计算机网络4章习题及参考答案(20080720)

第4章数据链路层1.指出数据链路连接和物理连接的区别与联系。

答案：当位于链路两端结点上的包交换机（路由器或结点交换机）处于关闭状态时，就称连接这两个结点的物理媒体（即通信线路）处于静止状态。

当链路两端的结点交换机开机后，由于物理层协议的作用，该二结点就可以通过物理媒体传送比特了。

因此，称从结点交换机开机到通信完毕后关机为止的这段时间为物理连接生存期。

在物理连接生存期中，由于通信线路中总存在着噪声和干扰，使数据传输不够可靠，因此，通常并不利用这种物理连接传送比特流，称该物理媒体现在处于空闲状态。

当数据链路连接在物理连接的基础上建立起来以后，由于数据链路连接具有差错检测功能，可以使不太可靠的链路变得更为可靠。

称该物理媒体现在处于活动状态，可靠的数据传输正是在这一状态下进行的。

数据链路从建立到断连，即为数据链路的生存期。

当数据链路断连时，物理连接既可以保持，也可以断开。

2.一个上层报文被分成10帧，每帧无损坏地到达目的地的可能性是80％。

假设数据链路协议不进行差错控制，请问该报文要完整地到达接收方平均要发送多少次？答案：由于每一帧以0．8 的概率到达，整个信息到达的概率是p ＝0.8 1 0 ≈0.107。

一次发送成功的概率是P，二次成功的概率是（l－P）P，三次成功的概率是（l－P）2 P，i次成功的概率是（l－P）i -1 P。

因此，为使信息完整地到达接收方，平均发送次数等于：E＝l ×p ＋2（l－p）p ＋3（l－p）2 p＋…＋i（1－p）i -1 p＋…＝∑∞=1i [ i（1－p）i –1 p ] ＝p ∑∞=1ii（1－p）i -1为化简这个式子，利用公式：S＝∑∞=1ia i ＝a /(1－a) ( a<1)S’＝∑∞=1ii a i -1＝1/(1－a) 2令（l－P）＝aE＝P∑∞=1ii a i -1＝P/(1－a) 2＝P/[1－（l－P）]2＝P/P2＝1/P代入p ＝0.8 1 0 ≈0.107E＝1/P ≈1/0.107≈9.3因此，假设数据链路协议不进行差错控制，该报文要完整地到达接收方平均要发送9.3 次。

3.一个报文被分成多块传输，需在每一块上附加诸如同步、差错控制及地址字段比特，假设每个块包含N比特（其中有H个附加比特），出错的块必须重发。

当发送一个1352比特的报文时，若在每一块上附加的比特数H为168比特，线路的比特错误率e = 10－4，试确定能使平均传送的比特数（包括重传比特）最小的块长度N。

当e = 10－3时，结果会有什么不同？答案：传送一块的出错概率是p ＝l－（1－e）N每块需要传送的平均次数是：T＝1＋∑∞=1ii p i（1－p）＝1＋p /（1－p）＝1 /（1－p）（注：1代表成功的那一次，重传的平均次数∑∞=1i i p i（1－p）＝p（1－p）∑∞=1ii p i-1＝p（1－p）/(1－p) 2 ＝p / (1－p) ；计算中利用了公式：S＝∑∞=1i a i ＝a /(1－a)( a<1)，S’＝∑∞=1ii a i -1＝1/(1－a) 2）由于报文长度等于1352比特，则该报文将分成[ 1352／（N－168）]块。

则平均该报文传送的总次数是[1352/（N一168）]×[1/( l－P)]所以总共传送的比特数是：G＝[1352/（N一168）]×[1/( l－P)]×N 用p ＝l－（1－e）N代人，得到G＝[1352/（N一168）]×[1/( l－P)]×N＝[1352/（N一168）]×[1/（1－e）N ]×N＝[1352/（1－e）N]×[1/（N一168）]×N 当e<< 1 时，（1－e）N ≈1－e N，所以G＝[1352/（1－e N）]×[1/（N一168）]×N 令dG/dN＝0得到e N2 ＝168所以N＝e/168当e＝10 －4，N ≈ 1296；当e＝10 －3，N ≈ 410。

4．一个报文由100个8比特字符组成，使用下列方案在一条数据链路上传输，需要多少附加的比特？(1).异步方式，每个字符使用一个起始位和两个停止位，每个报文使用一个帧起始字符和一个帧结束字符；(2).同步方式，每个报文使用两个同步字符（一个帧起始字符和一个帧结束字符）。

答案：(1).异步方式，每个字符中的附加位数等于1＋2＝3，（3×100）＋2×（3＋8）＝322，所以，传输一个报文需要322个附加的比特。

(2).同步方式，每个报文附加两个同步字符（一个帧起始字符和一个帧结束字符）。

2×8＝16，所以，传输一个报文需要 16个附加的比特。

5．报文片断（A B ESC C ESC FLAG FLAG D）出现在一个数据流的中间，而成帧方法采用的是字节填充法，请问经过填充之后的输出是什么？答案：经过填充后，得到A B ESC ESC C ESC ESC ESC FLAG ESC FLAG D。

