《计算机网络与通信(第2版)》课后习题参考答案.doc 69页

'计算机网络与通信（第2版）陈伟刘会衡主编杜谦王晟梁小宇付琴编习题参考答案67 目录第1章概述1第2章数据通信技术基础5第3章数据链路控制21第4章多路复用与信道共享技术24第5章局域网29第6章城域网37第7章广域网41第8章网络互连46第9章互联网的应用54第10章无线网络技术58第11章ADHOC网络技术61第12章下一代网络6567 第1章概述习题参考答案1.1模拟通信与数字通信的区别是什么？试举例加以说明，并比较模拟通信与数字通信的优缺点。解答：模拟通信传输的是模拟信号，也即该信号的波形是连续的，可表示为时间的连续函数；数字通信传输的是数字信号，也即该信号的幅度不随时间作连续的变化，只能取有限个离散值（一般取两个离散值“0”和“1”)。比如固定的电话通信就属于模拟通信，GSM和CDMA移动通信则属于数字通信。模拟通信的优点是信道的利用率较高，缺点包括：抗干扰能力弱、保密性差、设备不易大规模集成及不适合计算机通信飞速发展的需要等。数字通信的优点包括：抗干扰性强，保密性好，设备易于集成，并且便于使用计算机技术对其进行处理等，它的主要缺点是所有的信道频带比模拟通信宽得多，因而降低了信道的利用率。但随着信道性能的改善，这一缺点会逐渐得到解决。1.2数据通信的特点是什么？为什么要研究数据通信网？解答：数据通信是指由信息源产生的数据，不管通过模拟传输还是数字传输的信道，按照一定通信协议，形成数据流传送到受信者的过程。从某种意义上来说，数据通信可看成是数字通信的特例，并具有数字通信的一切优点。数据通信以数据传输为基础，但又不是单纯的数据传输，它包括数据传输和数据交换，以及在传输前后的数据处理过程。由于计算机在各个领域中都得到了非常广泛的应用，遥测、遥控、自控、雷达等领域都需要用到数据处理与传输，也就都离不开数据通信，因此，数据通信有着广泛的应用领域及广阔的发展前景，研究数据通信网对通信技术的发展具有重要意义。1.3什么是数据通信系统？从设备级举一例说明该系统的组成。解答：数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统。它包括信源、信道和信宿三部分，比如两台计算机之间的数据通信，分布两地的计算机则属于信源和信宿，它的传输通道电话线路则属于信道，当然由于计算机处理的是数字信号，电话线传输的是模拟信号，中间还必须经调制解调器进行模数或数模的转换才能完成通信。67 1.4举出你熟悉的数据通信应用实例，并加以说明。解答：以传递邮件为例。首先，E-mail数据通过本地计算机（信息源）发送给Modem（变换器），完成数字信号到模拟信号的转换，然后通过电话线（信道）传送到目的地的Modem（反变换器），完成模拟信号到数字信号的转换，然后送给目的地计算机（受信者），从而完成整个数据的传输。1.5画出通信系统的基本组成框图，并说明每一部分的功能。解答：通信系统的基本组成如图1.1所示：信息源变换器信道反变换器受信者噪声源图1.1通信系统的基本组成其中，信息源和受信者分别是信息的发送者和接收者，变换器是将信息源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号，反变换器则是将从信道上接收的信号变换成受信者可以接收的信息，信道是信号传输的载体，在信号传输过程中，噪声将对信号产生干扰。1.6比较电路交换、存储转发交换、报文交换和分组交换的区别。解答：（1）电路交换的基本原理是在源端和目的端间实时地建立起电路连接，构成一条信息通道，专供两端用户通信。通信期间，信道一直被通信双方用户占有，通信结束，立即释放。线路交换的特点是：数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。（2）存储转发交换是在传统的电路交换技术的基础上提出的。存储转发和电路交换的主要区别是：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网，通信子网中的结点要负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。存储转发交换包括报文交换和分组交换两种。（3）报文交换采用"存储-转发"方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。67 （4）分组交换中数据以短分组的形式传输，分组长度一般为1000字节。如果发送端有更长的报文需要发送，那么这个报文被分割成一个分组序列，每个分组由控制信息和用户数据两部分组成。分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。分组交换的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。