2.4 本章真题解析

2.4.2 综合应用题 

　　例题1
　　假设待传送数据的总长度为2560位，每个分组的长度为256位，其中头部开销长度为16位，源节点到目的节点之间的链路数为4，每个链路上的延迟时间为0.1秒，数据传输率为2560bps，线路交换建立连接的时间均为0.2秒，在分组交换方式下每个中间节点产生25.6位的延迟时间。
　　（1）求传送所有的数据，线路交换所需时间。
　　（2）求传送所有的数据，数据报分组交换所需时间。
　　例题1解答
　　（1）线路交换，也称为电路交换，其传输时间的计算公式是：链路建立时间+链路延迟时间+数据传输时间。根据题意，链路建立时间为0.2秒；链路延迟时间=链路数×每链路延迟时间=4×0.1=0.4秒；数据传输时间=数据总长度/数据传输率=2560位/2560bps=1秒。因此总的传输时间=0.2+0.4+1=1.6秒。
　　（2）采用数据报分组交换形式，其传输时间的计算公式显然是：（链路延时时间+中间结点延迟时间+分组传送时间）×分组数。
　　根据题意，显然链路延迟时间=链路数×每链路延迟时间=4×0.1=0.4秒；
　　而中间结点延迟时间应=中间结点数×每中间结点延迟时间，中间结点数没有直接给出，但根据源点到目标共有4条链路，就可以得知中间结点应该是4-1=3个，每个中间结点延迟25.6位，因此其延迟时间就是25.6位/2560bps=0.01秒，中间结点延迟时间=3×0.01=0.03秒；
　　而分组传送时间=分组大小/数据传输率=256位/2560bps=0.1秒。这三者之和就是每个分组传输的时间，即0.4+0.03+0.1=0.53秒。
　　最后，我们还要求出分组数，由于每个分组是256位，但其中有16位是头开销，因此实际可以装载的信息只有256-16=240位，而我们的数据报文的长度是2560位，因此其需要打包为11个分组，当然最后一个分组实际上没有达到最大值。因此采用数据报分组交换所需的时间=0.53×11=5.83秒。
　　例题2
　　采用曼彻斯特编码的10Mbps局域网的波特率是多少？
　　例题2解答
　　在曼彻斯特编码方式中，每一位脉冲的中间都有一个跳变，中间的跳变既作为时钟信号，又作为数字信号。也就是说，用曼彻斯特编码表示二进制数据，每一比特都要求线路上有2次状态变化（也即2波特），因此，对于10Mbps的传输速率就要求20M波特的带宽。
　　例题3
　　结合相关定理和PCM性质说明PCM采样时间为什么是125us？如果该采样时间下，每个采样位数为8，其中一位作为控制位，求每秒钟允许传输用户数据为多少位？
　　例题3解答
　　一个典型的电话信道的带宽为4KHz，根据采样定理，为获得在一个4KHz信道上的全部信息需要每秒钟采样2×4K=8KHz，由于采样时间=1/采样频率，所以采样时间设置为1/8000=125us。
　　每个采样位数为8，其中1位作为控制位，因此还有7位用于传输用户数据，因此每秒中允许传输的用户数据=7×采样频率=56k位。
　　例题4
　　在异步通信中
　　（1）每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位和1位终止位，每秒钟传送100个字符。求有效数据速率。
　　（2）每个字符包含1位起始位、7位数据位、1位奇偶校验位和2位终止位，每秒钟传送100个字符，求数据速率。
　　例题4解答
　　（1）题目给出每秒钟传送100个字符，因此每秒传输的位有100(1+7+1+1)=1000位，而其中有1007个有效数据位，因此有效数据速率为700b/s。
　　（2）题目给出每秒钟传送100个字符，因此每秒传输的位有100(1+7+1+2)=1100位，因此数据速率为1100b/s。
　　例题5
　　VOD（Video On Demand）即视频点播技术的简称，也称为交互式电视点播系统。视频点播是计算机技术、网络技术、多媒体技术发展的产物，是一项全新的信息服务。它摆脱了传统电视受时空限制的束缚。VOD系统结构图如图2-13所示。
　　（1）请把图中（1）处的设备名称填写完整，且填写（2）处的传输介质名称。
　　（2）为什么要在（1）处放置此设备？
　　（3）VOD一般是客户—服务器工作方式，根据图2-13，请简要说出其工作流程。
　　例题5解答
　　VOD作为交互式电视点播系统，根据用户的需要播放相应的视频节目，从根本上改变了用户过去被动式看电视的不足。当打开电视，可以不看广告，随时直接点播希望收看的内容，就好像播放刚刚放进自己家里录像机或VCD机中的一部新片子。VOD技术不仅可以应用在电信的宽带网络中，同时也可以应用在小区局域网及有线电视的宽带网络中。如今，在建设智能小区过程中，计算机网络布线已成为必不可少的一环，小区用户可以通过计算机、电视机（配机顶盒）等方式实现，如图2-14所示。机顶盒作为用户获取多媒体信息的沟通桥梁，是一种智慧型的数字式信号转换器，通称为SET-TOP-BOX。现今，用户端机顶盒趋势是朝微型电脑发展，即逐渐集成电视和计算机的功能，成为一个多功能服务的工作平台，用户透过此设备即能够实现交互式数字电视、数字电视广播、Internet访问、远程教学、会议电视、电子商务等多媒体信息服务；同时，可采用Web方式，实现这些业务的用户接入。

