计算机学科专业基础综合计算机网络-5

计算机学科专业基础综合计算机网络-5(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、综合应用题(总题数：25，分数：100.00)1.一个以太网速率从10Mbps升级到100Mbps，满足CSMA/CD冲突条件，为使其正常工作，需做哪些调整?为什么?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：由于10BASE-T证明比10BASE2和10BASE5具有更明显的优越性，因此所有的快速以太网系统都使用集线器(Hub)，而不采用同轴电缆。100BASE-TMAC与10Mbps经典以太网MAC几乎完全一样，唯一不同的参数就是帧际间隙时间，10Mbps是9.6μs(最小值)，快速以太网(100Mbps)是0.96μs(最小值)。

另外，为了维持最小分组尺寸不变，需要减少最大冲突域直径。所有这些调整的主要原因是因为速率提高到了原来的以太网的10倍。2.使用电话线拨号方式传输1MB大小的文件，其中Modem的数据传输率为2400bps。若以异步方式传送，采用1位起始位和1位停止位，则最少需要多少时间(以秒为单位)才能将该文件传输完毕?(假设线路传播延迟、误码率、网络层以上开销均忽略不计)

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：1MB=8×1024×1024b。

考虑到每传送1B都需要1个起始位和1个停止位，实际传送的比特数等于10×1024×1024b。

10×1024×1024÷2400≈4369(s)

所以，最少需要4369s才能将该文件传输完毕。3.假定卫星信道的数据率为100kbps，卫星信道的单程(发送方通过卫星到接收方)传输时延为250ms，每个数据帧长均为2000位，并且不考虑误码、确认字长、头部和处理时间等开销，为达到传输的最大效率，试问帧的顺序号应为多少位?此时信道利用率是多少?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：RTT=250×2ms=0.5s

一个帧的发送时间等于2000b÷100kbps=20×10-3s

设窗口值等于x，

令2000b×x÷100kbps=20×10-3s+RTT=20×10-3s+0.5s=0.52s

(1)个帧发送完后经过1个单程延迟到达接收方，再经过1个单程延迟发送方收到应答，从而可以继续发送，理想的情况是此时窗口信息刚发送完或还没有发送完，得x=26。

若取得最大信道利用率，窗口值是26即可，因为在此条件下，可以不间断地发送帧，所以发送速率保持在100kbps。

由于16＜26＜32，帧的顺序号应为5位。在使用回退N式ARQ的情况下，最大窗口值是31，大于26，可以不间断地发送帧，此时信道利用率是100%。假定A和B是试图在一个以太网上发送的两个站。每个站都有一个稳定的帧队列准备发送，A的帧编号是A1、A2和A3等，B的帧编号是B1、B2和B3等。再假定指数后退的基本单元时间是T=51.2微秒。现在A和B同时尝试发送1号帧，冲突，并且刚好分别选择了0×T和1×T的退避时间，也就是说，A赢得了这一次竞争，发送A1，B需要等待。在这次传送结束时，B尝试再发送B1，而A则尝试发送A2。这一轮的首次尝试产生冲突，此时，A的退避时间从0×T和1×T中选择，而B则从0×T，…，3×T中选择。（分数：4.00）(1).给出A赢得第2次退避竞争的概率。（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：A可以选择KA=0或1；B可以选择KB=0，1，2，3。如果(KA，KB)选择(0，1)，(0，2)，(0，3)，(1，2)，(1，3)中的一个组合，那么将是A赢得这第2次竞争，其概率是5/8。(2).假定A已赢得了第2次退避竞争。A在成功发送A2后，接着尝试发送A3。当B再次尝试发送B1时，A和B再次冲突。给出A赢得第3次退避竞争的概率。（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：现在A是在一次成功发送之后，可以选择片KA=0或1；KB是在它的第3次冲突之后，可能的选择是0，1，2，…，7。如果KA=0，那么KB中有7种选择使得A赢；如果KA=1，那么KB有6种选择使得A赢。所以A赢得第3次竞争的概率是13/16。(3).给出A赢得所有其余后退竞争的概率的合理下限值。（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：A赢得第2次竞争的概率：5/8＞1/2

A赢得第3次竞争的概率：13/16＞3/4

类似地，A赢得第4次竞争的概率＞7/8

一般地，A赢得第i次竞争的概率＞(1.1/2i-1)

