第三章数据链路层

第三章 数据链路层
习题3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能？
答：数据链路层中的链路控制功能有：（1）链路管理。

（2）帧定界。

（3）流量控制。

（4）差错控制。

（5）将数据和控制信息区分开。

（6）透明传输。

（7）寻址。

习题3-03考察停止等待协议算法。

在接收结点，当执行步骤（4）时，若将“否则转到（7）”改为“否则转到（8）”，将产生什么结果？
答：“否则”是指发送方发送的帧的N （S ）和接收方的状态变量V （R ）不同。

表明发送方没有收到接收方发出的ACK ，于是重传上次的帧。

若“转到（8）”，则接收方要发送NAK 。

发送方继续重传上次的帧，一直这样下去。

习题3-06 信道速率为4kb/s 。

采用停止等待协议。

传播时延ms t p 20=,确认帧长度和处理时间均可忽略。

问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%。

解：根据下图所示停等协议中的时间关系：
在确认帧长度和处理时间均可忽略的情况下，要使信道利用率达到至少50%必须使数据帧的发送时间等于2倍的单程传播时延。

即：p f t t 2= 已知：C l t f f =
，其中C 为信道容量，或信道速率。

f l 为帧长（以比
特为单位）。

所以得帧长16004.040002=⨯=⨯≥⨯=p f f t C t C l bit
习题3-09试证明：当用n 个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小WT ≤2n-1时，连续ARQ 协议才能正确运行。

答：（1）显然 WT 内不可能有重复编号的帧，所以WT ≤2n 。

设WT=2n ；
（2）注意以下情况：
发送窗口：只有当收到对一个帧的确认，才会向前滑动一个帧的位置；
接收窗口：只有收到一个序号正确的帧，才会向前滑动一个帧的位置，且同时向发送端发送
对该帧的确认。

显然只有接收窗口向前滑动时，发送端口才有可能向前滑动。

发送端若没有收到该确认，发送窗口就不能滑动。

（3）为讨论方便，取n=3。

并考虑当接收窗口位于0时，发送窗口的两个极端状态。

状态1： 发送窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
全部确认帧收到接收窗口： 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7
状态2：发送窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
全部确认帧都没收到接收窗口： 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7
（4）可见在状态2下，接收过程前移窗口后有效序列号的新范围和发送窗口的旧范围之间有重叠，致使接收端无法区分是重复帧还是新帧。

为使旧发送窗口和新接收窗口之间序列号不发生重叠，有W T＋W R≤2n，所以W T≤2n-1。

习题3-10、试证明：对于选择重传ARQ协议，若有n比特进行编号，则接收窗口的最大值受公式WR≤2n/2的约束。

答：因WT＋WR≤2n，而WR≤WT，当WR= WT时，WR取最大值，为2n/2。

习题3-11在选择重传ARQ协议中，设编号用3bit。

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常工作。

答：发送端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
接收端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
习题3-12在连续ARQ协议中，设编号用3bit，而发送窗口WT=8，试找出一种情况，使得在此情况下协议不能正常工作。

答：发送端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
接收端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0
习题3-13在什么条件下，选择重传ARQ协议和连续ARQ协议在效果上完全一致？
答：当选择重传ARQ协议WR=1时，或当连续ARQ协议传输无差错时。

习题3-15设卫星信道的数据速率是1Mbit/s，取卫星信道的单程传播时延为0.25秒。

每一个数据帧长为2000bit，忽略误码率、确认帧长和处理时间。

试计算下列情况下的信道利用率。

（1）采用停－等协议。

（2）采用连续ARQ协议，窗口大小WT＝7。

（3）采用连续ARQ协议，窗口大小WT＝127。

（4）采用连续ARQ协议，窗口大小WT＝255。

解：
习题3-16试简述HDLC帧各字段的意义。

HDLC用什么方法保证数据的透明传输？
答：HDLC帧结构如下图：
1. 标志域F。

HDLC用一种特殊的位模式01111110作为标志以确定帧的边界。

同一个标志既可以作为前一帧的结束, 也可以作为后一帧的开始。

链路上所有的站都在不断地探索标志模式, 一旦得到一个标志就开始接收帧。

在接收帧的过程中如果发现一个标志, 则认为该帧结束了。

2. 地址域A。

地址域用于标识从站的地址。

虽然在点对点链路中不需要地址, 但是为了帧格式的统一, 也保留了地址域。

地址通常是8位长, 然而经过协商之后, 也可以采用更长的扩展地址。

3. 控制域C。

HDLC定义了三种帧, 可根据控制域的格式区分之。

信息帧(I帧)装载着要传送的数据, 此外还捎带着流量控制和差错控制的信号。

4. 信息域INFO。

只有I帧和某些无编号帧含有信息域。

这个域可含有表示用户数据的任何比特序列, 其长度没有规定, 但具体的实现往往限定了帧的最大长度。

5. 帧校验和域FCS。

FCS域中含有除标志域之外的所有其他域的校验序列。

通常使用16 bit 的CRC-CCITT标准产生校验序列, 有时也使用CRC-32产生32位的校验序列。

采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。

习题3-17 HDLC帧可分为哪几大类？试简述各类帧的作用。

答：分三大类。

1信息帧：用于数据传输，还可同时用来对已收到的数据进行确认和执行轮询功能。

2监督帧：用于数据流控制，帧本身不包含数据，但可执行对数据帧的确认，请求重发信息帧和请求暂停发送信息帧等功能。

3无编号帧：主要用于控制链路本身，不使用发送或接收帧序号。

习题3-19 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？
答：主要特点：
（1）点对点协议，既支持异步链路，也支持同步链路。

（2）PPP是面向字节的。

PPP不采用序号和确认机制是出于以下的考虑：
第一，若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议（如HDLC），开销就要增大。

在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP协议较为合理。

第二，在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。

假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议，然而当数据帧在路由器中从数据
链路层上升到网络层后，仍有可能因网络授拥塞而被丢弃。

因此，数据链路层
的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的。

第三， PPP协议在帧格式中有帧检验序列FCS安段。

对每一个收到的帧，PPP都要使用硬件进行CRC检验。

若发现有差错，则丢弃该帧（一定不能把有差错的帧交付
给上一层）。

端到端的差错检测最后由高层协议负责。

因此，PPP协议可保证无
差错接受。

PPP协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况。

习题3-20要发送的数据为1101011011。

采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1 。

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？
答：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。