计算机网络教程（第5版）微课版第三章答案

3-1     数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？

解答：所谓链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。

数据链路则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输（这将在后面几节讨论）。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。这样的数据链路就不再是简单的物理链路而是个逻辑链路了。

“电路接通了”仅仅是物理线路接通了通信双方可以在上面发送和接收0/1比特了，而“数据链路接通了”表明在该物理线路接通的基础上通信双方的数据链路层协议实体已达成了一致并做好了在该链路上发送和接收数据帧的准备（可能互相要协商某些数据链路层参数）。

3-2     数据链路层包括哪些主要功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。

解答：数据链路层的链路控制的主要功能包括：封装成帧、透明传输和差错检测，可选功能包括可靠传输、流量控制等。

在数据链路层实现可靠传输的优点是通过点到点的差错检测和重传能及时纠正相邻结点间传输数据的差错。若在数据链路层不实现可靠传输由高层如运输层通过端到端的差错检测和重传来纠正这些差错会产生很大的重传时延。

但是在数据链路层实现可靠传输并不能保证端到端数据传输的可靠，如由于网络拥塞导致路由器丢弃分组等。因此，即使数据链路层是可靠的，在高层如运输层仍然有必要实现端到端可靠传输。如果相邻结点间传输数据的差错率非常低，则在数据链路层重复实现可靠传输就会给各结点增加过多不必要的负担。

3-3     网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？

解答：网络适配器的作用就是实现数据链路层和物理层的功能。适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU。这时CPU可以处理其他任务。当适配器收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机。当适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付给协议栈中的网络层。网络适配器工作在物理层和数据链路层。

3-4     如果不解决透明传输问题会出现什么问题？

解答：如果不解决透明传输问题，如果传输的数据中有与帧定界符相同的比特组合，则会导致帧定界错误。

3-5     要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是      

。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CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

解答：根据CRC生成多项式，除数P=10011。用11010110110000，模2除P，余数即CRC检验序列为1110。

添加检验序列后为11010110111110，数据（注意是数据，不包括检验序列）在传输过程中最后一个1变成了0，则接收方收到的数据为11010110101110。除P得到的余数不为零（0011），发现差错。

若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，则接收方收到的数据为11010110001110。除P得到的余数也不为零（0101），发现差错。

采用CRC检验仅能发现数据在传输过程中出现差错但并不能纠正差错，因此并不能实现可靠传输。

3-6     要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式是

。试求应添加在数据后面的余数。

解答：根据CRC的生成多项式，除数为1001，被除数为101110000，余数为011。

3-7     停止等待协议需不需要为确认帧编号？试举例并画图说明理由。

解答：在往返时延很不确定的情况下，如果确认帧不编号，当超时重传时间大于实际的往返时延时，发送方会收到重复的确认帧，导致错误，如图所示的情况，会导致M2丢失。但在往返时延比较确定的情况下，由于超时时间总是大于往返时延，确认帧可无需编号。

3-8     考虑0/1比特交替停止等待协议（序号只有一位的停止等待协议），假定发送方和接收方之间的链路会造成帧失序。请画图说明该协议将不能应对所有出错情况（协议错误地收下或丢弃数据）。

解答：如图所示，当链路造成帧失序时，0/1编号不足以区分迟到的失序帧，会导致错误。为解决该问题需要增大编号长度。（答案不唯一）

3-9     信道带宽是4 kbit/s，传播延迟是20 ms，那么帧的大小在什么范围内时，停止等待协议才有至少50%的效率？

解答：帧大于160bit。

当发送一帧的时间等于信道传播延迟的2倍时，信道利用率是50%，也就是说，当发送一帧的时间等于来回路程的传播延迟时，效率是50%。由于20ms×2=40ms，现在发送速率是每秒4 000bit，即发送1bit需要0.25ms，40ms/(0.25ms/bit)=160bit。

3-10  判断正误：“由于Go-Back-N协议采用的是累积确认，当某个确认分组丢失时，不一定会导致发送方重传”，并画图举例说明。

解答：正确。

3-11  考虑GBN协议，当收到序号不对的分组，如果接收方仅仅将它们丢弃而不对最近按序接收的分组进行确认，会出现什么错误情况。请画图举例说明。

解答：假设窗口大小为4，发送方连续发送1, 2, 3, 4号帧，接收方全部正确接收，但返回的确认帧却全部丢失。当发送方超时重传1, 2, 3, 4号帧时，接收方会全部丢弃（接收方正等待接收5号帧），如果不对4号帧进行再确认，发送方会一直重传1, 2, 3, 4号帧。（图略）

3-12  考虑在Go-Back-N协议中帧序号的长度问题，假设帧序号用3 bit，而发送窗口为8。试找出一种情况，使得在此情况下协议不能正确工作（考虑序号重用时造成的混乱，但不考虑信道失序情况）。

解答：设想在发送方的发送窗口内的序号为0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7，且全部发送出去了。而接收方的接收窗口内的序号为0。接收端若收到0号帧，则无法判断是新的0号帧还是重传的0号帧（当0到7号帧的确认帧全部丢失）。

3-13  考虑选择重传协议中的上述问题，设编号用3 bit。再设发送窗口WT = 6 而接收窗口WR = 3。试找出一种情况，使得在此情况下协议不能正确工作。

解答：设想在发送窗口内的序号为0, 1, 2, 3, 4, 5，而接收窗口等待后面的6, 7, 0。接收端若收到0号帧，则无法判断是新帧或重传的（当确认帧丢失）。

3-14  一条链路传输带宽为2 Mbps，长度为10000 km，信号传播速率为2.0 ´ 105 km/s，分组大小为100 B，忽略应答帧大小。如果采用停止等待协议，问最大吞吐率（实际可达的最高平均数据速率）是多少？信道利用率是多少？如果采用滑动窗口协议，要想达到最高吞吐率，发送窗口最小是多少？

解答：最大吞吐率7968 bps，信道利用率0.3984%。如果采用滑动窗口协议，要想达到最高吞吐率，发送窗口最小为251。

发送延迟=

，传播延迟=(1000km)/(200km/ms)=50ms

1帧发送完后等待1个RTT，然后发另一帧。

周期长度=0.4ms+50ms×2=100.4ms，1个周期内发送1帧。

实际数据速率=(8×100b/帧×1帧)/100.4ms=7968bps。

信道利用率=7968bps/(2×106)bps=0.3984%。

如果采用滑动窗口协议，可连续发送的帧的个数为：

 (周期长度)/(分组发送时间)=100.4ms/0.4ms=251。

所以，发送窗口最小为251。

3-15  假定卫星信道的数据率为100 kbps，卫星信道的单程（即从发送方通过卫星到达接收方）传输时延为250 ms，每个数据帧长均为2000 b，忽略误码、确认字长、首部和处理时间等开销，为达到传输的最大效率，帧的序号至少多少位？此时信道最高利用率是多少？

解答：RTT=250×2ms=0.5s

1个帧的发送时间=2000b/100kbps=。

1个帧发送完后经过1个单程延迟到达接收方，再经过1个单程延迟发送方收到应答，从而可以继续发送，理想的情况是此时窗口信息刚发送完或还没有发送完。

假设窗口值等于x，令

。

得x=26。

若要取得最大信道利用率，窗口值是26即可，在此条件下，可以不间断地发送帧，所以发送率保持在100kbps。

由于16