计算机网络课程第3章-数据链路层-作业解答

3-07要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1。试求应添加在数据后面的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用了CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？解：添加的检验序列为1110（11010110110000除以10011）数据在传输过程中最后一个1变成了0，11010110101110除以10011，余数为011，不为0，接收端可以发现差错。数据在传输过程中最后两个1都变成了0，11010110001110除以10011，余数为101，不为0，接收端可以发现差错。采用了CRC检验后，数据链路层的传输成为“无比特差错”传输，但是对于帧丢失、帧重复及帧失序等“传输差错”就需要额外的机制来保证，所以说，采用了CRC检验后，数据链路层的传输还不是可靠的传输。3-08要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式是P(x)=x3+1。试求应添加在数据后面的余数。解：101011←商1001∣101110000100110101001110010011010100111←余数所以，加在数据后面的余数为011（前面置零是因为按生成多项式最高幂为3，原始数据需要左移3位）3-22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。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？解：CSMA/CD协议要点指出：站点在发送过程中应继续检测信道，若一直未检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞，则终止发送，并发送认为干扰信号。在终止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后才可以再次发送。对10Mb/s以太网，1比特时间=0.1微秒，故需等待100*512*0.1微秒=5.12ms。对100Mb/s以太网，1比特时间=0.01微秒，故需等待100*512*0.01微秒=512us。3-24假定站点A和B在同一个对10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为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？换而言之，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所发送的帧不会和B发送的帧碰撞？（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）解：设在t=0时刻A开始发送。由于以太网的最短有效帧为64字节即512比特，且必须加上8字节即64比特的以太网前导，故：最早也要在t=576比特时间，A才能发送完成最短有效帧。而：在t=255比特时间（AtoB传播时延），B就能检测到A的信号。因此，B在A发送结束前也发送一帧数据一定会在B尚未检测到A的信号即t=254比特时间之前；而A一定会在t=2*255=510比特时间之前检测到碰撞，此时A显然未能把自己的数据发送完。换而言之，如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么就可以肯定A所发送的帧不会和B发送的帧碰撞。3-25在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=225比特时间，A和B同时检测到发生了碰撞，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重传的数据再次发生碰撞？B会不会在预定的重传时间停止发送数据？解：t=0时，A和B同时开始发送数据；t=225时，A和B同时检测到碰撞，各自向信道发送48比特冲突加强干扰信号；t=225+48=273时，A和B结束干扰信号的发送；各自开始按题设执行退避算法。对于A而言：t=273+225=498时，A检测到信道开始空闲，按以太网最小帧间隔持续s6.9检测；t=498+96=594时，A检测到信道持续s6.9空闲，于是A开始发送；对于B而言：t=273+1*512=785，B按题设执行退避512比特时间后再次检测信道。若空闲，则B预定在t=785+96=881比特时间发送数据。否则再次退避（参数在0，1，2，3中随机选取）。A重传的数据会在t=594+225=819比特时间到达B，故B将会在预定发送数据的时间881之前先检测到信道忙，因此B在预定的881比特时间是不可能发送数据的。即：B将会在预定的881比特时间是停止发送数据。3-26假定一个以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了冲突。于是按二进制指数类型退避算法进行重传。重传次数记为i，i=1,2,3,…。试计算第1次重传失败的概率、第2次重传失败的概率、第3次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。解：将第i次重传失败的概率记为Pi，则：Pi=(0.5)k，k=min[i,10]；显然：第1次重传失败的概率为0.5，第2次重传失败的概率为0.25，第3次重传失败的概率为0.125。平均重传次数I＝1.642。