计算机网络第3章作业1

一、填空题

1. 数据链路层协议（C）
A 、定义数据格式 B 、提供端到端的可靠性传输
C 、控制对物理传输介质的访问 D 、为终端节点隐蔽物理拓扑的细节

2. 数据链路层必须执行的功能包括：链路管理、帧传输、流量控制及（A）
A 、差错控制 B 、拥塞控制 C 、面向字节型服务 D 、面向连接的确认服务

3. 若网络形状是由站点和连接站点的链路组成的一个闭合环，则称这种拓扑结构为（C）。
A、星形拓扑 B、总线拓扑 C、环形拓扑 D、树形拓扑

4. PPP 协议不需要的功能为（B）。
A、封装成帧 B、流量控制 C、差错检测 D、透明传输

PPP 协议不需要的功能

纠错

流量控制

序号

多点线路

半双工或单工链路

5. PPP 协议传输比特串 011111111000001，通过零比特填充后输出为（B）
A. 0101111111000001 B. 0111110111000001
C. 0111101111000001 D. 0111111011000001

连续5个1后面加0

6. PPP 协议在采用异步传输时采用的组帧方式是（B）
A、含位填充的分界标志法 B、含字符填充的分界符法
C、字符计数法 D、物理层编码违例法

7. 关于 PPP 协议的叙述，错误的是（B）
A、帧中的标志字段用于帧定界 B、帧中的地址字段表示目的地址
C、帧的长度都是整数字节 D、不使用序号和确认实现可靠传输

8. 数据链路层广泛使用的检错技术为（B ）
A、奇偶校验 B、循环冗余检验 CRC C、检验和 D、海明码

9. 生成多项式 G(X)=X4+X+1，则位串 1101011011 的 CRC 校验位是（B）。
A、1010 B、1110 C、0111 D、0101

G(X)可知序列为 10011，多项式位数为5
在数据帧的后面加上5-1位0，数据帧变成11010110110000，然后使用模2除法除以除数10011，得到余数。

10. 若循环冗余码字中信息位为 L，编码时外加冗余位 r 位，则编码效率为（D）。
A、 r/（r+L） B、 i/（r+L） C、 r/L D、L/（r+L）

11. 多数情况下，网络接口卡实现的功能处于（C）层
A、物理层 B、数据链路层 C、数据链路层和物理层 D、网络层

12. CSMA/CD 是 IEEE802.3 所定义的协议标准，它适用于（D）。
A．令牌环网 B．令牌总线网 C．网络互连 D．以太网

13. 冲突窗口是指网络上最远的两个站点通信时（D）。
A、从数据发送开始到数据到达接收方为止的时间
B、从冲突发生开始到发送方检测到冲突为止的时间
C、从冲突发生开始到接收方检测到冲突为止的时间
D、从数据发送开始到数据到达接收方为止的时间的两倍

14. 根据 CSMA/CD 协议的工作原理，下列情形中需要提高最短帧长度的是（ B）
A、网络速率不变，冲突域的最大距离变短 B、冲突域的最大距离不变，网络传输速率增大
C、上层协议使用 TCP 的概率增加 D、在冲突域不变的情况下减少线路中的中继器数量

15. 在一个采用 CSMA/CD 协议的网络中，传输介质为一根完整的电缆，传输速率为 1Gbit/s，电缆中信号的传播速度是 200 000 km/s。若最小数据帧长度减少 800bit，则最远的两个站点离至少需要（D）
A、增加 160m B、减少 160m C、增加 80m D、减少 80m

减少800bit在1Gbit/s的线路上传输需要减少800bit/1Gbps=8*10^(-7) s
信号传输的距离减少为8*10^7s*200000km/s=0.16km=160m
即信号往返减少80m

16. 以太网中，在第 5 次碰撞后，一个节点选择等待 4 个争用期后在进行第 6 次侦听的概率为（C）。
A. 1/8 B. 1/16 C. 1/32 D. 1/64

