通信网络基础李建东盛敏课后习题答案文档.pdf

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1、1.1 答：通信网络由子网和终端构成（物理传输链路和链路的汇聚点），常用的通信网络有 ATM 网络，X.25 分组数据网络，PSTN，ISDN，移动通信网等。1.2 答：通信链路包括接入链路和网络链路。接入链路有：（1）Modem 链路，利用 PSTN 电话线路，在用户和网络侧分别添加 Modem 设备来实现数据传输，速率为 300b/s 和 56kb/s；（2）xDSL 链路，通过数字技术，对 PSTN 端局到用户终端之间的用户线路进行改造而成的数字用户线 DSL，x 表示不同的传输方案；（3）ISDN，利用 PSTN 实现数据传输，提供两个基本信道：B 信道（64kb/s），D 信道（16

2、kb/s 或 64kb/s）；（4）数字蜂窝移动通信链路，十几 kb/s2Mb/s；（5）以太网，双绞线峰值速率 10Mb/s,100Mb/s。网络链路有：（1）X.25 提供 48kb/s，56kb/s 或 64kb/s 的传输速率，采用分组交换，以虚电路形式向用户提供传输链路；（2）帧中继，吞吐量大，速率为 64kb/s，2.048Mb/s；（3）SDH（同步数字系列），具有标准化的结构等级 STM-N；（4）光波分复用 WDM，在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号。1.3 答：分组交换网中，将消息分成许多较短的，格式化的分组进行传输和交换，每一个分组由若干比特组成一个比特串，每个分组都

3、包括一个附加的分组头，分组头指明该分组的目的节点及其它网络控制信息。每个网络节点采用存储转发的方式来实现分组的交换。1.4 答：虚电路是分组传输中两种基本的选择路由的方式之一。在一个会话过程开始时，确定一条源节点到目的节点的逻辑通路，在实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用物理链路，此时物理链路可用于其它用户分组的传输。会话过程中的所有分组都沿此逻辑通道进行。而传统电话交换网 PSTN 中物理链路始终存在，无论有无数据传输。1.5 答：差别：ATM 信元采用全网统一的固定长度的信元进行传输和交换，长度和格式固定，可用硬件电路处理，缩短了处理时间。为支持不同类型的业务，ATM 网络提供

4、四种类别的服务：A,B,C,D类，采用五种适配方法：AAL1AAL5,形成协议数据单元 CS-PDU，再将 CS-PDU 分成信元，再传输。1.7 答：OSI 模型七个层次为：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层。TCP/IP 五个相对独立的层次为：应用层，运输层，互联网层，网络接入层，物理层。它们的对应关系如下：OSI 模型 TCP/IP 参考模型 应用层 表示层 会话层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 运输层 互连网层 网络接入层硬件 通信网络基础李建东盛敏课后习题答案1.10 解：YttX2cos2 YYXco s22co s21 X(1)0 2 P 1

5、/2 1/2 10212211XE;YYXtXcos22cos212 22102114 cos4cos2cos21022221YEYYEXXEtXtXE 1.11 解：0cos2cosdtwAdftwAtXEtmccX ccccccXwAdwwtwAdftwAtwAtXtXEttRc o s221c o s22c o s21 coscos,22 20)(22ARtXEX 显然，tX的均值为常数，相关函数仅与时差有关，且为二阶矩过程，所以该随机过程是广义平稳的。0s i nc o s.c o sc o s2.sinsincoscos2.cos21.TwTwAmi ltdtwTAmi ldttwt

6、wTAmi ldttwATmi ltXccTTTcTTTccTTTcT cTTcccTTTccTwAdtwwtwTAmi ldttwtwTAmi ltXtXcos21 cos22cos4.coscos2.222 故 tX的均值和相关函数都具有各态历经性，tX是各态历经过程。1.12 解：定义：称计数过程 0,ttN是参数为0 的 Poisson 过程，如果：（1）00 N；（2）0,ttN是平稳的独立增量过程；（3）tNt ,0服从参数为t的 Poisson 分布，,2,1,0 !kektktNPtk 0 !1!1110tteetktetektkektktNEttkktktkktk 22tNE

7、tNEtNDtDN ttteettktettektkktNEtNtNEtNtNtNEtNEttkktktk2222202 !2!1 11 tttttDN22 不妨设ts，则 tsstsstssstssNEsNDsNtNEsNEsNEsNtNNsNEsNsNtNNsNEtNsNEtsRN,min 0 0,222222 ,min,2tssttsRN 1.13 解：由 0,ttN是强度为的 poisson 过程及题设知，0,ttY和 0,ttZ是一零初值的平稳的独立增量过程。又0t，2,1,0 !1!1!1!00kekptmtpekptkitpekptppCeititNktYPitNPktYPptk

