计算机网络原理自考大题归类复习.docx

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计算机网络原理自考大题归类复习

一、时延、数据传输速率、信道传输能力问题

1.数据传输速率：

每秒能传输的二进制信息位数

R=1/T*log2N（位/秒，bps或b/s）

信号传输速率=码元速率=调制速率=波特率

B=1/T（波特，Baud）

信号传输速率和数据传输速率的对应关系：

R=B·log2N  

2、奈奎斯特公式

无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：

B=2*H （Baud）

无噪信道信道数据传输能力的奈奎斯特公式:

C=2·H·log2N（bps）

3.有噪声情况下香农公式：

C=H·log2（1+S/N）    （bps）

信噪比=10log10（S/N）（分贝）

4.采样定理：

若对连续变化的模拟信号进行周期性采样,只要采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息。

•设原始信号的最高频率为Fmax,采样频率为Fs,则采样定理可以用下式表示:

    Fs（=1/Ts）>=2Fmax或Fs>=2Bs

•Fs为采样频率

•Ts为采样周期

•Fmax为原始信号的最高频率

•Bs（=Fmax-Fmin）为原始信号的带宽

•每次采样位数=log2量化级

•数据传输速率（bps）=采样频率×每次采样位数

5.时延=延迟（delay或latency）

总时延=发送时延+传播时延+处理时延

传输时延=数据块长度（比特）/信道带宽（比特/秒）

传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）

处理时延：

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间

例1：

信噪比为30dB,带宽为3kHZ的信道的最大数据传输速率为多少？

解：

根据香农公式C=H·log2（1+S/N）    

已知H=3KHz，10*log10（S/N）=30dB，log10（S/N）=30/10，S/N=1030/10=1000

C=3k×log2（1+1030/10）=3k×log2（1+1000）=30kbps.

例2：

设利用12MHz的采样频率对信号进行采样，若量化级为4，试计算出在无噪声信道中的数据传输速率和所需的信道带宽。

（08.4）

解：

已知量化级4，采样位数=log2量化级=log24=2位

采样频率12MHz

数据传输速率=采样频率*量化位数=12*2=24Mbps

根据奈奎斯特公式C=2·H·log2N，

24Mbps=2·H·log24

H=6MHz

例3.月球到地球的距离大约为3.8×105Km，在它们之间架设一条200Kbps的点到点链路，信号传播速度为光速，将一幅照片从月球传回地球所需的时间为501.3s。

试求出这幅照片占用的字节数。

解：

总时间=传播时间+传输时间

假设照片占用的字节数为L

总时间=501.3s

传播时间=3.8×105Km/3×108m/s=1.3s

传输时间=总时间-传播时间=501.3-1.3=500s

L=500s×200Kbps/8

L=12.5MB

这幅照片占用的字节数为：

12.5MB

例6．下列情况下，假定不对数据进行压缩，对于（a）~（d），计算实时传输所需要的带宽：

（a）HDTV高清晰度视频，分辨率为1920*1080，24位/像素，30帧/秒

（b）8比特POTS（普通的电话服务）语音频率，采样频率为8KHz

（c）260比特GSM移动语音音频，采样频率为50Hz

（d）24比特HDCD高保真音频，采样频率为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、异步传输问题

群同步=异步传输=“起一止”式传输

例7：

假设使用调制解调器，并采用1位起始位、1位停止位、无校验位的异步传输模式，在1分钟内传输7200个汉字，调制解调器至少应达到的传输速率为多少？

（08.4）

解：

一个汉字需要用2个字节表示，即每个汉字符传输位数（8+1+1）X2=20（位）

1分钟传输的7200个汉字，即需要传送7200X20=144000位

调制解调器至少应达到的传输速率为

144000/60=2.4kbps

三、数据编码技术

NRZ（不归零码）规则：

低表示“0”，高表示“1”；

曼彻斯特编码规则：

低到高的跳变表示“0”，高到低的跳变表示“1”；

四、CRC校验（3）

例8：

设要发送的二进制数据为10110011，若采用CRC校验方法，生成多项式为X4+X3+1，试求出实际发送的二进制数字序列。

（要求写出计算过程）（08.4）

例9．已知发送方采用CRC校验方法，生成多项式为X4+X3+1，若接收方收到的二进制数字序列为101110110101，请判断数据传输过程中是否出错。

（08.7）

另：

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？

答：

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。

五、信道的利用率、吞吐率问题

信道的利用率指信号传输时间与信号传输时间和信道时延之和的比值，信道利用率=传输时间/总时间

吞吐率指单位时间内实际传送的位数，吞吐率=帧长/总时间

例10：

设信道上数据传输速率为4Kbps，信道的传播时延为20ms，采用停等协议，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计，若信道的利用率为50%。