因此，假定A已经赢得第1次至第3次竞争，那么A赢得所有其余的后退竞争的概率将不低于：

(1.1/8)×(1.1/16)×(1.1/32)×(1.1/64)×…≈1/8-1/16-1/32-1/64-…=6/8=3/4(4).对于B1帧的发送会出现什么样的情况?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：B放弃对B1帧的发送，转而开始发送B2帧。最终会因上层协议超时而重传B1帧的报文，从而恢复正常发送条件。

上述退避竞争的情况通常称为以太网捕获效应。4.以太网交换机在初次使用时，其转发表是空的，试说明交换机如何建立自己的转发表。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：在以太网交换机的内部有一个转发表，把站的以太网地址映射到交换机的端口，也就是说，有了这个表，交换机就知道每个站通过哪一个端口可达。转发表可以通过采用反向探知算法动态地建立起来。每当从某个端口上收到一帧时，根据帧上的源地址就可以知道经过这个端口可以到达这个地址，从而在转发表上增加一项，注明发往该地址的帧应选择该端口来转发。当接收到一个帧时，交换机在转发表中查找对应发送该帧的站的源地址的项，如果找不到一个匹配项，交换机就使用新得到的地址和到达端口在转发表中建立一个新的登记项，并在所有其他端口上转发该帧(即执行洪泛操作)；如果找到了一个匹配项，就在对应的端口上转发该帧，并更新映射到那个站的端口的时间，反映出最近一次帧到达时的端口状况。交换机还使用一个寿命超时器删除在指定的最长时间内未收到对应帧的登记项。这样，在工作一段时间后，交换机就能知道所有活动站的地址到端口的映射。5.PPP是以HDLC为基础的，HDLC使用位填充防止在有效载荷内偶尔出现的标志字节产生混淆。给出至少一个理由，说明PPP为什么使用字符填充来代替位填充。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：PPP被明确地设计成是以软件形式实现的，而不像HDLC那样几乎总是以硬件形式实现。对于软件实现，完全用字节操作要比用单个位操作简单得多。此外，PPP被设计成跟调制解调器一道使用，而调制解调器是以1个字节为单元而不是以1个比特为单元接收和发送数据的。6.某个CDMA接收方收到一条如下所示的碎片系列：

(-1+1-3+1-1-3+1+1)

假如站点碎片序列如下：

A：(-1-1-1+1+1-1+1+1)

B：(-1-1+1-1+1+1+1-1)

C：(-1+1-1+1+1+1-1-1)

D：(-1+1-1-1-1-1+1-1)

那么，哪些站点发送了数据?每一站点发送了什么数位?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：只需计算4个常规的内标积：

(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1-1-1+1+1-1+1+1)/8=1

(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1-1+1-1+1+1+1-1)/8=-1

(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1+1-1+1+1+1-1-1)/8=0

(-1+1-3+1-1-3+1+1)·(-1+1-1-1-1-1+1-1)/8=1

结果是A和D发送比特1，B发送比特0，C保持沉默。7.你能想出在什么环境下开环协议(例如海明码)较之反馈型协议(依赖重传)更为可取吗?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：如果传播延迟很长，例如在探测火星或金星的情况下，需要采用前向错误纠正方法。还有在某些军事环境中，接收方不想暴露自己的地理位置，所以不宜多发送。如果错误率足够低，纠错码管用(冗余位串不是很长，又能纠正所有的错误)，前向纠错协议也可能是比较简单的。下图中通信的两个站采用HDLC协议，交换的帧用“地址+帧名+N(S)值+P/F+N(R)值”的形式表示，P和分别表示P位置成1和0，F和分别表示F位置成1和0，在帧中不使用的段用-表示。请根据给出的一个帧序列回答下列问题：

两个站采用HDLC协议交换的一个帧序列（分数：4.00）(1).它们使用的是HDLC的哪一种通信方式?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：它们使用的是HDLC的通常响应通信方式。(2).它们所进行的是半双工还是全双工通信?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：它们所进行的是全双工通信。(3).由B站发往A站的帧“B.I(2)F(3)”是命令还是响应?在发此帧时，B已经成功地收到了由A发往B的第几号帧?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：由B站发往A站的帧“B.I(2)F(3)”是响应。在发此帧时，B已经成功地收到了由A发往B的第2号帧。(4).在帧序列中用长方形表示的空白中正确的帧格式应该是什么?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：在帧序列中用长方形表示的空白中正确的帧格式应该是B.REJ-F(2)。8.使用海明编码发送16位报文，需要多少个检查位才可以保证接收方能够监测并纠正单个位错?说明对于报文“1101001100110101”发送的位图案。假定在海明编码中使用偶检验。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：在海明编码中，假定有m个信息位和r个检查位，并且允许单个错可以被纠正。对应2m个合法消息中的每一个都有n个跟它相距1的非法码字。它们是通过把n位码字中的每一位变反形成的。这样2m个合法消息中的每一个都有n+1种位图案相对应。由于n=m+r，位图案总数是2n，显然必须使(n+1)2m≤2n，将n=m+r代入，得到