1.7什么是网络协议？为什么需要网络体系结构？解答：通信包含哪些内容，如何传送这些内容以及什么时候进行通信等事项，都必须符合通信双方实体都可以接受的规则或约定。这些规则或约定就是协议(protocol)。相互通信的两台计算机之间必须进行高度协调一致的合作，而这种协调与合作的逻辑实现不是由单一的模块来完成的，而是被分解为多个子任务，然后通过分别实现各个子任务来最终实现整个任务的完成。处置现代网络各种复杂功能的最有效手段是按照层次体系结构来组织它们，在这一层次体系结构中，一个层次的服务是在相邻下层提供服务的基础之上实现的。通过这一网络协议体系结构，有利于提高各个层次功能的相对独立性和兼容性。1.8比较TCP/IP协议集和ISO/OSI参考模型各层的功能，调制解调属于哪一层次？解答：1、TCP/IP协议集由以下5个相对独立的层次构成：物理层、 网络访问层、网际互连层、 传输层和 应用层。2、OSI参考模型由7个层次构成：(1)  物理层涉及在物理媒质上非结构化比特流的传输，处置访问物理媒质的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。(2) 数据链路层使经过物理链路的信息可靠传输，用必要的同步信号、差错控制和流量控制发送数据(帧)。(3) 网络层为上面的各个层次提供对数据传输和用于连接系统的交换技术的独立性，负责建立、管理和终止连接。(4) 传输层在端点之间提供可靠、透明的数据传输，提供端点的差错恢复和流量控制。(5) 会话层为应用程序之间的通信提供了控制结构，建立、管理和终止应用程序之间的连接(会话)。(6) 表示层为各个应用进程提供在数据表示差异上的独立性。(7) 应用层提供对应用OSI环境的访问，还提供各种分布式的信息服务。TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系如图1.2所示。67 图1.2TCP/IP协议集和OSI参考模型的对应关系3、调制解调属于物理层。67 第2章数据通信技术基础习题参考答案2.1常见的传输媒质有哪几类？主要用途是什么？解答：传输媒质一般分为两大类：有线传输媒质和无线传输媒质。常见的有线传输媒质包括：（1）双绞线：是最常见的、最经济的传输媒质，主要用于电话网络和建筑物内的通信线路；（2）同轴电缆：主要应用于电视转播、长途电话传输、近距离的计算机系统连接、局域网等；（3）光纤：主要用在长途电信中；常见的无线传输媒质有：微波、无线电、红外线和毫米波和激光等。主要应用在短波通信、微波通信、卫星通信和移动通信等领域中。2.2光纤传输的主要优缺点是什么？目前光纤可以达到的最大传输速率的数量级是多少？解答：与双绞线和同轴电缆相比，光纤传输具有大容量、高带宽、低衰减、传输距离长、安全性好和抗腐蚀性强等优点。其缺点主要是光接口设备比电子接口贵，其机械强度低，分路与耦合不灵活。但总体上讲，光纤的优点明显胜过其不足。目前光纤的最大传输速率可达10Gbps的数量级。2.3无线电通信频率范围是多少？无线电广播频谱和微波频谱各是多少？解答：无线电通信频率范围为3KHz～300GHz，无线电广播频谱为30MHz～1 GHz，微波频谱为2～40 GHz。2.4写出香农信道容量公式，说明它的物理意义及其对通信系统开发的指导意义。解答：C=Wlb(b/s)香农信道容量公式（香农定理）给出了在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中可达到的最大传输速率的极限值。香农信道容量公式对通信系统开发的指导意义包括：（1）任何一个信道都有它的容量。香农证明了，如果在信道上的实际信息速率R67 小于无差错容量C，那么在理论上都有可能用适当的信号编码方法通过信道实现无差错传输。（2）对于给定的噪声电平，要提高数据传输速率可以通过增大信号强度或带宽来实现。（3）信道容量或信道最大数据传输速率C与带宽W和信噪比有关。2.5假设在带宽为3100Hz、信噪比为30 dB的语音信道上，通过Modem传输数字数据，那么在该语音线路上，理论上所能达到的最大数据传输速率是多少？解答：30=10lg1000根据香农定理：C=Wlb(b/s)=3100*lb（1+1000）=30.9kbps2.6什么是基带信号？什么是频带信号？基带传输和频带传输的主要区别是什么？解答：未经频率变换处理(即调制)的原始数据信号叫做基带信号(即高限频率和低限频率之比远大于1的信号)；将基带信号通过某种频率变换(例如调制)后得到的信号叫做频带信号。基带传输不需要调制解调，传输距离短；频带传输设备更复杂，但传输距离更长。2.7模拟传输方式和数字传输方式有何异同？究竟哪种传输方式更好？为什么？解答：模拟传输不必考虑传输的内容，信号可以表示模拟数据(例如声音)或数字数据(例如通过调制解调器得到的二进制数据)。在任何一种情况下，模拟信号经过一定距离之后都将会变弱(衰减)。