CH3 數(shù)據(jù)鏈路層習題

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習題

3.1典型習題與分析

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

解答：

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

假設使用海明碼來傳輸16位的報文。請問，需要多少個檢查位才能確保接收方可以檢測并改正單個位錯誤？對于報文1101001100110101，請給出所傳輸?shù)奈荒Ｊ?。假設在海明碼中使用了偶數(shù)位。解答：

對于一個16位的報文只在1，2，4，8和16位需要校驗位，所以五個校驗位就夠了，所要傳輸?shù)奈荒Ｊ綖?110101110011001110101。

檢測錯誤的一種方法是按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。其中右下角是一個檢查它所在行和列的奇偶位。這種方案能夠檢測出所有的單個錯誤嗎？2位錯誤呢？3位錯誤呢？解答：

單個錯誤能夠很簡單的被行校驗和列校驗檢測出來；兩個錯誤時，假使不在同一行，行校驗可以檢測出來，假使在同一行，列校驗可以檢測出來；對于三個錯誤，假使同一行和同一列的位同時翻轉(zhuǎn)，就無法檢測出錯誤。

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，則序列號應當有多少位？

解答：

為了能夠正常傳輸，序列號（也就是窗口大?。┍匦枳銐虼笫沟冒l(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)直到接收到第一個回應為止。線路傳輸時延為18ms，T1線路的速度為1.536Mbps，64字節(jié)的幀需要0.3ms。所以，第一幀完全到達需要18.3ms，同時回應幀需要18ms返回，總共需要的時間為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個幀，那么7位的序列號就足夠了。

考慮在一條1Mbps的無錯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，超時間隔為10ms。假使特別的確認定時器被去掉的話，則不必要的超時就會發(fā)生。平均報文要被傳輸多少次？解答：

假定A給B發(fā)送一幀數(shù)據(jù)正確到達，但是B沒有發(fā)送相應的回應，過段時間A超時重傳，但是當B接收到這幀數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)序號不對，低于期待的序號值，因此它發(fā)送帶確認號的NAK給A。所以每幀將會被重傳兩次。

PPP基本上是以HDLC為基礎的，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)標志字節(jié)，以避免引起混淆。請給出至少一個理由說明為什么PPP卻使用了字節(jié)填充技術(shù)？

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習題

解答：

PPP和HDLC相比它是用軟件來實現(xiàn)的，而HDLC是硬件實現(xiàn)的，在軟件中對字節(jié)的操作相對于位操作要簡單的多；另外PPP是為MODEM來設計的，而MODEM是對字節(jié)操作的而不是對位操作的。

利用地球同步衛(wèi)星在一個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。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時開始傳輸，t=1ms時第一幀發(fā)送完畢，t=271ms時第一幀到達接收點，t=272ms時回應幀發(fā)送完畢，t=542ms時回應幀到達接收點。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%

在一個負載很重的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)，請計算一下浪費在頭部和重傳的開銷占多少比例。假設從地球到衛(wèi)星的信號傳輸時間為270ms。ACK幀永遠不會發(fā)生，NAK幀為40位。數(shù)據(jù)幀的錯誤率為1％，NAK幀的錯誤率忽略不計，序列號為8位。解答：

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

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

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

a??，因此得到L?160，即幀長度應當大于160比特。

對于窗口大小為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。

一個信道的數(shù)據(jù)速率為Rbps，傳輸時延為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域的最小值(忽略回應幀的影響)。解答：

當窗口大小W?2a?1時，信道得利用率為100％，因此應當取W?2a?1。而a?tproptframe?L?tB/R?1BL?R?t，因此W?2BL?R?t?1，而幀的序號域的最小值應當是

2??n??log2(L?R?t?1)??1。

B??對于P=110011，M=11100011，求其CRC是多少？

解答：由于P的位數(shù)是6，因此應當加5為冗余位，計算如下：

111?1101?100011?1011011011010110000011001100111010101101011011010

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

兩個相鄰的節(jié)點A、B采用滑動窗口協(xié)議，其序號占用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應答了0，1幀，并且A收到了這些回應幀。c.在A發(fā)送數(shù)據(jù)幀3，4，5之后，B應答了第4幀，并且A收到了這些回應幀。

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CH3數(shù)據(jù)鏈路層習題

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

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

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。題中的三個問題的結(jié)果又如何？

解答：根據(jù)滑動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A01234567010123節(jié)點B45670（a）0123456701012345670（b）0123456701012345670（c）01234567010123456701（d）圖3.19滑動窗口的位置

兩個節(jié)點通過一條1Mbps的衛(wèi)星鏈路進行通信，傳輸時延為270ms，衛(wèi)星在這里的作用只是做一下轉(zhuǎn)發(fā)，可以忽略交換時延，對于幀大小為1024，3位順序號的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)鏈路層習題

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

1024??4?81024W1?2a16?84.6%假設該鏈路可用Go-Back-N過錯控制，則窗口尺寸可達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。

正常響應模式的HDLC主站發(fā)送了六個I幀給從站，主站在發(fā)送這六幀之前的N(S)值計數(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)計數(shù)值是多少？解答：

根據(jù)題意知窗口序號為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。

因是無過錯操作，當發(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是2。所以N(R)＝010。

一個Web服務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，請解釋一下選擇拒絕ARQ和回退N幀ARQ哪個對服務器造成的負擔最?。拷獯穑?/p>

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

選擇拒絕ARQ會使接收和發(fā)送規(guī)律更繁雜一些，特別會加重服務器接收緩沖的負擔。Web服務器因接收信息量小，發(fā)送信息量大，選擇拒絕ARQ的缺點對其影響相對較小，倒是重傳信息量是主要問題。因此選擇拒絕ARQ對減輕WEB服務器負擔可能更好一些。

在一個1Mb/s的衛(wèi)星信道上發(fā)送1000比特長的幀，確認總是捎帶在數(shù)據(jù)幀中，幀頭很短，使用3bit的序列號，對于下面的協(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幀的滑動窗口協(xié)議

(c)選擇性重發(fā)的滑動窗口協(xié)議解答：

對應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)送的時間是1ms。這里用t＝0標識傳輸開始時間，則在t=1ms時，第一幀發(fā)送完