网络原理 大题自考.docx

网络原理 大题自考.docx

《网络原理 大题自考.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《网络原理 大题自考.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

网络原理大题自考

一、时延、数据传输速率、信道传输能力问题

1.数据传输速率：

每秒能传输的二进制信息位数

R=1/T*log2N（位/秒，bps或b/s）

信号传输速率=码元速率=调制速率=波特率

B=1/T（波特，Baud）

信号传输速率和数据传输速率的对应关系：

R=B·log2N  

2、奈奎斯特公式

无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：

B=2*H （Baud）

无噪信道信道数据传输能力的奈奎斯特公式:

C=2·H·log2N（bps）

3.香农公式：

C=H·log2（1+S/N）    （bps）

由于实际使用的信道的信噪比都要足够大,故常表示成10log10（S/N）,以分贝（dB）为单位来计量

4.采样定理：

若对连续变化的模拟信号进行周期性采样,只要采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息。

•设原始信号的最高频率为Fmax,采样频率为Fs,则采样定理可以用下式表示:

    Fs（=1/Ts）>=2Fmax或Fs>=2Bs

•Fs为采样频率

•Ts为采样周期

•Fmax为原始信号的最高频率

•Bs（=Fmax-Fmin）为原始信号的带宽

•每次采样位数=log2量化级

•数据传输速率（bps）=采样频率×每次采样位数

5.时延=延迟（delay或latency）

总时延=发送时延+传播时延+处理时延

传输时延=数据块长度（比特）/信道带宽（比特/秒）

传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）

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

例1：

信噪比为30dB,带宽为3kHZ的信道的最大数据传输速率为多少？

解：

根据香农公式C=H·log2（1+S/N）    

已知H=3KHz，10*log10（S/N）=30dB，log10（S/N）=30/10，S/N=1030/10=1000

C=3k×log2（1+1030/10）=3k×log2（1+1000）=30kbps.

另：

1.有一受随机噪声干扰的信道，其信噪比为30dB，最大数据传输速率为30Kbps。

试求出该信道的带宽。

（10.4）

2.有一受随机噪声干扰的信道，其带宽为4KHz，信噪比为30dB。

试求出最大数据传输速率。

（09.7）

例2：

设利用12MHz的采样频率对信号进行采样，若量化级为4，试计算出在无噪声信道中的数据传输速率和所需的信道带宽。

（08.4）

解：

已知量化级4，采样位数=log2量化级=log24=2位

采样频率12MHz

数据传输速率=采样频率*量化位数=12*2=24Mbps

根据奈奎斯特公式C=2·H·log2N，

24Mbps=2·H·log24

H=6MHz

另：

设信号的采样量化级为256，若要使数据传输速率达到64Kbps，试计算出所需的无噪声信道的带宽和信号调制速率。

（08.7）

例3.月球到地球的距离大约为3.8×105Km，在它们之间架设一条200Kbps的点到点链路，信号传播速度为光速，将一幅照片从月球传回地球所需的时间为501.3s。

试求出这幅照片占用的字节数。

解：

总时间=传播时间+传输时间

假设照片占用的字节数为L

总时间=501.3s

传播时间=3.8×105Km/3×108m/s=1.3s

传输时间=总时间-传播时间=501.3-1.3=500s=L×8bit/200Kbps

L=12.5MB

这幅照片占用的字节数为：

12.5MB

另:

假设在地球和一个火星探测车之间架设了一条128Kbps的点到点链路。

从火星到地球的距离（当它们离得最近时）大约是55gm，而且数据在链路上以光速传播，即3X108m/s。

（a）计算链路上的传播延迟

（b）探测车上的一部照相机拍摄周围的照片，并发送回地球。

计算从拍完一幅图像到这幅图像到达地球上的控制中心所用的时间。

假设每幅图像的大小为5MB。

答:

a）传播时延=55*109米/（3*108米/秒）=183秒

b）总时间=数据传输时延+信号传播时延

传输时延=5MB/128K=5*1024*8/128=320秒

总时间=320+183=503秒

例4.设长度为10Km的无噪声链路的信号传播速度为2×108m／s，信号的调制方式为二元调制，当传输200字节的分组时，传播延迟等于发送延迟，试求出所需带宽（要求写出计算过程）。