为了到达更远的距离，模拟传输系统需要设置放大信号功率的放大器。数字传输特别关注信号的内容。在确保不让衰减危及数据完整性之前，数字信号只能传输有限的距离。为了能够到达较远的距离，要使用转发器。对于模拟传输方式和数字传输方式，究竟采用哪一种传输方式更好呢？现实的情况说明，尽管多年来全社会在模拟电信设施方面(比如电话通信网络)已经做出了巨大的投资，电信产业和广大顾客还是认为使用数字传输方式更好。相对于模拟传输方式，数字传输具有以下优点：（1）数字技术的优势；（2）数据完整性；（3）带宽的有效利用；（4）安全性与保密性；（5）统一性。2.8画出表2.5中每种编码情况下，比特流01001110的波形图。67 解答：不归零电平(NRZ-L)不归零1制(NRZI)双极性AMI伪三进制码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码000011118零替换(B8ZS)双极性3零码(HDB3)2.9从表2.5中的NRZ-L起，为每种编码设计生成算法。解答：完整C语言代码如下（只能在Turboc2.0环境下运行）：#include#include#include#include/*函数：初始化图形显示模式。*/67 voidInitPaint(void){intgdriver=DETECT,gmode,errorcode;initgraph(&gdriver,&gmode,"c:\turboc2");errorcode=graphresult();if(errorcode!=grOk){printf("Graphicserror:%sn",grapherrormsg(errorcode));printf("Pressanykeytohalt:");getch();exit(1);}}voidZhuoBiao()/*函数：在屏幕上画出一个直角坐标系图*/{/*原点在屏幕上的坐标为：（30,300）*/line(30,150,30,450);line(27,153,30,150);line(33,153,30,150);line(30,300,600,300);line(597,297,600,300);line(597,303,600,300);outtextxy(35,305,"0");outtextxy(35,150,"X");outtextxy(600,305,"Y");}BG0DP(char*code)/*函数：不归零电平（NRZ-L）*/{inti=0;intlastx=30,lasty=300;/*上一次结束时的点的坐标*/InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!="")67 {if(code[i]=="0"){line(lastx,lasty,lastx,250);line(lastx,250,lastx+30,250);/*设每电平高50点，宽30点*/outtextxy(lastx+10,240,"0");lastx=lastx+30;lasty=250;}else{line(lastx,lasty,lastx,350);line(lastx,350,lastx+30,350);outtextxy(lastx+10,240,"1");lastx=lastx+30;lasty=350;}i++;}getch();/*暂停程序，可按任意键继续*/closegraph();}BG0YZ(char*code)/*函数：不归零1制（NRZI）*/{inti=0;intlastx=30,lasty=350;/*假设起始电平为低电平*/InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!=""){if(code[i]=="0"){line(lastx,lasty,lastx+30,lasty);67 /*if(lasty==250)outtextxy(lastx+10,lasty-10,"0");elseouttextxy(lastx+10,lasty+10,"0");*/outtextxy(lastx+10,240,"0");lastx+=30;}else{line(lastx,250,lastx,350);if(lasty==250){line(lastx,350,lastx+30,350);/*outtextxy(lastx+10,360,"1");*/lasty=350;}else{line(lastx,250,lastx+30,250);/*outtextxy(lastx+10,240,"1");*/lasty=250;}outtextxy(lastx+10,240,"1");lastx+=30;}i++;}getch();closegraph();}SJXAMI(char*code)/*函数：双极性AMI*/{inti=0;intlasty1=350;67 intlastx=30,lasty=300;/*假设起始电平为零电平*/InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!