【章节习题】第 5 章 数据链路层与局域网

【选择题】

1. 下列不属于数据链路层提供的服务的是（）
   A.数据报 B.链路接入
   C.可靠交付 D.差错控制
2. 在接收端发现码元错误的位置并加以纠正的差错控制方法称为（）
   A.反馈重发 B.向后纠错
   C.前向纠错 D.选择重传
3. 下列差错控制方式中，只适用于实时性要求较高的系统的是（）
   A.检错重发 B.前向纠错
   C.反馈校验 D.检错丢弃
4. 对于纠错编码，如果编码集的汉明距离 ds=（），则该差错编码可以纠正 r 位的差错。
   A.r B.r+1
   C.2r D.2r+1
5. 允许动态地分配传输介质时间片的多路复用技术是（）
   A.同步时分多路复用 B.波分多路复用
   C.异步时分多路复用 D.频分多路复用
6. 在下列多路复用技术中，简称为 FDM 的是（）
   A.时分多路复用 B.频分多路复用
   C.波分多路复用 D.码分多路复用

【填空题】

1. 实现数据链路层功能的典型硬件实体是___________。

【应用题】

1. 若接收方收到的二进制数字序列为 11010110111101，CRC 生成多项式为 x^4+x+1，试说明数据传
   输过程中是否出错（要求写出计算机过程）。
2. 某 CSMA/CD 基带总线网长度为 100m，信号传播速度为 200m/μs，若位于总线两端的站点在发送数
   据帧时产生冲突，试问：
   (1) 该两站间信号传播延迟时间是多少？
   (2) 最多经过多长时间才能检测到冲突？（要求写出计算过程）
3. 分别计算携带 40 字节和 400 字节数据的以太网帧的最大传输效率。（数据传输效率=数据长度／帧的
   总长度。要求写出计算过程，计算结果保留 3 位有效数字。）

【选择题】

1. A
   解析：数据链路层通常提供的以下几点服务：
   1）组帧。
   2）链路接入。
   3）可靠交付。
   4）差错控制。
2. C
   解析：前向纠错是接收端进行差错纠正的一种差错控制方法。前向纠错机制需要利用纠错编码，即这类编
   码不仅可以检测数据传输过程中是否发生了错误，而且还可以定位错误位置并直接加以纠正。
3. D
   解析：典型的差错控制方式包括检错重发、前向纠错、反馈校验和检错丢弃 4 种基本方式。
   不同网络应用对可靠性的要求不同，某些应用(如实时多媒体播报应用)可以采用一种简单的差错控制策略，
   不纠正出错的数据，而是直接丢弃错误数据，这种差错控制方式就是检错丢弃。显然，这种差错控制方式
   通常适用于容许一定比例的差错存在，只适用于实时性要求较高的系统。
4. D
   解析：差错编码的检错或纠错能力跟该差错编码的编码集的汉明距离有关。
   1）对于检错编码，如果编码集的汉明距离 ds=r+1，则该差错编码可以检测 r 位的差错。
   2）对于纠错编码，如果编码集的汉明距离 ds=2r+1，则该差错编码可以纠正 r 位的差错。
5. C
   解析：多路复用主要包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）和
   码分多路复用（CDM）。
   其中，时分多路复用可以分为同步时分多路复用（STDM）和异步时分多路复用（ATDM）两种。同步时分
   多路复用就是按照固定的顺序把时隙分配给各路信号。异步时分多路复用是指为了提高设备的利用效率，
   为有大量数据要发送的用户分配较多的时隙，数据量小的用户分配相对较少的时隙，没有数据的用户就不
   再分配时隙。所以，ATDM 中用户的数据并不是按照固定的时间间隔发送的，即允许动态地分配传输介质
   时间片。
6. B
   解析：多路复用主要包括频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）和码
   分多路复用（CDM）。采用不同多路复用技术的 MAC 协议分别称为 FDMA、TDMA、WDMA 和 CDMA。
   【填空题】
7. 网络适配器
   解析：实现数据链路层（协议）功能的典型硬件实体是网络适配器（NIC，即网卡）。
   【应用题】
8. 答案：多项式 x^4+x+1
   
   余数不为 0，说明数据传输过程中出错。
   解析：CRC 编码的基本思想是：将二进制位串看成是系数为 0 或 1 的多项式的系数。一个 k 位二进制数据
   可以看作是一个 k-1 次多项式的系数列表，该多项式共有 k 项，从 x^(k-1)到 x^0。这样的多项式被认为是
   k-1 阶多项式。
   使用 CRC 编码时，发送方和接收方必须预先商定一个生成多项式 G(x)。生成多项式的最高位和最低位系数
   必须是 1。假设一帧数据有 m 位，对应多项式 M(x)，为了计算它的 CRC 编码，该帧必须比生成多项式长。
   基本思想是在帧的尾部附加一个校验和，使得附加校验和之后的帧所对应的多项式能够被 G(x)除尽。当接
   收方收到了带校验和的帧之后，用 G(x)去除它，如果余数不为 0,则表明传输过程中有错误，否则无错。
9. 答案：
   (1) 该两站间时延 Td = 100m ÷ (200m/μs) = 0.5μs
   (2) 最大冲突检测时间 = 2Td = 2*0.5μs = 1μs
   解析：
   (1) CSMA/CD 仍然会存在冲突，主要原因是信号传播时延的原因。一个通信站发出的信号，需要经过一
   定的延迟才能到达其他站，而在信号到达其他站之前，如果某通信站此时也有数据发送，那么侦听信
   道的结果则依然为信道“空闲”，于是发送数据，冲突便发生了。通信站 A 与 B 分别位于信道的某处，
   距离为 d，信号传播速度为 v，则 Td=d/v 为单向传播延迟。
   (2) 设总线两端的站点为 A 和 B，Td 为 A 和 B 之间单向传播延迟。假设在 t0 时刻，A 发出数据帧，在数
   据帧即将到达 B 时，此时通信站 B 检测信道为“空闲”而发出数据帧，产生冲突，这就是最大冲突检
   测时间的情况。在 Td+t0 时刻通信站 B 检测到这个冲突，并发出“冲突强体”信号，这个信号同样需
   要 Td 时间才能到达通信站 A。也就是说，通信站 A 从开始发出数据帧到冲突强化信号到达总共的时
   间花费为 2Td 时间
10. 答案：
    携带 40 字节情况下的最大传输效率：40/(40+6+18)=62.5%
    携带 400 字节情况下的最大传输效率：400/(400+18)=95.7%
    解析：根据 CSMA/CD 协议的工作原理，可以求出以太网的最短帧长为 512 位，即 64 字节，这也是为什
    么以太网帧中的数据字段最少要 46 字节（如果不足 46 字节，则需要填充）的原因。
    以太网帧结构如图所示：
    
    本题中，若要传输的数据字段为 40 字节，不足 46 字节，故需要填充 6 个字节，再加上以太网帧结构中必
    要的字节 6+6+2+4=18 字节，帧的总长度共 64 字节，所以数据传输效率=40/64=62.5%。若要传输的数
    据字段为 400 字节，大于 46 字节，故只需要加上必要的 18 字节，帧的总长度共 418 字节，所以数据传输
    效率=400/418=95.7%