二进制指数回退算法：用来确定第i次冲突后等待多长时间(Ti)再进行第i+1次侦听
Ti=r*冲突时间片，其中r=random(0~2^i-1)，冲突时间片=争用期=2t
当i>16一般认为硬件发生故障，不再重试

17. 在以太网中,工作站在发数据之前,要检查网络是否空闲,只有在网络空闲时工作站才能发送数据, 是采用了(D)机制。
A. ip B. tcp C. ICMP D. 数据侦听与冲突控制 CSMA/CD

18. 关于 MAC 地址表示正确的是（A）
A、00-e0-fe-01-23-45 B、00e0.fe01.2345 C、00e.0fe.-012.345 D、00e0.fe112345

19. 802.3 以太网最小传送的帧长度为（D）个 8 位组。
A、1500 B、32 C、256 D、64

20. 以太网的帧结构中，表示网络层协议的字段是(D)
A．前导码 B．源地址 C．帧校验 D．类

以太网帧结构由以下5个部分组成： ①前导码与帧前定界符字段：前导码由56位(7B)的10101010…101010位序列组成。 ②目的地址和源地址字段：目的地址与源地址分别表示帧的接收节点地址与发送节点的硬件地址。 ③类型字段：类型字段表示的是网络层使用的协议类型。 ④数据字段：数据字段是高层待发送的数据部分。 ⑤帧校验字段：帧校验字段(FCS)采用32位的循环冗余校验(CRC)。

二、填空题

21. 以太网规定的最短有效帧长是（64）字节。

22. 目前以太网最常用的传输媒体是，（双绞线）。

23. 在局域网模型中，数据链路层又分为（逻辑链路控制(LLC)子层）和（媒体访问控制(MAC)子层）。

24. 以太网中使用的差错检测方法为（循环冗余检验CRC）

三、判断题

25. PPP 协议不需要流量控制功能。T

26. 总线型以太网中介质长度为 100 米，数据率 C=100Mbps，传播速度为 200 000km/s，现有 1500bit 长的数据帧，已发送了 200bit 尚未冲突，则不会再发生冲突。T

27. 网络速率不变，冲突域的最大距离变短时需要提高最短帧长度。F

四、简答题

28. 在 IEEE802.3 标准以太网中，为什么说如果有冲突则一定发生在冲突窗口内，或者说一个帧如果在冲突窗口内没发生冲突，则该包就不会再发生冲突？

答：（1）由于节点要发送数据时，先侦听信道是否有载波，如果有，表示信道忙，则继续侦听，直至检测到空闲为止；
（2）当一个数据帧从节点 1 向最远的节点传输时，如果有其他节点也正在发送数据，就会发生冲突，冲突后的信号最多需要经过一个冲突窗口的时间传回节点 1，节点 1 就会检测到冲突，所以说如果有冲突则一定会在一个冲突窗口时间内检测到，如果从开始发送起，在一个冲突窗口时间内没有发生冲突，之后如果其他节点再要发送数据，就会侦听到信道忙，而不会发送数据，从不会再发送冲突。

29. 简述网卡的主要功能？

答：（1）数据的封装与解封（2）链路管理（3）编码与译码（4）串行/并行的转换

30. 解释 PPP 协议中的零比特填充法（用处及具体做法）。

答:在 PPP 协议的帧结构中，若在帧起始和结束标志字段之间的比特串中，碰巧出现了和标志字段（均为为 6 个连续 1 加上两边各一个 0）一样的比特组合，那么就会误认为是帧的边界。为了避免出现这种情况，PPP 用在 SONET/SDH 链路时，采用零比特填充法使一帧中两个边界字段之间不会出现 6 个连续 1。零比特填充法的具体做法是：在发送端，当一串比特流尚未加上标志字段时，先用硬件扫描整个帧。只要发现 5 个连续 1，则立即填入一个 0。因此经过这种零比特填充后的数据，就可以保证不会出现 6 个连续 1。在接收一个帧时，先找到帧的起始边界。接着再用硬件对其中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将这 5 个连续 1 后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。这样就保证了在所传送的比特流中，不管出现什么样的比特组合，也不至于引起帧边界的判断错误。