为传送k次才成功的概率的统计平均，算法如下：传送k次才成功的概率记为：P{传送k次才成功}；第k次传送成功的概率记为：P{第k次传送成功}=1-(0.5)k；第k次传送失败的概率记为：P{第k次传送失败}=(0.5)k；于是有：P{传送k次才成功}=P{第1次传送失败}P{第2次传送失败}…P{第k-1次传送失败}*P{第k次传送成功}平均重传次数=101*kkP{传送k次才成功}；具体计算见下表：重传次数传送k次才成功的概率P（k）需要传送k次的概率11111111110.50.50.50002111111110.50.750.3750.7500311111110.50.250.8750.1093750.328141111110.50.250.1250.93750.0146484380.05865111110.50.250.1250.06250.968750.0009460450.0047611110.50.250.1250.06250.031250.9843753.00407E-050.000271110.50.250.1250.06250.031250.0156250.9921884.73110.00002E-078110.50.250.1250.06250.031250.0156250.0078130.9960943.71074E-090.0000910.50.250.1250.06250.031250.0156250.0078130.0039060.9980471.45235E-110.0000100.50.250.1250.06250.031250.0156250.0078130.0039060.0019530.9990232.8394E-140.0000平均重传次数1.64163-31网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器及以太网交换机有何异同？答：网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先存放在其缓存中，若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找网桥中生成的站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。否则，就丢弃该帧。使用网桥可带来这样一些好处：扩大局域网物理范围；过滤通信量，将扩展的局域网各网段隔离为不同冲突域，减轻局域网上的负载；因网段间信号上隔离，提高了整个网路的可靠性；可互连不同的物理层。网桥也带来一些负面影响：转发前需先缓存并查找站表，增加了时延；无流量控制，以致产生丢帧；连接不同MAC子层的网段时需耗时修改某些字段内容；当网桥连接的用户过多时易产生较大广播风暴。网桥与转发器相比，主要有以下异同点：（1）都能扩大局域网物理范围，但转发器的数目受限，而网桥从理论上讲，扩展的局域网范围是无限制的；（2）都能实现网段的互连，但转发器只通过按比特转发信号实现各网段物理层的互连，网桥在MAC层转发数据帧实现数据链路层的互连，而且网桥能互连不同物理层甚至不同MAC子层的网段；（3）互连的各网段都在同一广播域，但网桥将网段隔离为不同的冲突域，而转发器则无隔离信号作用。网桥与以太网交换机相比，主要有以下异同点：（1）交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同时工作。所以，交换机的功能体现出不仅仅是一个网桥的功能，而是多个网桥功能的集合。即网桥一般分有两个端口，而交换机具有高密度的端口。（2）分段能力的区别：由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系统具有更高的带宽。而网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的。（3）传输速率的区别：交换机与网桥数据信息的传输速率相比，交换机要快于网桥。（4）数据帧转发方式的区别：网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要在接收完整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检查后的等待时间。3-32现有五个站分别连接在三个局域网上，并且用两个网桥连接起来，如下图。每个网桥的两个端口都标明在图上。开始时，两个网桥中的转发表都是空的。以后有以下各站依次向其他的站发送了数据帧：A发给E，C发给B，D发给C，B发给A。请把有关数据填写在下表中。当一个网桥刚连接到局域网上时，其转发表是空的。若此时收到一个帧，应照以下算法处理该帧和建立转发表：（1）从端口X收到无差错的帧，在在转发表查找目的站MAC地址；（2）如有，则查找出此MAC地址应当走的端口d，然后进行（3），否则转（5）；（3）如找到这个MAC地址走的端口d=x，则丢弃此帧，否则从端口d转发此帧；（4）转到（6）；（5）向网桥除x以外的所有端口转发此帧；（6）如果源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表中，登记该帧计入网桥的端口，设计计时器，转到（8）；（7）更新计时器；（8）等待新的帧，转到（1）。发送的帧B1的转发表B2的转发表B1的处理B2的处理站地址端口站地址端口A→EMAC11MAC11转发，写入转发表转发，写入转发表C→BMAC32MAC31转发，写入转发表转发，写入转发表D→CMAC42MAC42写入转发表，丢弃不转发转发，写入转发表B→AMAC21写入转发表，丢弃不转发接收不到这个帧端口1MAC2MAC1MAC3MAC4MAC5ABCDE端口2端口1端口2B1B2