通信网络

填空题：

1、一个基本的通信网络通常由物理传输链路和链路的汇聚点组成。2、HDLC是为多种物理链路设计的，这些链路包括多址链路，点到点链路，全双工链路和半双工链路。3、有三种组帧方式：面向字符，面向比特，采用长度计。4、路由算法是网络层的核心问题，它包括两个方面的功能，第一：为不同的源节点和目的节点对选择一条传输路径，第二：在路由选择好以后，将用户的消息正确地送到目的节点。5、一个算法的有效性可以从三个方面来表述：吞吐量，链路利用率、分组时延。6、多址接入协议主要分为：固定多址、随机多址、预约多址。7、TCP中的流量控制需要考虑两个方面的内容：接收的容量缓冲区大小和网络的容量及通过性。8、Little定理表明：系统中的用户数＝用户的平均到达速率X用户的平均时延。

简答：

1、请分别分析在数据报和虚电路方式下同一Session中的分组是否需要进行标识或编号？ 答：在数据报方式中，同一Session分组可能会经过不同的路径，这样到达目的节点的顺序就会不同于源节点发出分组的顺序，另外一方面分组在传输的过程中，因链路拥塞、传输错误、节点或链路故障等原因会引起分组丢失。因此，就必须提供一种方式来使目的节点发现上述问题。解决方法就是对同一Session发送的分组进行编号。 在虚电路方式中，可能会有下列原因导致分组丢失或传输出错：（1）虚电路号错误导致不正确的帧通过了CRC校验，而把不正确帧误码认为是一个正确的帧；（2）当数据分组中的传输错误未能被CRC检查出来；

（3）节点或链路故障可能导致部分分组丢失，如果没有分组编号，目的节点就不可以发现丢失的分组。因此，在虚电路方式中，同样需要对同一Session中发送的分组进行编号。

2、在有碰撞避免功能的载波侦听型多址接入协议中，节点可以发送帧的基本条件是什么？若网络中存在两个不同优先级的业务，请设计一种接入方式使高优先级业务有较高的优先级接入信道。 答：基本条件：载波侦听信息表明信道空闲，且该节点的网络分配矢量NAN值为0。高优先级业务分配较短的帧间间隔，低优先级业务的帧间间隔大于高优先级业务。

3、评价一个网络性能的主要性能指标有哪些？用户对通信网络的基本要求有哪些？设计一个网络时所需要解决的基本问题有哪些？ 答：不同的网络有不同的性能要求：1、电话交换网：低延迟、高接通性；允许一定的信息丢失。2、数据交换网：低丢失率、高通过率；允许一定程度的延迟。3、多媒体网络：低丢失率、低延迟、低抖动、高通过率；业务差分。 用户对通信网络的基本要求有：1、连通性：任意、快速；2、可靠性：迂回路由、自愈能力；3、灵活性：突发业务、新业务；4、经济性：性价比、最优性。 设计一个网络所要解决的基本问题有：第一、众多的用户如何共享一个物理媒介，即多址问题；第二、如何设置网络的接入点和网络节点，使众多的用户能够方便地接入到网络之中，经济地共享高速大容量的骨干链路和网络。这是网络拓扑设计和网络覆盖问题；第三，如何为用户的消息或分组选择最佳的传输路径，从而使得用户的消息或分组在一个子网内或跨越多个网络时能快速、可靠地传送到对方，这是路由问题；第四，如何保证网络稳定运行，即如何避免网络中某条链路、某个子网或整个信息网络发生拥挤和阻塞，它包括用户接入网络的业务流量和网络内部的流量管理和控制，这是流量控制的问题。

影响通信网络的主要因素：网络的拓扑结构（好的拓扑结构应该有利于负载均衡，好的拓扑结构还应该有利于降低电力消耗）；网的路由机制与流量控制（网络越来越复杂，网管信令开销的影响不容忽视）；络可提供的资源（带宽、缓存、功率等）（网络资源（带宽/缓冲器/功率）是有限的、共享的）；业务量（网络的设计（平均）容量永远大于（平均）需求（如果业务需求是确定性的，网络不会发生拥塞））；业务模式（随机性） （业务需求的随机性、特别是突发性会造成网络资源的浪费）

