《通信网》作业答案.docx
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《通信网》作业答案
思考题一
1（ok）构成现代通信网的结构和要素有哪些？
它们各自完成的功能有哪些？
它们之间的相互协调通信通过什么机制来实现？
现代通信网络的三大组成部分：
传输、交换和终端设备，其发展是和这些通信设备、电子器件、计算机技术的发展紧密相关的。
通信网构成要素
实际的通信网是由软件和硬件按特定的方式构成的通信系统，从硬件构成来看：
通信网由终端节点、交换节点、业务节点和传输系统构成，完成接入、交换和传输；软件设施包括了信令、协议、控制、管理、计费等，完成网络的控制、管理、运营和维护、实现通信网的智能化。
上述的网络在传输信息的类型、方式、所提供的服务的种类等方面各不相同，但它们在网络结构、基本功能、实现原理上都是相似的，它们都实现了以下四种功能：
（1）信息传送
它是通信网的基本任务，传送的信息有三大类：
用户信息、信令信息、管理信息，信息传输主要由交换节点、传输系统来完成。
（2）信息处理
网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的，主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性。
（3）信令机制
它是通信网上任意两个通信实体间为实现某一通信任务，进行控制信息交换的机制，如NO.7信令、TCP/IP协议等。
（4）网络管理
它负责网络的运营管理、维护管理、资源管理，以保证网络在正常和故障情况下的服务质量。
是整个网络中最具有智能的部分，已形成的网络管理标准有：
电信管理网标准TMN系列，计算机网络管理标准SNMP等。
2（ok）在通信网中，交换节点主要完成哪些功能？
分组交换与电路交换的各自方式和特点？
（1）电路交换（CircuitSwitching）
ITU定义为：
“根据请求，从一套入口和出口中，建立起一条为传输信息而从指定入口到指定出口的连接”。
电路交换是一种电路间的实时交换，所谓实时，是指任意用户呼叫另一用户时，应立即在两用户之间建立通信电路的连接，这时通信网内的相关设备和线路都被这一对用户占用着，不能再为其他用户服务，这种在一次呼叫中由通信网根据用户要求在指定的呼叫路由上固定分配设备的交换方式，称之为电路交换方式。
◆电路交换的主要特点：
话音或数据的传输时延小且无抖动，“透明”传输。
无需存储、分析和处理、传输效率比较高；但是，电路的接续时间较长，电路资源被通信双方独占，电路利用率低。
（2）分组交换（PacketSwitching）
分组交换也称包交换，它将用户的一整份报文分割成若干数据块，即分组。
分组交换是一种综合电路交换和报文交换的优点而又尽量避免两者的缺点的第三种交换方式。
它的基本原理是“存储——转发”，是以更短的、被规格化了的“分组”为单位进行交换、传输。
分组交换相对于电路交换的方式来说，具有高效、灵活、迅速、可靠等特点。
3（ok）计算机网络的构成与发展。
1.4.2计算机通信网的组成
早期的计算机网络都是面向终端的，它们是以单个主机为中心，各终端经通信线路共享主机的软硬件资源，随着数据通信网络的发展，计算机网络逐步过渡到以网络为中心，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为用户资源子网（用户子网）和通信子网两级子网结构。
用户子网：
所有的端节点（包括所有的设备）以及连接这些节点的链路集合体，具体设备有主机、终端控制器和终端等。
通信子网：
所有转接节点以及连接这些节点的链路集合体，具体设备有节点处理机、传输链路和通信软件等。
数据通信网络可以作为计算机网络的通信子网
组成结构：
计算机通信网是指多台计算机，包括主机系统、通信处理机或者利用计算机实现的其他智能设备互连构成的通信网络。
抽象结构：
计算机通信网是由一些节点及连接节点的链路组成，即：
网={节点，链路}，可写成N={V，L}其中：
V={v1,v2,v3,···,vm}，是节点的集合。
节点由端节点和转换节点之分。
L={l1,l2,l3,···,ln}，是链路的集合。
链路是两个节点之间一定容量的传输线路，也有物理链路和逻辑链路之分。
有时也把从一个源节点到一个宿节点所经过的一串接点和链路的有序集合称为通路。
1.4.5计算机网络在我国的发展
（1）中国公用计算机互联网CHINANET
（2）中国教育和科研计算机网CERNET
（3）中国科学技术网CSTNET
（4）中国联通互联网UNINET
（5）中国网通公用互联网CNCNET
（6）中国国际经济贸易互联网CIETNET
（7）中国移动互联网CMNET
（8）中国长城互联网CGWNET（建设中）