(m+r+1)≤2r

这一关系式可以由海明提出的组码方法得以保证。将最终码字各位从1开始依次由左向右编号，让是2的幂的序号的位成为检查位，其余位填充m位数据。每个检查位都是包括它自己在内的某个位集合计算偶(或奇)检验的结果。一个数据位跟哪n个检查位有关可以通过将其序号写成2的幂的和的形式得知。

例如，11=1+2+8，29=1+4+8+16，那么(11，1，2，8)和(29，1，4，8，16)都是检查奇偶性的位集合。

在本题中m=16，在最后码字的1、2、4、8和16位置上加检查位，r=5。由于包括检查位在内，码字长度不会超过31，所以5个奇偶位足够了。

011110110011001110101

1=1，2=2，3=1+2，4=4，5=1+4，6=2+4，7=1+2+4，8=8，9=1+8，10=2+8，

11=1+2+8，12=4+8，13=1+4+8，14=2+4+8，15=1+2+4+8，16=16，17=1+16，18=2+16，19=1+2+16，20=4+16，21=1+4+16

所以，1→1+3+5+7+9+11+13+15+17+19+21

2→2+3+6+7+10+11+14+15+18+19

4→4+5+6+7+12+13+14+15+20+21

8→8+9+10+11+12+13+14+15

16→16+17+18+19+20+21

所以发送的位图案是“011110110011001110101”。9.考虑一条带宽为1Mbps的链路，往返时延为45ms，假设数据帧的大小为1000B。若采用停-等协议，实际的数据率是多少?信道利用率是多少?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：往返时延为45ms，即45×10-3s，发送1帧的时间是8×1000÷106s。

实际的数据率是：8×1000÷(8×1000÷106+45×10-3)=8×1000÷(53×10-3)=150943bps。

对带宽为1Mbps的链路的利用率是：150943÷106=15%。

因此，实际的数据率是150943bps，信道利用率是15%。10.在处理被破坏的帧方面，存储转发交换机比直通交换机具有优越性。解释这是什么样的优越性。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：存储转发交换机在转发帧之前要把它全部存储下来，在一个帧进来之后可以验证其检验和，如果帧已经被破坏了，就立即把它抛弃。直通交换机不能丢弃被破坏了的帧，因为当错误被发现时，帧已经被转发了。11.一台为快速以太网设计的交换机有一个交换速率达1Gbps的底板。在最坏的情况下它能够每秒处理多少个帧?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：最坏情况是有不断的64B(512b)帧。如果底板处理速度达到109bps，每秒可以处理的帧数目将等于109÷512≈1953125，即1953125帧/秒。12.考虑图(a)所示的互联LAN。假定主机a和b在LAN1上，c在LAN2上，d在LAN8上。起初所有桥接器中的散列表都是空的，生成树如图(b)所示。说明在下列事件依次发生之后，不同桥接器的散列表是如何变化的。

(1)a给d发送；(2)c给a发送；(3)d给c发送；(4)d移动到LAN6；(5)d给a发送。

使用桥接器互联的LAN

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：第一个帧将被每一个桥接器转发。在这次传输之后，每个桥接器在其散列表中都有一个登录项列出目的地a和适当的端口。例如，D的散列表有一个登录项，用于在LAN2上把帧转发到目的地。第二个报文将被桥接器B、D和A看到。这些桥接器将在它们的散列表中附加一个将帧转发到c的登录项。例如，桥接器D的散列表现在又有一个登录项，表明如何在LAN2上将帧转发到目的地c。第三个报文将被桥接器H、D、A和B看到。这些桥接器将在它们的散列表中有一个把帧送往目的地d的新登录项。第四个报文将被桥接器E、C、B、D和A看到。桥接器E和C将在它们的散列表中有前往d的新登录项，而桥接器D、B和A将更新它们的散列表中关于目的地d的登录项。13.在扩展LAN中使用生成树转发帧的一个结果是：一些桥接器可能根本就不参与对帧的转发。请列出在下图中的3个这样的桥接器。有什么理由要把这些桥接器保持在那里吗?尽管它们没有被用于转发。

