計算機網(wǎng)絡(luò)原理自考_大題__歸類復(fù)習(xí)剖析

1、一、時延、數(shù)據(jù)傳輸速率、信道傳輸能力問題1.數(shù)據(jù)傳輸速率：每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù) R=1/T*log2N （位/秒，bps或b/s） 信號傳輸速率=碼元速率=調(diào)制速率=波特率 B=1/T (波特，Baud) 信號傳輸速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的對應(yīng)關(guān)系：R =B log2N 2、奈奎斯特公式 無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系 ： B=2*H (Baud) 無噪信道信道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式: C =2Hlog2N (bps)3. 有噪聲情況下香農(nóng)公式：C =Hlog2(1+S/N) (bps) 信噪比=10log10(S/N) （分貝） 4.采樣定理：若對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行周期

2、性采樣,只要采樣頻率大于等于有效信號最高頻率或其帶寬的兩倍,則采樣值便可包含原始信號的全部信息。 設(shè)原始信號的最高頻率為Fmax,采樣頻率為Fs,則采樣定理可以用下式表示:Fs(=1/Ts)=2Fmax或Fs=2Bs Fs為采樣頻率 Ts為采樣周期 Fmax為原始信號的最高頻率 Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬 每次采樣位數(shù)=log2量化級 數(shù)據(jù)傳輸速率(bps) =采樣頻率每次采樣位數(shù)5. 時延=延遲(delay 或 latency)總時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延傳輸時延 =數(shù)據(jù)塊長度（比特）/信道帶寬（比特/秒）傳播時延 =信道長度（米）/信號在信道上的傳播速

3、率（米/秒）處理時延：交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費的時間例1：信噪比為30dB,帶寬為3kHZ的信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為多少？解：根據(jù)香農(nóng)公式C =Hlog2(1+S/N) 已知 H=3KHz， 10*log10(S/N)=30dB， log10(S/N)=30/10，S/N=10 30/10=1000 C=3klog2(1+1030/10)=3klog2(1+1000)=30kbps.例2：設(shè)利用12MHz的采樣頻率對信號進(jìn)行采樣，若量化級為4，試計算出在無噪聲信道中的數(shù)據(jù)傳輸速率和所需的信道帶寬。(08.4) 解：已知量化級4，采樣位數(shù)=log2量化級 =log24=2位

4、采樣頻率12MHz 數(shù)據(jù)傳輸速率=采樣頻率*量化位數(shù)=12*2=24Mbps 根據(jù)奈奎斯特公式C =2Hlog2N， 24Mbps= 2Hlog24 H=6MHz例3.月球到地球的距離大約為3.8105 Km，在它們之間架設(shè)一條200Kbps的點到點鏈路，信號傳播速度為光速，將一幅照片從月球傳回地球所需的時間為501.3s。試求出這幅照片占用的字節(jié)數(shù)。解：總時間=傳播時間+傳輸時間 假設(shè)照片占用的字節(jié)數(shù)為L 總時間= 501.3s 傳播時間= 3.8105 Km / 3108 m/s=1.3s 傳輸時間=總時間-傳播時間= 501.3-1.3 =500sL=500s200Kbps /8 L=1

5、2.5MB 這幅照片占用的字節(jié)數(shù)為：12.5MB例6下列情況下，假定不對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，對于（a）（d），計算實時傳輸所需要的帶寬：（a）HDTV高清晰度視頻，分辨率為1920*1080，24位/像素，30幀/秒（b）8比特POTS（普通的電話服務(wù)）語音頻率，采樣頻率為8KHz（c）260比特GSM移動語音音頻，采樣頻率為50Hz（d）24比特HDCD高保真音頻，采樣頻率為88.2KHz 答: (a) 1920*1080*24 *30= 1.49Gbps (b) 8KHz *8Bit=64Kbps (c)260*50 =13kbps(d)88.2*24=2116.8kbps二、異步傳輸問題群同步