（9）中国卫星集团互联网CSNET（建设中）
4（ok）网络互连的基本概念与形式（对应的应用设备）？
1.6.1网络互连的基本概念与基本形式
1.基本概念
网络互连是现代通信网络的核心内容，也是现代通信网络的重要技术基础。
互连是由各种网络参照一定的规范标准，使用一定的连接设备而构成新的更大的网络，实现最大限度的互连。
互连在一起的网络要能进行通信才有价值，而要实现通信又必须解决传输、交换、终端三大要素的问题。
不同的寻址方式、不同的分组最大长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错恢复方法、不同的状态报告方法，不同的路由选择技术、不同的用户接入控制、不同的服务（面向连接服务或无连接服务），不同的管理与控制方式等，都是为了解决网络的连接、网络的互连、互通问题。
开放的系统互连参考模型（OSI-RM）是网络互联的理论基础，两个网络可以在不同层次上的互连。
在网络互连时往往还要强调网络互通，网络互通不仅仅是指两个端系统间单纯的数据转移，还表现各自业务间相互作用的关系，以完成它们间共同的任务。
2.基本形式
网络互连要通过一个中间系统，OSI的术语称之为中继（relay）系统，根据中继系统所在的层次，可以有以下几种方式：
①物理层中继系统，即转发器（Repeater），是最简单的网络连接设备，不具有过滤功能，只对所连接的网段进行信息流的简单复制，在OSI的第一层实现局域网（LAN）的连接。
②数据链路层中继系统，即网桥和桥接器（Bridge），网桥具有过滤功能，能对输入的数据帧进行分析，并根据信宿的MAC地址来决定数据的传送，另外，还具有高协议的透明性，适合广域网WAN的连接。
③网络层中继系统，即路由器（Router），其实就是一台专用计算机，是一种主要的网络节点设备，工作在IP层，具有互连多个子网、网络地址的判断、最佳路由的选择、数据处理和网络管理功能，可以提供不同的类型（LAN、WAN）、不同速率的链路或子网接口。
④在网络层以上的中继系统，即称网关（Gateway），又称网间连接器、信关或联网机，用于连接不同工作协议的主机设备，能通过在各种不同协议间的转换，实现网络间的互连。
与其他互连网络设备不同的是，网关只需要在某一高层的协议相同，不需要关心低层的协议，若高层协议不同则需要进行协议的转换。
5（ok）现代通信网为什么要采用分层结构？
协议的三要素是什么？
网络体系结构与协议的基本关系是什么？
“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
分层的好处：
使网络变得更灵活，易于维护
将网络部件标准化
结构独立，易于实现有利于模块化设计
保证不同类型部件的互操作性
加快了技术发展的速度
简化了教育和学习
协议有三个要素，即：
（1）语法（Syntax）：
数据与控制信息的格式、数据编码等。
（2）语义（Semantics）：
控制信息的内容，需要做出的动作及响应。
（3）时序（Timing）：
事件先后顺序和速度匹配。
1.6.5通信网络的体系结构
•网络的体系结构（architecture）是网络的各层及其协议的集合。
•体系结构就是这个网络及其部件所应完成的功能的精确定义。
•实现（implementation）是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。
•体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。
6链路与路径之区别？
通信网中有哪几种重要的综合传输技术？
综合传输技术是指将不同种类的业务共享网络的高速传输链路，实现信道共享的技术。
在综合通信网络中，通常采用TDM的方法实现多路信号的同时传输。
从技术体制来说：
主要是准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）；从物理传输媒介来说：
主要采用光纤传输，使用波分复用技术（WDM）。
PDH和SDH都是运行在光纤传输信道上的综合传输技术。
（1）PDH：
是20世纪60年代逐步发展起来的一种数字多路复用技术。
ITU-T推荐了两大类。
一类是一次群为2.048Mbps的30/32路的欧洲系列；另一类是一次群为1.544Mbps的24路的美日系列，我国采用第一种系列，其结构原理是依据话音带宽300——3400Hz，PCM采样频率为8000Hz，每一帧（125μs），分成32个时隙（TS），每个时隙（3.9μs）包含8个比特，16帧（F），为一个复帧（2ms）。
在每一帧中，TS1—TS15和TS17—TS31为话音时隙，TS0用于收发两端的帧同步，TS16用于传输线路信令，每路的传输速率为64Kbps，故总的速率为32×64Kbps=2.048Mbps。