使用桥接器互联的LAN

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：在图中桥接器G、I以及J的LAN6与LAN7之间的连接和LAN7与LAN9之间的连接没有被用来转发帧。在配置连接中有回路的主要理由是增加可靠性。如果在现在的生成树中任一桥接器失效了，动态的生成树算法会重新配置出新的生成树，该新的生成树可能包括上述桥接器中的一个或多个，现在它们就可能派上用场了。下图中通信的两个站都是采用HDLC协议的复合站，交换的帧用“地址+帧名+N(S)值+P/F+N(R)值”的形式表示，P和分别表示P位置成1和0，F和分别表示F位置成1和0，在帧中不使用的段用-表示。请根据给出的一个帧序列回答下列问题：

在通信的两个站都是复合站的情况下发生的一个HDLC协议交互序列（分数：5.00）(1).它们使用的是HDLC的哪一种通信方式?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：异步平衡方式(2).序列中使用的I帧和RR帧是命令还是响应?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：I帧是命令帧，RR帧是响应帧(3).信息帧使用的编号规则的模数是几?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：8(4).从发往A的帧“A.I(1)P(7)”中可以推断在发此帧时，B已经成功地收到了由A发往B的第几号帧?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：6(5).序列中属于无编号帧类型的有哪几个?（分数：1.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：SABM(置异步平衡方式)和UA(无编号确认)14.一大批ALOHA用户每秒产生50次请求，包括初始请求和重传的请求。时间以40ms为单位分槽。

(1)首次尝试的成功率是多少?

(2)k次冲突后成功的概率是多少?

(3)所需要的发送尝试的次数的期望值是多少?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：(1)在任一帧时内生成A帧的概率服从泊松分布：

生成0帧的概率为e-G。对于纯ALOHA，发送一帧的冲突危险区为两个帧时，在两帧内无其他帧发送的概率为

e-G·e-G=e-2G

对于分槽ALOHA，由于冲突危险区减少为原来的一半，任一帧时内无其他帧发送的概率是e-G。

现在时槽长度为40ms，即每秒25个时槽，产生50次请求，所以每个时槽产生两个请求，G=2。因此，首次尝试的成功率是e-2=1/e2。

(2)(1-e-G)ke-G=(1-e-2)ke-2=0.35×(1-0.135)k=0.35×0.865k

(3)尝试k次才能发送成功的概率(即前k-1次冲突，第k次才成功)为

Pk=e-G(1-e-G)k-1

那么每帧传送次数的数学期望值为：

15.假定在桥接网络上的一台计算机把一个分组发给在网络上不存在的一个设备，桥接器将如何处理这个分组?

（分数：3.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：桥接器不知道网络上是否存在该设备，它只知道在它的表中没有这个目标设备。因此当桥接器收到这个目的地未知的分组时，它将扩散该分组，即把该分组发送到所连接的除输入网段以外的所有其他网段。16.为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议而必须使用CSMA/CA协议?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：原则上讲，无线局域网的MAC协议与有线局域网并无本质上的区别。然而，无线局域网不能采用以太网的CSMA/CD，其原因有三个方面。第一，无线环境不像有线广播媒体那样好控制，来自其他LAN中的用户传输会干扰CSMA/CD的操作。而且，在无线环境中，因为发送设备的功率通常要比接收设备的功率强得多，检测冲突是困难的，因此不可能中止互相冲突的传输。在这种情况下，设计一个能够帮助避免冲突的系统更有意义。第二，无线LAN存在隐藏站点。第三，大多数无线电都是半双工的，它们不能够在同一频率上在发送的同时监听突发噪声。因此，802.11采用了CSMA/CA技术，CA表示冲突避免。这种协议实际上是在发送数据帧前需对信道进行预约。17.使用布线中心对于令牌环的性能是否会有什么影响?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：会有影响。我们知道，当令牌旋转时间增加时，令牌环网的性能减退。设立布线中心会增加总的电缆长度，因此也增加了令牌旋转时间。对于直径只有几公里的网络，影响较小，但对于一个大的都市网，影响可能是显著的。18.对比纯ALOHA和分槽ALOHA在低负载条件下的延迟，哪一个比较小?请说出原因。

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正确答案：()解析：对于纯ALOHA，发送可以立即开始。对于分槽ALOHA，它必须等待下一个时槽，平均地讲，这要引入半个时槽的延迟。因此，纯ALOHA的延迟比较小。19.数据链路(逻辑链路)与链路(物理链路)有何区别?

（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________

正