网络作业参考答案版.docx

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网络作业参考答案版

第1章概述

一、数据长度为100字节时，传输效率=100/（100+20+20+18）=63.3%

数据长度为1000字节时，传输效率=1000/（1000+20+20+18）=94.5% 

二、因为分层可以带来以下好处：

各层之间是独立的：

可将一个复杂问题分解为若干个较容易处理的问题，使复杂程度下降。

灵活性好：

只要上下接口不变，内部可作任意修改，亦可跳层。

结构上可分割开：

各层都可以采用最合适的技术来实现。

易于实现和维护：

使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理。

能促进标准化工作，通用性好。

生活实例：

与分层相关即可.

三、网络协议：

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

由以下三个要素组成：

（1）语法：

即数据与控制信息的结构或格式。

（2）语义：

即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

（3）同步：

即事件实现顺序的详细说明。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。

协议和服务的概念的区分：

1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。

下面的协议对上面的服务用户是透明的。

2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。

但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。

上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

四、答：

所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。

五层协议的体系结构见下图所示：

各层的主要功能：

（1）应用层

应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理,来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。

（2）运输层

运输层提供应用进程之间的逻辑通信。

因特网的运输层可使用两种不同的协议。

即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。

面向连接的服务能够提供可靠的交付。

无连接服务则不能提供可靠的交付。

（3）网络层

网络层是为主机之间提供端到端逻辑通信。

网络层主要任务即“选路——转发”，负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

（4）数据链路层

数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输，实现节点与节点之间的通信。

（5）物理层

物理层的任务就是透明地传输比特流。

“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。

五、分组交换的要点：

分组交换——将要发送的信息在源结点划分为一个个等长的分组（包），各个分组通过不同途径传到目标结点，在目标结点重新装配恢复后送目标主机，提高了信道利用率。

分组交换的工作原理及特点

    下图是分组的概念。

通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文（message）。

在发送报文之前，先将较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为1024bit。

在每一个数据段前面，加上首部（header，其中包含目的地址和源地址等重要控制信息）后，就构成了一个分组。

各个分组通过不同途径传到目标结点，在目标结点重新装配恢复后送目标主机。

第2章物理层

1、

（1）物理层要解决的主要问题：

①物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。

②给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力。

为此，物理层应解决物理连接的建立、维持和释放问题。

③在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

（2）物理层的主要特点：

①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，

而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用。

加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。

②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

2、物理层接口特性有：

（1）机械特性：

指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。

平时常见的各种规则的接插件都由严格的标准化的规定。

（2）电气特性：

指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

（3）功能特性：

指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

（4）规程特性：

指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3、由香农公式C=B*log（1+S/N） 可得

  35Kbps=3100*log[2]（1+x）;

  35Kbps*1.6=3100*log[2]（1+y）;

解得：

x=2503.4880，y=274128.8678

故y/x=109.50倍

  当信噪比再增大10倍时，可得此时的信道的信息速率为：

     3100*log[2]（1+274128.8678*11）=66728.4952

由66728.4952/（35000*1.6）=1.1917可得最大信息速率增加不能达到20%。

4、当DTE-A要和DTE-B进行通信时，就将引脚20“DTE就绪”置为ON，同时通过引脚2“发送数据”向DCE-A传送电话号码信号。

·DCE－B收到铃流，将引脚22“振铃指示”置为ON，表示通知DTE-B有人呼叫信号到达（在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均为OFF状态）。

DTE-B就将其引脚20“DTE就绪”置为ON。

DCE-B接着产生载波信号，并将引脚6“DCE就绪”置为ON，表示已准备好接收数据。

·当DCE-A检测到载波信号时，将引脚8“载波检测”和引脚6“DCE就绪”都置为ON，以便使DTE-A知道通信电路已经建立。

DCE-A还可通过引脚3“接收数据”向DTE-A发送在其屏幕上显示的信息。

·DCE－A接着向DCE-B发送其载波信号，DCE-B将其引脚8“载波检测”置为ON。

·当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发送”置为ON。

DCE-A作为响应将引脚5“允许发送”置为ON。

然后DTE-A通过引脚2“发送数据”来发送其数据。

·DCE-A将数字信号转换为模拟信号向DCE-B发送过去。

·DCE-B将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚3“接收数据”向DTE-B发送。

第3章数据链路层

1、数据链路层中的链路控制功能包括：

（l）链路管理  当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发方必须确知收方是否已经处在准备接收的状态。