（2）SDH：
SDH数字同步体系是ITU-T在美国同步光网络（SONET）体系的基础上提出来的，1988年命名为SDH，成为一种全新的传输网体制，是全世界统一了网络节点接口（NNI），基本网元有终端复用器（TM），分插复用器（ADM），同步数字交叉连接设备（SDXC）和再生中继器（REG）等，它们的功能各异，但都有标准的光接口，实现互联互通。
7（ok）速率与带宽的概念及表示单位？
1）速率
•比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
•Bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。
•速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate）是计算机网络中最重要的一个性能指标。
速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等
•速率往往是指额定速率或标称速率。
2）带宽
•“带宽”（bandwidth）本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
•现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s（bit/s）。
•更常用的带宽单位是
•千比每秒，即kb/s（103b/s）
•兆比每秒，即Mb/s（106b/s）
•吉比每秒，即Gb/s（109b/s）
•太比每秒，即Tb/s（1012b/s）
8（ok）4种时延的定义？
它们所产生的位置？
4）时延（delay或latency）
传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
•处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
•排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
9（ok）通信网的服务质量的总体要求与可靠性指标？
1.服务质量总体要求
（1）可访问性：
网络保证合法用户随时能够快速、有保证的接入到网络获取信息服务，并在规定的时延内传递信息的能力，影响其主要的因素有：
网络的物理拓扑结构、可用资源、设备的可靠性等，实际中常用接通率、接续时延等指标来评定。
（2）透明性：
网络保证用户业务信息准确、无差错传送的能力，实际中常用用户满意度和信号的传输质量来评定。
（3）可靠性：
整个通信网连续、不间断的稳定运行的能力，网络的可靠性设计不是追求绝对可靠，而是在经济性、合理性的前提下，满足业务服务质量即可。
可靠性指标主要有以下几种：
习题与思考题二
1设有一个（7，3）码，其生成多项式g（x）=x4+x3+x2+1，当传输信息为101时，求循环冗余码CRC。
2设信息为7位，冗余位为4位，g（x）=x4+x3+1，计算传输信息为1011001和1101001的CRC冗余码。
3HDLC协议中的信息格式有几个字段（场）组成，每个字段（场）的含义是什么，如果有一比特串1010111111101011111001，经“0”比特插入后是什么结果。
4为什么需要流量控制，常用的方法有哪些。
（停等、滑动窗口）
Ⅰ.停等自动请求
▲节点A发送一个数据帧后，必须停止发送第2帧，等待节点B的应答，无错误，应答ACK帧，A点得到ACK帧后，才能发送下一帧数据；如果发现错误则返回NAK否定应答帧，通知节点A重发最近的一帧，A点收到（NAK）帧后，将最近经ACK确认后传输的那一帧重新发送出去。
▲数据帧和ACK帧都必须交替标识0和1，而NAK帧无编号。
▲在发送设备端安装有一定时器，完成超时机制。
Ⅱ.滑动窗口自动重复请求
在常用的连续传输控制机制下存在着两种常用的协议：
回退N自动重复请求
选择拒绝自动重复请求
它们都是基于窗口流量控制上增加的三种特性：
★发送出去的帧在被应答之前，必须保留他们所有的备份。
★接收正确，应答ACK；而数据帧被破坏，接收方发送否定应答帧NAK；它们的接收序列号N（R），均认为是接收方期待的数据帧的编号。
★与停等ARQ类似，在滑动窗口自动请求协议中，发送设备也具有一个定时器，使得发送方能够处理应答帧丢失的情况，在滑动窗口ARQ中，允许在接收到一个应答帧之前，发送方可以发送n-1帧，第n-1帧时，启动定时器，如果设定的时间超时，没有被应答，发送方可以根据采用的协议发送一帧或所有的帧。
5在停等协议，出现
帧被破坏，
帧丢失后应如何处理。
a.帧被破坏
b.丢失了数据帧
尽管数据帧可以不按照顺序进行接收，却不能不按照顺序进行应答，如果丢了一帧，下一帧的到达就不是按序到达，当接收方包含当前接收的帧，试图对现有的帧进行重排序时，就会发现了矛盾及返回一个NAK帧
