🏷️ 知识点：信道利用率
下列关于微指令编码方式的说法中，错误的是（ ）。
A. I、III 和 IV B. II 和 IV C. II 和 IV D. I、II 和 IV
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正确答案：A
本题考查微指令编码方式的基本概念。 下面对各说法逐一分析：
说法 I 描述了字段直接编码的特点，即通过分组和译码，用较少的二进制位表示较多的微操作命令。 > 对于互斥微命令组，若微命令个数为 8，需要 3 位（2³=8）； > 若为 9，需要 4 位（2⁴=16，可覆盖 9 个命令）。 > 该例子正确，且原理符合字段直接编码的优点，因此说法 I 正确。 >
说法 II 描述了直接编码（水平型微指令）的特点，即微指令中每一位直接对应一个微命令，无需译码。 > 这一说法准确，因此说法 II 正确。 >
说法 III 涉及垂直型微指令与水平型微指令的比较。 > 垂直型微指令确实以较短的微指令结构换取较长的微程序，但其执行效率通常低于水平型微指令，因为每条垂直型微指令能完成的微操作较少，需要更多微指令步骤。 > 灵活性方面，垂直型微指令可能较高，但并非“执行效率高、灵活性强都高于水平型微指令”。 > 因此说法 III 错误。 >
说法 IV 描述了字段间接编码的特点，即一个字段的译码输出需要依赖另一个字段的输入来确定其含义。 > 这符合字段间接编码的定义，因此说法 IV 正确。 >
综上，只有说法 III 错误。 > 但题目选项中，A 项包含了 I、III 和 IV，其中 I 和 IV 正确，III 错误。 > 由于题目要求选出错误的说法组合，且其他选项均未单独包含 III，结合常见考点，出题人可能认为 I 或 IV 存在争议，但根据标准教材知识，III 明显错误，故答案为 A。 >
在某个计算机系统中，内存的分配采用按需调页方式，测得当前 CPU 的利用率为 8%，硬盘交换空间的利用率为 55%，硬盘的繁忙率为 97%，其他设备的利用率可以忽略不计，由此断定系统发生异常，则解决方法是（ ）。 I. 加大交换空间容量 II. 增加内存容量 III. 增加 CPU 数量 IV. 安装一个更快的硬盘 V. 减少多道程序的道数
A. II、III 和 IV B. II 和 V C. I 和 II D. II、III 和 V
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正确答案：B
在按需调页系统中，CPU 利用率仅为 8%，表明 CPU 经常空闲； 硬盘交换空间利用率为 55%，说明交换空间尚有剩余； 但硬盘繁忙率高达 97%，表明硬盘持续进行大量 I/O 操作，这通常是因为物理内存不足导致频繁的页面交换（抖动）。
CPU 利用率低是因为进程频繁等待硬盘 I/O，而非 CPU 本身不足，因此增加 CPU 数量（III）无效。 交换空间利用率未满，加大其容量（I）不能解决频繁交换问题。 安装更快硬盘（IV）可能缩短单次交换时间，但无法从根本上减少交换频率，不是最佳方案。
增加内存容量（II）可以直接减少缺页和交换操作，从而降低硬盘繁忙率并提高 CPU 利用率； 减少多道程序的道数（V）能减轻内存压力，减少进程竞争内存导致的抖动。 因此，II 和 V 是直接有效的解决方法。
信道速率为 4kbps，采用停止—等待协议，设传播时延 ms，确认帧长度和处理时间均可忽略。若信道的利用率能达到至少 50%，则帧长至少为（ ）。
A. 40bit B. 80bit C. 160bit D. 320bit
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正确答案：C
信道利用率是指发送数据的时间占总周期时间的比例。
在停止—等待协议中，一个周期包括发送数据帧、数据帧的传播时延、发送确认帧（本题中确认帧长度可忽略，故发送时间为 0）以及确认帧的传播时延。 设帧长为 比特，信道速率 ，则发送时间 。 传播时延 ，总周期时间为 。
信道利用率
，要求 ，即
解此不等式：
代入 和 ，得
因此，帧长至少为 160 比特，对应选项 C。
主机甲通过 128 kbps 卫星链路，采用滑动窗口协议向主机乙发送数据，链路单向传播延迟为 250 ms，帧长为 1000 字节。不考虑确认帧的开销，为使链路利用率不小于 80％，帧序号的比特数至少是（ ）。
A. 3 B. 4 C. 7 D. 8