8、mmtkkikikitkkikkitii 即0t，,pttY故 0,ttY是强度为p的 poisson 过程。2,1,0 !1!1 !11!100kektpmptektpkiptektpppCeititNktZPitNPktZPtpkmmtkkikikitkkikkitii 即0t，,1tptZ故 0,ttZ是强度为p1的 poisson 过程。1.14 解：,2,1,0 !kektktNPtk 3 （1）04124eeNPtt （2）定理：设 0,ttN是参数为0 的 Poisson 分布，,2,1,nn是其到达时间序列，则,2,1nn服从分布，即n的概率密度函数为：0 00 !11ttnt

9、etfntn tteetf33 1 0 1001teededetFtttt 0 1331tetFt 1.15 解：知道过程现在的条件下，其“将来”的分布不依赖于“过去”。状态转移图如下：1当甲有一个球时，状态转移图如下：012/53/53/52/5 2 当甲有两个球时，状态转移图如下：0123/41/41/43/41/41/21/4 3 当甲有三个球时，状态转移图如下：4/94/9012311/94/94/91/91 一步转移概率矩阵如下：01009/19/49/4009/49/49/10010 4 当甲有四个球时，状态转移图如下：3/41/41/43/41/41/21/4123 5 当甲有五

10、个球时，状态转移图如下：2/53/53/52/532 1.16 解：PrimDijkstra：Kruskal：2.1 答：有三种，分别是面向字符，面向比特，采用长度计数的组帧技术，其中采用长度计数的组帧方式开销最小。2.2 答：接收字符串为：C0 C0 10 36 87 DB DC DB DC DC DD DB DD C0 7C 8D DC DB DC C0 恢复为：第一帧：空 .第二帧：7C 8D DC C0 2.3 答：插入后：011011111 0 0011111 0 101011111 0 11111 0 01111010 恢复：01111110 11111 0 110011111 0

11、 011111 0 11111 0 1100 01111110 Flag Flag 1011111 0 2.4 答：在接收端，收到 015后，如果下一位是“0”，就将该“0”删去，如果 是“1”，就表示一帧结束。按此规则：011 011111 0 111111 011111 0 1 01111110 015 015 Flag 2.5 答：1S 2S 3S 1C 2C 3C 4C 校验规则 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

12、0 0 1 1 3211SSSC 322SSC 313SSC 214SSC 该码的最小距离为 4。2.6 解：324345734411DDDDDDDDDDDDSD 33456733456724 0 001DDDDDDDDDDDDDDD DgDSD4 余数为 3D 2.7 证明：（1）已知 DgDmainderDgDDmainderDCLiLiiReRe 一个任意的数据多项式 100112211KiiiKKKKDSSDSDSDSDS 其 CRC 多项式 101010Re ReReKiiiLiKiiLKiiiLDCSDgDSmainderDgDDSmainderDgDDSmainderDC （2）

13、将 iiLiLiCDCDCDC0111代入到 10KiiiDCSDC中，得 iKiiiKiiLiLKiiLiLKiiKiiiLiLiCSDCSDCSDCSCDCDCSDC01011022101110100111 又有 012211CDCDCDCDCLLLL 对应可得 LjCSCKiijij0 10 2.8 01001ACKACKNAK出错ACKAABCC 在这种情况下，由于时延的影响，分组 B 出错却导致分组 C 重发，最终分组 B 丢失。2.9 证：根据停等式 ARQ 协议，当序号采用模 2 表示时仍可正常运行。描述如 下：发端 A：（1）置 SN0；（2）若从高层接收到一个分组，则将 SN

14、 指配给该分组，若没有分组则等待；（3）将第 SN 个分组装入物理帧中发送给接收节点 B；（4）若从 B 接收到 RNSN，则将 SN 模 2 加 1，返回（2），若在规定时间内，并未收到 B 的 RNSN 的应答，则返回（3）。收端 B：（1）置 RN0；（2）无论何时从 A 端收到一个 SN=RN 的分组，将该分组传送给高层，并将 RN 模 2 加 1；（3）在接收到分组的规定有限时长内将 RN 放入一帧的 RN 域发送给A，返回（2）。2.10 解：设任意一个分组平均需要发送N次才能成功，而一个分组发送i次成功 的概率为11i，从而有 111iiiN 成功发送一个分组所需要的时间为rNT