当然接收方只有在其它帧到来后，才能发现出现丢失的情况；如果丢失的是最后一帧，接收方不作任何工作而发送方将这种静默当作丢失应答帧一样对待
C．丢失应答帧
与回退n的ARQ一样，当发送设备到达传输窗口限制或传输末尾时，启动一个定时器，如果在预定时间没有应答，发送方就将尚未应答的所有帧都重传一遍
6在以下情况下，画出采用回退NARQ协议系统的发送窗口和接收窗口
a.发送了0号帧，0号帧已经应答。
b.发送了1号帧，2号帧，应答了1号、2号帧。
c.发送了3号、4号、5号帧，收到了对4号帧的否定应答（NAK4）
d.发送了4号、5号、6号、7号帧，应答了从4号到7号的各帧
7在一个滑动窗口系统中，发送方收到了ACK7，现在7、0、1、2、3号帧已经发送，在以下各独立的情况下，讨论接收到以下各应答帧时所代表的意义
a.ACK1
b.ACK4
c.ACK3
d.NAK1
e.NAK3
f.NAK7
（详见《通信原理》，好吧，我承认我也不会做。
。
。
考的可能性不大）
8何为信道复用技术，它解决了什么问题，一般有哪几种
频分复用FDM
•用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
•频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
时分复用TDM
•时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。
每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
•每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。
•TDM信号也称为等时（isochronous）信号。
•时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
波分复用WDM
•波分复用就是光的频分复用。
码分复用CDM
•常用的名词是码分多址CDMA
（CodeDivisionMultipleAccess）。
•各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
•这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被别人发现。
•每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
9解释信号在信道中传输时，衰减、有限带宽、时延失真和噪声的影响。
2.5.1衰减
第一方面：
信号沿着介质传播，由于电阻的影响，其振幅会衰减，对于某种信道的传输距离可确定一个可使用的极限范围。
另一方面，信号的衰减的大小与频率的高低有关，且是频率的函数，频率的不同，衰减的程度也不同，而所传输的信号是由不同频率组合而成的，自然衰减也是不同的。
2.5.2有限带宽的影响
由于传输的信号是有许多不同的频率成份组成，而在接收端只能接收那些能在传输介质带宽内的频率成份，介质的带宽越大，接收到的信号更加接近发送的信号的波形。
2.5.3延时失真
在频带中心—中心频率处，失真最小，在传输数字信号时，该信号的各种频率分量则以不同的延时到达接收器，这种效应将使接收到的信号产生失真，称之为延时失真。
延时失真的大小将随传输数据比特率的增加而增加，当速率增大到一定时，将使得这一比特的某些频率分量对下一比特产生干扰，称之为码间干扰。
2.5.4噪声的影响
噪声的来源：
串扰（串音），线间耦合引起的
脉冲（冲击）噪声、雷电、外电磁场、线路的通断等
热噪声（白噪声）
互调噪声，系统的非线性引起
10定性说明异步串行通信和同步串行通信；站点类型与配置，以及工作方式。
Ⅰ.异步传输
•传输中的信号不携带位同步信号，将N个比特组成一个传送组
•发送端：
单独处理每一组（起始位+数据+校验位+停止位）
•接收端：
根据起始位进行“重同步”
•存在的问题：
字符（节）N的生成率不确定，传输每个字符（节）需要加一些附加位，异步传输的机理决定了传输的速率上不去。
Ⅱ.同步通信
•比特流组装成一个“帧”，其中包括了许多字节或位，且它们之间没有间隙和起始/停止位，接收端数据的准确性完全依赖于比特到达所携带的同步信息进行精确的比特计数
•同步传输具有两种不同类型的构成同步数据链的方案（协议）：
面向字符（节）型与面向比特型
习题与思考题三
1．简述网络通信是信息流动的过程（参考第一章）。
2．TCP/IP与X.25协议的体系结构的描述。
TCP/IP—TransmissionControlProtocol/InternetProtocol这个体系结构奠定了全球联网的基础。