6、=異步傳輸=“起一止”式傳輸例7：假設(shè)使用調(diào)制解調(diào)器，并采用1位起始位、1位停止位、無校驗位的異步傳輸模式，在1分鐘內(nèi)傳輸7200個漢字，調(diào)制解調(diào)器至少應(yīng)達(dá)到的傳輸速率為多少？（08.4） 解：一個漢字需要用2個字節(jié)表示，即每個漢字符傳輸位數(shù)(8+1+1)X2=20(位) 1分鐘傳輸?shù)?200個漢字，即需要傳送7200 X20=位 調(diào)制解調(diào)器至少應(yīng)達(dá)到的傳輸速率為 /60=2.4kbps三、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)NRZ(不歸零碼)規(guī)則：低表示“0”，高表示“1”；曼徹斯特編碼規(guī)則：低到高的跳變表示“0”，高到低的跳變表示“1”；四、CRC校驗（3）例8：設(shè)要發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)為，若采用CRC校驗方法，生成

7、多項式為X4+X3+1，試求出實際發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)字序列。（要求寫出計算過程） （08.4）例9已知發(fā)送方采用CRC校驗方法，生成多項式為X4+X3+1，若接收方收到的二進(jìn)制數(shù)字序列為1，請判斷數(shù)據(jù)傳輸過程中是否出錯。（08.7）另：要發(fā)送的數(shù)據(jù)為。采用CRC的生成多項式是P(x)=x4+x+1 。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后一個1變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？若數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？答：添加的檢驗序列為1110（000除以10011） 數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后一個1變成了0，110除以10011，余數(shù)為011，不為0，接收端可以發(fā)現(xiàn)差錯。五、信道

8、的利用率、吞吐率問題 信道的利用率指信號傳輸時間與信號傳輸時間和信道時延之和的比值，信道利用率=傳輸時間/總時間吞吐率指單位時間內(nèi)實際傳送的位數(shù)，吞吐率=幀長/總時間例10：設(shè)信道上數(shù)據(jù)傳輸速率為4Kbps，信道的傳播時延為20ms，采用停等協(xié)議，幀的控制信息、確認(rèn)幀長及幀處理時間均忽略不計，若信道的利用率為50%。試求出數(shù)據(jù)幀的長度。（09.4）解：信道的利用率=傳輸時延總時延。假設(shè)數(shù)據(jù)幀傳輸時延為：Xms從發(fā)送站開始發(fā)送算起，經(jīng)X+ 20ms，數(shù)據(jù)幀才能到達(dá)目的站。幀的控制信息、確認(rèn)幀長及幀處理時間均忽略不計，則又需20ms確認(rèn)幀才能被發(fā)送站收到。因此信道的利用率為：Xms/(X+20ms

9、+20ms)=50%X=40ms 數(shù)據(jù)幀長=4Kbps*40ms=160bit另：設(shè)信道上數(shù)據(jù)傳輸速率為4Kbps，數(shù)據(jù)幀長為240bit，信道的傳播時延為20ms，采用停等協(xié)議，幀的控制信息、確認(rèn)幀長及幀處理時間均忽略不計。試求出信道的利用率。（10.4）六、滑動窗口問題 略七、路由算法問題1.最短路由2、距離矢量路由算法例15.某通信子網(wǎng)如圖所示，使用距離矢量路由算法。假設(shè)到達(dá)路由器C的路由器B、D、E的矢量分別為（5，0，8，12，6，2）、（16，12，6，0，9，10）和（7，6，3，9，0，4）；C到B、D、E的延遲分別為6、3和5，試畫出C的新路由表并注明使用的輸出線路及從C出發(fā)