=""){if(code[i]=="0"){line(lastx,lasty,lastx,300);line(lastx,300,lastx+30,300);outtextxy(lastx+10,240,"0");lastx+=30;lasty=300;}else{if(lasty1==350){line(lastx,lasty,lastx,250);line(lastx,250,lastx+30,250);lasty1=250;lasty=250;}else{line(lastx,lasty,lastx,350);line(lastx,350,lastx+30,350);lasty1=350;lasty=350;}outtextxy(lastx+10,240,"1");lastx+=30;}67 i++;}getch();closegraph();}WSJZM(char*code)/*函数：伪三进制码*/{inti=0;intlasty1=350;intlastx=30,lasty=300;/*假设起始电平为零电平*/InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!=""){if(code[i]=="1"){line(lastx,lasty,lastx,300);line(lastx,300,lastx+30,300);outtextxy(lastx+10,240,"0");lastx+=30;lasty=300;}else{if(lasty1==350){line(lastx,lasty,lastx,250);line(lastx,250,lastx+30,250);lasty1=250;lasty=250;}67 else{line(lastx,lasty,lastx,350);line(lastx,350,lastx+30,350);lasty1=350;lasty=350;}outtextxy(lastx+10,240,"1");lastx+=30;}i++;}getch();closegraph();}MQSTBM(char*code)/*函数：曼彻斯特编码*/{inti=0;intlastx=30;charlastcode="0";InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!=""){if(code[i]==lastcode)line(lastx,350,lastx,250);if(code[i]=="0"){line(lastx,250,lastx+15,250);line(lastx+15,250,lastx+15,350);line(lastx+15,350,lastx+30,350);67 outtextxy(lastx+20,240,"0");}else{line(lastx,350,lastx+15,350);line(lastx+15,250,lastx+15,350);line(lastx+15,250,lastx+30,250);outtextxy(lastx+20,240,"1");}lastx+=30;lastcode=code[i];i++;}getch();closegraph();}CFMQSTBM(char*code)/*函数：差分曼彻斯特编码*/{inti=0;intlastx=30,lasty=250;InitPaint();ZhuoBiao();setcolor(5);while(code[i]!=""){if(code[i]=="1"){if(lasty==250){line(lastx,250,lastx+15,250);line(lastx+15,250,lastx+15,350);line(lastx+15,350,lastx+30,350);lasty=350;}67 else{line(lastx,350,lastx+15,350);line(lastx+15,350,lastx+15,250);line(lastx+15,250,lastx+30,250);lasty=250;}outtextxy(lastx+20,240,"1");lastx+=30;}else{line(lastx,250,lastx,350);if(lasty==250){line(lastx,350,lastx+15,350);line(lastx+15,350,lastx+15,250);line(lastx+15,250,lastx+30,250);}else{line(lastx,250,lastx+15,250);line(lastx+15,250,lastx+15,350);line(lastx+15,350,lastx+30,350);}outtextxy(lastx+20,240,"0");lastx+=30;}i++;}getch();closegraph();}67 