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《计算机网络》谢希仁第五版课后习题答案剖析doc

发布时间:2019-04-30 07:29 来源:未知 编辑:admin

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  东北大学 计算机网络 课后题答案 东北大学考研专业课 电话: 《计算机网络》课后习题答案 第一章 概述 1-1计算机网络向用户可以提供哪些服务? 答:计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个,连通性和共享。 1-2试简述分组交换的特点 答:分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。每个分组标识后,在一条物理线路上采用动态复用的技术,同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内,接着在网内转发。到达接收端,再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高,比报文交换的传输时延小,交互性好。 1-3试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。 答:(1)电路交换 电路交换就是计算机终端之间通信时,一方发起呼叫,独占一条物理线路。当交换机完成接续,对方收到发起端的信号,双方即可进行通信。在整个通信过程中双方一直占用该电路。它的特点是实时性强,时延小,交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低,电路接续时间长,通信效率低,不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比较适用于信息量大、长报文,经常使用的固定用户之间的通信。 (2)报文交换 将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时,再将该报文发向接收交换机或终端,它以“存储——转发”方式在网内传输数据。报文交换的优点是中继电路利用率高,可以多个用户同时在一条线路上传送,可实现不同速率、不同规程的终端间互通。但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进行存储转发,网络传输时延大,且占用大量的交换机内存和外存,不能满足对实时性要求高的用户。报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信,如公用电报网。 (3)分组交换 分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。每个分组标识后,在一条物理线路上采用动态复用的技术,同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内,接着在网内转发。到达接收端,再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高,比报文交换的传输时延小,交互性好。 1-4为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革? 答:因特网缩短了人际交往的时间和空间,改变了人们的生活、工作、学习和交往方式,是世界发生了极大的变化。 1-5因特网的发展大致分为哪几个阶段?请指出这几个阶段最主要的特点。 答:第一阶段是从单个网络ARPANRET向互联网发展的过程。最初的分组交换网ARPANET只是一个单个的分组交换网,所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的结点交换机相连。而后发展为所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网相互通信。 第二阶段是1985-1993年,特点是建成了三级结构的因特网 第三阶段是1993年至今,特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。 1-6简述因特网标准制定的几个阶段。 答:制定英特网的正式标准要经过一下的四个阶段[RFC 2026]: (1)因特网草案(Internet Draft)。 (2)建议标准(Proposed Standard)。 (3)草案标准(Draft Standard)。 (4)因特网标准(Internet Standard)。 1-7小写和大些开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要区别? 答:以小写字母i开始的internet(互联网或互连网)是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互联而成的网络。在这些网络之间的通信协议(即通信规则)可以是任意的。 以大写字母I开始的Internet(因特网)则是一个专有名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用TCP/IP协议族作为通信的规则,其前身是美国的ARPANET。 1-8计算机网络都有哪些类别?各种类别的网络都有哪些特点? 答:1、按网络覆盖的地理范围分类: (1)、局域网:局域网是计算机硬件在比较小的范围内通信线路组成的网络,一般限定在较小的区域内,通常采用有线)、城域网:城域网规模局限在一座城市的范围内,覆盖的范围从几十公里至数百公里,城域网基本上是局域网的延伸,通常使用与局域网相似的技术,但是在传输介质和布线结构方面牵涉范围比较广。 (3)、广域网:覆盖的地理范围非常广,又称远程网,在采用的技术、应用范围和协议标准方面有所不同。 2、按传榆介质分类: (1)、有线网:采用同轴电缆、双绞线,甚至利用又线电视电视电缆来连接的计算机网络,又线网通过载波空间进行传输信息,需要用导线)、无线网:用空气做传输介质,用电磁波作为载体来传播数据。无线网包括:无线电话、语音广播网、无线电视网、微波通信网、卫星通信网。 3、按网络的拓扑结构分类: (1)、星型网络:各站点通过点到点的链路与中心相连,特点是很容易在网络中增加新的站点,数据的安全性和优先级容易控制,易实现网络监控,但一旦中心节点有故障会引起整个网络瘫痪。 (2)、总线型网络:网络中所有的站点共享一条数据通道,总线型网络安装简单方便,需要铺设的电线最短,成本低,某个站点的故障一般不会影响整个网络,但介质的故障会导致网络瘫痪,总线网安全性低,监控比较困难,增加新站点也不如星型网络容易。 (3)、树型网络:是上述两种网的综合。 (4)、环型网络:环型网容易安装和监控,但容量有限,网络建成后,增加新的站点较困难。 (5)、网状型网络:网状型网络是以上述各种拓扑网络为基础的综合应用。 4、按通信方式分类: (1)、点对点传输网络:数据以点到点的方式在计算机或通信设备中传输,在一对机器之间通过多条路径连接而成,大的网络大多采用这种方式。 (2)、广播式传输网络:数据在共用通信介质线路中传输,由网络上的所有机器共享一条通信信道,适用于地理范围小的小网或保密要求不高的网络。 5、按网络使用的目的分类: (1)、共享资源网:使用者可共享网络中的各种资源。 (2)、数据处理网:用于处理数据的网络。 (3)、数据传输网:用来收集、交换、传输数据的网络。 6、按服务方式分类: (1)、客户机/服务器(C/S)模式:C/S计算的模式的结构是分散、多层次和具有图形用户接口的PC机作为客户机,不同的操作系统或不同的网络操作系统对应不同的语言和开发工具,其工作特点是文件从服务器被下载到工作站上,然后在工作站上进行处理,而基于主机的大型机工作特点是所有处理都发生在主机上。 (2)、浏览器/服务器(B/S)模式:主要特点是它与软硬件平台的无关性,把应用逻辑和业务处理规则放在服务器一侧。 (3)、对等网或称为对等式的网络:对等网可以不要求具备文件服务器,特别是应用在一组面向用户的PC机,每台客户机都可以与其他每台客户机实现平等对话操作,共享彼此的信息资源和硬件资源,组网的计算机一般类型相同,甚至操作系统也相同,这种网络方式灵活方便,但是较难实现集中管理与控制,安全性也低。 7、按企业和公司管理分类: (1)、内部网:一般指企业内部网,自成一体形成一个独立的网络。 (2)、内联网:一般指经改造的或新建的企业内部网,采用通用的TCP/IP作为通信协议,一般具备自己的务器和安全防护系统,为企业内部服务,不和因特网直接进行连接。 (3)、外联网:采用因特网技术,有自己的WWW服务器,但不一定与因特网直接进行连接的网络,同时必须建立防火墙把内联网与因特网隔离开,以确保企业内部信息的安全。 (4)、因特网:因特网是目前最流行的一种国际互联网,在全世界范围内得到应用,结合多媒体的声、图、文表现能力,不仅能处理一般数据和文本,而且也能处理语音、声响、静止图象、电视图象、动画和三维图形等。 1-9计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么? 答:主干网的特点:设施共享;高度综合集成,可应付高密度的业务需求量;工作在可控环境;使用率高;技术演进迅速,以软件为主;成本逐渐下降。 本地接入网特点:设施专用,且分散独立;接入业务种类多,业务量密度低;线路施工难度大,设备运行环境恶劣;使用率低;技术演进迟缓,以硬件为主;网径大小不一,成本与用户有关。 