通信網(wǎng)絡理論課后習題答案李建東盛敏

./1.1答：通信網(wǎng)絡由子網(wǎng)和終端構成〔物理傳輸鏈路和鏈路的匯聚點,常用的通信網(wǎng)絡有ATM網(wǎng)絡,X.25分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡,PSTN,ISDN,移動通信網(wǎng)等。1.2答：通信鏈路包括接入鏈路和網(wǎng)絡鏈路。接入鏈路有：〔1Modem鏈路,利用PSTN線路,在用戶和網(wǎng)絡側分別添加Modem設備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,速率為300b/s和56kb/s；〔2xDSL鏈路,通過數(shù)字技術,對PSTN端局到用戶終端之間的用戶線路進行改造而成的數(shù)字用戶線DSL,x表示不同的傳輸方案；〔3ISDN,利用PSTN實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,提供兩個基本信道：B信道〔64kb/s,D信道〔16kb/s或64kb/s；〔4數(shù)字蜂窩移動通信鏈路,十幾kb/s～2Mb/s；〔5以太網(wǎng),雙絞線峰值速率10Mb/s,100Mb/s。網(wǎng)絡鏈路有：〔1X.25提供48kb/s,56kb/s或64kb/s的傳輸速率,采用分組交換,以虛電路形式向用戶提供傳輸鏈路；〔2幀中繼,吞吐量大,速率為64kb/s,2.048Mb/s；〔3SDH〔同步數(shù)字系列,具有標準化的結構等級STM-N；〔4光波分復用WDM,在一根光纖中能同時傳輸多個波長的光信號。1.3答：分組交換網(wǎng)中,將消息分成許多較短的,格式化的分組進行傳輸和交換,每一個分組由若干比特組成一個比特串,每個分組都包括一個附加的分組頭,分組頭指明該分組的目的節(jié)點及其它網(wǎng)絡控制信息。每個網(wǎng)絡節(jié)點采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式來實現(xiàn)分組的交換。1.4答：虛電路是分組傳輸中兩種基本的選擇路由的方式之一。在一個會話過程開始時,確定一條源節(jié)點到目的節(jié)點的邏輯通路,在實際分組傳輸時才占用物理鏈路,無分組傳輸時不占用物理鏈路,此時物理鏈路可用于其它用戶分組的傳輸。會話過程中的所有分組都沿此邏輯通道進行。而傳統(tǒng)交換網(wǎng)PSTN中物理鏈路始終存在,無論有無數(shù)據(jù)傳輸。1.5答：差別：ATM信元采用全網(wǎng)統(tǒng)一的固定長度的信元進行傳輸和交換,長度和格式固定,可用硬件電路處理,縮短了處理時間。為支持不同類型的業(yè)務,ATM網(wǎng)絡提供四種類別的服務：A,B,C,D類,采用五種適配方法：AAL1～AAL5,形成協(xié)議數(shù)據(jù)單元CS-PDU,再將CS-PDU分成信元,再傳輸。1.7答：OSI模型七個層次為：應用層,表示層,會話層,運輸層,網(wǎng)絡層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層。TCP/IP五個相對獨立的層次為：應用層,運輸層,互聯(lián)網(wǎng)層,網(wǎng)絡接入層,物理層。它們的對應關系如下：OSI模型TCP/IP參考模型硬件應用層表示層會話層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層運輸層互連網(wǎng)層網(wǎng)絡接入層硬件應用層表示層會話層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層運輸層互連網(wǎng)層網(wǎng)絡接入層1.10解：X<1>P1/21/21.11解：顯然,的均值為常數(shù),相關函數(shù)僅與時差有關,且為二階矩過程,所以該隨機過程是廣義平穩(wěn)的。故的均值和相關函數(shù)都具有各態(tài)歷經(jīng)性,是各態(tài)歷經(jīng)過程。