voidmain()/*主函数*/{charcode[30];intcodevalid=1;charmode;inti;while(1){do{system("cls");printf("Pleaseinputyoucoden(Suchas01101010111,Nomore20Characters):");scanf("%s",code);i=0;codevalid=1;while(code[i]!=""){if(code[i]!="0"&&code[i]!="1"){/*用户输入的代码中含有01之外的非法字符*/printf("YouCodeIsWrong,PleaseInputAgain!n");getch();codevalid=0;break;}if(i>=24){/*用户输入的代码太长，超过20个字符*/printf("TooManyCharacters.PleaseInputNoMore20Charactersn");getch();codevalid=0;break;}i++;}}while(codevalid==0);67 /*以下打印出一个简易菜单供用户选择，只能按0、1、2、3、4、5、6、7、8*/printf("nPleaseSelectyouModeofSquareMap:nn");printf("ttt1.NRZ-LCoding.n");printf("ttt2.NRZICoding.n");printf("ttt3.AMICoding.n");printf("ttt4.WeiSanJinZhiMa.n");printf("ttt5.ManchesterCoding.n");printf("ttt6.DifferentManchesterCoding.n");printf("ttt0.Exit.n");printf("ntttYouChoice:");mode=getch();switch(mode){case"1":BG0DP(code);break;case"2":BG0YZ(code);break;case"3":SJXAMI(code);break;case"4":WSJZM(code);break;case"5":MQSTBM(code);break;case"6":CFMQSTBM(code);break;case"0":putchar("n");exit(0);67 default:/*非法输入*/printf("nWrongChoice!n");getch();}}}2.10假设电话线路信道经过均衡后允许带通数据在600～3000Hz的频带范围内传输，有效带宽为2400 Hz。当r=1时，分别计算数据率为2400 b/s的QPSK和数据率为4800 b/s的8电平多值信号传输要求的带宽大小。电话信道是否满足它们的要求？解答：（1）QPSK：BT=R(1+r)/lbL=2400×(1+1)/lb4=2400Hz能满足传输要求；（2）8电平数字信号：D=R/lbL=4800/lb8=1600baudBT=0.5(1+r)D=0.5×(1+1)×1600=1600Hz能满足传输要求。2.11什么是扩频通信？基本的扩频技术有哪两种？试分析其基本原理。解答：扩频(spreadspectrum)的基本思想是将携带信息的信号扩散到较宽的带宽中，用以加大干扰及窃听的难度。常见的扩频技术有跳频和直接序列扩频两种。扩频通信的基本原理如图2.1所示。图2.1扩频通信的基本原理2.12分析分组交换中数据报和虚电路两种不同工作方式的特点，并举例加以说明。解答：数据服务的特点：（1）主机随时可发送数据；67 （2）每个分组独立选择路由（3）分组不一定按顺序到达目的主机（4）某个分组可能丢失（不可靠服务）虚电路服务的特点：（1）先拨号建立电路，然后再通话（2）分组都必须沿着虚电路传送，数据传送完毕后，释放虚链路两者的比较：（1）当报文短时，数据报既迅速又经济，虚电路太浪费网络资源（2）在进行存储转发时，数据报需要更多开销携带完整的地址信息，虚电路只需携带需电路号（3）数据报只承担端到端的差错，虚电路保证分组按顺序交付，不丢失，不重发（4）虚电路对网络流量控制比数据报更容易2.13简述帧中继协议与X.25协议的异同点。解答：（1）帧中继着眼与数据的快速传输，最大程度地提高网络吞吐量；X.25则强调网络内数据传输的可靠性。（2）帧中继只有物理层和数据链路层，省去了X.25的分组层，把分组层的一些功能取消或削弱后合并在数据链路层。