10、到達(dá)各路由器的延遲。（08.4）3、RIP協(xié)議例16.設(shè)網(wǎng)絡(luò)中路由器B的當(dāng)前路由表如題49表1所示，B收到從路由器C發(fā)來的路由信息如題49表2所示。試給出路由器B更新后的路由表。（11.4）八、 ALOHA問題例19. 一萬個站點在競爭使用一時分ALOHA通道。如果每個站平均每個小時做 18次請求。信道時隙是125us。計算總的信道負(fù)載G為多少？ （注：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載是指單位幀時內(nèi)系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的平均數(shù)量）解答：求信道負(fù)載G即求每個時隙內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的個數(shù)每個站平均每個小時做 18次請求，一萬個站點每小時是18*10000=1.8*105 次請求。1小時=3600秒；1秒=106us；時隙是125

11、us，所以1小時有3600*106/125=2.88*107個時隙信道負(fù)載G=1.8*105/2.88*107=6.25*10-3另.5000個站點競爭使用一個時分ALOHA信道，信道時隙為125us，各站點每小時發(fā)出36次請求。試計算總的信道載荷。（信道載荷指請求次數(shù)與時隙的比值）（09.7）例20. N個站點共享56K bps的純ALOHA信道。每個站點平均每100秒輸出一個1000 bit的幀，不管前一個幀是否已經(jīng)發(fā)出去（假設(shè)站點有發(fā)送緩存）。N的最大值是多少？（10.4）解答：對于純ALOHA，信道利用率最大值是18.4%，所以可用的帶寬是0.18456Kb/s=10.304kbps；

12、每個站都需要的帶寬是1000100=10bps。因此N=10304101030。所以，最多可以有1030個站，即N的最大值是1030。九、CSMA/CD問題介質(zhì)訪問控制（CSMA/CD），傳播延時和傳輸延時的關(guān)系，沖突檢測時間和最短幀長的計算1、傳輸時延與傳播時延關(guān)系：基帶CSMA/CD：傳輸時延=2倍于傳播時延 寬帶CSMA/CD：傳輸時延=4倍于傳播時延。例21.設(shè)A、B兩站位于長1km的基帶總線局域網(wǎng)的兩端，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，信號傳播速率為200ms ，若A向B發(fā)送800bit的數(shù)據(jù)幀，B接收完畢該幀所需的時間是多少？若A、B站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過多長時間兩站發(fā)現(xiàn)沖突？(08.4

13、)解：傳輸時延=數(shù)據(jù)幀長數(shù)據(jù)傳輸速率=800bit10Mbps=80s傳播時延=兩個站點間的距離信號傳播速度=1km200ms=5sB接收完畢該幀所需的時間=傳輸時延+ 傳播時延=80s+5s=85s若兩個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)：沖突檢測時間=兩個站點間的距離信號傳播速度=1km200ms=5s另：1）有一個電纜長度為1Km的CSMA/CD局域網(wǎng)，信號傳播速度為光速的2/3，其最小幀長度為1000bit。試求出數(shù)據(jù)傳輸速率。(09.4)2）有一個電纜長度為1Km的CSMA/CD局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Gbps，信號傳播速度為2105Km/s。試求出最小幀長度。(10.4)例23.有一個電纜長度為2K

14、m的CSMA/CD局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbps，信號傳播速度為光速2/3，數(shù)據(jù)幀長度是512bit（包括32bit開銷），傳輸成功后的第一個時隙留給接收方，用于捕獲信道并發(fā)送一個32bit的確認(rèn)幀。假設(shè)沒有沖突發(fā)生，試求出有效的數(shù)據(jù)傳輸速率（不包括開銷）。（光速值為3105Km/s）【解析】有效的數(shù)據(jù)傳輸速率=傳輸數(shù)據(jù)幀長度總時間。傳輸數(shù)據(jù)幀長度=總數(shù)據(jù)幀長度-開銷總時間=發(fā)送方傳輸時延+發(fā)送方到接收方傳播時延+接收方確認(rèn)幀傳輸時延+接收方到發(fā)送方傳播時延解：發(fā)送方傳輸時延=512bit10Mbps=51.2s接收方確認(rèn)幀傳輸時延=32bit10Mbps=3.2s發(fā)送方到接收方傳播時延=接

