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大阪大学 情報科学研究科 情報工学 2020年8月実施 ネットワーク

Author​

祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)

Description​

(1)​

CSMA/CDを用いる同軸Ethernetを考える。

  • (1-1) 端末は同軸ケーブル上の(あ)を検出しない場合だけフレームを送信する。送信中に衝突を検出すると中断して(い)を送信する。(あ)、(い)を答えよ。
  • (1-2) 同軸ケーブルで接続された端末A、Bだけが存在する。帯域を CC bit/s、長さを LL m、信号伝搬速度を VV m/s、A、Bのフレーム長を FA,FBF_A,F_B bitとする。
    • (1-2-1) Aがフレーム先頭ビットを送信し始めてから、そのビットがBへ到達するまでの時間を求めよ。
    • (1-2-2) A、Bが同時に送信を開始したとき、Bが衝突を検出するために FBF_B が満たす条件を求めよ。
  • (1-3) Ethernetに最大同軸ケーブル長 Lmax⁡L_{\max} が規定される理由を、最小フレーム長 Fmin⁡F_{\min} と関連付けて説明せよ。
  • (1-4) 最大長を超えてフレームを転送する際のブリッジの役割を説明せよ。
  • (1-5) 再送フレーム同士の再衝突を減らす仕組みを説明せよ。

(2)​

誤り率 ε1,ε2≤1/2\varepsilon_1,\varepsilon_2\le1/2 の2元対称通信路を直列に接続し、中継端末は受信ビットをそのまま転送する。全体の通信路を Γ\Gamma とする。

  • (2-1) p(0∣0),p(1∣1),p(0∣1),p(1∣0)p(0\mid0),p(1\mid1),p(0\mid1),p(1\mid0) を求めよ。
  • (2-2) a≠ba\ne b のとき p(b∣a)≤1/2p(b\mid a)\le1/2 を示せ。
  • (2-3) Γ\Gamma が2元対称通信路であることを示せ。

题目描述​

本题前半考查Ethernet载波侦听、碰撞检测、最小帧长、网桥和二进制指数退避;后半证明两个二元对称信道串联后仍为二元对称信道。

Kai​

(1)​

(1-1)​

(あ)=搬送波(キャリア),(い)=ジャム信号.\boxed{(\text{あ})=\text{搬送波(キャリア)}},\qquad \boxed{(\text{い})=\text{ジャム信号}}.

(1-2-1)​

先頭ビットの伝搬時間だけなので

LV s.\boxed{\frac{L}{V}\ \mathrm{s}}.

(1-2-2)​

Aの信号が到着する L/VL/V 秒後までBが送信中である必要がある。よって

FBC≥LV,FB≥CLV.\frac{F_B}{C}\ge\frac{L}{V},\qquad \boxed{F_B\ge\frac{CL}{V}}.

(1-3)​

最遠端で生じた衝突を送信端が検出するには、往復伝搬時間以上送信を続ける必要がある。したがって

Fmin⁡C≥2Lmax⁡V\boxed{\frac{F_{\min}}{C}\ge\frac{2L_{\max}}{V}}

を満たすよう最大長を制限する。超過すると送信終了前に衝突を検出できない場合がある。

(1-4)​

ブリッジは一方のセグメントでフレームを受信・再生し、宛先側へ中継する。セグメントを独立した衝突ドメインに分けるため、それぞれの長さを Lmax⁡L_{\max} 以下にできる。また、MACアドレスに基づき不要なフレームをフィルタリングできる。

(1-5)​

二進指数バックオフを用いる。第 ii 回目の衝突後、

K∈{0,1,…,2min⁡(i,10)−1}K\in\{0,1,\ldots,2^{\min(i,10)}-1\}

から一様ランダムに選び、KK スロット待って再送する。衝突回数に応じて競合窓を拡大し、同時再送の確率を下げる。

(2)​

(2-1)​

p(0∣0)=p(1∣1)=(1−ε1)(1−ε2)+ε1ε2,p(0∣1)=p(1∣0)=ε1(1−ε2)+(1−ε1)ε2.\begin{aligned} p(0\mid0)=p(1\mid1) &=(1-\varepsilon_1)(1-\varepsilon_2)+\varepsilon_1\varepsilon_2,\\ p(0\mid1)=p(1\mid0) &=\varepsilon_1(1-\varepsilon_2)+(1-\varepsilon_1)\varepsilon_2. \end{aligned}

(2-2)​

a≠ba\ne b のとき

q=p(b∣a)=ε1+ε2−2ε1ε2.q=p(b\mid a)=\varepsilon_1+\varepsilon_2-2\varepsilon_1\varepsilon_2.

ここで

1−2q=(1−2ε1)(1−2ε2)≥01-2q=(1-2\varepsilon_1)(1-2\varepsilon_2)\ge0

より

p(b∣a)=q≤12.\boxed{p(b\mid a)=q\le\frac12}.

(2-3)​

(2-1)より

p(1∣0)=p(0∣1)=q,p(0∣0)=p(1∣1)=1−q,p(1\mid0)=p(0\mid1)=q,\qquad p(0\mid0)=p(1\mid1)=1-q,

かつ q≤1/2q\le1/2 である。よって Γ\Gamma は交差確率 qq の2元対称通信路である。