　　一个VOD系统主要由三部分构成：服务端系统、网络系统和客户端系统。只有使用相应的终端设备，用户才能与某种服务或服务提供者进行联系和互操作。例如，在服务器上必须有可供用户观看的影片资料，客户端系统中需要配备相应的硬件设备和相关的软件。
　　例题6
　　试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共X位。从源站点到目的站点总共经过K段链路，每段链路的传播时延为D（s），数据传输速率为B（b/s）。在电路交换时，电路的建立时间为S（s），在分组交换时，分组的长度为P位，且各节点的排队等待时间均可以忽略不计。试问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的时延要小？
　　例题6解答
　　题目告诉我们，忽略各节点的排队等待时间，因此本题的分组交换时延和电路交换的时延可分别表示为：
　　电路交换总时延=连接时间+发送时延+传播时间
　　分组交换总时延=发送时延+传播时间
　　从题目给出的条件，我们不难看出无论是电路交换，还是分组交换，它们的传播时延都应该为D×K，而电路交换的连接时间也是告诉我们的，那么下面我们应该着重要来讨论这两种方式的发送时延。
　　对应电路交换，由于电路交换不采用存储转发技术，虽然也是经历K段链路，但在电路建立以后，不需要存储转发的时延，因此，其发送时延=数据的长度/数据的传输速率，故电路交换的总时延可表示为：

S+X/B+D×K　（1）

　　对应分组交换，它采用存储转发的技术，因此在每段电路上它都需要一个存储转发时延，其存储转发时延T=P/B，显然，数据在信道中，经过K-1个T的时间传输后，从第K个T开始，在往后的每个T中会有一个分组到达目的站点。假设有N个分组，那么发送这N个分组的时延=(K-1)×P/B+N×P/B。因此分组交换的总时延为：

(K-1)×P/B+N×P/B+ D×K 　（2）

　　比较（1）和（2）我们可以知道，若要分组交换的时延比电路交换的时延小，则：

(K-1)×P/B+N×P/B< S+X/B

　　对应分组交换而言，有N个分组的总长度大约等于X，化简可得到：

(K-1)×P/B < S

　　因此，当（K-1）×P/B < S时，分组交换的时延小于电路交换的时延。
　　例题7
　　某校园网络拓扑结构如图2-15所示。
　　（1）从备选设备中，为图中（1）～（3）处选择合适的设备名称，填入答题纸对应的解答栏内。备选设备：汇聚交换机、核心交换机、路由器。
　　（2）将管理终端的串口与交换机的 （4） 相连，通过超级终端，可对交换机进行基本配置。
　　　　A．控制台端口 B．以太网接口
　　　　C．串口 D．广域网接口
　　（3）PCn不能访问Web服务器，网管员做了如下检查：
　　① PCn可以通过Internet进行QQ聊天；
　　② 外部网络可以访问本地Web服务器；
　　③ 在Windows Server 2003作为操作系统的Web服务器中运行 （5） ，通过捕获窗口的统计数据，发现网络利用率平均维持在20%左右。可能的故障原因是 （6） 。
　　（5）A．路由和远程访问 B．事件查看器
　　　 　C．网络监视器 D．远程协助
　　（6）A．PCn的IP地址设置错误 B．防火墙阻止PCn访问Web服务器
　　　　 C．Web服务器遭受DoS攻击 D．DNS服务器故障
　　例题7解答
　　（1）层次化网络设计可有效地将全局通信问题分解考虑。其中，核心层设计任务的重点通常是冗余能力、可靠性和高速的传输，所以要求核心交换机拥有较高的可靠性和性能。汇聚交换机还负责本区域内的数据交换，汇聚交换机一般与中心交换机同类型，仍需要较高的性能和比较丰富的功能，但吞吐量较低。接入层网络作为二层交换网络，提供工作站等设备的网络接入。在图2-15中不难看出（1）处是与Internet相连的，应该使用路由器，而（2）处是处于核心层，因此需要使用核心交换机，而（3）处使用剩余的汇聚交换机。
　　（2）通常对一台新的交换机进行配置和管理有两个大的步骤，一是通过仿真终端进行IP地址设置，二是通过浏览器进行管理。在使用第一种方法时，一般将管理终端串口与交换机的控制台端口相连。
　　（3）Microsoft Windows Server 2003的“路由和远程访问”服务是一个全功能的软件路由器，也是用于路由和互连网络工作的开放平台。
　　使用“网络监视器”可以查看网络故障，检测黑客攻击。其中，“网络利用率”是网络当前负载与最大理论负载量的比率。以使用共享式以太网为例，它的最大网络利用率大约在50%，如果超过这个数值，网络就饱和了，网络速度会非常慢；交换式以太网的最大利用率则可达80%左右。

　　PCn可以通过Internet进行QQ聊天，可以排除“PCn的IP地址设置错误”；外部网络可以访问本地Web服务器，以及网络利用率平均维持在20%左右，可以排除“Web服务器遭受DoS攻击”；又因为PCn访问Web服务器不需要经过防火墙，排除“防火墙阻止PCn访问Web服务器”。因此，可能的故障原因是DNS服务器故障。