1-10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(bit),从源站到目的站共经过k段链路,每段链路的传播时延为d(s),数据率为b(bit/s)。在电路交换时电路的建立时间为s(s)。在分组交换时分组长度为p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下,分组交换的时延比电路交换的要小? 答:对电路交换,当t=s时,链路建立; 当t=s+x/b,发送完最后一bit; 当t=s+x/b+kd,所有的信息到达目的地。 对分组交换,当t=x/b, 发送完最后一bit; 为到达目的地,最后一个分组需经过k-1个分组交换机的转发, 每次转发的时间为p/b, 所以总的延迟= x/C+(k-1)p/b+kd 所以当分组交换的时延小于电路交换 x/b+(k-1)p/b+kd<s+x/b+kd时, (k-1)p/C<s 由上式可知,当k和b一定时,p越小,分组交换的时延越小,即需要传送少量数据时(即px),分组交换的时延较小。 1-11在上题的分组交换网中,设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度,而h为每个分组所带的控制信息固定长度,与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(bit/s),但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小,问分组的数据部分长度p应取为多大? 答:分组个数x/p, 传输的总比特数:(p+h)x/p 源发送时延:(p+h)x/pb 最后一个分组经过k-1个分组交换机的转发,中间发送时延:(k-1)(p+h)/b 总发送时延D=源发送时延+中间发送时延 D=(p+h)x/pb+(k-1)(p+h)/b 令其对p的导数等于0,求极值 p=√hx/(k-1) 1-12 因特网的两大组成部分(边缘部分与核心部分)的特点是什么?他们的工作方式各有什么特点? 答:边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的,用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。 核心部分 由大量网络和连接 这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。 在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类:客户服务器方式(C/S 方式)即Client/Server方式 ,对等方式(P2P 方式)即 Peer-to-Peer方式 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。被用户调用后运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此,客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。 一种专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此,服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式,只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能 1-13 客户服务方式与对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方? 答:客户服务器方式是一点对多点的,对等通信方式是点对点的。被用户调用后运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此,客户程序必须知道服务器程序的地址。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此,服务器程序不需要知道客户程序的地址。对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式,只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。对等连接也需要知道对方的服务器地址。 1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标? 答:1.速率 比特(bit)是计算机中数据量的单位,也是信息论中使用的信息量的单位。 Bit 来源于 binary digit,意思是一个“二进制数字”,因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s,或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。 速率往往是指额定速率或标称速率。 2.带宽 “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语,单位是“比特每秒”,或 b/s (bit/s)。 3.吞吐量 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量,以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。 4.时延 传输时延(发送时延 ) 发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。 5.时延带宽积 6.往返时间RTT 7.利用率 1-15 假定网络的利用率到达了90%。试估算已选现在的网络时延是他的最小值的多少倍? 答:D0表示网络空闲时的时延,D表示当前网络的时延。U为利用率 则: D=D0/(1-U) 即 D=10 D0 。 1-16计算机通信网有哪些非性能特征?计算机通信网性能指标与非性能特征有什么区别? 答:计算机通信网非性能特征有:费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护。 计算机通信网性能指标有:速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率。 性能指标指的是与通信网络本身性能相关的指数,而非性能特征与其本身无直接关系。 1-17收发两端之间的传输距离为1000km,信号在媒体上的传播速率为2.3×108 。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延: (1) 数据长度为107bit,数据发送速率为100kbit/s,传播距离为1000km,信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。 (2) 数据长度为103bit,数据发送速率为1Gbit/s,传输距离和信号在媒体上的传播速率同上。 答:(1):发送延迟=107/(100×1000)=100s 传播延迟=1000×1000/(2×108)=5×10-3s=5ms (2):发送延迟=103/(109)=10-6s=1us 传播延迟=1000×1000/(2×108)=5×10-3s=5ms 1-18 、假设信号在媒体上的传播速率为2.3×108m/s。媒体长度l分别为: (1) 10cm(网卡) (2) 100m(局域网) (3) 100km(城域网) (4) 5000km(广域网) 试计算当数据率为Mb/s1和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。 答:传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率 时延带宽积=传播时延*带宽 (1)0.1m/2.3/108×1×108b/s=0.000435bit (2)100m/2.3/108×1×108b/s=0.435bit (3)100000/2.3/108×1×108=435bit (4)5×106/2.3/108×1×108=21739bit 1-19、长度为100字节的应用层数据交给运输层传送,需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送,需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送,加上首部和尾部18字节。试求数据的传输效率。 若应用层数据长度为1000字节,数据的传输效率是多少? 答:数据长度为100字节时 传输效率=100/(100+20+20+18)=63.3% 数据长度为1000字节时, 传输效率=1000/(1000+20+20+18)=94.5% 1-20 网络体系结构为什么要采用分层次的结构?试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。 答:网络体系结构采用分层的结构,可以减少协议设计的复杂性,使得各层之间是独立的,增强灵活性,使得网络体系结构上可以分割开,易于实现和维护,同时促进标准化工作。 日常生活中,比如,甲、乙两地两人a、b通信,a将写好的信交给甲地邮局,甲地邮局经过交通部门将信邮至乙地邮局,b再从乙地邮局取信。