b/s).在什么情况下,分组交换网的延迟更短?(忽略分组头的开销)3．在两个DTE之间传送1000bit的数据块.试对下列类型的链路分别计算传播延迟对发射延迟的比率.a.100m的双绞线和10kb/s的发射速率.b.10km的同轴电缆和1Mb/s的发射速率.c.50000km的自由空间(卫星链路)和10Mb/s的发射速率。假定在每种类型的电缆内电信号的传播速率时2×108m/s,在自由空间内信号的传播速率时3×108m/s。参考答案1．20=10lg100仙农极限是3log（1+100）=3×6.66=19.98kb/s奈魁斯特极限是6kb/s显然，瓶颈是奈魁斯特极限，最大数据速率是6kb/s。2．对于电路交换，t=s时电路就会建立起来；t=s+x/b时报文的最后一位发送完毕；t=s+x/b+kd时报文到达目的地。而对于分组交换，最后一位在t=x/b时发送完毕。为到达最终的目的地，最后1个分组必须被中间的路由器重发k-1次，每次重发花时间p/b（一个分组的所有比特都接收齐了，才能开始重发，因此最后1位在每个中间结点的停滞时间为最后一个分组的发送时间），所以总的延迟为：x/b+(k-1)p/b+kd为使分组交换比电路交换快，令:x/b+(k-1)p/b+kds+x/b+kd得:s(k-1)p/b当满足此条件时,分组交换网得延迟更短。3．（a）TP=S/V=100/2×108=5×10-7sTX=N/R=1000/10×103=0.1sa=TP/TX=5×10-7/0.1=5×10-6（b）TP=S/V=10×103/2×108=5×10-5sTX=N/R=1000/1×106=1×10-3sa=TP/TX=5×10-5/1×10-3=5×10-2（c）TP=S/V=5×107/3×108=1.67×10-1sTX=N/R=1000/10×106=1×10-4sa=TP/TX=1.67×10-1/1×10-4=1.67×103三、数据链路层1．为提供比使用单个奇偶位可能得到的更大可靠性,一种检错编码方案使用一个奇偶位检测所有的奇数位,用第二个奇偶位检测所有的偶数位。那么此代码的海明距离时多少？2．信息有效数据m是每个字符用7bit字节编码的ASCII码串“well”，即m长28位，其中，w=1110111，e=1100101，l=1101100，取多项式CRC-12=X做循环冗余检验编码，求该码串的冗余部分r（要求写出主要的计算步骤）。3．一个信道的比特率是4kb/s，传输延迟为20ms，那么帧的大小在什么范围内，停-等协议才有至少50%的效率？4．一个3000km长的T1干线被用来传输采取后退n帧错误重传滑动窗口协议的长度都是64字节的数据链路帧。如果传播速度是每公里6微秒，那么序列号应该是多少位？5．假定在一条无错线路上运行采用选择性重传的滑动窗口协议，线路速率是1Mb/s，最大帧长度是1000bit。每一秒产生一个新帧。超时间隔是10ms。如果删除ACK超时机制，将会发生不必要的超时事件。平均每个报文要传送多少次？6．在一个1Mb/s的卫星信道上发送1000bit长的帧。确认总是捎带在数据帧中。帧头很短，使用3位序列号。对以下协议而言，可以取得的最大信道利用率是多少？（a）停-等协议（b）回退N滑动窗口协议（c）选择性重传滑动窗口协议7．使用选择性重传滑动窗口协议，在有重负载的50kb/s的卫星信道上，传输包括40位的头部和3960个数据位的数据帧，ACK帧从未发生过，NAK帧长40位，数据帧的错误率是1%，NAK的传输错误率可忽略不计，序列号长度是8位。试计算花在开销（头和重传）上的带宽的比例。8．使用一个64kb/s的无错卫星通道发送512字节的数据帧（在一个方向上），而在另一个方向上返回很短的确认帧。对于窗口大小1，7，15，和127的最大吞吐率是多少？参考答案：1.由于奇偶位性质，对任何有效码字做一个改变不会产生另一个有效码字。对偶数位做两个改变或对奇数位做两个改变将产生另一个有效码字，因此海明距离是2。2.用被除数=1110111110010111011001101100000000000000除数=1100000001111做二进制除法，得到商=1011010101010110010001010110余数r=111100010010，因此该码串的冗余部分r就等于1111000100103.当发送一帧的时间等于信道的传播延迟的2倍时，信道的利用率是50%。或者说，当发送一帧的时间等于来回路程的传播延迟时，效率将是50%。20ms2=40ms现在发送的速率是每秒4000bit，即发送一位需0.25ms40ms0.25ms/bit=160bit所以当帧大于160位停-等协议才有至少50%的效率。4.