《大数据通信与计算机网络》补充习题参考问题详解.docx

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《大数据通信与计算机网络》补充习题参考问题详解

《数据通信与计算机网络》补充题题介

第一章

1．计算机网络的开展经历了几个阶段？

各阶段有什么特点？

2．通信子网是计算机网络的一个组成局部。

试列出在计算机网络的工作中那些是由通信子网完成的？

那些不是？

3．简述可以从几种不同角度来对计算机网络分类。

第二章

1．在一个n层的网络系统中，每层协议分别要求加上Hi字节长的报头。

假设送往该网络的应用数据长度为A字节，问在物理媒体的带宽中有多少百分比是用来传输有效应用数据的？

解：

∵每层协议要求加上Hi字节的报头

∴n层的网络系统中，增加的开销为

又∵应用数据长度为A字节

∴传输有效应用数据的有效的带宽占

第三章

1．简述通信系统的模型。

2．物理层协议包括哪四方面的容？

3．简述模拟数据与数字数据的模拟信号与数字信号表示方法。

4．简述MODEM和CODEC的作用。

5．什么是数据通信？

6．数据传输速率与信号传输速率的单位各是什么？

它们之间有什么关系？

7．数据传输速率与信道容量的单位各是什么？

它们之间有什么不同？

8．对于带宽为4KHz的信道，假设用8种不同的物理状态来表示数据，信噪比为30db，试问按奈奎斯特定理，最大限制的数据速率是多少？

按香农定理最大限制的数据速率是多少？

解：

按奈奎斯特定理C=2H·log2N

∵N=8，H=4KHZ∴C=24kbps

按香农定理，C=H·log2〔1+S/N〕

∵信噪比为30db，30db=10·logS/N

∴

H=4KHZ

∴C=H·log2〔1+1000〕=40kbps

9．对于带宽为6MHz的信道，假设用4种不同的状态来表示数据，在不考虑热噪声的情况下，该信道的最大数据传输速率是多少？

解：

按奈奎斯特定理：

C=2·H·log2N

∵N=4，H=6MHZ

∴C=2·6MHZ·log24=24Mbps

10．某调制解调器同时使用幅移键控和相移键控，采用0、π/2、π和3/2π四种相位，每种相位又都有两个不同的幅度值，问波特率为1200的情况下数据速率是多少？

同时使用幅移键控和相移键控

解：

有

4种相位，每个相位又有2个幅度

∴N=4×2=8B=1200baud

∴S=B·log2N=3600bps

11．信道带宽为3KHz，信噪比为30db，每个信号两种状态，如此每秒能发送的比特数不会超过多少？

解：

按香农定理：

信噪比为30db，H=3KHZ

∴

C=H·log2〔1+1000〕=30kbps

按奈奎斯特定理C=2H·log2N

∵N=2，H=3KHZ∴C=6kbps

所以该信道每秒能发送的比特数不会超过6kbit。

12．采用8种相位、每种相位各有两种幅度的PAM调制方法，问在1200Baud的信号传输速率下能达到的数据传输速率为多少？

解：

N=8×2=16种，B=1200Band

∴S=B·log2N=4800bps

13．采用每种相位各有两种幅度的PAM调制方法，在带宽为8KHz的无噪信道上传输数字信号，假设要达到64Kbps的数据速率，问至少要多少种不同的相位？

解：

按奈奎斯特定理：

H=8KHZ，C=64kbps

C=2·H·log2NN=16

∵每种相位各有两种幅度∴N/2=8种相位

答至少要8种不同相位

14．简述异步传输方式与同步传输方式的区别。

15．数据速率为1200bps，采用无校验、1位停止位的异步传输，问1分钟最多能传输多少个汉字〔双字节〕？

解：

异步传输汉字时，每个汉字占二个群；数据位为8位，采用无校验，1位停止位，1位起始位

每分钟可传输的汉字数

所以1分钟最多能传输汉字3600个。

16．分别用标准曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码画出1011001的波形图。

解：

数据为1011001

v1011001

全宽码t

曼彻斯特码

差分曼彻斯

特码

17．采用曼彻斯特编码的10Mbps局域网的波特率是多少？

解：

采用曼彻斯编码时，在最坏情况下，一位二进制比特需要有二次跳变，所以10Mbps局域网的波特率为10Mbps*2=20Mbaud

18．简述异步传输方式的字符格式，并说明各局部的所用。

19．信源以字节〔8比特〕为单位传输数据，假设数据速率为B（bps），对如下两种情况分别计算有效数据传输速率：

（1）异步串行传输，不用校验位、使用1位停止位；

（2）同步串行传输，每帧包含48位控制位和4096位数据位。

解：

〔1〕异步传输:

（传输数据位最多时）

以字节为单位，8位数据，不用校验，1位起始位，1位停止位

〔2〕同步传输：

每帧包含48位控制位和4096位数据位

20．在一样数据速率下，分别采用异步协议和同步协议传输大批量数据，问两者的传输效率之比约为百分之几？

解：

在一样数据速率B下，传输大批量数据时

异步传输的效率最多为

同步传输的效率为接近于1×B

两者的传输效率之比为

21．对于带宽为4KHz的语音信号，采用量化级别为128的PCM方法编码，问所产生的二进制位起码要用多大传输速率的信道才能传输？

解：

语音信号带宽为4KHZ，所以采样频率为2×4KHZ=8KHZ即每秒采样8000次

每次间隔时间为125us，量化级为128，故每次采样要用七位二进制来表示

所以数据速率为

7bit×8KHZ=56kbps

或7bit/125us=56kbps

22．简述FDM和TDM的实现原理。

23．分别计算T1载波和E1载波的编码效率和开销率。

解：

T1载波:

每帧由24路声音，每路声音7位数据，1位控制，每帧1位标志

编码效率为

开销率为

E1载波：

每帧由30路声音，每路声音8位数据，每帧有8位同步，8位控制

编码效率为

开销为

24．假设要在采用两种物理状态传输的50Kbps信道上传输的T1载波，问信道的信噪比至少要多少?

解：

在两种物理状态下传输50kbps，即

C1=2·H·log2N∵N=2，C1=50kbps

∴H=25KHZ

现要传输1.544Mbps的T1载波

∴C2=H·log2〔1+S/N〕C2=1.544Mbps

∴leg2〔1+S/N〕=61.76S/N=261.76-1

信噪比为

25．试比拟电路交换、报文交换、虚电路分组交换与数据报分组交换方式的特点。

26．对于交换网定义如下参数：

N–两个给定站点间转接的节点数；

L–报文长度（比特）；

B–链路上的数据传输速率〔bps〕；

P–每个分组的长度（比特）；

H–每个分组的开销（比特）；

S–电路交换或虚电路分组交换的呼叫建立时间（秒）；

D–每个转接点的转接延迟时间（秒）。

M–两个节点之间的传播延迟时间（秒）。

假设不需要确认，请分别计算电路交换、报文交换、虚电路分组交换和数据报分组交换的端到端延迟时间。

解：

〔1〕电路交换，有电路的建立时间，报文传输延迟和传播延迟时间

T电路交换=

〔M为两站点之间的传播延迟〕

〔2〕报文交换，无电路的建立时间，但采用存贮转发

T报文交换=

分组交换：

分组个数

X个分组〔可能最后一个分组中数据量不足P-H〕

最后一个分组长度为L-〔x-1〕·〔P-H〕+H记为Y

〔3〕虚电路分组交换：

有虚电路的建立时间，延迟时间可为

T虚电路交换=虚电路的建立时间+第一个分组的到达时间+后续分组的到达时间

〔4〕数据报分组交换：

无虚电路的建立时间

T数据报交换=第一个分组的到达时间+后续分组的到达时间

27．假设两个端系统之间有三个转接点，要传送的报文为4800bits，所有链路上的数据速率为10Mbps，假设采用虚电路分组交换技术，呼叫建立的时间为0．001秒，每个分组的最大长度为1200bits，每个分组要有40bits的开销，每个转换点的处理时延为0．0002秒。