这相当于一个三层结构,如下图所示 虽然两个用户、两个邮政局、两个运输部门分处甲、乙两地,但是它们都分别对应同等机构,同属一个子系统,而同处一地的不同机构则不再一个子系统内,而且它们之间的关系是服务与被服务的关系。 1-21 协议与服务有何区别?有何关系? 答:协议是水平的,服务是垂直的。 协议是“水平的”, 即协议是控制对等实体之间的通信的规则。服务是“垂直的”, 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 协议与服务的关系 在协议的控制下,上层对下层进行调用,下层对上层进行服务,上下层间用交换原语交换信息。同层两个实体间有时有连接。 1-22 网络协议的三个要素是什么?各有什么含义? 答:在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据,就必须遵守一些事先约定好的规则。 这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。一个网络协议要由以下三个要素组成: (1)语法,即数据与控制信息的结构或格式; (2)语义,即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种应答; (3)同步,即事件实现顺序的详细说明。 对于非常复杂的计算机网络协议,其结构最好采用层次式的。 1-23 为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到? 答:因为网络协议如果不全面考虑不利情况,当情况发生变化时,协议就会保持理想状况,一直等下去!就如同两个朋友在电线点在公园见面,并且约定不见不撒。这个协议就是很不科学的,因为任何一方如果有耽搁了而来不了,就无法通知对方,而另一方就必须一直等下去!所以看一个计算机网络是否正确,不能只看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细的检查协议能否应付各种异常情况。 1-24试述五层协议的网络体系结构的要点,包括各层的主要功能。 答:所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。五层协议的体系结构见图1-1所示。 图1-1五层协议的体系结构 各层的主要功能: (1)应用层 应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作,而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理(user agent),来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。 (2)运输层 任务是负责主机中两个进程间的通信。 因特网的运输层可使用两种不同的协议。即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。 面向连接的服务能够提供可靠的交付。 无连接服务则不能提供可靠的交付。只是best-effort delivery. (3)网络层 网络层负责为分组选择合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。 (4)数据链路层 数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧(frame),在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。 (5)物理层 物理层的任务就是透明地传输比特流。 “透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。 物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”,以及当发送端发出比特“1”时,接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。 1-25试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。 答:“透明”是指某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。书上举例如:你看不见在你面前有100%透明的玻璃的存在。 1-26试解释下列名词:协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。 答:协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构。 实体:表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下,实体是一个特定的软件模块。 对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层。 协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位。 服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口。 客户、服务器:客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。 客户-服务器方式:客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系,当客户进程需要服务器进程提供服务时就主动呼叫服务进程,服务器进程被动地等待来自客户进程的请求。 1-27 试解释everything over IP和IP over everything的含义。 答:everything over IP:即IP为王,未来网络将由IP一统天下。未来的通信网既已肯定以数据信息业务为重心,并普遍使用互联网规约IP,那么网上信息业务宜一律使用IP,即所谓everything over IP。 IP over everything:在现在的电通信网过渡到光通信网的过程中,IP、ATM、WDM会配合使用,渐渐过渡,既是IP over everything。 第二章 物理层 2-01 物理层要解决什么问题?物理层的主要特点是什么? (1)物理层要解决的主要问题: ①.物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同,使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在,而专注于完成本曾的协议与服务。 ②.给其服务用户(数据链路层)在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力。为此,物理层应解决物理连接的建立、维持和释放问题。 ③.在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。 (2)物理层的主要特点: ①.由于在OSI之前,许多物理规程或协议已经制定出来了,而且在数据通信领域中,这些物理规程已被许多商品化的设备锁采用。加之,物理层协议涉及的范围广泛,所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套心的物理层协议,而是沿用已存在的物理规程,将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。 ②.由于物理连接的方式很多,传输媒体的种类也很多,因此,具体的物理协议相当复杂。 2-02 规程与协议有什么区别? 答:在数据通信的早期,对通信所使用的各种规则都称为“规程”(procedure),后来具有体系结构的计算机网络开始使用“协议”(protocol)这一名词,以前的“规程”其实就是“协议”,但由于习惯,对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。 2-03 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。 答:一个数据通信系统可划分为三大部分: 源系统(或发送端)、传输系统(或传输网络)、和目的系统(或接收端)。 源系统一般包括以下两个部分: ?源点:源点设备产生要传输的数据。例如正文输入到PC机,产生输出的数字比特流。 ?发送器:通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。例如,调制解调器将PC机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号。 ?接收器:接收传输系统传送过来的信号,并将其转换为能够被目的设备处理的信息。例如,调制解调器接收来自传输线路上的模拟信号,并将其转换成数字比特流。 ?终点:终点设备从接收器获取传送过来的信息。 2-04 试解释以下名词:数据、信号、模拟数据、模拟信号、基带信号、带通信号、数字数据、数字信号、码元、单工通信、半双工通信、全双工通信、串行传输、并行传输。 答:数据: 信号:——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。 带通信号——把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。 2-05物理层的接口有哪几个特性?各包含什么内容? 