Таненбаум Э. Компьютерные сети

Подождите немного. Документ загружается.

NataHaus.RU

218

Глава 2. Физический уровень

Вопросы 219

ются междугородными (то есть проходят через междугородный коммутатор).

Каково максимальное количество телефонов, которое может поддерживать

оконечный коммутатор? (Предполагается 4 кГц на канал.)

19. У местной телефонной компании 10 млн абонентов. Все телефоны подключе-

ны к центральному коммутатору медными витыми парами. Средняя длина ви-

тых пар составляет 10 км. Сколько стоит медь местных телефонных линий?

Предполагается, что провода круглые в сечении, диаметром 1 мм. Плотность

меди равна 9,0 г/см

, а цена меди — 3 доллара за килограмм.

20. Какой системой является нефтепровод — симплексной, полудуплексной, дуп-

лексной или вообще не вписывается в эту классификацию?

21.

Стоимость мощных микропроцессоров упала настолько, что теперь возможна

их установка в каждый модем. Как это отразилось на обработке ошибок в те-

лефонной

линии?

22. Амплитудно-фазовая диаграмма модема того же типа, что изображен на

рис. 2.17, состоит из точек с координатами: (1, 1), (1, -1), (-1, 1) и (-1, -1).

Сколько бит в секунду сможет передавать такой модем на скорости 1200 бод?

23. Амплитудно-фазовая диаграмма модема того же типа, что изображена на

рис. 2.21, состоит из точек с координатами: (0, 1) и (0, 2). Какого типа моду-

ляция используется данным модемом: амплитудная или фазовая?

24. Амплитудно-фазовая диаграмма состоит из точек, расположенных на окруж-

ности с центром в начале координат. Какой тип модуляции применяется в

данном случае?

25. Сколько частот использует полнодуплексный модем с модуляцией

QAM-64?

26. Система ADSL, использующая DMT (цифровую мультиканальную тональную

модуляцию), резервирует

доступных каналов данных под входящее соеди-

нение. На каждом канале используется модуляция типа QAM-64. Какова ем-

кость входящего соединения?

27. В примере с четырьмя секторами, изображенном на рис. 2.26, каждому секто-

ру соответствует свой канал с пропускной способностью 36 Мбит/с. Теория

очередей говорит о том, что если канал загружен на 50 %, то время формиро-

вания очереди будет равно времени передачи информации. Сколько времени

потребуется при этих условиях на то, чтобы скачать веб-страничку размером

5 Кбайт? Сколько времени потребуется на скачивание страницы размером бо-

лее 1 Мбайт по линии ADSL? С помощью модема на 56 Кбит/с?

28. Десять сигналов, каждому из которых требуется полоса 4000 Гц, мультиплек-

сируются в один канал с использованием частотного уплотнения

(FDM).

Ка-

кова должна быть минимальная полоса уплотненного канала? Ширину защит-

ных интервалов считать равной 400 Гц.

29. Почему период дискретизации

кодово-импульсной

модуляции был выбран

равным 125 мкс?

30. Каков процент

на^сладных

расходов в носителе Т1, то есть какой процент от про-

пускной способности 1,544 Мбит/с недоступен для конечного потребителя?

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

Сравните максимальную пропускную способность бесшумных каналов с по-

лосой пропускания 4 кГц, использующих:

1) аналоговое кодирование с двумя битами на отсчет;

2) систему Т1 с кодово-импульсной модуляцией.

При потере синхронизации система Т1 пытается восстановить синхрониза-

цию при помощи первого бита каждого кадра. Сколько кадров должно быть

исследовано для восстановления синхронизации с вероятностью ошибки 0,001?

В чем отличие, если оно есть, между демодуляторной частью модема и коди-

рующей частью кодека? (Оба преобразуют аналоговый сигнал в цифровой.)

Сигнал передается в цифровом виде с периодом дискретизации 125 мкс по

бесшумному каналу с полосой пропускания 4 кГц. Сколько бит в секунду

в действительности передается каждым из следующих методов кодирования:

1) стандарт CCITT 2,048 Мбит/с;

2) дифференциальная импульсно-кодовая модуляция с 4-битовыми относи-

тельными значениями сигнала;

3) дельта-модуляция?