15、收方到發(fā)送方傳播時延=2Km2/3310-5Km/s=10s總時間=51.2s+10s +3.2s+10s=74.4s有效的數(shù)據(jù)傳輸速率=（512bit-32bit）74.4s=6.45Mbps十、令牌環(huán)問題1、環(huán)的比特長度=信號傳播時延數(shù)據(jù)傳輸速率接口延遲位數(shù)例24.某令牌環(huán)介質(zhì)長度為20km，數(shù)據(jù)傳輸速率為2Mbps，環(huán)路上共有50個站點.每個站點的接口引入1位延遲，設(shè)信號在介質(zhì)中的傳播速度為200ms，試計算環(huán)的比特長度。答：環(huán)的比特長度=信號傳播時延數(shù)據(jù)傳輸速率接口延遲位數(shù)=環(huán)路介質(zhì)長度200m/s數(shù)據(jù)傳輸速率接口延遲位數(shù)=20000200m/s2Mbps+501=250bit2、 有

16、效傳輸速率問題例25. 長1Km、10Mbps、50個站點的令牌環(huán)，每個站引入1位延遲，信號傳播速度為200m/us,令牌長8位，數(shù)據(jù)幀最大長度為256（包括32位開銷），確認(rèn)在數(shù)據(jù)幀捎帶，問該環(huán)不包括開銷的有效數(shù)據(jù)速率為多少？ 【解析】站點在令牌環(huán)上一個完整的工作周期如下： 獲取令牌：停止令牌運行；（傳輸時延）發(fā)送數(shù)據(jù)幀：把數(shù)據(jù)幀發(fā)送到環(huán)上；（傳輸時延）數(shù)據(jù)幀繞環(huán)一周：繞環(huán)線一周；（傳播時延） 經(jīng)過每個站點有1位時延。（傳輸時延）發(fā)送令牌幀：把令牌幀發(fā)送到環(huán)上；（傳輸時延）解：1）獲取令牌傳輸時延為: 8bit10Mbps=0.8us2）發(fā)送數(shù)據(jù)幀傳輸時延為: 256bit10Mbps=25

17、.6us3）信號繞環(huán)一周傳播時延為: 1000m200m/us=5us4）50站點1位傳輸時延為: 50 * 1bit10Mbps=5us5）發(fā)送令牌幀傳輸時延為: 8bit10Mbps=0.8us所需總時間為：(0.8+25.6 +5 +5 +0.8)us=37.2us該環(huán)不包括開銷的有效數(shù)據(jù)傳輸速率為:(256-32)bit37.2us=6.02Mbps4、 吞吐率問題吞吐率T(單位時間內(nèi)實際傳送的位數(shù))，單位時間內(nèi)實際傳送的位數(shù)。T=幀長總時間=幀長(傳播時延+傳輸時延)=幀長(網(wǎng)絡(luò)段長傳播速度+幀長網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率)例27.有一個100Mbps的令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)，令牌環(huán)行時間是120s，每個主機

18、在每次得到令牌后可以發(fā)送1000字節(jié)的分組，發(fā)送完成后立即釋放令牌。試求出任意一臺主機可以取得的最大吞吐率。(09.4)解：吞吐率=幀長總時間； 幀長= 1000字節(jié)=8000bit總時間=令牌傳播時間+數(shù)據(jù)幀傳輸時間令牌傳播時間=120s數(shù)據(jù)傳輸時間=幀長數(shù)據(jù)幀傳輸速率= 8000bit100Mbps =80s吞吐率= 8000bit(120s+ 80s) =40Mbps十一、PPP、IP、TCP、UDP報文問題1、PPP幀格式PPP幀格式與HDLC相似，區(qū)別在于PPP是面向字符的，采用字符填充技術(shù)n 標(biāo)記域：；n 地址域：,表示所有的站都可以接收該幀;n 控制域：缺省值為，表示無序號幀，不