两个站点之间的传播时延为0．00001秒，试计算从端到端的延迟时间。

解：

每个分组的最大长度为1200bits，每个分组要有40bits的开销,所以每个分组只能携带1160bits数据。

分组个数为X=4800÷1160≈4.1个，为5个分组。

最后一个分组长度为Y=L-〔x-1〕·〔P-H〕+H=200bits

呼叫建立的时间为S=0．001秒=1ms；每个转换点的处理时延为D=0．0002秒=0．2ms；

两个站点之间的传播时延为M=0．00001秒=0．01ms；N=3；B=10Mbps=10bit/μs

T虚电路交换=虚电路的建立时间+第一个分组的到达时间+后续分组的到达时间

28．假设在相隔1000公里两地之间要传送3K位的数据。

可以通过地面电缆以的数据速率传送或通过卫星信道以50kbps的数据速率传送，问从开始发送到承受方收到全部数据为止用那种方式传送时间较短？

解：

地面电缆：

T=传输延迟+传播延迟

=625ms+5ms=630ms

卫星信道：

卫星的单向传播延迟时间约为270ms

T=传输延+传播延迟

=60ms+270ms=330ms

所以用卫星信道传送的时间较短。

29．一个简单的系统由二个终端局和一个长途局组成，每个终端局用1MHZ的全双工中继线连到长途局，平均每台机在8小时的工作日中使用4次，每次通话平均持续6分钟，其中10%的通话是长途局。

〔即经过长途局的〕，假设设每路话音带宽为4KHZ，问每个终端局能够支持的机最多台数是多少？

解：

按频分多路

个子信道

按时分多路

个用户

可支持的机的最多台数为250×200=50000台

30．假设你训练你的急救用狗，方法是传送一个装有三片软盘的盒子，每个盘片上存有250，000字节的信息，不管你在那里，狗都能以18公里/小时的速度跑到你跟前，问在什么距离围，狗的数据传输率比电路交换的数据传输率300bps高？