Чистый синусоидальный сигнал амплитуды А кодируется при помощи дель-

та-модуляции с частотой х отсчетов в секунду. Выходное значение +1 соот-

ветствует изменению амплитуды на +А/8, выходное значение

-1

соответству-

ет -А/8. Какова максимальная частота сигнала, который может быть передан

таким образом без накапливающейся ошибки?

В сети SONET точность системных часов составляет

10~

Сколько времени

понадобится, чтобы дрейф часов составил 1 бит? Что следует из этих расче-

тов?

/В

табл. 2.4 скорость пользователя для канала ОС-3 составляет 148,608 Мбит/с.

Покажите, как это число может быть получено из параметров канала ОС-3

системы SONET.

Для работы со скоростями передачи данных ниже

STS-1

SONET имеет систе-

му виртуального согласования (VT). Это часть полезной нагрузки, которая

вставляется в кадр STS-1 и комбинируется с другими частями полезной на-

грузки, заполняя весь кадр данных. Например,

VT1.5

использует три колон-

ки, VT2 использует 4 колонки, VT3 — 6 колонок, VT6 — 12 колонок кадра

STS-1. Какие типы VT могут помочь согласовать скорость со следующими

системами:

1) служба DS-1 (1,544 Мбит/с);

2) европейская служба

СЕРТ-1

(2,048 Мбит/с);

3) служба DS-2 (6,312 Мбит/с)?

В чем заключается основное отличие коммутации сообщений от коммутации

пакетов?

Какова доступная для пользователя полоса пропускания в канале

С-12с?

NataHaus.RU

220 Глава 2. Физический уровень

41.

Три сети с коммутацией пакетов состоят из п узлов каждая. Топология первой

сети представляет собой звезду с центральным коммутатором, вторая являет-

ся двунаправленным кольцом, а в третьей все узлы соединены друг с другом.

Какими будут наименьшее, среднее и наибольшее расстояния между узлами ка-

ждой сети в прыжках?

42. Сравните задержку при передаче сообщения длиной в х бит по пути из k прыж-

ков в сети с коммутацией каналов и в (слабо загруженной) сети с коммутацией

пакетов. Время установки канала составляет s секунд, задержка распростра-

нения сигнала равна d секунд на прыжок, размер пакета равен р бит, а ско-

рость передачи данных составляет Ъ бит/с. При каких условиях сеть с комму-

тацией пакетов будет обладать меньшим временем задержки?

43. Предположим, что х бит данных пользователя передается по пути в k прыж-

ков в сети с коммутацией пакетов в виде серии пакетов, каждый из которых

состоит из р бит данных и h бит заголовка, причем х» р + h. Скорость пере-

дачи линий составляет b бит/с, а задержкой распространения сигнала можно

пренебречь. Каким должно быть значение р, чтобы значение суммарной за-

держки было минимальным?

44. В обычной сотовой телефонной системе с шестигранными ячейками запреще-

но использовать одинаковые частотные диапазоны в соседних ячейках. Если

доступно 840 частот, сколько из них может быть использовано в одной ячейке?

45. Реальная форма набора ячеек редко бывает такой правильной, как показано

на рис. 2.35. Даже отдельные ячейки почти всегда имеют неправильную фор-

му. Выскажите свои предположения относительно причин этого явления.

46. Сколько микроячеек системы PCS диаметром 100 м потребуется, чтобы по-

крыть ими Сан-Франциско (120 км

47. Когда пользователь сотовой телефонной системы пересекает границу между

сотами, в некоторых случаях разговор прерывается несмотря на то, что все

приемники и передатчики функционируют нормально. Почему?

48. D-AMPS обладает значительно более плохим качеством звука, чем GSM. Это

связано с требованием обратной совместимости с AMPS (GSM не имеет по-

добных ограничений)? Если нет, то какова настоящая причина?

49. Подсчитайте максимальное число пользователей, которые одновременно мо-

гут работать в одной ячейке D-AMPS. Проделайте те же вычисления для GSM.

Объясните разницу.