1.12解：定義：稱計數(shù)過程是參數(shù)為的Poisson過程,如果：〔1；〔2是平穩(wěn)的獨立增量過程；〔3服從參數(shù)為的Poisson分布,不妨設,則1.13解：由是強度為的poisson過程及題設知,和是一零初值的平穩(wěn)的獨立增量過程。又,即,故是強度為的poisson過程。即,故是強度為的poisson過程。1.14解：〔1〔2定理：設是參數(shù)為的Poisson分布,是其到達時間序列,則服從分布,即的概率密度函數(shù)為：1.15解：知道過程現(xiàn)在的條件下,其"將來"的分布不依賴于"過去"。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下：一步轉(zhuǎn)移概率矩陣如下：1.16解：Prim—Dijkstra：Kruskal：2.1答：有三種,分別是面向字符,面向比特,采用長度計數(shù)的組幀技術,其中采用長度計數(shù)的組幀方式開銷最小。2.2答：接收字符串為：C0C0103687DBDCDBDCDCDDDBDDC07C8DDCDBDCC0恢復為：103687C0C0DCDDDB.7C8DDCC02.3答：插入后：011011111000111110101011111011111001111010恢復：0111111011111011001111100111110111110110001111110FlagFlag101111102.4答：在接收端,收到015后,如果下一位是"0",就將該"0"刪去,如果是"1",就表示一幀結束。按此規(guī)則：01101111101111110111110101111110015015Flag2.5答：校驗規(guī)則10010110101101001111011001101010101111100000000000110011該碼的最小距離為4。2.6解：余數(shù)為2.7證明：〔1已知一個任意的數(shù)據(jù)多項式其CRC多項式〔2將代入到中,得又有對應可得2.8在這種情況下,由于時延的影響,分組B出錯卻導致分組C重發(fā),最終分組B丟失。2.9證：根據(jù)停等式ARQ協(xié)議,當序號采用模2表示時仍可正常運行。描述如下：發(fā)端A：〔1置SN＝0；〔2若從高層接收到一個分組,則將SN指配給該分組,若沒有分組則等待；〔3將第SN個分組裝入物理幀中發(fā)送給接收節(jié)點B；〔4若從B接收到RN≠SN,則將SN模2加1,返回〔2,若在規(guī)定時間,并未收到B的RN≠SN的應答,則返回〔3。收端B：〔1置RN＝0；〔2無論何時從A端收到一個SN=RN的分組,將該分組傳送給高層,并將RN模2加1；〔3在接收到分組的規(guī)定有限時長將RN放入一幀的RN域發(fā)送給A,返回〔2。2.10解：設任意一個分組平均需要發(fā)送次才能成功,而一個分組發(fā)送次成功的概率為,從而有成功發(fā)送一個分組所需要的時間為,故2.11與課本上圖2－11的a,c圖基本相同,只需將A,B名字交換。2.13答：〔1個〔2個〔3當節(jié)點連續(xù)發(fā)送時,可以發(fā)送的幀最多a.幀0.082s后可收到應答；b.幀0.0132s后可收到應答。2.14答：停等式ARQ返回n－ARQ選擇重傳ARQARPANETARQ這里,所以與誤幀率及信道傳播時延與數(shù)據(jù)幀的傳輸時延的比值有關。當時,與均小于；當時,所以,當和8均大于時,選擇重傳式ARQ和ARPANETARQ鏈路利用率都最高,當時選擇重傳式ARQ鏈路利用率高,當時,ARPANETARQ鏈路利用率高。2.18答：〔1在沒有發(fā)生任何差錯的情況下如下圖所示：在各種可能的差錯下：可見,不論發(fā)生哪一種差錯,每個節(jié)點最終都會認為鏈路處于DOWN狀態(tài)?！?有兩種可能情況2.19答：〔1〔22.20解：假定有n個節(jié)點交換機,在題中所給的條件下,傳輸一個分組〔從源端到目的端需要<n-1>T秒,傳輸兩個分組需要<n+1>T秒,如此類推,傳輸m個分組需要<n-1+2<m-1>>T秒,速率為m/<n-1+2<m-1>>T.若m>>n,可以認為分組交付給目的地的速率最快為1/2T分組/秒。