CH3 數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

3.1典型習(xí)題與分析

位串0111101111101111110需要在數(shù)據(jù)鏈路層上被發(fā)送，請(qǐng)問，經(jīng)過位填充之后實(shí)際被發(fā)送出去的是什么？

解答：

經(jīng)過位填充之后的輸出為：011110111110011111010。

假設(shè)使用海明碼來傳輸16位的報(bào)文。請(qǐng)問，需要多少個(gè)檢查位才能確保接收方可以檢測(cè)并改正單個(gè)位錯(cuò)誤？對(duì)于報(bào)文1101001100110101，請(qǐng)給出所傳輸?shù)奈荒Ｊ?。假設(shè)在海明碼中使用了偶數(shù)位。解答：

對(duì)于一個(gè)16位的報(bào)文只在1，2，4，8和16位需要校驗(yàn)位，所以五個(gè)校驗(yàn)位就夠了，所要傳輸?shù)奈荒Ｊ綖?110101110011001110101。

檢測(cè)錯(cuò)誤的一種方法是按n行、每行k位來傳輸數(shù)據(jù)，并且在每行和每列加上奇偶位。其中右下角是一個(gè)檢查它所在行和列的奇偶位。這種方案能夠檢測(cè)出所有的單個(gè)錯(cuò)誤嗎？2位錯(cuò)誤呢？3位錯(cuò)誤呢？解答：

單個(gè)錯(cuò)誤能夠很簡(jiǎn)單的被行校驗(yàn)和列校驗(yàn)檢測(cè)出來；兩個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，假使不在同一行，行校驗(yàn)可以檢測(cè)出來，假使在同一行，列校驗(yàn)可以檢測(cè)出來；對(duì)于三個(gè)錯(cuò)誤，假使同一行和同一列的位同時(shí)翻轉(zhuǎn)，就無法檢測(cè)出錯(cuò)誤。

一條3000公里長的T1骨干線路被用來傳輸64字節(jié)的幀，兩端使用了回退n幀技術(shù)的協(xié)議。假使傳輸速度為6?s/公里，則序列號(hào)應(yīng)當(dāng)有多少位？

解答：

為了能夠正常傳輸，序列號(hào)（也就是窗口大?。┍匦枳銐虼笫沟冒l(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)直到接收到第一個(gè)回應(yīng)為止。線路傳輸時(shí)延為18ms，T1線路的速度為1.536Mbps，64字節(jié)的幀需要0.3ms。所以，第一幀完全到達(dá)需要18.3ms，同時(shí)回應(yīng)幀需要18ms返回，總共需要的時(shí)間為36.3ms。發(fā)送器需要能夠保持36.3ms的窗口大小，發(fā)送一幀需要0.3ms，所以可以發(fā)送121個(gè)幀，那么7位的序列號(hào)就足夠了。

考慮在一條1Mbps的無錯(cuò)誤的線路上使用選擇性重傳協(xié)議的操作。最大的幀長度為1000位，每過1秒鐘產(chǎn)生新的分組，超時(shí)間隔為10ms。假使特別的確認(rèn)定時(shí)器被去掉的話，則不必要的超時(shí)就會(huì)發(fā)生。平均報(bào)文要被傳輸多少次？解答：

假定A給B發(fā)送一幀數(shù)據(jù)正確到達(dá)，但是B沒有發(fā)送相應(yīng)的回應(yīng)，過段時(shí)間A超時(shí)重傳，但是當(dāng)B接收到這幀數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)序號(hào)不對(duì)，低于期待的序號(hào)值，因此它發(fā)送帶確認(rèn)號(hào)的NAK給A。所以每幀將會(huì)被重傳兩次。

PPP基本上是以HDLC為基礎(chǔ)的，HDLC則使用了位填充技術(shù)來防止在有效載荷數(shù)據(jù)中偶爾出現(xiàn)標(biāo)志字節(jié)，以避免引起混淆。請(qǐng)給出至少一個(gè)理由說明為什么PPP卻使用了字節(jié)填充技術(shù)？

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

解答：

PPP和HDLC相比它是用軟件來實(shí)現(xiàn)的，而HDLC是硬件實(shí)現(xiàn)的，在軟件中對(duì)字節(jié)的操作相對(duì)于位操作要簡(jiǎn)單的多；另外PPP是為MODEM來設(shè)計(jì)的，而MODEM是對(duì)字節(jié)操作的而不是對(duì)位操作的。

利用地球同步衛(wèi)星在一個(gè)1Mbps的信道上發(fā)送1000位的幀，該信道離開地球的傳輸延遲為270ms。確認(rèn)信息總是被捎帶在數(shù)據(jù)幀上。頭部十分短，并且使用3位序列號(hào)。在下面的協(xié)議中，最大可獲得的信道利用率是多少？