答:(1)机械特性:指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 (2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 (3)功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。 (4)规程特性:说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 2-06 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制?信噪比能否任意提高?香农公式在数据通信中的意义是什么?“比特/秒”和“码元/秒”有何区别? 答:限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个: (1)在任何信道中,码元传输速率是有上限的,传输速率超过此上限,就会出现严重的码元间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。 (2)由于噪声会使接收端对码元的判决产生错误(1判决为0或0判决为1)。所以信噪比要限制在一定范围内。由香农公式可知,信息传输速率由上限。 信噪比越大,量化性能越好;均匀量化的输出信噪比随量化电平数的增加而提高;非均匀量化的信号量噪比,例如PCM随编码位数N指数规律增长,DPCM与频率有关等。但实际信噪比不能任意提高,都有一定限制。例如增加电平数会导致接收机的成本提高,制作工艺复杂等。是指信息传输速率,每秒钟传送的信息量;是码元传输速率,每秒钟传送的码元个数。两者在二进制时相等。在多进制时,信息传输速率要乘以log以2为底的进制数等于码元传输速率假定有一种双绞线db的衰减,这种双绞线在此频率下可的传输距离=200.7≈28.57(km)。 工作在1200nm到1400nm以及1400到1600之间(波长)的光波的频带宽度。光速为。/1200 x 10-2x10/1400 x 10=2.381 x 10= 23.8THZ 2x10/1400 x 10-2x10/1600 x 10=1.786 x 10= 17.86THZ 2-13 为什么要使用信道复用技术?常用的信道复用技术有哪些? 答:信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上,以共享信道资源在一条传输介质上传输多个信号,提高线路的利用率,降低网络的成本。这种共享技术就是多路复用技术。频分复用(FDM,Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带,这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延,因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。时分复用(TDM,Time Division Multiplexing)就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用,每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变,所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定,便于调节控制,适于数字信息的传输;缺点是当某信号源没有数据传输时,它所对应的信道会出现空闲,而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道,因此会降低线路的利用率。时分复用技术与频分复用技术一样,有着非常广泛的应用,电话就是其中最经典的例子,此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛地应用,如SDH,ATM,IP和HFC网络中CM与CMTS的通信都是利用了时分复用的技术。–1 –1 +1 +1 –1 +1 +1) B:(-1 –1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) C:(-1 +1 –1 +1 +1 +1 -1 -1) D:(-1 +1 –1 –1 -1 –1 +1 -1) 现收到这样的码片序列:(-1 +1 –3 +1 -1 –3 +1 +1)。问哪个站发送数据了?发送数据的站发送的1还是0? 答:S·A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1, A发送1 S·B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1, B发送0 S·C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0, C无发送 S·D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1, D发送1 2-17 试比较xDSL,HFC以及FTTx接入技术的优缺点。 答:xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。成本低,易实现,但带宽和质量差异性大。 HFC网的最大的优点具有很宽的频带,并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线 MHz 单向传输的有线 MHz 双向传输的 HFC 网需要相当的资金和时间。 FTTx(光纤到……)这里字母 x 可代表不同意思。可提供最好的带宽和质量、但现阶段线 为什么ADSL技术中,在不到1MHz的带宽中却可以传递速率高达每秒几个兆比? 答:靠先进的编码,使得每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。 第三章 数据链路层 3-01?数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别?“电路接通了”与“数据 链路接通了”的区别何在? 答: (1)数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外,还必须有一些必要的规程来控 制数据的传输。因此,数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。 (2)“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机,物理连接已经能够传送比特流了。但是,数据传输并不可靠。在物理连接基础上,再建立数据链路连接,才是“数据链路接通了”。此后,由于数据链路连接具有检测、确认和重传等功能,才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路,进行可靠的数据传输。当数据链路断开连接时,物理电路连接不一定跟着断开连接。? 3-02、数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。 数据链路层中的链路控制包括以下功能:链路管理;帧同步;流量控制;差错控制;将数据和控制信息分开;透明传输;寻址。 数据链路层做成可靠的链路层的优点和缺点:所谓“可靠传输”就是:数据链路层的发送端发送什么,在接收端就收到什么。这就是收到的帧并没有出现比特差错,但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。以上三种情况都属于“出现传输差错”,但都不是这些帧里有“比特差错”。“无比特差错” 与“无传输差错”并不是同样的概念。在数据链路层使用CRC检验,能够实现无比特差错的传输,但这不是可靠的传输。3-03、网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层? 络适配器能够对数据的串行和并行传输进行转换,并且能够对缓,实现以太网协议,同时能够实现帧的传送和接受,对帧进行封闭等.网络适配器工作在物理层和数据链路层。3-04、数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决? 帧定界使收方能从收到的比特流中准确地区分出一个帧的开始和结束在什么地方; 透明传输使得不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送,因此很重要; 差错控制主要包括差错检测和差错纠正,旨在降低传输的比特差错率,因此也必须解决。3-05、如果在数据链路层不进行帧定界,会发生什么问题? 如果在数据链路层不进行帧定界,将发生帧数据错误,造成数据混乱,通信失败。3-06、PPP协议的主要特点是什么?为什么PPP不使用帧的编号?PPP适用于什么情况?为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输? 主要特点:1、点对点协议,既支持异步链路,也支持同步链路。 2、PPP是面向字节的。 PPP不采用序号和确认机制是出于以下的考虑: 1、若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议(如HDLC),开销就要增大。在数据链路层出现差错的概率不大时,使用比较简单的PPP协议较为合理。 2、在因特网环境下,PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议,然而当数据帧在路由器中从数据链路层上升到网络层后,仍有可能因网络授拥塞而被丢弃。