6．有人认为，每一帧的结束处是一个标志字节，而下一帧的开始处又是另一个标志字节，这种做法非常浪费空间。

用一个标志字节也可以完成同样的任务，这样就可以节省一个字节。

你同意这种观点吗？答案：如果一直在发送或接收一个无尽的帧流，一个标志字节就够了。

但是如果一帧结束（有一个标志字节）后，而在随后例如60分钟之内都没有新的帧，那会发生什么情况呢？接收方如何知道下一字节就是新帧的起始位而不是线路上噪音呢？这种起始和结束均依靠同一个标志字节的协议过于简单了。

7．数据链路协议中使用了下面的字符编码：A：01000111；B：11100011；FLAG：01111110；ESC：11100000 为了传输一个包含4个字符的帧：A B ESC FLAG，请给出当使用下面的成帧方法时所对应的位序列（用二进制表达）：（a）字符计数。

（b）包含字节填充的标志字节。

（c）包含位填充的起始和结束标志。

答案：(a)使用字符计数成帧方法时所对应的位序列：00000100 01000111 11100011 11100000 01111110(b)使用包含字节填充的标志字节成帧方法时所对应的位序列：01111110 01000111 11100011 11100000 11100000 11100000 01111110 01111110(c) 使用包含位填充的起始和结束标志成帧方法时所对应的位序列：01111110 01000111 110100011 111000000 011111010 011111108．在面向比特同步协议（HDLC）的帧数据段中，为了实现数据的透明传输，采用“0”比特插入技术。

假定在数据流中包含：5F、9E、71、7F、E1，请给出其原始比特序列和“0”比特插入后的比特序列。

原始比特序列为：“0”比特插入后的比特序列为：答案：9．差错的定义是什么？在数据传输中差错是如何产生的？由哪些原因可能引起差错？答案：差错是指通过信道后，接收的数据与发送的数据不一致的现象。

由于通信信道中总是有一定的噪声存在，接收端收到的是信号与噪声的叠加；因此如果噪声对信号叠加的结果在电平判断时出错，就会引起传输数据的差错。

通信信道的噪声分为热噪声和突发噪声两类。

热噪声是由传输介质导体的电子热运动产生的，由热噪声引起的差错是一种随机差错。

突发噪声是由外界电磁干扰引起的，由突发噪声引起的差错是一种突发差错。

突发噪声幅度与热噪声相比较大，它是引起传输差错的主要原因。

10．误码率的定义是什么？为什么通过电话线进行计算机通信要采取差错控制技术？ 答案：误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率。

误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的主要参数之一。

由于在电话线上进行数据传输的平均误码率远高于计算机通信要求的水平，因此如果在普通电话线路上不采取差错控制技术，那么计算机所进行的数据传输是相当不可靠的。

11．某一个数据通信系统采用CRC 校验方式，并且生成多项式G （x ）的二进制比特序列为11001，目的结点接收到的二进制比特序列为110111001（含CRC 校验码）。

请判断传输过程中是否出现了差错？答案：由于接收到的二进制比特序列为“110111001”不能被生成多项式对应的二进制比特序列“11001”整除，故断定在传输过程中出现了差错。

12．假设使用位填充成帧的方法，请问，因为丢失一位、插入一位，或者窜改一位而引起的错误是否能通过校验和检测出来？如果不能的话，请问为什么不能？如果能够检测出来的话，请问校验和长度在这里是如何起作用的？答案：这有可能。

假设原文包含的数据部分为比特序列01111110。

经过比特填充后，序列会变为011111010。

如果第二个0因为传输错误丢失了，接收到的是01111110，导致接收方认为是帧的结束位。

然后，它对帧结束位之前的数据进行校验和处理并进行检验。

如果校验和占16比特，就有1/216的机会是正确的（即错误不能够被检测出来），其余均错（错误能够被检测出来）。

校验和越长，错误发生而未察觉的概率就越低，但是概率永远不会为0。

13．检测错误的一种方法是按n 行、每行k 位来传输数据，并且在每行和每列加上奇偶位。

其中右下角是一个检查它所在行和所在列的奇偶位。

这种方案能够检测出所有的单个错吗？2位错误呢？3位错误呢?答案：一个单一错误会导致水平和垂直奇偶校验都出错。

2个错误也会倍容易地检测出来。

如果它们是不同的行，行奇偶就会捕获它们。

如果它们在同一行，列奇偶会捕获它们。

3个错误可能不会被检测出来，例如，如果一些比特和它的行或列奇偶比特一起倒转了。

连右下角比特都不会捕获它。

14．利用CRC 方法来传输位流10011101。

生成多项式为13 x 。

请给出实际被传输的位串。

假设在传输过程中左边第三位变反了。

请证明，这个错误可以在接受端被检测出来。

答案：该帧是10011101。

生成多项式是1001。

经过添加3个0后信息为10011101000。

100111011000被1001除得余数100。

所以，实际比特串传输的是10011101100。

接收到的带一个错误(在左边第三个比特)的比特流从左至右为10111101100。

此数被1001除产生的余数为100，这与0不同。

因此，接收方检测到这个错误，并要求重传。

15．数据链路协议几乎总是将CRC放在尾部，而不是头部，请问这是为什么？答案：CRC在传输期间被计算，一旦把最后一个比特发送出去，CRC就被计算出来了，并可添加到输出流尾部。

如果CRC在头部，在传输前为了计算CRC，必须将该帧扫描一次。