Internet实际上是一个网际网（网间网），即相互“随意”连接在一起的网络，TCP/IP就是网际网的基础。
它定义了这样一个概念：
任何可以传输的分组的通信系统均可视为一个网络，复杂的网络、简单的网络、甚至两台连接起来的计算机都是一个网络，而且是平等对待的，这就是Internet的对等性。
3．X.25、FR（帧中继）、ATM虚电路的描述与标识，需结合它们的工作过程。
X.25建议是国际上第一个使用层次结构概念的通信协议，它将公用数据网的通信功能划分为三个相互独立的层次，分别称为物理层、数据链路层和分组层，与OSI模型的下三层一一对应。
X.25的各层在功能上相互独立，相邻层之间通过接口发生联系，每一层的“通信实体”只利用其下一层所提供的“服务”，而不管下层如何实现，在接口的对等层之间的通信是通过对等层间的协议来实现的。
X.25的三层协议为DTE—DCE之间的高层通信协议提供了可靠的基础。
※帧中继特点
（1）帧中继对协议进行了简化，取消了第二层的流量控制和差错控制，这部分功能由高层协议实现。
（2）由于取消了原来的第二层处理，原来的第三层的对于逻辑连接的复用和交换移到了第二层。
（3）通过独立于用户数据的逻辑通道传送呼叫控制信令，因此在中间节点不需要与呼叫控制相关的状态和处理信息。
帧中继提供的逻辑连接分为永久虚电路和交换虚电路。
永久虚电路是指帧中继终端之间建立永久的虚电路连接；交换虚电路是指在两个帧中继终端之间通过呼叫建立的虚电路，终端通过呼叫清除操作来拆除该虚电路。
ATM的基本概念
转送方式：
在电信网络中使用的传输、处理、复接和交换方式的整体
传统的程控交换机采用的是同步、时隙为单位的电路转送方式；
分组交换机则是一种“Packet”为单位的分组交换转送方式；
而ATM是一种新型的转送方式，其结合了前两种转送方式的优点。
1ATM的信元
2ATM的虚电路概念
3B-ISDN对转送方式的要求
4．描述CSDN和PSDN的工作过程和它们之间的区别。
电路交换网（CSDN）——直接电路切换方式
分组交换网（PSDN）——存储转发方式
分组交换过程：
交换机收到一个分组后就把它暂存起来，然后根据分组中的地址信息、中继电路的忙闲、队列的长短等，选择一条最佳的路由，将该分组在此路由的队列中排队等待，轮到该分组时就将它按预定的路由发送到下一个交换机，直至将分组交给收信终端。
2）分组交换（packet）
◆分组交换是一种将报文交换和电路交换的优点结合起来，同时又将两者的缺点减少到最小的一种交换方式。
◆分组与报文最大差别：
是分组交换网中入网的数据单元的长度是受限制的，最大长度通常是1000比特到几千比特，对于大于最大长度的报文，必须将它们分成较小的数据单元（数据包），然后逐次发出。
◆分组交换也属于“存储——转发”交换方式只是传输的是短得多的、规格化的“分组”。
5．什么是ISDN以及分类，描述N—ISDN的基本组成（接入参考点的意义），B—ISDN的基本转送过程（ATM）。
ISDN——人们希望提供一种技术，是各种用户业务，均通过一种通信网来实现，用户只需一次申请，仅用一条用户线将多种或多功能的终端接入网内同时进行通信，并且以全数字的信号形式进行传输、交换。
（a）N-ISDN参考点RSTUV
（b）终端设备：
TE1符合N-ISDN要求的终端设备
TE2不符合N-ISDN要求的终端设备
网络终端设备（用以端接终端的设备）：
NT1：
实现线路传输、线路维护和性能监控、完成定时、馈电、多路复用等。
NT2：
执行PBX（CBX）、LAN和终端控制的设备，当不用时，不存在NT2，S点和T点合并为S/T点。
终端适配器（TA）：
使任何非ISDN的终端可通过TA接入到ISDN中去。
线路终端设备（LT）：
用户环路和交换局的端接口设备
②ATM的体系结构
ATM的协议参考模型不同于OSI参考模型，也不同于TCP/IP模型，它是由有用户、控制面，层管理面，面管理面组成：
◆用户面：
提供用户数据传输功能
◆控制面：
负责连接的建立的呼叫控制和负责连接建立后的监督与维护的连接控制
◆管理面：
面管理——协调各层面的运行；层管理——执行有关各协定实体内资源与参数的管理
6．信元的定义和组成结构，分析AAL与上层数据的关系。
应用适配层AAL[48Byte段]
接收来自上层的传输数据包，将它们映射成为大小固定的ATM信元，这些传输的数据包可以是任何类型（声音、数据、视频等），可以是固定和可变速率。
AAL层重新格式化来自其它协议的数据，类似于网络互连中的网关。
数据类型：
恒定比特率数据AAL1
可变比特率数据AAL2
面向连接包的数据AAL3
无连接包数据AAL4
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