(a)停－等協(xié)議

(b)回退n幀協(xié)議(c)選擇性重傳協(xié)議

解答：

假定t=0時(shí)開始傳輸，t=1ms時(shí)第一幀發(fā)送完畢，t=271ms時(shí)第一幀到達(dá)接收點(diǎn)，t=272ms時(shí)回應(yīng)幀發(fā)送完畢，t=542ms時(shí)回應(yīng)幀到達(dá)接收點(diǎn)。所以傳輸一幀的周期為542ms。542ms內(nèi)發(fā)送k幀數(shù)據(jù)，它的效率為k/542。所以，

(a)k=1，效率為1/542=0.18%

(b)k=7，效率為7/542=1.29%(c)k=4，效率為4/542=0.74%

在一個(gè)負(fù)載很重的50kbps衛(wèi)星信道上使用選擇性重傳協(xié)議，數(shù)據(jù)幀包含40位的頭和3960位的數(shù)據(jù)，請(qǐng)計(jì)算一下浪費(fèi)在頭部和重傳的開銷占多少比例。假設(shè)從地球到衛(wèi)星的信號(hào)傳輸時(shí)間為270ms。ACK幀永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生，NAK幀為40位。數(shù)據(jù)幀的錯(cuò)誤率為1％，NAK幀的錯(cuò)誤率忽略不計(jì)，序列號(hào)為8位。解答：

對(duì)于50kbps的信道和8位的序列號(hào)，信道始終是滿的。平均每幀重傳的次數(shù)為0.01。每個(gè)正確接收的幀浪費(fèi)了40位的頭，1％×4000位的重傳位和每100幀就有一個(gè)40位的NAK，所以每3960位的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)80.4位的開銷，即80.4/(3960+80.4)=1.99%。

一個(gè)信道的數(shù)據(jù)速率為4kbps，其傳播時(shí)延為20ms，那么對(duì)于效率至少為50％的停等協(xié)議而言，此協(xié)議幀的大小范圍為多少？解答：

對(duì)于停等協(xié)議，其協(xié)議效率為U?tproptframe20msL/4k11?2a。當(dāng)U?50%時(shí)，可以得到

a??，因此得到L?160，即幀長度應(yīng)當(dāng)大于160比特。

對(duì)于窗口大小為1000比特，速率為1Mbps，延遲為270ms的衛(wèi)星信道，以下狀況下的最大鏈路利用率是多少？

a.采用停等協(xié)議的流量控制。b.連續(xù)流量控制，窗口大小為7。c.連續(xù)流量控制，窗口大小為127。d.連續(xù)流量控制，窗口大小為255。

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

解答：在此衛(wèi)星信道下，a?270ms1000/1Mb/s?270

1?0.0018。

（a）采用停等協(xié)議，其鏈路的最大利用率為U?1?2aW7（b）W＝7，連續(xù)流量控制下的鏈路利用率為U???0.0126。

1?2a1?540（c）W＝127，連續(xù)流量控制下的鏈路利用率為U?（d）W＝255，連續(xù)流量控制下的鏈路利用率為U?W1?2aW1?2a??1271?5402551?540?0.2286。?0.459。

一個(gè)信道的數(shù)據(jù)速率為Rbps，傳輸時(shí)延為t秒/公里，發(fā)送端和接收端的距離為L公里，幀的大小固定為B比特，在最大利用率的前提下給出幀的序號(hào)域的最小值(忽略回應(yīng)幀的影響)。解答：

當(dāng)窗口大小W?2a?1時(shí)，信道得利用率為100％，因此應(yīng)當(dāng)取W?2a?1。而a?tproptframe?L?tB/R?1BL?R?t，因此W?2BL?R?t?1，而幀的序號(hào)域的最小值應(yīng)當(dāng)是

2??n??log2(L?R?t?1)??1。

B??對(duì)于P=110011，M=11100011，求其CRC是多少？

解答：由于P的位數(shù)是6，因此應(yīng)當(dāng)加5為冗余位，計(jì)算如下：

111?1101?100011?1011011011010110000011001100111010101101011011010

101?11011?11因此R＝11010，T＝1110001111010。

兩個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)A、B采用滑動(dòng)窗口協(xié)議，其序號(hào)占用3比特，在后退N幀ARQ的方式中，發(fā)送方的窗口尺寸為4。假定A給B發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)于以下事件指出窗口的位置：a.在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前。

b.在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀0，1，2之后，B應(yīng)答了0，1幀，并且A收到了這些回應(yīng)幀。c.在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀3，4，5之后，B應(yīng)答了第4幀，并且A收到了這些回應(yīng)幀。