因此,数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的。 3、PPP协议在帧格式中有帧检验序列FCS安段。对每一个收到的帧,PPP都要使用硬件进行CRC检验。若发现有差错,则丢弃该帧(一定不能把有差错的帧交付给上一层)。端到端的差错检测最后由PPP协议可保证无差错接受。 PPP协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况。 PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输的原因:PPP有FCS来确保数据帧的正确性,如果错误则上报错误信息来确保传输的可靠性。当然它和其他L2协议一样,没有TCP的ACK机制,这也是传输层以下协议所具有的特性,以便于提高网络的性能。3-07 要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1 。试求应添加在数据后面的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0,问接收端能否发现?若数据在传输过程中最后两个1都变成了0,问接收端能否发现?答:添加的检验序列为1110 (000除以10011)数据在传输过程中最后一个1变成了0,110除以10011,余数为011,不为0,接收端可以发现差错。数据在传输过程中最后两个1都变成了0,110除以10011,余数为101,不为0,接收端可以发现差错。 因此,最短帧是10000位或1250字节长。 什么叫做比特时间?使用这种时间单位有什么好处?100比特时间是多少微秒? 答:比特时间是指传输1bit所需要的时间。种时间单位与数据率密切相关,用它来计量时延可以将时间与数据量联系起来。 “比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少。如数据率是100Mb/s,则100比特时间等于10us。 3-22 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数 r=100.试问这个站需要等多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mb/s的以太网呢? 答:对于10Mb/s的以太网,等待时间是5.12毫秒 对于100Mb/s的以太网,等待时间是512微妙。 3-23 公式(3-3)表示,以太网的极限信道利用率与链接在以太网上的站点数无关。能否由此推论出:以太网的利用率也与链接在以太网上的站点数无关?请说明理由。 答:实际的以太网各站发送数据的时刻是随机的,而以太网的极限信道利用率的得出是假定 以太网使用了特殊的调度方法(已经不再是CSMA/CD了),使各站点的发送不发生碰撞。 3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞?(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符) 答:设在t=0时A开始发送。在t=576比特时间,A应当发送完毕。 t=225比特时间,B就检测出A的信号。只要B在t=224比特时间之前发送数据,A在 发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发送碰撞了。 如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他的站点发送碰撞)。 3-25 在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=255比特时间,A和B同时检测到发送了碰撞,并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA=0和rB=1.。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧?A重传的数据帧在什么时间到达B?A重传的数据会不会和B重传的数据再次发送碰撞?B会不会在预定的重传时间停止发送数据? 答:t=0时,A和B开始发送数据。 t=255比特时间,A和B都检测到碰撞。 t=273比特时间,A和B结束干扰信号的传输。 t=594比特时间,A开始发送i,i=1,2,3,。。。试计算第一次重传失败的概率、第二次重传失败的概率、第三次重传失败的概率,以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I -1次传送失败]×P[第i次传送成功] 求 {P[传送i次才成功]}的统计平均值,得出平均重传次数为1.637. 3-27 假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的,而且其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。另一个以太网的情况则反过来。这两个以太网一个使用以太网集线器,而另一个使用以太网交换机。你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上? 答:以太网交换机用在这样的以太网,其20%通信量在本局域网内,而80%的通信量到因特网。 3-28 有10个站连接到以太网上,试计算以下三种情况下每一个站所能得到带宽。(1)10个站点连接到一个10Mbit/s以太网集线Mbit/s以太网集线Mbit/s以太网交换机。答:(1)10个站共享10Mbit/s;(2)10个站共享100Mbit/s;(3)每一个站独占10Mbit/s。以太网,数据传输率提高,帧的发送时间按比例缩短,这样会影响冲突 的检测。能有效地检测冲突 答: 发送的帧 网桥1的转发表 网桥2的转发表 网桥1的处理 (转发?丢弃?登记?) 网桥2的处理 (转发?丢弃?登记?) 站地址 端口 站地址 端口 H1(H5 MAC1 1 MAC1 1 转发,写入转发表 转发,写入转发表 H3(H2 MAC3 2 MAC3 1 转发,写入转发表 转发,写入转发表 H4(H3 MAC4 2 MAC4 2 写入转发表,丢弃不转发 转发,写入转发表 H2(H1 MAC2 1 写入转发表,丢弃不转发 接收不到这个帧 3-33 网桥中的转发是用自学习算法建立的。如果有的站点总是不发送数据而仅仅接收数据,那么在转发表中是否就没有与这样的站点相对应的项目?如果要向这个站点发送数据帧,那么网桥能够把数据帧正确转发到目的地址吗? 答:如果站点仅仅接受数据那么在转发表中就没有这样的项目。网桥能把数据帧正确的发送到目的地址。如果不知道目的地地址的位置,源机器就发布一广播帧,询问它在哪里。每个网桥都转发该查找帧(discovery frame),这样该帧就可到达互联网中的每一个LAN。当答复回来时,途经的网桥将它们自己的标识记录在答复帧中,于是,广播帧的发送者就可以得到确切的路由,并可从中选取最佳路由。 第4 章 网络层 4-01网络层向上提供的服务有哪两种?试比较其优缺点。 答案:虚电路服务和数据报服务。 虚电路的优点:虚电路服务是面向连接的,网络能够保证分组总是按照发送顺序到达目的站,且不丢失、不重复,提供可靠的端到端数据传输;目的站地址仅在连接建立阶段使用,每个分组使用短的虚电路号,使分组的控制信息部分的比特数减少,减少了额外开销;端到端的差错处理和流量控制可以由分组交换网负责,也可以由用户机负责。虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合。 虚电路的缺点:虚电路服务必须建立连接;属于同一条虚电路的分组总是按照同一路由进行转发;当结点发生故障时,所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作。 数据报的优点:数据报服务不需要建立连接;每个分组独立选择路由进行转发,当某个结点发生故障时,后续的分组可以另选路由,因而提高了通信的可靠性。数据报服务的灵活性好,适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。 数据报的缺点:数据报服务是面向无连接的,到达目的站时不一定按发送顺序,传输中的分组可能丢失和重复,提供面向无连接的、不可靠的数据传输;每个分组都要有目的站的全地址;当网络发生故障是,出故障的结点可能会丢失数据,一些路由可能会发生变化;端到端的差错处理和流量控制只由主机负责。 4-02网络互连有何实际意义?进行网络互连时,有哪些共同的问题需要解决? 答案:网络互连暗含了相互连接的计算机进行通信,也就是说从功能上和逻辑上看,这些相互连接的计算机网络组成了一个大型的计算机网络。网络互连可以使处于不同地理位置的计算机进行通信,方便了信息交流,促成了当今的信息世界。 存在问题有:不同的寻址方案;不同的最大分组长度;不同的网络介入机制;不同的超时控制;不同的差错恢复方法;不同的状态报告方法;不同的路由选择技术;不同的用户接入控制;不同的服务(面向连接服务和无连接服务);不同的管理与控制方式;等等。 注:网络互连使不同结构的网络、不同类型的机器之间互相连通,实现更大范围和更广泛意义上的资源共享。 4-03作为中间系统,转发器、网桥、路由器和网关都有何区别? 答案: 1)转发器、网桥、路由器、和网关所在的层次不同。 转发器是物理层的中继系统。 网桥是数据链路层的中继系统。 路由器是网络层的中继系统。 在网络层以上的中继系统为网关。 