🏷️ 知识点：ARQ协议
数据链路层采用选择重传协议 (SR) 传输数据，发送方已发送了 0～3 号数据帧，现已收到 1 号帧的确认，而 0、2 号帧依次超时，则此时需要重传的帧数是（ ）。
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
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正确答案：B
在 选择性重传 中，接收方逐个确认正确接收的分组，不管接收到的分组是否有序，只要正确接收就发送选择 ACK 分组进行确认。因此选择重传协议中的 ACK 分组不再具有累积确认的作用，要特别注意其与 GBN 协议的区别。本题中只收到 1 号帧的确认，0、2 号帧超时，由于对于1 号帧的确认不具累积确认的作用，因此发送方认为接收方没有收到 0、2 号帧，于是重传这两帧。因为 3 号帧计时器并无超时，所以暂时不用重传 3 号帧。
对于滑动窗口协议，如果分组序号采用 3 比特编号，发送窗口大小为 5，则接收窗口最大是（ ）。
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
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正确答案：B
对于一般的如果要满足在窗口中发送缓存的帧序号不存在二义性，那么需要满足 窗口大小限制 ：发送窗口大小 + 接收窗口大小 ≤2n。例如当 n=3 时，若发送窗口大小 + 接收窗口大小大于帧序号数，那么说明其容纳下的帧数已经超过了帧的序号，则对于接收方，一定会出现重复的帧号，此时若出现故障，就不能辨别是同帧号中哪一个帧出现了丢失
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%。
主机甲通过选择重传（SR）滑动窗口协议向主机乙发送帧的部分过程如下图所示。F 为数据帧，ACKx为确认帧，x 是位数为比特的序号。乙只对正确接收的数据帧进行独立确认。发送窗口与接收窗口大小相同且均为最大值。甲在t1时刻和t2时刻发送的数据帧分别是 ( )
A. F1、F3 B. F1、F4 C. F3、F1 D. F4、F1
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正确答案：D
在t1时刻主机甲接收到了主机乙发送的 ACKO，暂时没有出错的帧，所以继续发送下一 个数据帧 F4。在t2时刻主机甲收到了 F1 超时的错误，根据 选择性重传 ，发送方只需要重传出错的帧，而不是所有的帧，所以只需要重新发送 F1。
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。
(1) 忽略卫星信号中继，TR1，TR2 调制解调开销，则 R1 到 R2 之间的卫星链路单向传播时延是多少？主机 H 向总部服务器传输数据时可达到的最大吞吐量是多少？若忽略各层协议首部开销，以及以太网的传播时延，则 H → server 上传一个 4000B 的文件，至少需要多长时间？
(2) 基于 GBN 为卫星链路设计单向可靠的链路层协议 SLP，支持 R1 → R2 发送数据。SLP 数据帧长 1500B，忽略 ACK 帧长度，要求 SLP 单向信道利用率不低于 80%，则发送窗口至少为？SLP 帧序号至少为多少？
(3) 总部给工程部分配 IP 地址空间 10.10.10.0/24，再划分为 3 个子网：管理区子网、生活区子网、作业区子网。已知管理区子网地址为 10.10.10.33/26，若生活区子网不少于 120 个，作业子网、管理区子网 IP 均不少于 60 个，H 已正确配置 IP。请问作业区子网和生活区子网地址各是多少？
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1）计算卫星链路的单向传播时延：在忽略卫星信号中继、TR1、TR2 调制解调开销的情况下，R1 到 R2 之间的卫星链路单向传播时延主要取决于电滋波在太空中的传播速度以及卫星与地球之间的距离。卫星到地球表面的距离大约为 36000km。电磁滋波在太空中的传播速度接近光速，即约每秒 300000 公里。因此，R1 和 R2 之间的卫星链路的 单向传播时延 可以计算为：时延 = 2×距离/速度 = 2×36000km/(300000km/s) = 0.24 秒。
计算传播时延注意需要 × 2，因为需要通过卫星中转，首先地面 → 卫星，然后卫星 → 地面 计算主机 H 向总部服务器可达到的最大传输量：最大吞叶量与链路带宽和传播时延相关。在忽路一些开销的情况下，可以通过链路带宽和传播时延来计计算。一般公式为：吞吐量=传播时延+数据帧大小/链路带宽数据帧大小当数据帧大小足够大时，即发送足够多的数据时。吞吐量最大，近似于链路带宽，为 200kbps。H → Server 上传一个 4000B 文件至少需要多长时间：这里需要计算传播时延和传输时间，传播时间刚刚计算了等于 0.24s，传输时间 = 文件大小（比特）/ 带宽（bps） = 4000B / 200kbps = 0.16s。总时间 = 0.24s + 0.16s = 0.4s。
2）本题考察 GBN 的 连续 ARQ 协议 计算：U=RTT+Td +Ta N⋅Td其中 SLP 数据帧长为 1500B，数据帧传输时间Td= 1500B / 200kbps = 0.06s。RTT= 两倍单向传播时延 = 0.48s。确认帧大小和数据帧一致都为 1500B，所以确认帧传输时间Ta=Td= 0.06s。如果要求 GBN 的信道利用率不低于 80%，就是要满足这个公式：0.48+0.06N×0.06 ≥80%计算得到N≥7.2，这里N就是发送窗口的大小，所以 发送窗口最小为 8。在 GBN 中，接收窗口大小为 1，根据 窗口大小限制，假设帧序号比特数为 k，需要满足2k≥8+1=9，所以k=4，即 帧序号至少为 4 位。
3）本题考察 变长子网划分，如果主机位长度为 N，那么子网内可用的 IP 地址数（不包括网络地址和广播地址）的个数就是2N−2。生活区子网需要不少于 120 个 IP 地址，计算2N−2≥120，可以得到N=7，所以子网掩码为 25 位，子网地址为 10.10.10.128/25，范围是 10.10.10.129 到 10.10.10.254（注意主机地址不能为全 0 或者全 1）。作业区子网需要不少于 60 个 IP 地址，计算2N−2≥60，可以得到N=6，所以子网掩码为 32 位，子网地址为 10.10.10.64/26，范围是 10.10.10.65 到 10.10.10.126。