2.21答：<1>采用收數(shù)據(jù)－轉(zhuǎn)發(fā)－發(fā)確認的機制,假定B做完第二件事即轉(zhuǎn)發(fā)后出現(xiàn)故障,則A由于沒有收到B發(fā)回的確認,在定時器溢出后將重發(fā)上一分組,B將這個分組作為新分組轉(zhuǎn)發(fā)給C,但C已在B出故障那次收到了該分組。因此,造成C接收重復分組。〔2采用收數(shù)據(jù)－發(fā)確認－轉(zhuǎn)發(fā)的機制,假定B做完第二件事即發(fā)確認后出現(xiàn)故障,則B不會向C轉(zhuǎn)發(fā)該分組。而實際上A又收到了B發(fā)回的確認,所以A繼續(xù)發(fā)送下一分組。由此造成C丟失B故障前的那個分組。只有采用端到端的發(fā)確認消息的方法,在AC之間建立起一對SN,RN〔在運輸層,參看課本P77,才能保證在任何情況下數(shù)據(jù)都能從A經(jīng)B正確無誤地交付到C。在第一種情況下,即使A重發(fā)B故障前那一分組,C收到后也能根據(jù)AC之間的SN,RN辨認出這一重復分組而將其丟棄。在第二種情況下,只要A沒有收到C對B故障前那一分組的確認,就會重復發(fā)送這一分組,直到收到C對這一數(shù)據(jù)的確認。2.23解：設窗口為kb,則吞吐量為解出窗口為2.24答：經(jīng)六次變化后窗口為11KB。2.25答：網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層差錯控制的主要差別在于：a.使用的位置不同。數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制是用于一條物理鏈路的兩端,而網(wǎng)絡層的差錯控制是用于網(wǎng)絡中的任意兩節(jié)點之間。通常網(wǎng)絡中的任意兩個節(jié)點之間的傳輸路徑會由多條鏈路串聯(lián)而成。b.分組編號的方式不同。在網(wǎng)絡層是對一個session中的分組〔或者字節(jié),或者消息進行統(tǒng)一編號。而在鏈路層上是對不同session中所有分組進行順序編號。c.傳輸順序的差別。在鏈路層,所有的幀都是按順序傳輸?shù)模欢诰W(wǎng)絡層中,相同源和目的節(jié)點的分組可能會經(jīng)過不同的路徑,分組的傳輸可能會出現(xiàn)亂序現(xiàn)象。d.時延不同。在鏈路層,傳輸時延〔包括傳播時延、處理時延、幀傳輸?shù)臅r延在小圍變化；而在網(wǎng)絡層,傳輸時延會在大圍變化。當然在鏈路層和網(wǎng)絡層,傳輸時延會在大圍變化。2.26答：在差錯控制時,ARQ協(xié)議用于保證分組的正確傳輸,它側重于分組的容；在流控時,ARQ用于減緩網(wǎng)絡中分組的發(fā)送速度,側重于網(wǎng)絡的狀態(tài)。3.1解：顧客到達率為人/分鐘平均每個顧客的服務時間為分鐘根據(jù)little定理,得快餐店的平均顧客數(shù)為人3.2解：節(jié)點3處理一個文件結束后才會再向節(jié)點1或2請求另一個文件,說明節(jié)點3處沒有排隊,任何時刻都最多只有一個文件在接收服務。根據(jù)little定理,應有3.3解：3.5解：〔1①10個相等容量的時分復用系統(tǒng)：對于一個session而言,平均服務時間為,分組到達率為。在系統(tǒng)中的平均分組數(shù)為：根據(jù)little定理,得分組的平均時延為：隊列中的平均分組數(shù)為：②統(tǒng)計復用：平均服務時間為,分組到達率為?！?①時分復用：對于分組到達率為250分組/分鐘的session,平均服務時間為,分組到達率為。對于分組到達率為50分組/分鐘的session,平均服務時間為,分組到達率為。②統(tǒng)計復用：平均服務時間為,分組到達率為。3.7解：離散型M/M/1系統(tǒng)可用與連續(xù)型M/M/1系統(tǒng)類似的馬爾可夫鏈描述。參照課本上90頁圖3－4。區(qū)別在于轉(zhuǎn)移概率為,,以及,沒有時間因子。計算所得全局平衡方程與連續(xù)時相同,系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)概率分布也完全一樣。