2)当中继系统是转发器或网桥时,一般并不称之为网络互连,因为仍然是一个网络。 路由器其实是一台专用计算机,用来在互连网中进行路由选择。一般讨论的互连网都是指用路由器进行互连的互连网络。 4-04试简单说明IP、ARP、RARP 和 ICMP 协议的作用。 答:IP:网际协议,它是 TCP/IP 体系中两个最重要的协议之一,IP 使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。无连接的数据报传输. 数据报路由。 ARP(地址解析协议),实现地址转换:将IP 地址转换成物理地址。 RARP(逆向地址解析协议), 将物理地址转换成IP地址。 ICMP:Internet 控制消息协议,进行差错控制和传输控制,减少分组的丢失。 注:ICMP 协议帮助主机完成某些网络参数测试,允许主机或路由器报告差错和提供有关异常情况报告,但它没有办法减少分组丢失,这是高层协议应该完成的事情。IP 协议只是尽最大可能交付,至于交付是否成功,它自己无法控制。 4-05 IP 地址分为几类?各如何表示? IP 地址的主要特点是什么? 答案:目前的IP地址(IPv4:IP第四版本)由32个二进制位表示,每8位二进制数为一个整数,中间由小数点间隔,如8,整个IP地址空间有4组8位二进制数,表示主机所在网络的地址(类似部队的编号)以及主机在该网络中的标识(如同士兵在该部队的编号)共同组成。 为了便于寻址和层次化的构造网络,IP地址被分为A、B、C、D、E五类,商业应用中只用到A、B、C三类。 A类地址:A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示,网络中的主机标识占3组8位二进制数,A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为“0”。不难算出,A类地址允许有126个网段,每个网络大约允许有1 670万台主机,通常分配给拥有大量主机的网络(如主干网)。 B类地址:B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示,网络中的主机标识占两组8位二进制数,B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为“10”。B类地址允许有16 384个网段,每个网络允许有65 533台主机,适用于结点比较多的网络(如区域网)。 C类地址:C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示,网络中的主机标识占1组8位二进制数,C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为“110”。具有C类地址的网络允许有254台主机,使用于结点比较少的网络(如校园网)。 为了便于记忆,通常习惯采用4个十进制数来表示一个IP地址,十进制数之间采用句点“.”予以分隔。这种IP地址的表示方法也被陈伟点分十进制法。如以这种方式表示,A类网络的IP地址范围为-54;B类网络的IP地址范围为:-54;C类网络的IP地址范围为:-54. IP地址共分5类,分类情况如题4-05解图所示: 题4-05解图 IP 地址是32 位地址,其中分为netid(网络号),和hostid(主机号)。特点如下: 1.IP 地址不能反映任何有关主机位置的物理信息; 2.一个主机同时连接在多个网络上时,该主机就必须有多个IP 地址; 3.由转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络; 4.所有分配到网络号(netid)的网络都是平等的; 5.IP 地址可用来指明一个网络的地址。 4-06试根据IP地址的规定,计算出表4-2中的数据。 表4-2 IP地址的指派范围 网络类型 最大可指派的网络数 第一个可指派的网络号 最后一个可指派的网络号 每个网络中的最大主机数 A 126(27-2) 1 126 16777214 B 16383(214-1) 128.1 191.255 65534 C 2097151(221-1) 192.0.1 233.255.255 254 答案:1)A 类网中,网络号占七个bit, 则允许用的网络数为2 的7 次方,为128,但是要除去0 和127 的情况,所以能用的最大网络数是126,第一个网络号是1,最后一个网络号是126。主机号占24 个bit, 则允许用的最大主机数为2 的24 次方,为16777216,但是也要除去全0 和全1 的情况,所以能用的最大主机数是16777214。 2) B 类网中,网络号占14 个bit,则能用的最大网络数为2 的14 次方,为16384,第一个网络号是128.0,因为127 要用作本地软件回送测试,所以从128 开始,其点后的还可以容纳2 的8 次方为256,所以以128 为开始的网络号为128.0~~128.255,共256 个,以此类推,第16384 个网络号的计算方法是:16384/256=64128+64=192,则可推算出为191.255。主机号占16 个 bit, 则允许用的最大主机数为2 的16 次方,为65536,但是也要除去全0 和全1 的情况,所以能用的最大主机数是65534。 3)C 类网中,网络号占21 个bit, 则能用的网络数为2 的21 次方,为2097152,第一个网络号是 192.0.0 , 各个点后的数占一个字节,所以以 192 为开始的网络号为192.0.0~~192.255.255,共256×256=65536,以此类推,第2097152 个网络号的计算方法是:2097152/65536=32192+32=224,则可推算出为223.255.255。主机号占8 个bit, 则允许用的最大主机数为2 的8 次方,为256,但是也要除去全0 和全1 的情况,所以能用的最大主机数是254。 4-07试说明 IP 地址与硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址? 答案:如图所示,IP 地址在IP 数据报的首部,而硬件地址则放在MAC 帧的首部。在网络层以上使用的是IP地址,而链路层及以下使用的是硬件地址。 题4-07图解 在IP 层抽象的互连网上,我们看到的只是IP 数据报,路由器根据目的站的 IP地址进行选路。在具体的物理网络的链路层,我们看到的只是 MAC 帧,IP 数据报被封装在 MAC帧里面。MAC 帧在不同的网络上传送时,其MAC 帧的首部是不同的。这种变化,在上面的IP 层上是看不到的。每个路由器都有IP 地址和硬件地址。使用IP 地址与硬件地址,尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同,但 IP层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的细节,并使我们能够使用统一的、抽象的IP 地址进行通信。 4-08 IP 地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点是什么? 答案:IP 地址分为网络号和主机号,它不反映有关主机地理位置的信息。而电话号码反映有关电话的地理位置的信息,同一地域的电话号码相似。 注:我国电话号码体制是按照行政区域划分的层次结构,同一地域的电话号码有相同的若干位前缀。号码相近的若干话机,其地理位置应该相距较近。IP 地址没有此属性,其网络号和主机地理位置没有关系。 4-09(1)子网掩码为 代表什么意思? (2)一网络的现在掩码为 48,问该网络能够连接多少个主机? (3)一A 类网络和一 B 类网络的子网号 subnet-id分别为16个1和8个1,问这两个网络的子网掩码有何不同? (4)一个B类地址的子网掩码是。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少? (5)一A类网络的子网掩码为 55,它是否为一个有效的子网掩码? (6)某个IP地址的十六进制表示为C2.2F.14.81,试将其转换为点分十进制的形式。这个地址是哪一类IP地址? (7)C 类网络使用子网掩码有无实际意义?为什么? 答案:(1)可以代表C 类地址对应的子网掩码默认值;也能表示A 类和B 类地址的掩码,前24 位决定网络号和子网号,后8 位决定主机号。(用24bit 表示网络部分地址,包括网络号和子网号) (2)48 化成二进制序列为:11111111 11111111 11111111 11111000,根据掩码的定义,后三位是主机号,一共可以表示8 个主机号,除掉全0 和全1 的两个,该网络能够接6 个主机。 (3)子网掩码的形式是一样的,都是 ;但是子网的数目不一样,前者为65534,后者为254。 (4)(11111111.11111111.11110000.00000000)是B类地址的子网掩码,主机地址域为12比特,所以每个子网的主机数最多为:212-2=4 094。 (5)子网掩码由一连串的 1 和一连串的 0 组成,1 代表网络号和子网号,0 对应主机号.55 变成二进制形式是:11111111 11111111 00000000 11111111.可见,是一个有效的子网掩码,但是不是一个方便使用的解决办法。 (6)用点分十进制表示,该IP地址是29,为C类地址。 (7)有,可以提高网络利用率。 注:实际环境中可能存在将C 类网网络地址进一步划分为子网的情况,需要掩码说明子网号的划分。C 类网参加互连网的路由,也应该使用子网掩码进行统一的IP 路由运算。