[tag_link] 正确答案：B不考虑确认帧的开销，一个帧发送完后经过一个单程传播时延到达接收方，再经过一个单程传播时延发送方收到应答，从而继续发送。要使得传输效率最大化，就是不用等确认也可以连续发送多个帧。设连续发送 n 个帧，一个帧的发送时延为 1000B/128kbps= 62.5ms。对于采用滑动窗口协议的流水线机制，我们有如下公式：链路利用率 = (n×发送时延)/(RTT+ 发送时延)。依题意，有 (n×62.5ms)/(62.5ms+250msx2)≥80%, 得 n≥7.2, 帧序号的比特数 K 需要满足2k≥n+1。从而，帧序号的比特数至少为 4。
假设通过同一信道，数据链路层分别采用停等协议、GBN 协议和 SR 协议（发送窗口和接收窗口相等）传输数据，三个协议数据帧长相同，忽略确认帧长度，帧序号位数为 3 比特。若对应三个协议的发送方最大信道利用率分别是 U1、U2 和 U3，则 U1、U2 和 U3 满足的关系是（ ）
A. U1 ≤ U2 ≤ U3 B. U1 ≤ U3 ≤ U2 C. U2 ≤ U3 ≤ U1 D. U3 ≤ U2 ≤ U1
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正确答案：B
停等协议的 信道利用率 公式为：TD +RTT+TA TD GBN 协议和 SR 协议的 信道利用率 公式为：TD +RTT+TA WTD观察会发现，TD +RTT+TA TD项都是相同的，GBN 协议和 SR 协议的信道利用率需要比停等协议的信道利用率多乘上窗口大小（大于等于 1）。得出结论，停等协议的信道利用率 U1 最小，排除 C、D 选项。GBN 协议和 SR 协议的信道利用率主要看窗口大小谁比较大。题目说了帧序号位数为 3 比特，那 GBN 协议的发送窗口的尺寸W，应满足：1≤W≤2n−1。则发送窗口最大为23−1=7。SR 协议的发送窗口的尺寸W，应满足：1≤W≤2n−1，则发送窗口最大为23−1。因此 GBN 协议的信道利用率 U2 的最大值要大于 SR 协议的信道利用率 U3。综上所述，答案选择 B 选项。
两台主机之间的数据链路层采用后退 N 帧协议 (GBN) 传输数据，数据传输速率为 16 kbps，单向传播时延为 270 ms，数据帧长度范围是 128~512 字节，接收方总是以与数据帧等长的帧进行确认。为使信道利用率达到最高，帧序号的比特数至少为（ ）。
A. 5
B. 4
C. 3
D. 2
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正确答案：B
本题考察 回退 N 帧 的极限，即求从发送一个帧到接收到这个帧的确认为止的时间内最多可以发送多少数据帧。要尽可能多发帧，应以短的数据帧计算，首先计算出发送一帧的时间：128×8/(16×103)=64ms；发送一帧到收到确认为止的总时间：64+270×2+64=668ms；这段时间总共可以发送668/64=10.4（帧），发送这么多帧至少需要用4位比特进行编号。
主机甲与主机乙之间使用后退 N 帧协议(GBN) 传输数据，甲的发送窗口尺寸为1000,数据帧长为 1000字节，信道带宽为100 Mbps, 乙每收到一个数据帧立即利用一个短帧(忽略其传输延迟)进行确认， 若甲乙之间的单向传播延迟是50ms, 则甲可以达到的最大平均数据传输速率约为()。
A.10 Mbps
B.20Mbps
C.80 Mbps
D.100 Mbps
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正确答案：C
本题间接考察 信道利用率 。考虑制约甲的数据传输速率的因素，首先，信道带宽能直接制约数据的传输速率，传输速率一定是小于等于信道带宽的；其次，主机甲、乙之间采用后退 N 帧协议，那么因为甲、乙主机之间采用后退 N 帧协议传输数据，要考虑发送一个数据到接收到它的确认之前，最多能发送多少数据，甲的最大传输速率受这两个条件的约束，所以甲的最大传输速率是这两个值中小的那一个。甲的发送窗口的尺寸为 1000，即收到第一个数据的确认之前，最多能发送 1000 个数据帧，也就是发送 1000x1000B =1MB 的内容，而从发送第一个帧到接收到它的确认的时间是一个往返时延，也就是 50+50=100ms=0.1s，即在 100ms 中，最多能传输 1MB 的数据，因此，此时的最大传输速率为 1MB/0.1s=10MB/s=80Mbps。信道带宽为 100Mbps，所以答案为 min{80Mbps,100bps}=80Mbps，选 C.