（10.7）

解：

传播时延=10Km/（2×108m/s）=5×10-5s

由题可知，当传输200字节的分组时，传播延迟等于发送延迟，则数据传输速率=200×8/（5×10-5s）=32×106bps

（信号的调制方式为二元调制，则

R=B×log22=B,B=32×106Baud

根据奈奎斯特公式，B=2H,则

H=16×106Hz=16MHz）或者

根据奈奎斯特公式C=2HLog2N,已知信号的调制方式为二元调制，即N=2，则H=16MHz

例5.计算下列情况的延迟（从发出第一个比特发送到最后一个比特接收）：

（a）1Gbps以太网，其路径上有的，分组长度是5000比特。

假定每条链路传播延迟为10μs，并且交换机在接收完分组之后立即开始转发该分组。

（b）同（a）的情况类似，但是要经过三个交换机。

（c）同（b），但是，假定交换机实现“直通式”转发：

就是在收到分组的头（128比特）后立即开始转发该分组。

答：

（a）分析一个交换机应有2条链路

发送一次的传输延迟：

5000bit/1Gbps=5*10-6s=5μs，

分组在每条链路上的传播延迟都是10μs

因此总的延迟等于：

5×2+10×2=30μs。

（两次发送，两次传播）

（整个分组接收完，经过分析才确定转发的外出端口，因此延迟了一个分组的发送时间）

（b）跟（a）的情况类似，但有3个交换机。

共有4条链路，

总的延迟等于：

5×4+10×4=60μs。

（4次发送，4次传播）

（c）跟（b）的情况相同，但假定交换机实施“直通”交换：

它可以在收到分组的开头128位后就重发分组。

解答：

使用直通交换，交换机延迟分组128位，即交换机传输延时=128/1Gbps=0.128μs。

在这种情况下仍然有1个5μs的传输延迟，4个10μs的传播延迟，再加上3个0.128μs的交换机转发延迟，因此总的延迟等于：

5×1+10×4+0.128×3=45.384μs。

（1个发送，4个传播延迟，3个转发延迟）

另：

44.设以太网中的A、B主机通过10Mbit／s的链路连接到交换机，每条链路的传播延迟均为20μs，交换机接收完一个分组35μs后转发该分组，从A开始发送至B接收到一个分组所需的总时间为2075μs。

试求出该分组的比特数。

（11.7）

44.设以太网中的A、B主机通过10Mbit/s的链路连接到交换机，每条链路的传播延迟均为20

s，交换机接收完一个分组35

s后转发该分组。

计算A向B发送一个长度为10000bit的分组时，从A开始发送至B接收到该分组所需的总时间。

（11.4）

例6．下列情况下，假定不对数据进行压缩，对于（a）~（d），计算实时传输所需要的带宽：

（a）HDTV高清晰度视频，分辨率为1920*1080，24位/像素，30帧/秒

（b）8比特POTS（普通的电话服务）语音频率，采样频率为8KHz

（c）260比特GSM移动语音音频，采样频率为50Hz

（d）24比特HDCD高保真音频，采样频率为88.2KHz

答:

（a）1920*1080*24*30=1.49Gbps参考p6

（b）8KHz*8Bit=64Kbps参考p54

（c）260*50=13kbps

（d）88.2*24=2116.8kbps

另：

48.如果HDTV高清晰度视频的分辨率为1920×1080，每个像素需要24bit，帧传输速率为30帧／秒。

则在理论上为2.5GHz宽带，信噪比为30dB的信道上能否实时传输HDTV视频（要求给出计算依据）。

（11.4）

二、异步传输问题

群同步=异步传输=“起一止”式传输

例7：

假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内传输7200个汉字，调制解调器至少应达到的传输速率为多少？

（08.4）

解：

一个汉字需要用2个字节表示，即每个汉字符传输位数（8+1+1）X2=20（位）

1分钟传输的7200个汉字，即需要传送7200X20=144000位

调制解调器至少应达到的传输速率为

144000/60=2.4kbps

另.调制解调器的传输速率为4800bps，并采用1位起始位，1位停止位，1位奇偶校验位的异步传输模式，求传输2400个汉字所需要的时间。

（08.7）

三、数据编码技术

四、CRC校验（3）

例8：

设要发送的二进制数据为10110011，若采用CRC校验方法，生成多项式为X4+X3+1，试求出实际发送的二进制数字序列。

（要求写出计算过程）（08.4）

例9．已知发送方采用CRC校验方法，生成多项式为X4+X3+1，若接收方收到的二进制数字序列为101110110101，请判断数据传输过程中是否出错。

（08.7）

另：

要发送的数据为1101011011。

采用CRC的生成多项式是P（x）=x4+x+1。

试求应添加在数据后面的余数。

数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？

若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？

答：

添加的检验序列为0011（11010110110000除以10011）

数据在传输过程中最后一个1变成了0，11010110101110除以10011，余数为011，不为0，接收端可以发现差错。

五、信道的利用率、吞吐率问题

信道的利用率指信号传输时间与信号传输时间和信道时延之和的比值，信道利用率=传输时间/总时间

吞吐率指单位时间内实际传送的位数，吞吐率=帧长/总时间

例10：

设信道上数据传输速率为4Kbps，信道的传播时延为20ms，采用停等协议，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计，若信道的利用率为50%。

试求出数据帧的长度。

（09.4）

解：

信道的利用率=传输时延÷总时延。

假设数据帧传输时延为：

Xms

从发送站开始发送算起，经X+20ms，数据帧才能到达目的站。

帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计，则又需20ms确认帧才能被发送站收到。

因此信道的利用率为：

Xms/（X+20ms+20ms）=50%

X=40ms

数据帧长=4Kbps*40ms=160bit

另：

设信道上数据传输速率为4Kbps，数据帧长为240bit，信道的传播时延为20ms，采用停等协议，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计。

试求出信道的利用率。

（10.4）

例11.设卫星信道上数据传输速率为1Mbps，数据帧长为5625bit，卫星信道的传播时延为270ms，采用顺序接收管道协议，其发送窗口尺寸为4，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计。

试求出此信道的利用率。

（09.7）

【解析】信道的利用率=传输时延÷总时延

传输时延：

采用顺序接收管道协议，其发送窗口尺寸为4，则可以连续发送4个数据帧，所花费的时间为总传输时延。

总时延：

从开始发送第一个数据帧到，返回确认帧花费的时间为总时延。

总时延包括第一个帧传输时延，第一个帧的传播时延，确认帧的传播时延3部分组成。

【答案】一个帧长为5625bit的传输时延5625bit/1Mbps=5.625ms

发送窗口尺寸为4，总传输时延5.625ms*4=