试求出数据帧的长度。

（09.4）

解：

信道的利用率=传输时延÷总时延。

假设数据帧传输时延为：

Xms

从发送站开始发送算起，经X+20ms，数据帧才能到达目的站。

帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计，则又需20ms确认帧才能被发送站收到。

因此信道的利用率为：

Xms/（X+20ms+20ms）=50%

X=40ms

数据帧长=4Kbps*40ms=160bit

另：

设信道上数据传输速率为4Kbps，数据帧长为240bit，信道的传播时延为20ms，采用停等协议，帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均忽略不计。

试求出信道的利用率。

（10.4）

六、滑动窗口问题

略

七、路由算法问题

1.最短路由

2、距离矢量路由算法

例15.某通信子网如图所示，使用距离矢量路由算法。

假设到达路由器C的路由器B、D、E的矢量分别为（5，0，8，12，6，2）、（16，12，6，0，9，10）和（7，6，3，9，0，4）；C到B、D、E的延迟分别为6、3和5，试画出C的新路由表并注明使用的输出线路及从C出发到达各路由器的延迟。

（08.4）

3、RIP协议

例16.设网络中路由器B的当前路由表如题49表1所示，B收到从路由器C发来的路由信息如题49表2所示。

试给出路由器B更新后的路由表。

（11.4）

八、ALOHA问题

例19.一万个站点在竞争使用一时分ALOHA通道。

如果每个站平均每个小时做18次请求。

信道时隙是125us。

计算总的信道负载G为多少？

（注：

网络负载是指单位帧时内系统发送的数据帧的平均数量）

解答：

求信道负载G即求每个时隙内发送的数据帧的个数

每个站平均每个小时做18次请求，一万个站点每小时是18*10000=1.8*105次请求。

1小时=3600秒；1秒=106us；时隙是125us，所以1小时有3600*106/125=2.88*107个时隙

信道负载G=1.8*105/2.88*107=6.25*10-3

另.5000个站点竞争使用一个时分ALOHA信道，信道时隙为125us，各站点每小时发出36次请求。

试计算总的信道载荷。

（信道载荷指请求次数与时隙的比值）（09.7）

例20.N个站点共享56Kbps的纯ALOHA信道。

每个站点平均每100秒输出一个1000bit的帧，不管前一个帧是否已经发出去（假设站点有发送缓存）。

N的最大值是多少？

（10.4）

解答：

对于纯ALOHA，信道利用率最大值是18.4%，

所以可用的带宽是0.184×56Kb/s=10.304kbps；

每个站都需要的带宽是1000÷100=10bps。

因此N=10304÷10≈1030。

所以，最多可以有1030个站，即N的最大值是1030。

九、CSMA/CD问题

介质访问控制（CSMA/CD），传播延时和传输延时的关系，冲突检测时间和最短帧长的计算

1、传输时延与传播时延关系：

基带CSMA/CD：

传输时延>=2倍于传播时延

宽带CSMA/CD：

传输时延>=4倍于传播时延。

例21.设A、B两站位于长1km的基带总线局域网的两端，数据传输速率为10Mbps，信号传播速率为200m／μs，若A向B发送800bit的数据帧，B接收完毕该帧所需的时间是多少？

若A、B站同时发送数据，经过多长时间两站发现冲突？

（08.4）

解：

传输时延=数据帧长÷数据传输速率=800bit÷10Mbps=80μs

传播时延=两个站点间的距离÷信号传播速度=1km÷200m／μs=5μs

B接收完毕该帧所需的时间=传输时延+传播时延=80μs+5μs=85μs

若两个站点同时发送数据：

冲突检测时间=两个站点间的距离÷信号传播速度=1km÷200m／μs=5μs

另：

1）有一个电缆长度为1Km的CSMA/CD局域网，信号传播速度为光速的2/3，其最小帧长度为1000bit。

试求出数据传输速率。

（09.4）

2）有一个电缆长度为1Km的CSMA/CD局域网，数据传输速率为1Gbps，信号传播速度为2×105Km/s。

试求出最小帧长度。

（10.4）

例23.有一个电缆长度为2Km的CSMA/CD局域网，数据传输率为10Mbps，信号传播速度为光速2/3，数据帧长度是512bit（包括32bit开销），传输成功后的第一个时隙留给接收方，用于捕获信道并发送一个32bit的确认帧。