50. Пусть А, В и С одновременно передают нулевые биты, используя систему

CDMA и элементарные последовательности, показанные на рис. 2.39, б. Как

будет выглядеть результирующая элементарная последовательность?

э1.

При обсуждении ортогональности элементарных последовательностей CDMA

утверждалось, что если

S»Т

= 0, то и

S»Т

=0. Докажите это.

52. Рассмотрим еще один подход к вопросу свойства ортогональности элементар-

ных последовательностей CDMA. Каждый бит в паре последовательностей мо-

жет совпадать или не совпадать с другим. Выразите свойство ортогонально-

сти в терминах совпадений и несовпадений парных битов.

Вопросы 221

53. Приемник CDMA получает элементарную последовательность: (-1 + 1-3+1

-1-3 + 1 + 1). Предполагая, что исходные последовательности такие, как

показано на рис. 2.39, б, какие станции посылали сигналы и какие именно?

54. Топология телефонной системы в части, включающей оконечный коммута-

тор, соединенный с телефонами абонентов, представляет собой звезду. Кабель-

ное телевидение, напротив, состоит из единого длинного кабеля, объединяю-

щего все дома в одной местности. Предположим, что в кабельном телевиде-

нии будущего вместо медного кабеля будет применяться оптоволоконный с

пропускной способностью 10 Гбит/с. Сможет ли подобная линия воспроизве-

сти работу телефонной линии и обеспечить каждому абоненту отдельную ли-

нию до оконечного коммутатора? Если да, то сколько телефонов может быть

подключено к одному кабелю?

55. Система кабельного телевидения состоит из 100 коммерческих каналов, в ко-

торых программы время от времени прерываются рекламой. На что это боль-

ше похоже — на временное или частотное уплотнение?

56. Оператор кабельной сети предоставляет доступ в Интернет в районе, состоя-

щем из 5000 домов. Компания использует коаксиальный кабель и распределя-

ет спектр таким образом, что пропускная способность входящего потока для

каждого кабеля составляет 100

Мбит/с.

Чтобы привлечь клиентов, компания

объявила, что каждому дому будет предоставлено 2 Мбит/с для входящего

трафика в любое время. Опишите, что нужно компании, чтобы сдержать слово.

57. Используя распределение спектра, показанное на рис. 2.42, а также данную в

тексте

информацию, подсчитайте, сколько мегабит в секунду отводится в ка-

бельной системе на входящий и исходящий каналы.

58. С какой скоростью пользователь кабельной сети может принимать данные,

если все остальные пользователи пассивны?

53: Мультиплексирование потоков данных STS-1 играет важную роль в техноло-

гии SONET. Мультиплексор 3:1 уплотняет три входных потока STS-1 в один

выходной поток STS-3. Уплотнение производится побайтно, то есть первые

три выходных байта соответствуют первым байтам входных потоков 1, 2 и 3

соответственно. Следующие три байта — вторым байтам потоков 1, 2 и 3, и т. д.

Напишите программу, симулирующую работу мультиплексора 3:1. В програм-

ме должно быть пять процессов. Главный создает четыре других процесса (для

трех входных потоков и мультиплексора). Каждый процесс входного потока

считывает в кадр STS-1 данные из файла в виде последовательности из 810 байт.

Затем кадры побайтно отсылаются процессу мультиплексора. Мультиплек-

сор принимает потоки и выводит результирующий кадр STS-3 (снова побайт-

но), записывая его на стандартное устройство вывода. Для взаимодействия

между процессами используйте метод «труб».

лаваЗ

вровень передачи данных

Ключевые аспекты организации уровня передачи данных

Обнаружение и исправление ошибок

Элементарные протоколы передачи данных

Протоколы скользящего окна

Верификация протоколов

Примеры протоколов передачи данных

Резюме

Вопросы

этой главе мы рассмотрим принципы построения уровня 2 — уровня передачи

анных (иногда его называют также канальным уровнем). Мы обсудим алгоритмы,

беспечивающие надежную эффективную связь между двумя компьютерами. Мы

удем рассматривать две машины, физически связанные каналом связи, действу-

>щим подобно проводу (например, коаксиальным кабелем или телефонной ли-

ией). Основное свойство канала, которое делает его подобным проводу, заклю-

ается в том, что биты принимаются точно в том же порядке, в каком передаются.