15、，故rrTNT1max 2.11 与课本上图 211 的 a，c 图基本相同，只需将 A，B 名字交换。2.13 答：sTP 05.0106432003 31280.00264 10ACKTs s 015.0 （1）4102820ACKPTT 个 （2）61192820ACKPTT 个 （3）当节点连续发送时，可以发送的帧最多 a.1640005.0820帧 0.082s 后可收到应答；b.15769052.0820帧 0.134s 后可收到应答。2.14 答：停等式 ARQ 211maxPU 返回 nARQ 21 1121121 111nPnPnnPnPU 选择重传 ARQ 21 21121

16、 1nPnnPU ARPANET ARQ 27218 211827218 1即即PPU 这里DPTT,所以U与误帧率及信道传播时延与数据帧的传输时延的比值 有关。当21n时，211PU与PnPU111均小于P1；当21n时，21111211211PnPnPnP 所以，当n和 8 均大于21时，选择重传式 ARQ 和 ARPANET ARQ 链路 利用率都最高，当8n时选择重传式 ARQ 链路利用率高，当8n时，ARPANET ARQ 链路利用率高。2.18 答：（1）在没有发生任何差错的情况下如下图所示：INITACKDACKIINITACKIDISCACKIDISCACKDACKDUPUPD

17、OWNDOWNt 在各种可能的差错下：DISCACKIDISCACKIDISCACKDDISCACKIDISCACKDACKDDISCACKDACKDtDOWNDOWN 可见，不论发生哪一种差错，每个节点最终都会认为链路处于 DOWN 状态。（2）有两种可能情况 2.19 答：（1）INITACKDACKIINITACKIDISCACKIDISCACKDACKDUPUPtDOWNDOWNINITACKDACKIINITACKIDISCACKIDISCACKDACKDUPUPtDOWNDOWN丢失 DISCDISCDISCDISC故障ACKDACKDACKIACKDACKIINTI故障故障INT

18、ID0INTID0RN1丢失 （2）故障X故障XD0故障XD0YYRN1丢失 2.20 解：假定有 n 个节点交换机，在题中所给的条件下，传输一个分组（从 源端到目的端）需要(n-1)T 秒，传输两个分组需要(n+1)T 秒，如此类推，传输 m 个分组需要(n-1+2(m-1)T 秒，速率为 m/(n-1+2(m-1)T.若 mn，可以认为分组交付给目的地的速率最快为 1/2T 分组/秒。2.21 答：(1)采用收数据转发发确认的机制，假定 B 做完第二件事即转发后出现故障，则 A 由于没有收到 B 发回的确认，在定时器溢出后将重发上一分组，B 将这个分组作为新分组转发给 C，但 C已在 B

19、出故障那次收到了该分组。因此，造成 C 接收重复分组。（2）采用收数据发确认转发的机制，假定 B 做完第二件事即发确认后出现故障，则 B 不会向 C转发该分组。而实际上 A 又收到了 B 发回的确认，所以 A 继续发送下一分组。由此造成 C 丢失 B 故障前的那个分组。只有采用端到端的发确认消息的方法，在 AC 之间建立起一对 SN,RN（在运输层，参看课本 P77），才能保证在任何情况下数据都能从 A 经 B 正确无误地交付到 C。在第一种情况下，即使 A 重发 B 故障前那一分组，C 收到后也能根据 AC 之间的 SN,RN 辨认出这一重复分组而将其丢弃。在第二种情况下，只要 A 没有收到

20、 C 对 B 故障前那一分组的确认，就会重复发送这一分组，直到收到 C 对这一数据的确认。2.23 解：设窗口为nkb，则吞吐量为 128.022562120nnTTnPD 解出窗口为58n 2.24 答：经六次变化后窗口为 11KB。369012543876超时后门限窗口为9KB门限窗口传送次数/次拥塞窗口长度/KB12 2.26 答：在差错控制时，ARQ 协议用于保证分组的正确传输，它侧重于分组的 内容；在流控时，ARQ 用于减缓网络中分组的发送速度，侧重于网络的状 态。3.1 解：顾客到达率为 5 人/分钟 平均每个顾客的服务时间为 1505.0205.05T 分钟 根据 little