31. 什么是 CSMA/CD？简述其要点。

答：CSMA/CD 是英文 carrier sense multiple access/collision detected 的缩写，可把它翻成“载波侦察听多路访问/冲突检测”，或“带有冲突检测的载波侦听多路访问”。所谓载波侦听（carrier sense），意思是网络上各个工作站在发送数据前都要总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。所谓多路访问（multiple access)意思是网络上所有工作站收发数据共同使用同一条总线，且发送数据是广播式的。所谓冲突（collision），意思是，若网上有两个或两个以上工作站同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，哪个工作站都同时发送数据，在总线上就会产生信号的混合，哪个工作站都辨别不出真正的数据是什么。这种情况称数据冲突又称碰撞。为了减少冲突发生后又的影响。工作站在发送数据过程中还要不停地检测自己发送的数据，有没有在传输过程中与其它工作站的数据发生冲突，这就是冲突检测（collision detected）。
CSMA/CD 要点：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部组成以太网帧；若检测到信道空闲（96 比特时间内没检测到信号），就发送；若信道忙则继续检测，直到信道空闲持续 96 比特时间就发送这个帧；发送过程中未发现碰撞，则发送成功；若检测到碰撞，则终止数据发送，并发送干扰信号；在终止发送后，适配器执行退避算法，等待 r 倍冲突窗口时间后继续监听信道准备重传。

五、综合题

32. 设生成多项式为: G(x)=X4＋X3＋1，收到的信息码字为 100011，CRC 校验序列为 1001，请问收到的信息有错吗，为什么？

33. 若 10Mbps 的 CSMA/CD 局域网的节点最大距离为 2.5Km，信号在媒体中的传播速度为 2× 100000000m/s。求该网的最短帧长。

答：（1）网络中两站点最大的往返传播时间 2t =2* 2.5 *1000 / （2*100000000）秒
（2）最短帧长=2*2.5*1000m/（2*100000000m/s）*10*1000000b/s=250bit.

34. 设利用 IEEE 802.3 协议局域网传送 ASCII 码信息“Goodmorning”，若封装成 MAC 帧格式，请问：（1）帧中数据字段长度为多少字节？（2）需要填充多少个字节？

解：（1）MAC 帧长度最小值为 64 字节，头部占 18 字节；帧的数据字段有效字节是 11 字节；（2）填充字节（PAD）是 64-18-11=35（字节）

35. 某局域网采用 CSMA/CD 协议实现介质访问控制，数据传输速率为 10M/S,主机甲和主机乙之间的距离为 2KM，信号传播速度是 200000KM/S。请回答下列问题，并给出计算过程。

①若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据时刻起，到两台主机均检测到冲突时刻止，最短需经多长时间？最长需经过多长时间？（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其他主机不发送数据）
②若网络不存在任何冲突与差错，主机甲总是以标准的最长以太网数据帧（1518 字节）向主机乙发送数据，主机乙每成功收到一个数据帧后，立即发送下一个数据帧，此时主机甲的有效数据传输速率是多少？（不考虑以大网帧的前导码）

解：①当甲乙同时向对方发送数据时，两台主机均检测到冲突所需时间最短；
1KM/200000KM/S*2=1*10 -5S
当一方发送的数据马上要到达另一方时，另一方开始发送数据，两台主机均检测到冲突所需时间最长；
2KM/2000000KM/S*2=2*10 -5S

②发送一帧所需时间：1518B/10MPS=1.2144MS
数据传播时间：2KM/200 000KM/S=1*10 -5S=0.01MS
有效的数据传输速率=10MBPS*1.2144MS/1.2244MS=9.92MBPS

36. 若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据时刻起，到两台主机均检测到冲突时刻止，最短需经多长时间？最长需经过多长时间？（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其他主机不发送数据）

答：设从甲到乙的信号传播时间为τ，从发送数据开始到两台主机均检测到碰撞最少需要经过τ，即当双方同时开始发送数据时；最多需要经过 2τ，即一方发送的数据刚要到达另一方时另一方也开始发送数据。