На первый взгляд может показаться, что данная проблема настолько проста,

то и изучать тут нечего, — машина А просто посылает биты в канал, а машина В

ix оттуда извлекает. К сожалению, в каналах связи иногда случаются ошибки

[ри передаче данных. Кроме того, скорость передачи данных ограничена, а время

распространения сигнала отлично от нуля. Все эти ограничения оказывают серь-

зное влияние на эффективность передачи данных. Использующиеся для связи

фотоколы должны учитывать все эти факторы. Данным протоколам и посвяще-

ia эта глава.

После знакомства с ключевыми аспектами устройства уровня передачи дан-

1ых мы изучим его протоколы, рассмотрев природу ошибок, их причины, мето-

Ключевые аспекты организации уровня передачи данных

223

ды их обнаружения и исправления. Затем мы обсудим ряд протоколов, начиная

с простых и далее рассматривая все более сложные протоколы. Каждый следую-

щий протокол будет решать все более сложные проблемы уровня передачи дан-

ных. Наконец, мы рассмотрим вопросы моделирования и верификации протоко-

лов и приведем несколько примеров протоколов передачи данных.

Ключевые аспекты организации уровня

передачи данных

Уровень передачи данных должен выполнять ряд специфических функций. К ним

относятся:

>• обеспечение строго очерченного служебного интерфейса для сетевого

уровня;

• обработка ошибок передачи данных;

• управление потоком данных, исключающее затопление медленных прием-

ников быстрыми передатчиками.

Для этих целей канальный уровень берет пакеты, полученные с сетевого уров-

ня, и вставляет их в специальные кадры для передачи. В каждом кадре содер-

жится заголовок, поле данных и концевик. Структура кадра показана на рис. 3.1.

Управление кадрами — это основа деятельности уровня передачи данных. В сле-

дующих разделах мы более подробно изучим обозначенные выше вопросы.

Отправитель

Получатель

Заголовок

Пакет

Поле данных

Концевик

Кадр

Заголовок

Пакет

Поле данных

Концевик

Рис. 3.1. Взаимодействие между пакетами и кадрами

Хотя эта глава и посвящена детальному рассмотрению уровня передачи дан-

ных и соответствующих протоколов, многие вопросы, обсуждаемые здесь, такие

как контроль ошибок и контроль потока, относятся также к транспортным и другим

протоколам. На самом деле, во многих сетях эти функции являются прерогати-

вой верхних уровней и вообще не относятся к уровню передачи данных. С другой

стороны, не так уж это важно, потому что основные принципы все равно остают-

ся неизменными. Аргументом в пользу рассмотрения их именно в свете уровня

передачи данных является то, что здесь они предстают в наиболее простой фор-

ме и их легко показать в деталях.

Глава 3

Уровень передачи данных

• Ключевые аспекты организации уровня передачи данных

• Обнаружение и исправление ошибок

• Элементарные протоколы передачи данных

• Протоколы скользящего окна

• Верификация протоколов

• Примеры протоколов передачи данных

• Резюме

• Вопросы

В этой главе мы рассмотрим принципы построения уровня 2 — уровня передачи

данных (иногда его называют также канальным уровнем). Мы обсудим алгоритмы,

обеспечивающие надежную эффективную связь между двумя компьютерами. Мы

будем рассматривать две машины, физически связанные каналом связи, действу-

ющим подобно проводу (например, коаксиальным кабелем или телефонной ли-

нией). Основное свойство канала, которое делает его подобным проводу, заклю-

чается в том, что биты принимаются точно в том же порядке, в каком передаются.

На первый взгляд может показаться, что данная проблема настолько проста,

что и изучать тут нечего, — машина А просто посылает биты в канал, а машина В

их оттуда извлекает. К сожалению, в каналах связи иногда случаются ошибки

при передаче данных. Кроме того, скорость передачи данных ограничена, а время

распространения сигнала отлично от нуля. Все эти ограничения оказывают серь-

езное влияние на эффективность передачи данных. Использующиеся для связи

протоколы должны учитывать все эти факторы. Данным протоколам и посвяще-

на эта глава.