C 类网的子网掩码是。 4-10 试辨认以下IP地址的网络类别。 (1) (2) 7 (3) 53 (4) 48 (5) (6) 答案:(1) B类网 (2) 7 A类网 (3) 53 B类网 (4) 48 C类网 (5) A类网 (6) C类网 4-11 IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最大好处是什么?坏处是什么? 答案:好处是数据报每经过一个结点,结点只检查首部的检验和,使结点工作量降低,网络速度加快。 坏处是只检验首部,不包括数据部分,即使数据出错也无法得知,只有到目的主机才能发现。 4-12 当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时,为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报?计算首部检验和为什么不采用CRC检验码? 答案:之所以不要求源站重发,是因为地址子段也有可能出错,从而找不到正确的源站。 数据报每经过一个结点,结点处理机就要计算一下校验和。不用CRC,就是为了简化计算。 4-13.设IP数据报使用固定首部,其各字段的具体数值如图所示(除IP地址外,均为十进制表示)。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值(用二进制表示)。 4 5 0 28 1 0 0 4 17 1000101 00000000 0000 00000000 00000001 0000 00000100 00010001 xxxxxxxx xxxxxxxx 00001010 00001100 00001110 00000101 00001100 00000110 00000111 00001001 作二进制检验和(XOR) 01110100 01001110取反码 10001011 10110001 4-14. 重新计算上题,但使用十六进制运算方法(没16位二进制数字转换为4个十六进制数字,再按十六进制加法规则计算)。比较这两种方法。 01000101 00000000 0000 4 5 0 0 0 0 1 C 00000000 00000001 0000 0 0 0 1 0 0 0 0 00000100 000010001 xxxxxxxx xxxxxxxx 0 4 1 1 0 0 0 0 00001010 00001100 00001110 00000101 0 A 0 C 0 E 0 5 00001100 00000110 00000111 00001001 0 C 0 6 0 7 0 9 01011111 00100100 00010101 00101010 5 F 2 4 1 5 2 A F 2 4 1 5 2 A 7 4 4 E-(8 B B 1 4-15.什么是最大传送单元MTU?它和IP数据报的首部中的哪个字段有关系? 答:IP层下面数据链里层所限定的帧格式中数据字段的最大长度,与IP数据报首部中的总长度字段有关系 4-16 在因特网中将IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种做法,即数据报片通过一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。 答案:前一种方法对于所传数据报来将仅需要进行一次分段一次组装,用于分段和组装的开销相对较小。 但主机若在最终组装时发现分组丢失,则整个数据报要重新传输,时间开销很大。 后一种方法分段和组装的次数要由各个网络所允许的最大数据报长度来决定,分段和组装的开销相对较大。但若通过一个网络后组装时发现分段丢失,可以及时地重传数据报,时间开销较前者小,同时可靠性提高。 4-17 一个3200位长的TCP报文传到IP层,加上160位的首部后成为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200位。因此数据报在路由器必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据(这里的“数据”当然指的是局域网看见的数据)? 答案:IP数据报的长为:3200+160=3360 bit 第二个局域网分片应分为 [3200/1200]=3片。 三片的首部共为:160*3=480 bit 则总共要传送的数据共3200+480=3680 bit。 4-18(1)有人认为:“ARP协议向网络层提供了转换地址的服务,因此ARP应当属于数据链路层。”这种说法为什么是错误的? (2)试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10~20分钟的超时计时器。这个时间设置得太大或太小会出现什么问题? (3)至少举出两种不需要发送ARP请求分组的情况(即不需要请求将某个项目的IP地址解析为相应的硬件地址)。 答案:(1)ARP不是向网络层提供服务,它本身就是网络层的一部分,帮助向传输层提供服务。在数据链路层不存在IP地址的问题。数据链路层协议是像HDLC和PPP这样的协议,它们把比特串从线路的一端传送到另一端。 (2)ARP将保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间(例如,10~20分钟)。凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。设置这种地址映射项目的生存时间是很重要的。设想有一种情况,主机A和B通信,A的ARP高速缓存里保存有B的物理地址,但B的网卡突然坏了,B立即更换了一块,因此B的硬件地址就改变了。A还要和B继续通信。A在其ARP高速缓存中查找到B原先的硬件地址,并使用该硬件地址向B发送数据帧,但B原先的硬件地址已经失效了,因此A无法找到主机B。是过了一段时间,A的ARP高速缓存中已经删除了B原先的硬件地址(因为它的生存时间到了),于是A重新广播发送ARP请求分组,又找到了B。 时间设置太大,造成A一直空等而产生通讯时延,网络传输缓慢。若太小,有可能网络状况不好,B暂时没有应答A,但A已经认为B的地址失效,A重新发送ARP请求分组,造成通讯时延。 (3)主机A和B通讯,A的ARP高速缓存里保存有B的物理地址,此时不需要发送ARP请求分组。 当主机A向B发送数据报时,很可能不久以后主机B还要向A发送数据报,因而主机B也可能要向A发送ARP请求分组。为了减少网络上的通信量,主机A在发送其ARP请求分组时,就将自己IP地址到硬件的映射写入ARP请求分组。当主机B收到A的ARP请求分组时,就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。这对主机B以后向A发送数据报时就更方便了。 4-19. 主机A发送IP数据报给主机B,途中经过了5个路由器。试问在IP数据报的发送过程总共使用几次ARP前提,理论上当前主机路由器arp表中都没有下一跳路由器MAC 共需6次,主机A先通过arp得到第一个路由器的MAC,之后每一个路由器转发前都通过ARP得到下一跳路由器的MAC,最后一条路由器将IP包发给B前仍要通过ARP得到B的MAC,共6次。 ????????????? 28????????????? 接口0 28??????????? 28?????????????接口1 ?????? ???????28????????????? R2 ????????????? 92????????????? R3 *(默认)???????????????????????????-?????????????? R4 现共收到5个分组,其目的站IP地址分别为: (1)0 (2)2 (3)51 (4)7 (5)0 试分别计算其下一跳。 解:(1)分组的目的站IP地址为:0。先与子网掩码28相与,得,可见该分组经接口0转发。 (2)分组的目的IP地址为:2。 ①???? 与子网掩码28相与得,不等于。 ②???? 与子网掩码28相与得,经查路由表可知,该项分组经R2转发。 (3)分组的目的IP地址为:51,与子网掩码28相与后得28,与子网掩码92相与后得28,经查路由表知,该分组转发选择默认路由,经R4转发。 (4)分组的目的IP地址为:7。与子网掩码28相与后得。与子网掩码92相与后得,经查路由表知,该分组经R3转发。 (5)分组的目的IP地址为:0,与子网掩码28相与后得。与子网掩码92相与后得4,经查路由表知,该分组转发选择默认路由,经R4转发。 4-21某单位分配到一个B类IP地址,其net-id为。该单位有4000台机器,平均分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为,试给每一地点分配一个子网号码,并计算出每个地点主机号码的最小值和最大值。 答:4000/16=250,平均每个地点250台机器。如选为掩码,则每个网络所连主机数=28-2=254250,共有子网数=28-2=25416,能满足实际需求。 可给每个地点分配如下子网号码 地点: 子网号(subnet-id) 子网网络号?? 主机IP的最小值和最大值 1:??? 00000001?????????? ??? ---54?? 2:??? 00000010?????????? ??? ---54 3:??? 00000011????? ???????? ---54 4:??? 00000100?????????? ??? ---54 5:??? 00000101?????????? ??? ---54 6:??? 