在一段时间内，如果对网络某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，则网络性能会恶化。信息流无限制的进入网络也会导致网络性能恶化。业务的随机性是网络性能恶化的主要原因

4、对于返回n的ARQ协议，哪些因素会对其效率产生影响？试分析现出这些问题的原因，给出相应的解决策略？并给出一个具体的例子加以分析描述。

答：帧长、传输路径的长度、信道速率、窗口大小、误帧率。 每一帧中包括数据载荷和控制信息，如果帧长较短，控制信息所占用的比例较大，链路的利率用下降。传输路径的长度决定传播时延Tp,信道速率决定发送时延TD,连同窗口大小n。nTD与TD+2TP的大小关系说明在发端发送数据时，信道的忙闲状态，若2nTTTDDP,信道一直处于忙的状态，链路利用率1(12)PSTaD，其中Nf是成功传输一帧平均所需传输的帧数，它与误帧率p和n有关：11npNfp。若2nTTTDDP，信道有一段时间处于闲的状态，nTdUNdf。最佳窗口宽度nTD近似等于一帧的传输时间加上2倍的传播时延，此时链路利用率最高。

5、网络传输中不同的会话过程可能共享同一链路，这就需要对不同的会话分组加标识以区分；试问在数据报方式和虚电路方式中如何标识不同的分组？试从使用的位置、传输分组编号方式及数据传输顺序三个方面简单比较网络层和链路层差错控制的区别？ 答：对于数据报方式，通常在分组头中应包括：源节点地址和目的节点地址以及相同节点中不同会话过程的标识。利用这些信息，就可以将任一节点中的任一会话过程中的分组送到任一节点中相应的会话过程。对于虚电路（VC）方式，对于不同的会话过程，采用虚电路号进行标识，即每个分组含有一个虚电路号。 网络层和数据链路层差错控制的主要差别：（1）使用的位置不同。数据链路层的差错控制是用于一条物理链路的两端，而网络层的差错控制是用于网络中的任意两节点之间。（2）分组编号的方式不同。在网络层是对一个会话中的分组（或者字节，或者消息）进行统一编号。而在链路层上是对不同会话中所有分组进行顺序编号。（3）传输顺序的差别。在链路层，所有的帧都是按顺序传输的；而在网络层中，相同源和目的节点的分组可能会经过不同的路径，分组的传输可能会出现乱序现象。（4）时延不同。在链路层，传输时延（包括传播时延、处理时延、帧传输时延）在小范围内变化；而在网络层，传输时延会在大范围内变化。

6\有一数据通信网络，若源节点要通过泛洪的方式将某一数据发往目的节点，试设计网络层及链路层的协议，并说明该协议的正确性。

7、路由算法的主要功能是什么？路由算法如何适应在不同业务负荷情况下网络的吞吐量和时延的要求？分布式路由算法的优点是什么？答：路由算法的主要功能：第一是为不同的源节点和目的节点对（SD）选择一条传输路径；第二是在路由选择好以后，将用户的消息正确地送到目的节点。 一个路由算法应当在高的业务负荷的情况下，在保证相同时延条件下，可以增加网络的吞吐量；在轻负荷和中等负荷情况下，可以减少每个一分组的平均时延。

8、在TCP中差错恢复主要解决哪两个方面的问题？并分别给出解决这两个问题的具体办法？ 答：在TCP中，恢复主要解决两个方面的问题，一是重传问题，二是连接建立和拆除时错误。

重传的问题主要是如何确定重传的间隔（time-out）。TCP中采用了一种自适应算法来确定重发间隔。该算法采用下式来确定报文的平均往返时延T。(1)TTToldnewgg，式中，Told表示旧的往返时延，Tnew表示新测得的往返时延，01，表示新旧往返时延对平均往返时延T的影响程度。典型的值为7/8。重发间隔应大于T,即=T重发间隔。其中是一个大于1的系数。 在连接建立和拆除过程中，TCP在每次连接开始时都进行初始化，使得SN和RN同步。具体实现的方法如下：源节点和目的节点都有一个32bit的时钟计数器，每4s增加一次。当要建立连接时，发端（A节点）以本地的时钟计数器作为初始阶段的第一个命令分组的序号（SN）。收端（B节点）在响应该指令时，对发端的序号进行响应，即将B节点RN置为SN发给对方（A节点），B采用的初始化SN为其本地的时钟计数值，B在收到对方（A节点）的应答前不能传送数据。采用这种随机地选择序号的方法，可以避免新旧连接的序号混淆。