37. 在总线型以太网中，设传输介质长 100 米，数据传输速率为 100Mbps，信号在介质中的传播延迟为 5μs/km，帧长为 1500 位，某站已向网上发送了 100 位数据尚未检测到冲突，此后还会发现冲突吗？写出计算过程。

解:信号在 100 米传输介质上的传播延迟为 100m×5µs/Km=0.5µs
RTT 为 2×0.5µs=1µs
在一个 RTT 内发送的数据量为 1µs×100Mbps=100b
由于在刚开始发送的一个 RTT 时间内如果检测不到碰撞的话，则在以后的发送中就不会产生碰撞。该站已向网上发送了 100 位，恰好用了一个 RTT 时间，因此不会发生碰撞。

38. 假定在使用 CSMA/CD 协议的 10Mb/s 以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数 r=100。试问这个站需要等多长时间后才能再次发送数据？如果是 100Mb/s 的以太网呢？

答：因为 10Mb/s 以太网的 512 比特时间是 5.12×10 -5秒
等待时间是 r×512，比特时间=100×5.12 ×10 -5秒=5.12 毫秒
100Mb/s 的以太网发送 512 比特用时为 5.12×10 -6秒，因此等待时间为 0.512 毫秒，即 512 微妙。

39. 假定站点 A 和 B 在同一个 10Mb/s 以太网网段上。这两个站点之间的时延为 225 比特时间。现假定 A 开始发送一帧，并且在 A 发送结束之前 B 也发送一帧。如果 A 发送的是以太网所容许的最短的帧，那么 A 在检测到和 B 发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕？换言之，如果 A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能否肯定 A 所发送到帧不会和 B 发送的帧发生碰撞？（提示：在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时，在 MAC 帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符）

答：以太网的最短帧长为 64 字节即 512 比特，再加上 8 字节的前同步码和帧定界符，总共需要发送 576 比特。
设在 t=0 时 A 开始发送。在 t=576 比特时间，A 应当发送完毕。到 t=225 比特时间 B 就能检测到 A 的信号，因此 B 在 t=225 比特时间之后，B 就不会在发送数据了。
若 B 在 t=225 比特时间之前发送数据，A 在 t=450 比特时间之前就一定会检测到碰撞，而 t=450 比特时间时 A 尚未发送完成。
如果 A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么就能够肯定 A 所发送到帧不会和 B 发送的帧发生碰撞（当然也不会和其他的站点发送碰撞）。

40. 在上题中的站点 A 和 B 在 t=0 时同时发送了数据帧。当 t=255 比特时间，A 和 B 同时检测到发送了碰撞，并且在 t=225+48=273 比特时间完成了干扰信号的传输。A 和 B 在 CSMA/CD 算法中选择不同的 r 值退避。假定 A 和 B 选择的随机数分别是 rA=0 和 rB=1.。试问 A 和 B 各在什么时间开始重传其数据帧？A 重传的数据帧在什么时间到达 B?A 重传的数据会不会和 B 重传的数据再次发送碰撞？B 会不会在预定的重传时间停止发送数据？

答：A 和 B 在 t=0 时同时发送帧，则在 t=225 时同时检测到碰撞，并且同时在 t=225+48=273 时同时发送完干扰信号。
同时运行退避算法，rA=0，rB=1, 因此，A 在 273 时，立刻开始检测信道，此时信道并不空闲，B 刚完成最后一比特的干扰信号发送，
在 t=273+225=498 时 B 最后一比特的干扰信号传送到 A，随后 A 检测到信道开始空闲，空闲持续 96 比特时间后，即 t=498+96=594 时，A 开始发送数据。
A 开始发送的第一比特在 t=594+225=819 时到达 B，
根据退避算法，B 在发送完干扰信号后再过一个竞争周期，即 t=273+512=785 时才开始监听信道，如果信道持续空闲 96 比特时间，B 将在 t=785+96=881 时开始发送，
虽然在 t=785 时 A 的数据未到达 B，信道为空，但 t=819 时，B 监听到 A 的信号，因此 B 取消在预定的在=881 时的发送，再次退避。