（3）帧中继只在源端点DTE和终端点DTE之间进行确认和重发，在网络接口及网内节点间检错，有错就将其抛弃；X.25在分组层对报文进行分组和重组以及节点间都由确认重发。（4）帧中继没有提供透明的、对每条虚电路都实行的流量控制机制；X.25在数据链路层和分组层都设置了流量控制机制。（5）帧中继和X.25都是点对点的交换网络，在DTE和DCE间单一的物理链路上复用多条逻辑信道（即虚电路）。2.14分析ATM交换的原理，简要说明ATM信元格式特点。解答：ATM采用步异步传输模式。在这一模式中，ATM交换以固定大小的信元进行信息交换。67 ATM信元是固定长度的分组，共有53字节，前面的5字节为信头，主要完成寻址的功能；后面的48字节为信息段，用来装载来自不同用户、不同业务的信息。话音、数据、图像等所有的数字信息都要经过切割，封装成统一格式的信元在网中传递，并在接收端恢复成所需格式。由于ATM技术简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，采用易于处理的固定信元格式，所以，ATM进行数据传输时造成的时延小，实时性比较好，交换速率大大高于X.25、帧中继等传统的数据网。2.15什么是光交换？光交换与传统的交换方式有何不同？解答：光交换技术是指在网络的节点处不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端，它与传统的交换方式最主要的区别是不需要进行光/电或电/光转换。2.16常见的光交换有几种方式？各有何优缺点？解答：光交换技术可分成光的电路光交换(光路交换)和分组光交换两大类。电路光交换方式采用OADM、OXC等光器件设置光通路，在中间节点不需要使用光缓存，其交换方式与传统的电路交换技术相类似，目前光的电路光交换研究已经较为成熟。分组光交换系统按照对控制包头处理以及交换粒度的不同可分为：光分组交换(OPS)、光突发交换(OBS)和光标记分组交换(OMPLS)。分组光交换与光电路交换相比，有着很高的资源利用率和很强的适应突发数据的能力。67 第3章数据链路控制习题参考答案3.1简述下列术语的基本概念：差错控制、差错检测、流量控制、帧同步、ARQ。解答：差错控制是指当传输系统中，用于检测和校正帧传输过程中出现差错的机制。在传输系统中，差错总会存在，它可能会导致传输的帧中有一个或多个比特被改变，这是就要采取差错检测技术。流量控制是用于确保发送实体发送的不会超出接收实体接收数据能力的一种技术。在数据通信系统中，数据以数据块的形式发送，这些数据块简称为帧。每个帧的开始和结束必须可以辨别，以便系统可以同步检测。这称为帧同步。ARQ为自动重发请求，它所起的作用就是使不可靠的数据链路变得可靠。3.2设想一条点对点的半双工链路使用的是停止等待机制：(1) 如果增加报文长度，使需要的报文数目减少，则它对线路利用率有什么影响？假设其他因素保持不变。(2) 如果报文长度固定而增加帧的数量，则又会对线路利用率产生什么样的影响？(3) 增加帧的长度对线路利用率的影响是什么？解答：（1）按照题意，分组长度大于帧长度，分组需分段形成一些帧。如果分组长度增加为所允许的最大帧长度的倍数，可达到当其他因素不变时的最大线路利用率以及最大传输效率（帧的额外开销与确认所花的传播时延都最小）。如分组的增加使得帧的数目增加，当其他因素不变时，传输效率降低。举例说明，假定帧的最大有效长度（数据字段）为500个八比特组，现要发送10000个八比特组，如果将分组大小增加为1000个八比特组，分为10个分组，正好发送20个帧，每个分组正好分为两帧。第二种情况。如将分组大小增加为700个八比特组，则分为15个分组，最后1个分组只有200个八比特组。而前14个分组都分为两帧传送，一帧500个八比特组，一帧200个八比特组，需发送28个帧，最后1个分组也需要一帧来封装发送，共发送29帧。因此传输效率比前一种情况低，而且线路利用率也比前一种情况低。（2）如果报文长度固定而增加帧数，即把帧分得更小，帧长度减小，线路利用率降低。而且对于停止等待协议来说，则发送确认帧的次数增加，其时间（主要是传播时间）也增加，传输效率降低。67 （3）线路利用率与帧的实际长度成正比。增加帧长度，线路利用率可提高。而且，对于相同长度的分组，发送的帧数就可以少一些（如果帧的有效长度是分组长度的因数，发送的帧数最少），发送确认帧的次数也相应减少，其传播时间也减少，因此传输效率增加。3.3信道的数据率为4 kb/s，且传播时延为20 ms，要使用停止等待机制达到至少50％的有效性，那么帧长度尺寸范围为多少？解答：当发送一帧的时间等于信道的传播时延的2倍时，信道利用率是50%。或者说，当发送一帧的时间等于来回路程的传播时延时，效率将是50%。20ms×2=40ms现在发送速率是4kb/s，则每比特发送时间为：1/4000=0.25ms40/0.25=160bit故帧长要大于160bit时，停止等待机制才能达到至少50%的有效性。