9、在传统的预约多址协议中，都采用了专门的预约区间，为每一个节点分配一个预约时隙。请问，这咱方式存在什么问题，有哪些改进方案。 答：这种给节点的增加和减少带来了困难。随着m的增加，预约将耗费较多的资源。可以采用下列改进方案： （1）在预约的小时隙中有杉竞争的方式，用于预约的小时隙数比节点数m要少得多。这样，当m较大且较小时，可以降低时延。（2）不设专门的预约小时隙，当发磅节点要发送一条消息时，发送节点某一个空间隙以该消息的第一个分组作为预约分组进行预约，如果预约成功，则该节点就预约了后续各帧中相应的时隙，直到消息中的所有分组传输完毕。（3）在一帧中，为每一个节点预先固定地分配一个时隙。当该节点无分组传输时，其他节点可以通过竞争的方式使用该时隙。但当该节点要使用该时隙时，它在“自己”的时隙上发送。如果发生碰撞，将不再允许其他节点使用该时隙。

10、在通信网络中，引起拥塞的主要原因是什么？实现拥塞控制的基本原是是什么？有哪些基本策略? 答：当报文在网络中经历了比所期望的时延更长的时间时，就认为网络产生了拥塞。千百万网络出现拥塞的原因较多，例如，当从多个输入端到达同一节点的分组要求同一条输出链路时，主形成分组的排除。如果该节点的缓冲器容量不够，就会造成分组丢失；同时，如果处理器的处理速度太低，或者链路的带宽不够也会导致拥塞；另外，拥塞节点本身也会使拥塞变得更严重。 拥塞控制的基本原理是：寻找输入业务对网络资源的要求小于网络可用资源成立的条件。这可以通过增大网络的某些可用资源（链路、带宽，或者使额外的通信量从另外的通路分流），或者通过减小一些用户某些资源的需求。 拥塞控制是一个动态控制的问题。从控制论的角分类，可以分为两类：一类是开环控制，另一类是闭环控制。开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。一旦整个系统运行起来，就不再中途进行更改了。 闭环控制是建立在反馈控制的概念之上，其控制过程有以下几种部分：（1）实时监测网络，以便监测到拥塞在何时、何处发生；（2）将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方（如控制中心）；（3）调整系统的操作过程，以便纠正拥塞问题。

11、泛洪算法的基本思想是什么？ARPANET泛洪算法有什么主要特点，在算法中采用了哪些措施来保证其泛洪算法的这些特点？ 答：泛洪算法又称扩散式算法，其基本思想是：每个节点通过向其所有的邻节点发送消息的方式，将拓扑更新消息广播给所有的节点。每个相邻节点收到该信息后，再将其转发给它所有的邻节点，依此类推。ARPANET泛洪算法有两个主要特点：（1）能有效的防止拓扑更新信息在网络中无限次的循环；（2）能有效地防止序号出错带来的影响。针对问题1，在ARPANET中，第一一消息都标定一个序号，节点j收到i的一个消息后，首先要比较该消息的序号是否大于j从i中接收到的最后 一个序号。如果大于，则转发消息，否则丢弃该消息。每条消息中序号域应足够大，使得在正常情况下，序号不会从高增加到最大值然后又重新置零。针对问题2，ARPANET采用两种机制解决这一问题。（1）每个更远消息包括一个年龄域，它表明该消息已在网络中传播了多长时间。当一条消息到达某个节点后，该节点记录它的到达时间，并根据传播时间时延，增加这绵年龄域。一个节点可任何时间计算其内存中所有消息的年龄。当该消息的年龄超过门限后，该消息将被丢弃，不再转发。（2）每个节点除了在检测到链路状态变化时发送拓扑更新消息外，每个节点要周期性地发送更新消息。周期性广播保证在网络两个分离的部分再连通以后，使最新的拜年更新消息能在某个固定的时间内得到。