为了有效运行，序列空间（实际就是发送窗口的大小）必须足够大，以允许发送方在收到第1个确认应答之前可以不断发送。63000=18000us传播时间是18000us，即18ms。在T1速率，即：8248000=1.536106b/s(不包括每个物理帧中的1个帧位)发送64字节的帧需花时间:6481.536333us,即0.333ms,约等于0.3ms。因此，第一个帧从开始发送起，18.3ms后完全到达接收方。确认应答又花了回程18ms加上很少的（可以忽略）发送时间，就可以完全收到。这样，加在一起的总时间为36.3ms。发送方应该有足够的窗口空间，从而能够连续发送36.3ms。36.30.3=121也就是说，为充满管道需要121帧，因此序列号应该是7位。5.发送1位用时间1us，发送1000bit的最长帧花时间1ms。由于超时间隔是10ms，而1s才能产生一个新的数据帧，所以超时是不可避免的。假定A站向B站发送一个帧，正确到达接收方，但较厂时间无反向交通。不久，A站发生超时事件，导致重发已发过的一帧。B站发现收到的帧的序列号错误，因为该序列号小于所期待接收的序列号。因此B站将发送一个NAK，该NAK会携带一个确认号，导致不再重发该帧。结果是，每个帧都被发送两次。6.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，1000bit长的帧的发送时间是1ms。我们用t=0表示传输开始时间，那么在t=1ms时，第一帧发送完毕。t=271ms，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），则信道的利用率是k/542，因此：（a）k=1，最大信道利用率=1/542=0.18%（b）k=7，最大信道利用率=7/542=1.29%（c）k=4，最大信道利用率=4/542=0.74%7.使用选择性重传滑动窗口协议，序列号长度是8位。窗口大小为282=128。卫星端到端的传输延迟是270ms。以50kb/s发送，4000bit（3960+40=4000）长的数据帧的发送时间是0.024000=80ms。我们用t=0表示传输开始时间，那么在t=80ms时，第一帧发送完毕。t=279+80=350ms时，第一帧完全到达接收方。t=350+80=430ms时，对第一帧做捎带确认的反向数据帧可能发送完毕。t=430+270=700ms时，带有确认的反向数据帧完全到达发送方。因此周期是700ms。在700ms内可以发送128帧，80ms128=1024ms。显然，1024ms700ms意味着传输管道总是充满的。每个帧重传的概率是0.01，对于3960个数据位，头位开销40位，平均重传位数是40000.01=40位，传送NAK的平均位数是401/100=0.40位，所以每3960个数据位的总开销是80.4位。因此开销所占带宽比例等于80.4（3960+80.4）1.99%。8.使用卫星信道端到端的传输延迟是270ms，以64kb/s发送，512字节长的数据帧占据通道的时间是512864000=64ms。我们用t=0表示传输开始时间，那么在t=64ms时，第一帧发送完毕。t=64+270=334，第一帧完全到达接收方，并开始返回很短的确认帧（发射时间忽略不记），t=334+270=604ms，确认帧完全到达发送方。因此，周期等于604ms，我们需要窗口大小为604649个帧才能保持通道的不空。对于窗口值1，每604ms可发送4096位，吞吐率为40960.6046781b/s。对于窗口值7，吞吐率为67817=47637b/s，约为47.5kb/s。对于窗口值超过9帧，（包括15帧和127帧的情况），吞吐率达到完全速率64kb/s。四、介质访问子层1.一组N个站点共享一个56kb/s的纯ALOHA信道。每个站点平均每100秒输出一个1000bit的帧，即使前一个帧还没有发送完也依旧进行。N的最大值是多少？2.一个1km长的10Mb/s的CSMA/CD局域网（不是802.3），其传播速度是每微秒200米。数据帧的长度是256bit，其中包括用于帧头部，检验和以及其他开销的32bit。传输成功后的第一个时槽被留给接收方，用来捕获信道并发送一个32bit的确认帧。假定没有冲突发生，有效数据速率（不包括开销）是多少？3.有一个重负荷的1km长的10Mb/s的令牌环网，其传输速率是200米每微秒，50个站空间上均匀绕环分布。数据帧256位，其中包括32位开销，确认应答捎带在数据帧中，因此是包括在数据帧内备用的位中，而不占用额外的时间。令牌是8位。请问，这个环的有效数据速率比CSMA/CD网是高还是低？4.一个用作城域网的光纤令牌环长200km，并且以100Mb/s速率运行。在发送一帧之后，