00000110?????????? ??? ---54 7:? ??00000111?????????? ??? ---54 8:??? 00001000?????????? ??? ---54 9:??? 00001001?????????? ??? ---54 10:? 00001010?????????? ?? ---54 11:? 00001011?????????? ?? ---54 12:? 00001100?????????? ?? ---54 13:? 00001101?????????? ?? ---54 14:? 00001110?????????? ?? ---54 15:? 00001111?????????? ?? ---54 16:? 00010000?????????? ?? ---54 4-22 一具数据报长度为4000字节(固定首部长度)。现在经过一个网络传送,但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几个短些的数据报片?各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值? 答:IP数据报固定首部长度为20字节 ? 总长度(字节) 数据长度(字节) MF 片偏移 原始数据报 4000 3980 0 0 数据报片1 1500 1480 1 0 数据报片2 1500 1480 1 185 数据报片3 1040 1020 0 370 (1)2,(2)6,(3)20,(4)62,(5)122,(6)250 答:(3)20+2=2225(加2即将不能作为子网号的全1和全0的两种,所以子网号占用5bit,所以网络号加子网号共13bit,子网掩码为前13个1后19个0,即。依此方法: (1),(2),(4),(5),(6) 4-25 以下有四个子网掩码,哪些是不推荐使用的?为什么? (1),(2),(3),(4) 答:只有(4)是连续的1和连续的0的掩码,是推荐使用的。 4-26 有如下的四个/24地址块,试进行最大可能的聚合。 /24 /24 /24 /24 答:212=(11010100)2,56=(00111000)2 132=(10000100)2, 133=(10000101)2 134=(10000110)2, 135=(10000111)2 所以共同的前缀有22位,即11010100 00111000 100001,聚合的CIDR地址块是:/22 4-27 有两个CIDR地址块208.128/11和208.130.28/22。是否有哪一个地址块包含了另一地址块?如果有,请指出,并说明理由。 答:208.128/11的前缀为:11010000 100 208.130.28/22的前缀为:11010000 10000010 000101,它的前11位与208.128/11的前缀是一致的,所以208.128/11地址块包含了208.130.28/22这一地址块。 4-28已知路由器R1的路由表如表4-12所示。 表4-12 习题4-28中的路由器R1的路由表 地址掩码 目的网络地址 下一跳地址 路由器接口 /26 4 M2 /24 M1 /16 ---- M0 /16 ---- M2 /16 ---- M1 默认 默认 M0 试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑,标注出必要的IP地址和接口。对不能确定的情况应当指明。 答案:图形见课后答案P380 4-29一个自治系统有5个局域网,其连接图如图4-55示。LAN2至LAN5上的主机数分别为:91,150,3和15.该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23.试给出每一个局域网的地址块(包括前缀)。 图4-55 习题4-29的图 答案:对LAN3,主机数150,(27-2)150+1(28-2)24,分配地址块/24。(第24位为0LAN2,主机数91,(26-2)91+1(27-2)LAN5,主机数15,(24-2)15+1(25-2)LAN1,主机数3,(22-2)3+1(23-2)对LAN4(22-2)3+1(23-2)4-30 一个大公司有一个总部和三个下属部门公司分配到的网络前缀是192.77.33/24公司的网络布局如图4-56总部共有五个局域网其中LAN1~LAN4都连接到路由器R1上R1再通过LAN5与路由其R5相连R5和远地的三个部门的局域网LAN6~LAN8通过广域网相连每个局域网旁边标明的数字是局域网上主机数试给每个局域网分配一个合适的网络前缀分配网络前缀时应先分配地址数较多的前缀,本题的答案很多种,下面是其中的一种答案1: /26 LAN3: 4/27; LAN6: 92/27; LAN7: 60/27; LAN8; 28/27 LAN2: 6/28; LAN4: 1228 LAN5: 24/27 (考虑到以太网可能还要连接及个主机,故留有余地)WAN1:32/30; WAN2: 36/30; 40/30)( 140.120.(0101 0100).24 最小地址是 140.120.(0101 0000).0/20 (80) 最大地址是 140.120.(0101 1111).255/20 (95) 地址数是4096.相当于16个C类地址。 4-36.已知地址块中的一个地址是02/29。重新计算上题。 02/29 ( 190.87.140.(1100 1010)/29 最小地址是 190.87.140.(1100 1000)/29 200 最大地址是 190.87.140.(1100 1111)/29 207 地址数是8.相当于1/32个C类地址。 4-37 某单位分配到一个地址块4/26。现在需要进一步划分4个一样大的子网。试问:1)每个子网的前缀有多长?2)每一个子网中有多少个地址?3)每一个子网的地址块是什么?4)每一个子网可分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么?4-41假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目(这三列分别表示“目的网络”“距离”和“下一跳路由器”)N17A N22C N68F N84E N94F现在B收到从C发来的路由信息(这两列分别表示“目的网络”和“距离”):N24 N38 N64 N83 N95试求出路由器B更新后的路由表。? ? 解:路由器B更新后的路由表如下: N17A无新信息,不改变 N25C相同的下一跳,更新 N39C新的项目,添加进来 N65C不同的下一跳,距离更短,更新 N84E不同的下一跳,距离一样,不改变 N94F不同的下一跳,距离更大,不改变 4-42假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目(这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”)N14B N22C N31F N45G现在A收到从C发来的路由信息(这两列分别表示“目的网络”和“距离”):N12 N21 N33试求出路由器A更新后的路由表。解:路由器A更新后的路由表如下: N13C不同的下一跳,距离更短, N22C的下一跳, N31F不同的下一跳,距离更,不改变 N45G无新信息,不改变) 各种应用进程之间通信需要“可靠或尽力而为”的两类服务质量,必须由运输层以复用和分用的形式加载到网络层。 网络层提供数据报或虚电路服务对上面的运输层有何影响? 答:网络层提供数据报或虚电路服务不影响上面的运输层的运行机制。 但提供不同的服务质量。 当应用程序使用面向连接的TCP和无连接的IP时,这种传输是面向连接的还是面向无连接的? 答:都是。这要在不同层次来看,在运输层是面向连接的,在网络层则是无连接的。 试用画图解释运输层的复用。画图说明许多个运输用户复用到一条运输连接上,而这条运输连接有复用到IP数据报上。 试举例说明有些应用程序愿意采用不可靠的UDP,而不用采用可靠的TCP。 答:VOIP:由于语音信息具有一定的冗余度,人耳对VOIP数据报损失由一定的承受度,但对传输时延的变化较敏感。 有差错的UDP数据报在接收端被直接抛弃,TCP数据报出错则会引起重传,可能带来较大的时延扰动。 因此VOIP宁可采用不可靠的UDP,而不愿意采用可靠的TCP。 接收方收到有差错的UDP用户数据报时应如何处理? 答:丢弃 如果应用程序愿意使用UDP来完成可靠的传输,这可能吗?请说明理由 答:可能,但应用程序中必须额外提供与TCP相同的功能。 为什么说UDP是面向报文的,而TCP是面向字节流的? 答:发送方 UDP 对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。 接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程,一次交付一个完整的报文。 发送方TCP对应用程序交下来的报文数据块,视为无结构的字节流(无边界约束,课分拆/合并),但维持各字节 端口的作用是什么?为什么端口要划分为三种? 答:端口的作用是对TCP/IP体系的应用进程进行统一的标志,使运行不同操作系统的计算机的应用进程能够互相通信。 熟知端口,数值一般为0~1023.标记常规的服务进程; 登记端口号,数值为1024~49151,标记没有熟知端口号的

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