21、定理，得快餐店内的平均顾客数为 75 TN 人 3.5 解：（1）10 个相等容量的时分复用系统：对于一个 session 而言，平均服务时间为s51105100013，分组到达率为秒分组/2560150。在系统中的平均分组数为：12/552/5N 根据 little 定理，得分组的平均时延为：sNT522/51 队列中的平均分组数为：215152251TWNQ 统计复用：平均服务时间为s5011050100013，分组到达率为秒分组/256015010。1255025N sNT251 21501251251TWNQ（2）时分复用：对于分组到达率为 250 分组/分钟的 session，平均服

22、务时间为s51105100013，分组到达率为秒分组/62560250。56/2556/25N sNT566/255 62551566251TWNQ 对于分组到达率为 50 分组/分钟的 session，平均服务时间为s51105100013，分组到达率为秒分组/656050。516/556/5N sNT2566/55/1 30151256651TWNQ 统计复用：平均服务时间为s5011050100013，分组到达率为秒分组/255655625。1255025N sNT251 21501251251TWNQ 3.13 证明：设第i个用户到达系统时，第l个用户正在接收服务，其剩余服务时间为iR

23、，此时等待队列中有iN个用户。设第k个用户的服务时间为kX，用户i的等待时间为：iiiNRW个用户的服务时间1iNikkiiXR 求平均 iiiNikkiiNEXRExEREWi1 令iiWWilim,，有 WRWRNRNXRWQQ11 1 RW 假定系统有稳态解，且具有各态历经性，则剩余服务时间 r可用下图表示：r()X1X1X2 在t,0区间平均剩余服务时间为：tMiittXtdrtR1202111 22121212121XtMXttMRtMiii 121121 2W 3.17 解：ACE：100 个/分 ADE：200 个/分 BCEF：500 个/分 BDEF：600 个/分 ABEF

24、CD ssxr1400600500200100个/分370个/秒 100AC个/分 200AD个/分 500BC个/分 600BD个/分 600CE个/分 800DE个/分 1100EF个/分 3000100060/50bitsskbij个/分 2911003000100 ACN 41 CEN 1911 EFN 141 ADN 114 DEN 41 BDN 51 BDN 748.11911415111414141291,jiijNN个 srNT075.0/370748.1秒个个 分组的平均时延：smsTT077.02 smsmsmsNmsNTCECECEACACACACE050.0250141

25、5012501291501 211211 sTADE053.0 sTB C E F087.0 sTB D E F090.0 4.1 答：固定多址接入协议可以保证每个用户之间的公平性（每个用户都分配了固定的资源）以及数据的平均时延。它适合于恒定比特流的业务的传输，对于用户数较少且数量大致固定，每个用户业务量较大的情形是一种有效的方法。它对于突发性数据业务的传输，通常会有较大时延。若已分配固定信道的用户没有通信，那么这些资源就会浪费，若有限的信道资源被分配完毕，那么新的用户将不能通信。4.4 解：每个节点发送数据的速率是：sbitsbit/101001000 纯 ALOHA 系统最大通过率为184

26、.021e sbit/4.1766184.09600 有效的信道速率为 个176104.1766 N 时隙 ALOHA 系统的最大通过率为368.01e sbit/8.3532368.09600 有效的信道速率为 个353108.3532 N 4.5 答：稳定的多址协议是指对于给定到达率，多址协议可以保证每个分组的平均时延是有限的。伪贝叶斯算法的时隙 ALOHA 协议对任何e1的到达率都是稳定的。根据该算法，1nG，其稳定的最大通过率为e1 。4.6 答：CSMA 协议的基本原理是：节点在发送分组之前先侦听信道，判断是否有用户正在传输，进而确定信道的忙闲状态，然后再决定分组是否发送。CSMA

27、是 ALOHA 协议的改进，它采用了附加的硬件装置，每个节点都能检测到信道上有无分组传输。如果一个节点有分组要传输，它首先检测信道是否空闲，如果信道有其他分组在传输，则该节点可以等待信道空闲后再传输，这样可以减少要发送的分组与正在传输分组之间的碰撞，减少发送的盲目性，提高系统利用率。4.8 答：CSMA 方法要求收发共享一个信道，时延小。因为卫星信道的传播时延非常大，因而在不同的监测点上同一信号出现或消失的时刻是不同的。在 CSMA 协议中，影响系统性能的最重要的参数是载波检测时延，因此 CSMA 不适于卫星信道。4.9 解：由于吞吐量是关于归一化载波侦听时延的函数，所以只要 LAN 和 MAN 有相同的就会有相同的吞吐量。由LC知 10001031050100010510310183683x 得sbitx/105