3.13證明：設第個用戶到達系統(tǒng)時,第個用戶正在接收服務,其剩余服務時間為,此時等待隊列中有個用戶。設第個用戶的服務時間為,用戶的等待時間為：個用戶的服務時間求平均令,有假定系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)解,且具有各態(tài)歷經(jīng)性,則剩余服務時間可用下圖表示：在區(qū)間平均剩余服務時間為：3.14證：〔1M/G/1系統(tǒng)中,系統(tǒng)繁忙的概率為系統(tǒng)空閑〔2忙區(qū)間之間的平均長度為閑期間的平均長度。由于閑期間是系統(tǒng)處于一顧客被服務后,下一個顧客到達之間的時期,即顧客到達的時間間隔,所以閑期間服從參數(shù)為的指數(shù)分布,所以忙區(qū)間之間的平均長度為。〔3設忙區(qū)間平均長度為,則〔4在一個忙區(qū)間服務的平均顧客數(shù)＝3.15證：為休假的到達率分組所占的比例為空閑期所占的比例為休假期所占的比例為休假期的到達率為忙區(qū)間的平均長度：3.17解：ACE：100個/分ADE：200個/分BCEF：500個/分BDEF：600個/分個/分個/秒個/分個/分個/分個/分個/分個/分個/分個/分個分組的平均時延：3.18解：CPU和I/O隊列中平均任務數(shù)為：系統(tǒng)中總任務數(shù)為：系統(tǒng)中任務的平均時延為：其中,4.1答：固定多址接入?yún)f(xié)議可以保證每個用戶之間的公平性〔每個用戶都分配了固定的資源以及數(shù)據(jù)的平均時延。它適合于恒定比特流的業(yè)務的傳輸,對于用戶數(shù)較少且數(shù)量大致固定,每個用戶業(yè)務量較大的情形是一種有效的方法。它對于突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸,通常會有較大時延。若已分配固定信道的用戶沒有通信,那么這些資源就會浪費,若有限的信道資源被分配完畢,那么新的用戶將不能通信。4.3解：通過率純ALOHA系統(tǒng)負荷為：4.4解：每個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的速率是：純ALOHA系統(tǒng)最大通過率為時隙ALOHA系統(tǒng)的最大通過率為4.5答：穩(wěn)定的多址協(xié)議是指對于給定到達率,多址協(xié)議可以保證每個分組的平均時延是有限的。偽貝葉斯算法的時隙ALOHA協(xié)議對任何的到達率都是穩(wěn)定的。根據(jù)該算法,,其穩(wěn)定的最大通過率為。4.6答：CSMA協(xié)議的基本原理是：節(jié)點在發(fā)送分組之前先偵聽信道,判斷是否有用戶正在傳輸,進而確定信道的忙閑狀態(tài),然后再決定分組是否發(fā)送。CSMA是ALOHA協(xié)議的改進,它采用了附加的硬件裝置,每個節(jié)點都能檢測到信道上有無分組傳輸。如果一個節(jié)點有分組要傳輸,它首先檢測信道是否空閑,如果信道有其他分組在傳輸,則該節(jié)點可以等待信道空閑后再傳輸,這樣可以減少要發(fā)送的分組與正在傳輸分組之間的碰撞,減少發(fā)送的盲目性,提高系統(tǒng)利用率。4.7答：CSMA系統(tǒng)主要在分組到達時若信道忙,是否持續(xù)偵聽信道及在獲得空閑信道后怎樣發(fā)送分組的處理上區(qū)分三種不同的CSMA協(xié)議的,也即對沖突問題的處理決策上來區(qū)分的。三種形式：非堅持型CSMA：當分組到達時,若信道空閑,則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài),則分組的發(fā)送將被延遲,且節(jié)點不再跟蹤信道的狀態(tài)〔即節(jié)點暫時不檢測信道,延遲結束后節(jié)點再次檢測信道狀態(tài),并重復上述過程,如此循環(huán),直到將該分組發(fā)送成功為止。1-堅持型CSMA：當分組到達時,若信道空閑,則立即發(fā)送分組；若信道處于忙狀態(tài),則該節(jié)點一直堅持檢測信道狀態(tài),直至檢測到信道空閑后,立即發(fā)送該分組。p-堅持型CSMA：當分組到達時,若信道空閑,則立即發(fā)送分組；若信