假设没有冲突发生，试求出有效的数据传输速率（不包括开销）。

（光速值为3×10¬5Km/s）

【解析】有效的数据传输速率=传输数据帧长度÷总时间。

传输数据帧长度=总数据帧长度-开销

总时间=发送方传输时延+发送方到接收方传播时延+接收方确认帧传输时延+接收方到发送方传播时延

解：

发送方传输时延=512bit÷10Mbps=51.2μs

接收方确认帧传输时延=32bit÷10Mbps=3.2μs

发送方到接收方传播时延=接收方到发送方传播时延=2Km÷2/3×3×10-5Km/s=10μs

总时间=51.2μs+10μs+3.2μs+10μs=74.4μs

有效的数据传输速率=（512bit-32bit）÷74.4μs=6.45Mbps

十、令牌环问题

1、环的比特长度=信号传播时延×数据传输速率＋接口延迟位数

例24.某令牌环介质长度为20km，数据传输速率为2Mbps，环路上共有50个站点.每个站点的接口引入1位延迟，设信号在介质中的传播速度为200m／μs，试计算环的比特长度。

答：

环的比特长度=信号传播时延×数据传输速率＋接口延迟位数=环路介质长度÷200m/μs×数据传输速率＋接口延迟位数=20000÷200m/μs×2Mbps+50×1=250bit

2、有效传输速率问题

例25.长1Km、10Mbps、50个站点的令牌环，每个站引入1位延迟，信号传播速度为200m/us,令牌长8位，数据帧最大长度为256（包括32位开销），确认在数据帧捎带，问该环不包括开销的有效数据速率为多少？

【解析】站点在令牌环上一个完整的工作周期如下：

①获取令牌：

停止令牌运行；（传输时延）

②发送数据帧：

把数据帧发送到环上；（传输时延）

③数据帧绕环一周：

绕环线一周；（传播时延）

④经过每个站点有1位时延。

（传输时延）

⑤发送令牌帧：

把令牌帧发送到环上；（传输时延）

解：

1）获取令牌传输时延为:

8bit÷10Mbps=0.8us

2）发送数据帧传输时延为:

256bit÷10Mbps=25.6us

3）信号绕环一周传播时延为:

1000m÷200m/us=5us

4）50站点1位传输时延为:

50*1bit÷10Mbps=5us

5）发送令牌帧传输时延为:

8bit÷10Mbps=0.8us

所需总时间为：

（0.8+25.6+5+5+0.8）us=37.2us

该环不包括开销的有效数据传输速率为:

（256-32）bit÷37.2us=6.02Mbps

4、吞吐率问题

吞吐率T（单位时间内实际传送的位数），单位时间内实际传送的位数。

T=帧长÷总时间=帧长÷（传播时延+传输时延）

=帧长÷（网络段长÷传播速度+帧长÷网络数据速率）

例27.有一个100Mbps的令牌环网络，令牌环行时间是120μs，每个主机在每次得到令牌后可以发送1000字节的分组，发送完成后立即释放令牌。

试求出任意一台主机可以取得的最大吞吐率。

（09.4）

解：

吞吐率=帧长÷总时间；帧长=1000字节=8000bit

总时间=令牌传播时间+数据帧传输时间

令牌传播时间=120μs

数据传输时间=帧长÷数据帧传输速率=8000bit÷100Mbps=80μs

吞吐率=8000bit÷（120μs+80μs）=40Mbps

十一、PPP、IP、TCP、UDP报文问题

1、PPP帧格式

PPP帧格式与HDLC相似，区别在于PPP是面向字符的，采用字符填充技术

⏹标记域：

01111110；

⏹地址域：

11111111,表示所有的站都可以接收该帧;

⏹控制域：

缺省值为00000011，表示无序号帧，不提供使用序号和确认的可靠传输；

⏹协议域：

指示净是何种分组，缺省大小为2个字节。

⏹净荷域：

变长，缺省为1500字节；

⏹校验和域：

2或4个字节

2、UDP报文格式：

另：

长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，需加上20字节的TCP首部。

再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。

最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部18字节。

试求数据的传输效率。

答：

数据长度为100字节时

传输效率=100/（100+20+20+18）=63.3%

例29:

设UDP数据报的数据部分长度为1000字节，封装该数据报的lP数据报的IHL字段值为5，而IP数据报又封装在协议字段和校验字段长度均为2字节的PPP帧中，试求出PPP帧的长度。

解:

UDP协议格式为：

源端口+目标端口+长度+校验和+数据，头部长度固定为8B

所以UDP数据报长：

1000+8=1008B，这也是IP数据部分长度

IP头：

4B*5=20B

IP数据报：

1008B+20B=1028B

PPP帧格式：

PPP：

1028+1+1+1+2+2+1=1036B

十三、HDLC协议

比特填充法（零比特插入）：

对于信息位中的任何连续出现的五个“1”，发送时要自动在其后插入一个“0”

例1：

如果使用HDLC协议进行传送，假设要传输的信息比特序列是10111011111011111101，请写出为实现透明传输，在线路上实际传输的比特串是什么?

1011101111100111110101

2.某8比特数据经“位填充”后在信道上用曼彻斯特编码发送，信道上的波形如下图所示，试求原8比特的数据。

解：

先根据曼彻斯特编码规则:

高到低跳变表示“1”，低到高跳变表示“0”所以，上图的二进制码为：

111110010

又由于采用“位填充”可去掉连续5个“1”后面的一个“0”，则原8比特的数据为：

11111010

3.当HDLC的控制帧中地址字段为“10110010”，控制字段为“10001001”，帧校验序列采用G（X）=x16+X12+X5+1来产生，请写出此帧的完整形式。

（注FCS用规定长度的X代替）

分析：

在草稿纸上画出HDLC帧格式如下

所以帧的完整格式为：

011111101011001010001001XXXXXXXXXXXXXXXX01111110

4.说明下面HDLC帧类型是什么？

写出其地址字段和控制字段的比特序列。

（FCS用规定长度的X代替）

011111100011001110001001XXXXXXXXXXXXXXXX01111110

解：

由HDLC帧格式得出地址字段为00110011，控制字段为10001001

5.用HDLC传输12个汉字（双字节）时,帧中的信息字段占多少字节?

总的帧长占多少字节?

答：

信息字段（I）占12×2=24字节

总的帧长占1B+1B+1B+24B+2B+1B＝30字节

6.题50图为HDLC一帧的内容，请说明帧中各字段信息的具体含义。

（10.7）参考书P88~89

答：

1~8位和41~48位这2个字节为标志字段内容；

9~16位为地址字段，全1为广播地址，表示该帧发给所有站点；

17~24位为控制字段，其中：

17~18两位为10表示该帧为监控帧（S帧）;

19~20两位为00表示主站用RR型S帧来轮询从站；

21~24三位为011表示主站轮询从站希望从站传输编号为011（3）的信息帧；

25~40共16位为校验码位。

7.采用正常模式的HDLC传送国标汉字时,若已知总的帧长度为50个字节,问其中信息字段占多少个字节?

含多少个汉字?

解：

由HDLC帧格式得出

50-1-1-1-2-1=44字节即22个汉字

十四、T1、E1载波问题

十五、其他问题

1选择重传法

1、设发送方连续发送0、1、2…号帧，在发送至4号帧时开始接收到0号帧的确认信息

，当发送至5号帧时，接收到1号帧的否认返回信息

，要求选择重发1号帧，假设1号帧之后的各帧均能被正确接收。

画出选择重发方法的示意图并说明选择重发方法的特点。

（某份历年试卷上有或参考书83页图4-6）

2、已知某单位的网络结构如题50图所示，其中楼间距均大于200米。

请从题50表中

选择合适的设备或介质，将其序号填在题50图中的编号处。

题50图

序号

设备名称

数量

描述

A

交换机1

2台

各具有24个lOBase-T端口和两个100M快速以太网

端口（其中一个lOOBase-TX、一个lOOBase-FX）

B

交换机2

1台

各具有48个lOBase-T端口和两个100M快速以太网

端口（其中一个lOOBase-TX、一个lOOBase-FX）

C

交换机3

1台

配置4端口lOOBase-FX模块、24个lOOBase-TX快

速以太网端口；具有MIB管理模块。

D

路由器

1台

提供了对内的10/100M局域网接口，对外的128K的

ISDN或专线连接，同时具有防火墙功能。

E

5类双绞线

任意

RJ45

F

多模光纤

任意

ST/SC

题50表设备与介质明细表