解：

〔设距离为X公里〕

31．假设某运载工具能以每小时80公里的速度一次传递10盒8mm的磁带，每盒3盘带，每盘带容量为7GB。

问在什么距离围，该运载工具的数据传输率比155Mb/s的ATM网络要高？

解：

设距离为Y公里

32．某信道误码率为10-5，每帧长度为10000bits,试问：

a）假设过失都是单个错，如此在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？

b）假设过失大多为突发错，平均突发长度为100bits，如此在该信道上传送的帧的平均出错率是多少？

解：

Pe=10-5，每帧长度为104bit

〔1〕假设为单个错：

Ne=1∴N=105

有多少个帧：

∴帧的错误率为10%

〔2〕假设为突发错：

Ne=100bit

∴

有多少帧

个帧，但突发错误可能影响一个帧，也可能影响二个帧；

所以帧的平均错误率为

或

第四章

1．比拟ARQ和FEC方法的工作原理，说明他们的不同之处。

2．生成多项式为：

X4+X3+X2+1，求信息位1010101的CRC码。

解：

生成多项式g（x）=x4+x3+x2+1对应的二进制位串为11101（r=4）

信息位1010101对立的二进制多项式为k（x）

求

的余式

1110101

11101

11101

∴余式r（x）=x3+110000

→100111101

11011

C（x）=x4·k（x）+r（x）11101

11000

→对应的CRC码为11101

10100

11101

1001

3．〔7，3〕循环码的校验关系式为：

C6+C3+C2+C1=0

C5+C2+C1+C0=0

C6+C5+C1=0

C5+C4+C0=0

求该循环码的生成多项式G〔X〕和信息码110的余式r（x）？

解：

在〔7，3〕循环码中前k-1位为0的信息位是001，即有C6C5C4C3C2C1C0

001XXXX

代入校验方程组：

C6+C3+C2+C1=0→C3=1；

C5+C2+C1+C0=0→C2=1；

C6+C5+C1=0→C1=0；

C5+C4+C0=0→C0=1；

生成多项式对应的二进制位串为0011101（r=4）；生成多项式为g（x）=x4+x3+x2+1

信息位110对立的二进制多项式为k（x）

求

的余式

101

111011100000

11101

∴余式r（x）=x3+110100

→100111101

1001

C（x）=x4·k（x）+r（x）→对应的CRC码为1101001

4.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。

解：

生成多项式g（x）=x4+x3+x2+1对应的二进制位串为11101（r=4）

信息位101对立的二进制多项式为k（x）

求

的余式

111

111011010000

11101

∴余式r（x）=x+110010

→001111101

11110

C（x）=x4·k（x）+r（x）11101

0011

→对应的CRC码为1010011

5．设信息为7位，冗余位为4位，生成多项式G〔X〕=x4+x3+1，试计算传输信息为1011001和1101001的CRC编码。

解：

生成多项式g（x）=x4+x3+1对应的二进制位串为11001（r=4）

信息位1011001对立的二进制多项式为k（x）

求

的余式

1101010

11001

11001

∴余式r（x）=x3+x11110

→101011001

11110

C（x）=x4·k（x）+r（x）11001

11100

→对应的CRC码为11001

1010

信息位1101001对立的二进制多项式为k（x）

1001001

11001

11001

∴余式r（x）=111010

→000111001

11000

C（x）=x4·k（x）+r（x）11001

0001

→对应的CRC码为

6．试比拟四种帧定界方法的特点。

7．假设发送窗口尺寸为4，在发送3号帧并收到2号帧确实认帧后，发送方还可发几帧？

请给出可发帧的序号。

解：

发送窗口尺寸为4，即不必等待确认帧的到来，最多可连续发送4个帧。

发送了3号帧，即前面一共发送了0，1，2，3号4个帧。

收到了2号帧确实认帧，即表示0号，1号，2号帧均已收妥，故发送窗口可删除0号，1号，2号帧，即还留下一个帧：

3号帧；所以发送方还可以发送3个帧，可发送帧的序号为4号，5号和6号帧。

8．假设窗口序号位数为3，发送窗口尺寸为2，采用Go-back-N法，请画出由初始态出发相继如下事件发生时的发送与接收窗口图：

发送帧0、发送帧1、接收帧0、接收确认帧0、发送帧2、帧1接收出错、帧1确认超时、重发帧1、接收帧1、发送帧2、接收确认帧1。

解：

窗口序号位数为3，即占三位二进制，帧序号为0~7；采用G0–back–N法，发送窗口为2，接收窗口为1，即可以连续发送2个帧，而接收为顺序接收。

解：

窗口序号位数为3，即占三位二进制，帧序号为0~7；采用G0–back–N法，发送窗口为2，接收窗口为1，即可以连续发送2个帧，而接收为顺序接收。

初态发0发1收0接收确认0发2

发送窗口同左

承受窗口同左同左同左同左

帧1接收错帧1确认超时重发1接收帧1重发2接收确认1

发送窗口同前同左

承受窗口同左同左同左同左

9．假设帧序号位数为3，窗口尺寸为2，采用选择重发协议，请画出由初始态出发相继如下事件发生时的发送与接收窗口图：

发送帧0、发送帧1、接收帧0、接收确认帧0、发送帧2、接收否认确认帧1、接收帧2、重发帧1、接收帧1、接收确认帧2。

解：

窗口序号位数为3，即占三位二进制，帧序号为0~7；采用选择重发协议，发送窗口为2，接收窗口为2，即可以连续发送2个帧，而接收为不按顺序接收。

初态发0发1接收帧0接收确认帧0发2

发送窗口同左

承受窗口同左同左同左同左

接收否认确认帧1接收帧2重发1接收帧1接收确认帧2

发送窗口同左同左

承受窗口同左同左同左

或

10．假设BSC帧数据段中出现如下字符串：

“ABCDE〞

问字符填充后的输出是什么？

解：

BSC帧数据段中出现如下字符串：

“ABCDE〞

字符填充后为：

“ABCDE〞

11．HDLC帧数据段中出现如下比特串：

“1111110〞问比特填充后的输出是什么？

解：

HDLC帧数据段中出现如下比特串：

“1111110〞

比特填充后为:

“011111010〞

12．一个信道的数据速率为4Kbps,单向传播延迟时间为20ms，问帧在什么围，才能使停等协议的效率至少是50%？

解：

∵题中未提确认帧，即确认帧很短，可以忽略，不占时间

∴停等协议的信道利用率为

∵B=4kbps；R=20ms

∴

∴L≥160bit

答：

帧长要大于等于160bit

13．一个信道的数据速率为1Mbps，往返传播延迟时间为4ms，帧长度为1000比特，帧的顺序号用三位，并假设确认不采用捎带方式，并且不占时间，问假设不考虑过失重发和帧头所造成的信道损失时，采用选择重发协议，信道可能达到的最大有效利用率是多少？

