计算机网络课程第3章-数据链路层-作业解答

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

3-08要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式是P(x)=x+1 。试求应添加在数据后面的余数。 解：

101011←商 1001 ∣101110000 1001 1010 1001 1100 1001 1010 1001

11 ←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100 Mb/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）

4

解：设在t=0时刻A开始发送。

由于以太网的最短有效帧为字节即512比特，且必须加上8字节即比特的以太网前导，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（A to B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9.6s检测； t=498+96=594时，A检测到信道持续9.6s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＝1.2。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=

k* P{传送k次才成功} ；具体计算见下表：

k110重传次数 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 需要传送传送k次才成功的概率P（k） k次的概率 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.75 0.5000 0.30.7575 00 3 1 1 1 1 1 1 1 0.5 0.10.320.25 0.875 09381 75 4 1 1 1 1 1 1 0.5 0.00.9371460.050.25 0.125 5 48486 38 5 1 1 1 1 1 0.5 0.00.0620.9680090.000.25 0.125 5 75 46047 45 6 1 1 1 1 0.5 3.00.0620.0310.9840400.000.25 0.125 5 25 375 7E-02 05 0.0620.0310.0150.9924.75 25 625 188 3110.0000 7 1 1 1 0.5 0.25 0.125 2E-07 3.70.0620.0310.0150.0070.9961070.001 0.5 0.25 0.125 5 25 625 813 094 4E-00 09 8 1 9 1.40.0.20.120.0620.0310.0150.0070.0030.9985230.001 5 5 5 5 25 625 813 906 047 5E-00 11 2.80.0.10.060.0310.0150.0070.0030.0010.9993940.0010 0.5 25 25 25 25 625 813 906 953 023 E-100 4 平均重传次数 1.16 3-31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。

B1 B2 端口端口端口端口 C D E A B MAC1 MAC2 MAC3 MAC4 MAC5

发送的帧 A→E C→B D→C B→A B1的转发表 MAC1 MAC3 MAC4 MAC2 1 2 2 1 B2的转发表 MAC1 MAC3 MAC4 1 1 2 B1的处理 转发，写入转发表 转发，写入转发表 写入转发表，丢弃不转发 写入转发表，丢弃不转发 B2的处理 转发，写入转发表 转发，写入转发表 转发，写入转发表 接收不到这个帧 站地址 端口 站地址 端口 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）。