为此，通信的双方必须先要交换一些必要的信息。

或者用我们的术语，必须先建立一条数据链路。

同样地，在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。

数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。

（2）帧同步  在数据链路层，数据的传送单位是帧。

数据一帧一帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，而避免了将全部数据都进行重传。

帧同步是指收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。

 （3）流量控制 发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。

当收方来不及接收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。

 （4）差错控制  在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率。

为此，广泛地采用了编码技术。

编码技术有两大类。

一类是前向纠错，即收方收到有差错的数据帧时，能够自动将差错改正过来。

这种方法的开销较大，不适合于计算机通信。

另一类是检错重发，即收方可以检测出收到的帧中有差错（但并不知道是哪几个比特错了）。

于是就让发方重复发送这一帧，直到收方正确收到这一帧为止。

这种方法在计算机通信中是最常用的。

本章所要讨论的协议，都是采用检错重发这种差错控制方法。

 （5）将数据和控制信息区分开  由于数据和控制信息都是在同一信道中传送，而在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中。

因此一定要有相应的措施使收方能够将它们区分开来。

 （6）透明传输  所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

当所传数据中的比特组合恰巧出现了与某一个控制信息完全一样时，必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。

这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

 （7）寻址  在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确的目的站。

收方也应当知道发方是哪一个站。

2、信道速率为4Kbps，采用停止等待协议，传播延时tp=20ms，确认帧长度和处理时间均可忽略，问帧长为多少才能使信道利用率至少达到50%？

3、试证明：

当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为１，则只有在发送窗口的大小Wt<=2n-1时，连续ＡＲＱ协议才能正确运行。

证明分析如下：

（1）显然WT内不可能有重复编号的帧,所以WT≤2n.设WT=2n；

（2）注意以下情况：

发送窗口：

只有当收到对一个帧的确认，才会向前滑动一个帧的位置；

接收窗口：

只有收到一个序号正确的帧，才会向前滑动一个帧的位置，且同时向发送端发送对该帧的确认。

显然只有接收窗口向前滑动时，发送端口才有可能向前滑动。

发送端若没有收到该确认，发送窗口就不能滑动。

（3）为讨论方便,取n=3.并考虑当接收窗口位于0时，发送窗口的两个极端状态：

状态1时，发送窗口：

0123456701234567，全部确认帧收到接收窗口：

0123456701234567；

状态2时，发送窗口：

0123456701234567，全部确认帧都没收到接收窗口:

：

0123456701234567；

（4）可见在状态2下,接收过程前移窗口后有效序列号的新范围和发送窗口的旧范围之间有重叠，致使接收端无法区分是重复帧还是新帧。

为使旧发送窗口和新接收窗口之间序列号不发生重叠，有WT+WR≤2n,所以WT≤2n-1；

4、试证明：

对于选择重传ＡＲＱ协议，若用n比特进行编号，则接收窗口的最大值受Wr<=2n-1的约束。

分析如下：

因WT+WR≤2n，而WR≤WT,当WR=WT时，WR取最大值,为2n/2，

所以WR≤2n/2

5、试说明CSMA的工作原理及其类型，说明CSMA/CD在其基础上增加了什么功能

答：

CSMA即载波监听多点接入。

CSMA是从ALOHA演变出来的一种改进协议，又称为载波侦听多点访问。

采用附加的硬件装置，使每个站在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据，如在发送，则此站暂不发送数据，从而减少了发生冲突的可能。

CSMA有三种不同类型的协议：

ALOHA 非坚持CSMA  P坚持CSMA。

CSMA/CD在CSMA基础上增加了碰撞检测功能，在数据发送的过程中同时监听，如果监听到发生冲突，则放弃此数据帧的发送，并且强化冲突，延迟一个随即时间再发送。

6、100个站分布在4千米长的总线上，协议采用CSMA/CD，总线速率为5Mbps，帧平均长度为1000bit，试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。

（传播延时为5μs/km）

解答：

7、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。

设信号在网络上的传播速率为200000km/s。

求能够使用此协议的最短帧长。

（即课本：

题3-20。

）