解：

确认方式：

单独确实认帧，帧长为L′〔不采用捎带方式〕

单独确实认帧，帧长很短，可以忽略，不占时间；L′=0〔不采用捎带方式〕

采用捎带方式，帧长为数据帧，故为L

帧的顺序号为三位，故最大帧序号为Smax=23–1=7；又因为采用选择重发协议，信道上发送方的发送窗口的最大尺寸为序号围的一半，即23–1=4

信道的最大利用率：

∵L=1000bit；2R=4ms；B=1Mbps

∴

14．使用后退n协议在3000km长的的T1干线上发送64字节的帧，假设信号传播速度是6μs/km,问帧的顺序号应有多少位？

解：

设帧的顺序号为n位，如此后退n协议的发送窗口的最大尺寸为Smax=2n–1=m即可连续发送m个帧，并设确认帧不占时间（L′=0）

∴后退n协议的信道利用率

要使U为最大,即接近于1

∴

∴

=108.56

∴m=109

2n-1=m∴n=leg2〔m+1〕=7

答帧的顺序号应有7位二进制.

15．在50Kbps的卫星信道上发送1Kbit长的帧，确认信号总是由数据帧捎带，帧头很短，使用三位顺序号，对于下面三种协议，最大可能达到的信道有效利用率是多少？

〔1〕停等协议〔2〕后退n协议〔3〕选择重发协议

解：

确认信号总是由数据帧捎带，故确认帧长等于数据帧长，

L′=L，帧头很短，故帧的开销可忽略不计。

L/B

使用三位帧顺序号，如此Smax=23–1=7

卫星信道的单向传播延迟时间约为270ms

〔1〕停等协议，发送窗口为1，只能发送1个帧

L′/B

〔2〕后退n协议，发送窗口的最大尺寸为Smax=7

〔3〕选择重发协议，发送窗口的最大尺寸为序号围的一半,即为4

16．用BSC规程传输一批汉字〔双字节〕，假设采用不带报头的分块传输，且最大报文块长为129字节，共传输了5帧，其中最后一块报文为101字节。

问每个报文最多能传多少汉字？

该批数据共有多少汉字？

〔假设采用单字节的块校验字符。

〕

解：

BSC规程中帧的格式为

SSSEB

YYT报文TC

NNXBC

每个报文可以最多传输的汉字数：

〔129B–5B〕/2=62个汉字

共有多少个汉字：

4×62+〔101B-5B〕/2=296个汉字

17．用HDLC帧传输12个汉字〔双字节〕时，帧中的信息字段占多少字节？

总的帧长占多少字节？

解：

HDLC帧的格式为

888168

01111110ACIFCS01111110

信息字段为12×2=24B，信息字段占24字节

总的帧长为24B+6B=30B

18．数据传输速率2400bps、最大分组长度1024位〔未含分组头〕，传输长度为256K字节的报文，试计算：

〔1〕总共传输的分组数；〔2〕总共传输的比特数；〔3〕传输所用的总时间。

解：

最大分组长度为1024bit〔未含分组头〕；传输长度为256K字节的报文

〔1〕总共传输的分组数：

〔2〕每个分组要加上3个字节的分组头〔24bit〕

总共传输的比特数：

2048*〔1024+24〕=2146304bit

〔3〕传输所用的总时间：

假设题目改为网络层的分组在数据链路层被组装成帧〔HDLC〕传输问〔4〕

总共传输的帧数？

〔5〕总共传输的比特数？

〔6〕传输所用的总时间？

〔4〕总共传输的帧数为2048个帧

〔5〕总共传输的比特数2048*〔1024+24+48〕=2244608bit

〔6〕传输所用的总时间：

第四章

1．为什么CSMA/CD有最短帧长度的要求？

解：

对于基带的CSMA/CD，冲突检测要求分组长度必须大于两站点最大传播延迟时间的2倍，否如此，当检测到冲突后，站点已经将分组传送完毕，无法进展冲突检测；另外，传送长的分组，可以相对地减少冲突。

2．简述非坚持、1-坚持与P-坚持算法的特点。

3．长1Km、10Mbps的802.3LAN，其信号传播速度为200m/μs，数据帧长度为256位〔包括32位开销〕。

一个成功发送后的第一位时间片留给接收方以捕获信道来发送一个32位确实认帧。

假设不考虑冲突、问不包括开销的有效数据速率为多少？

解：

基带传输时，时间片的长度等于往返传播延迟时间〔即2a〕，否如此不能确保信道是否空闲

发送一个数据分组的时间为

L/B=256bit/10