3.4设想在具有270 ms时延的1 Mb/s卫星信道上使用1000 bit的帧，对于以下各种情况，线路的最大利用率分别是多少？(1) 停止等待流量控制。(2) 窗口大小为7的连续流量控制。(3) 窗口大小为127的连续流量控制。(4) 窗口大小为255的连续流量控制。解答：每帧的传输时间为：1000bit/1Mb/s=1ms线路的效率取决于窗口的大小W以及传输时间a的值，假设t=0表示传输时间，则第一个帧的前沿在t=a时刻到达接收方，在t=a+1时第一个帧完全到达接收方；t=2a+1时，第一个帧的确认帧到达发送方。一帧的周期为：t=2a+1=2×270+2=541ms（1）当W>=2a+1，在发送方的窗口还没有用尽之前，帧1的确定已到达发送方，因此发送方能够连续不断地传送，且利用率为1.0（2）当W<2a+1，在t=w时刻发送方的窗口尽数用完，且无法发送其他的帧，直到t=2a+1时刻，因此线路利用率是（2a+1）时间单位内的w个时间单位，即：U=W/2a+1。所以：（1）1/541=0.185%（2）7/541=1.29%（3）127/541=23.475%（4）255/541=47.135%3.5你是否认为在每个字符中包含有一个检验比特就能改变接收到正确报文的概率。67 解答：不是，只有一个检验比特时，如果数据中有两位(或任意偶数个比特)因错误而翻转，那么就会出现检测不到的差错。3.6在计算FCS时使用模2运算，而不是二进制运算的目的是什么？解答：在计算FCS时使用模2运算而不是二进制运算的目的在于，使用模2运算，在加法或减法中不需要考虑进位与借位，使各比特相互之间具有无关性。而且因此使得加法与减法的计算结果相同，加减法等效，这使得CRC检验成为可能，在发送方将模2除法的余数（CRC）加到数据后，在接收方检测器进行模2除法时，无错情况下，模2减法正好将加上的余数减为0。3.7解释为什么使用移位寄存器实现CRC时，如果没有差错，接收器计算得到的结果就是全0，举例加以说明。解答：对于图3.6的发送方的移位寄存器电路，接收方的移位寄存器电路与之完全相同。只是输入的报文后面不是增加的5个0，而是CRC，在本书例中为01110。可将其代入该图3.6中进行验证，通过移位寄存器电路的移位操作和异或运算后，相当于移位寄存器电路最后5步操作实现的是两个01110的异或运算，显然结果为全0。3.8若P = 110011，而M = 11100011，计算CRC。解答：由于模式P=110011，共6bit，所以FCSR=5bit，所以要在信息码字后补5个0，变为1110001100000。用1110001100000除以110011，余数为11010，即为所求的冗余位。　　因此发送出去的CRC码字为原始码字11100011末尾加上冗余位11010，即1110001111010。3.9对于停止等待ARQ，为什么不需要NAK0和NAK1？解答：在停止等待协议的实现中，当接收方检测到帧出错时，可以发送REJ（也称为NAK），但也可以通过不发确认，从而使得发送方超时重发该帧，因此可以不需要REJ。即使采用REJ，也不需要像ACK那样要用ACK0和ACK1来区分，ACK0和ACK1主要是供发送方判断ACK是否丢失，使接收方避免重复帧和正常帧的混淆。而REJ本身就是希望重传，即使丢失，发送方也会重传，所以不管REJ是否丢失，接收方都能接收到出错帧的重发帧，效果相同，因此不需要以REJ0和REJ1来区分。67 第4章多路复用与信道共享技术习题参考答案4.1多路复用技术的理论依据是什么？常用的多路复用技术是如何实现多路信号的有效分割的？解答：信道多路复用的理论依据是信号分割原理。实现信号分割是基于信号之间的差别，这种差别可以在信号的频率参量、时间参量以及码型结构上反映出来。从实现方式上来讲，目前多路复用的主要方式有：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用和空分复用等几种。4.2有一通频带为100kHz的信道，假设每路信号的带宽为3.3kHz，保护频带为0.8kHz，若采用频分多路复用技术，问能传输的最多路数是多少？解答：若信道数为n，则信道间隔共有n+1个，则：n×3.3+(n+1)×0.8=100解得n=23（取整数）4.3已知输入时分复用器的各数据源的速率为2.4kb/s，传输时间比为0.1，复用信道容量为64kb/s，若采用传统的TDMA技术，问能复接的最多路数是多少？若采用STDMA技术，复用信道容量的利用率为0.8，问能复接的最多路数是多少？解答：若采用TDMA技术，复用最多路数为路。若采用STDMA技术，，复用最多路数为19路。4.4试写出下列英文缩写的全文，并进行简单地解释。