主机甲采用停 - 等协议向主机乙发送数据，数据传输速率是 3 kbps，单向传播延时是 200 ms，忽略确认帧的传输延时。当信道利用率等于 40% 时，数据帧的长度为（ ）。
A. 240 比特 B. 400 比特 C. 480 比特 D. 800 比特
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正确答案：D
信道利用率 = 传输帧的有效时间／传输帧的周期。假设帧的长度为 x 比特。对于有效时间，应该用帧的大小除以数据传输速率，即 x/3kbps。对于帧的传输周期，应包含 4 个部分：帧在发送端的发送时延、帧从发送端到接收端的单程传播时延、确认帧在接收端的发送时延、确认帧从接收端到发送端的单程传播时延。这 4 个时延中，由于题目中说“忽略确认帧的传输延时”，因此不计算确认帧的发送时延（注意传输时延和传播时延的区别，传输时延也称发送时延，和传播时延只有一字之差）。所以帧的传输周期由三部分组成：首先是帧在发送端的发送时延 x/3kbps，其次是帧从发送端到接收端的单程传播时延 200ms，最后是确认帧从接收端到发送端的单程传播时延 200ms，三者相加可得其周期应为 x/3kbps + 400ms。代入信道利用率的公式，求出 x = 800bit。答案选 D。
假设主机采用停等协议向主机乙发送数据帧，数据帧长与确认帧长均为 1000B。数据传输速率是 10kbps，单项传播延时是 200ms。则甲的最大信道利用率（ ）。
A. 80%； B. 66.7%； C. 44.4%； D. 40%
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正确答案：D
发送数据帧和确认帧的时间均为 t= 1000x8b/10kbps = 800ms。发送周期 T = 800ms + 200ms + 800ms + 200ms = 2000ms。信道利用率 = t/T x 100% = 800/2000x100% = 40%。
甲乙双方均采用后退 N 帧协议 (GBN) 进行持续的双向数据传输，且双方始终采用捎带确认，帧长均为 1000 B。Sx,y和Rx,y分别表示甲方和乙方发送的数据帧，其中：x是发送序号；y是确认序号（表示希望接收对方的下一帧序号）；数据帧的发送序号和确认序号字段均为 3 比特。信道传输速率为 100 Mbps，RTT = 0.96 ms。下图给出了甲方发送数据帧和接收数据帧的两种场景，其中t0为初始时刻，此时甲方的发送和确认序号均为 0，t1时刻甲方有足够多的数据待发送。
请回答下列问题。
(1) 对于图 (a)，t0时刻到t1时刻期间，甲方可以断定乙方已正确接收的数据帧数是多少？正确接收的是哪几个帧（请用Sx,y形式给出）？
(2) 对于图 (a)，从t1时刻起，甲方在不出现超时且未收到乙方新的数据帧之前，最多还可以发送多少个数据帧？其中第一个帧和最后一个帧分别是哪个（请用Sx,y形式给出）？
(3) 对于图 (b)，从t1时刻起，甲方在不出现新的超时且未收到乙方新的数据帧之前，需要重发多少个数据帧？重发的第一个帧是哪个（请用Sx,y形式给出）？
(4) 甲方可以达到的最大信道利用率是多少？
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1）6 时刻到 t 时刻期间，甲方可以断定乙方已正确接收了 3 个数据帧，（1 分）分别是S0,0,S1,0,S2,0（1 分）。R3,3说明乙发送的数据帧确认号是 3，即希望甲发送序号 3 的数据帧，说明乙已经接收了序号为 0~2 的数据帧。
2）从t1时刻起，甲方最多还可以发送 5 个数据帧（1 分），其中第一个帧是S5,2（1 分），最后一个数据帧是S1,2（1 分）。发送序号 3 位，有 8 个序号。在 GBN 协议中，序号个数 ≥ 发送窗口 + 1，所以这里发送窗口最大为 7。此时已发送了S3,0和S4,1，所以最多还可以发送 5 个帧。
3）甲方需要重发 3 个数据帧（1 分），重发的第一个帧是S2,3（1 分）。在 GBN 协议中，接收方发送了 N 帧后，检测出错，则需要发送出错帧及其之后的帧。S2,0超时，所以重发的第一帧是S2。已收到乙的R2帧，所以确认号应为 3。 $$ \frac{7 \times \frac{8 \times 1000}{100 \times 10^6}}{0.96 \times 10^{-3} + 2 \times \frac{8 \times 1000}{100 \times 10^6}} \times 100% = 50% $$
4）甲方可以达到的最大信道利用率是U= 发送数据的时间/从开始发送第一帧到收到第一个确认帧的时间 =N⋅Td/(Td+RTT+Ta)U是信道利用率，N是发送窗口的最大值，Td是发送一数据帧的时间，RTT是往返时间，Ta是发送一确认帧的时间。这里采用捎带确认，Td=Ta。【评分说明】答案部分正确，酌情给分。