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

解答：根據(jù)滑動(dòng)窗口的原理和后退N幀ARQ的基本思想，結(jié)果如圖3.18所示。

節(jié)點(diǎn)A01234567010123節(jié)點(diǎn)B45670（a）節(jié)點(diǎn)A0123456701012節(jié)點(diǎn)B345670（b）節(jié)點(diǎn)A0123456701012節(jié)點(diǎn)B345670（c）圖3.18滑動(dòng)窗口的位置

在上題中，假使采用選擇重發(fā)ARQ方式，且發(fā)送方和接收方的窗口尺寸都是4。題中的三個(gè)問題的結(jié)果又如何？

解答：根據(jù)滑動(dòng)窗口的原理和選擇重發(fā)ARQ的基本思想，結(jié)果如圖3.19所示。

節(jié)點(diǎn)A01234567010123節(jié)點(diǎn)B45670（a）0123456701012345670（b）0123456701012345670（c）01234567010123456701（d）圖3.19滑動(dòng)窗口的位置

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條1Mbps的衛(wèi)星鏈路進(jìn)行通信，傳輸時(shí)延為270ms，衛(wèi)星在這里的作用只是做一下轉(zhuǎn)發(fā)，可以忽略交換時(shí)延，對(duì)于幀大小為1024，3位順序號(hào)的HDLC協(xié)議，那么最大可能的數(shù)據(jù)吞吐量是多少？解答：

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習(xí)題

假設(shè)控制字段長8bit，F(xiàn)CS長16bit，則在一幀中數(shù)據(jù)比例為

1024??4?81024W1?2a16?84.6%假設(shè)該鏈路可用Go-Back-N過錯(cuò)控制，則窗口尺寸可達(dá)7，得到U??0.65%

所以數(shù)據(jù)的比特吞吐量為：1M?84.6%?0.65%?5500bit/s。

正常響應(yīng)模式的HDLC主站發(fā)送了六個(gè)I幀給從站，主站在發(fā)送這六幀之前的N(S)值計(jì)數(shù)到3，假使第六幀的詢問位置位，那么來自從站的最終一幀的N(R)計(jì)數(shù)值是多少？解答：

根據(jù)題意知窗口序號(hào)為3比特，以8為模。因可以連續(xù)發(fā)送6幀，可斷定采用回退N幀ARQ而不是選擇拒絕ARQ。

因是無過錯(cuò)操作，當(dāng)發(fā)送的第6幀信息幀的輪詢位置1，從站將給予RR或RNR應(yīng)答，由于發(fā)送6幀信息前主站的N(S)為3，之后發(fā)送的信息幀的N(S)從4開始，因此，從站返回的N(R)計(jì)數(shù)值為2，表示已接收到了4、5、6、7、0和1幀，可以接收的下一幀的序號(hào)是2。所以N(R)＝010。

一個(gè)Web服務(wù)器尋常接收少量的來自客戶端的數(shù)據(jù)，而發(fā)送大量的數(shù)據(jù)給客戶端，請(qǐng)解釋一下選擇拒絕ARQ和回退N幀ARQ哪個(gè)對(duì)服務(wù)器造成的負(fù)擔(dān)最??？解答：

該題實(shí)際上是問該B/S模式應(yīng)用畢竟是回退N幀ARQ還是選擇拒絕ARQ效率更高？回退N幀ARQ會(huì)增加網(wǎng)上流量和服務(wù)器重傳的信息量，特別當(dāng)線路質(zhì)量不好時(shí)，服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)量會(huì)劇增。

選擇拒絕ARQ會(huì)使接收和發(fā)送規(guī)律更繁雜一些，特別會(huì)加重服務(wù)器接收緩沖的負(fù)擔(dān)。Web服務(wù)器因接收信息量小，發(fā)送信息量大，選擇拒絕ARQ的缺點(diǎn)對(duì)其影響相對(duì)較小，倒是重傳信息量是主要問題。因此選擇拒絕ARQ對(duì)減輕WEB服務(wù)器負(fù)擔(dān)可能更好一些。

在一個(gè)1Mb/s的衛(wèi)星信道上發(fā)送1000比特長的幀，確認(rèn)總是捎帶在數(shù)據(jù)幀中，幀頭很短，使用3bit的序列號(hào)，對(duì)于下面的協(xié)議而言，可以取得的最大信道的利用率是多少？

(a)停等協(xié)議

(b)后退N幀的滑動(dòng)窗口協(xié)議

(c)選擇性重發(fā)的滑動(dòng)窗口協(xié)議解答：

對(duì)應(yīng)3種協(xié)議的窗口大小值分別是1，7和4。

使用衛(wèi)星信道端到端的傳輸延遲是270ms，以1Mb/s的速率發(fā)送，1000bit長的幀發(fā)送的時(shí)間是1ms。這里用t＝0標(biāo)識(shí)傳輸開始時(shí)間，則在t=1ms時(shí)，第一幀發(fā)送完