19、提供使用序號和確認(rèn)的可靠傳輸；n 協(xié)議域：指示凈是何種分組，缺省大小為2個字節(jié)。n 凈荷域：變長，缺省為1500字節(jié)；n 校驗和域：2或4個字節(jié)2、UDP報文格式：另：長度為100字節(jié)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給傳輸層傳送，需加上20字節(jié)的TCP首部。再交給網(wǎng)絡(luò)層傳送，需加上20字節(jié)的IP首部。最后交給數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)傳送，加上首部和尾部18字 節(jié)。試求數(shù)據(jù)的傳輸效率。答：數(shù)據(jù)長度為100字節(jié)時傳輸效率=100/（100+20+20+18）=63.3%例29:設(shè)UDP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分長度為1000字節(jié)，封裝該數(shù)據(jù)報的lP數(shù)據(jù)報的IHL字段值為5，而IP數(shù)據(jù)報又封裝在協(xié)議字段和校驗字段長度均為2字節(jié)的PP

20、P幀中，試求出PPP幀的長度。解: UDP協(xié)議格式為：源端口+目標(biāo)端口+長度+校驗和+數(shù)據(jù)，頭部長度固定為8B 所以UDP數(shù)據(jù)報長：1000+8=1008B，這也是I P數(shù)據(jù)部分長度IP頭：4B*5=20BIP數(shù)據(jù)報：1008B+20B=1028BPPP幀格式：PPP：1028+1+1+1+2+2+1=1036B十三、HDLC協(xié)議比特填充法（零比特插入）：對于信息位中的任何連續(xù)出現(xiàn)的五個“1”，發(fā)送時要自動在其后插入一個“0” 例1：如果使用HDLC協(xié)議進(jìn)行傳送，假設(shè)要傳輸?shù)男畔⒈忍匦蛄惺牵垖懗鰹閷崿F(xiàn)透明傳輸，在線路上實際傳輸?shù)谋忍卮鞘裁? 2.某8比特數(shù)據(jù)經(jīng)“位填充”后在信道上用曼徹斯特

21、編碼發(fā)送，信道上的波形如下圖所示，試求原8比特的數(shù)據(jù)。解：先根據(jù)曼徹斯特編碼規(guī)則: 高到低跳變表示“1”，低到高跳變表示“0”所以，上圖的二進(jìn)制碼為：又由于采用“位填充”可去掉連續(xù)5個“1”后面的一個“0”，則原8比特的數(shù)據(jù)為：3.當(dāng)HDLC的控制幀中地址字段為“”，控制字段為“”，幀校驗序列采用G(X)=x16+X12+X5+1來產(chǎn)生，請寫出此幀的完整形式。(注FCS用規(guī)定長度的X代替)分析：在草稿紙上畫出HDLC幀格式如下所以幀的完整格式為：01XXXXXXXXXXXXXXXX4. 說明下面HDLC幀類型是什么？寫出其地址字段和控制字段的比特序列。（FCS用規(guī)定長度的X代替）01 XXXXXXXXXXXXXXXX解：由HDLC幀格式得出地址字段為，控制字段為5.用HDLC傳輸12個漢字(雙字節(jié))時,幀中的信息字段占多少字節(jié)?總的幀長占多少字節(jié)?答：信息字段(I)占122=24字節(jié)總的幀長占1B+1B+1B+24B+2B+1B30字節(jié) 6.題50圖為HDLC一幀的內(nèi)容，請說明幀中各字段信息的具體含義。(10.7) 參考書P8889答：18位 和 4148位 這2個字節(jié)為標(biāo)志字段內(nèi)容；916位為地址字段，全1為廣播地址，表示該幀發(fā)給所有站點；1724位為控制字段，其中：17