FDM、TDM、STDM、WDM、DWDM、CDMA、SONET、SDH、STM-1、DTE、DCE、EIA、ITU-T、ISO解答：FDM：FrequencyDivisionMultiplexing，频分多路复用是指按照频率参量的差别来分割信号的复用方法；TDM：TimeDivisionMultiplexing，时分多路复用是指按照时间参量的差别来分隔信号的复用方法；STDM：StatisticTime-DivisionMultiplexing67 ，传统的TDM(同步时分多路复用)系统中，以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据流进行组合，然后在单一的公用信道上传输，而统计时分复用则采用按需分配时隙的技术，即动态地分配所需时隙，以避免每帧中出现空闲时隙的现象；WDM：WavelengthDivisionMultiplexing，波分复用是将多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端复合一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集波分复用；CDMA：CodeDivisionMultipleAccess，码分多址接入是指用不同的码型来分隔信号的复用方法；SONET：SynchronousOpticalNetwork，同步光纤网络最早由美国提出，它定义了光纤传输系统同步传输的线路速率等级结构；SDH：SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系，国际电话电报咨询委员会（CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET概念并重新命名为SDH，使其成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制；STM-1：SynchronousTransmissionModulelevelone，SDH中的基本传输模块，传输速率为155.52Mbps；DTE：DataTerminalEquipment，数据终端设备；DCE：DataCommunicationsEquipment，数据通信设备；EIA：ElectronicIndustriesAssociation，美国电子工业协会；ITU-T：InternationalTelecommunicationUnionforTelecommunicationStandardizationSector，国际电信联盟电信标准化部门；ISO：InternationalOrganizationforStandardization，国际标准化组织。4.5码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会相互干扰？这种复用方式有何优缺点？解答：由于各用户是通过特殊挑选的不同码型来区分的，因此，各用户之间不会造成干扰，各个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。4.6试比较几种共享信道方法的特点。解答：受控多点接入主要采用轮询的方式，在线路上有一个轮询帧，各站有数据时才发送，在网络通信量比较小时，工作效率较低。ALOHA方式采用随机接入技术，是一种完全随机式分布控制的媒质接入方式，哪一个节点想发送帧就发送，而不管其他节点和信道的状况，当发生数据碰撞时就要重新发送。CSMA也是采用的随机接入技术，67 它的基本原理是：任一个网络节点在它有帧欲发送之前，先监测一下广播信道中是否存在别的节点正在发送帧的载波信号。如果监测到这种信号，说明信道正忙，否则信道是空闲的。然后，根据预定的控制策略来决定是否发送数据。令牌传递接入适用于环形网络，它有一个令牌在换上传递，令牌的忙或闲状态代表信道是否空闲以供节点站接入使用。闲令牌到达某一个站，相当于把信道的使用权轮给了该节点站。4.7试比较轮叫轮询和传递轮询这两种共享通道方法的优缺点。轮询与ALOHA相比，其优缺点又如何？解答：1、传递轮询与轮叫轮询的比较：(1) 传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫轮询的时延。(2) 站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮叫轮询的越好。(3) 站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处就不太明显。传递轮询系统虽然具有较轮叫轮询系统更小的帧等待时延，但由于其实现起来技术上比较复杂，代价也较高，因此在目前实用的轮询系统中，主要还是使用轮叫轮询系统。2、传递轮询与轮叫轮询等方式有一个明显的缺点。这就是当网络的通信量较小时，轮询系统的工作效率较低，因为各站基本上没有什么数据可发送，但轮询的信息始终不停地在多点线路上传来传去。而ALOHA方式则采用随机接入方式，在网络通信量较小时，工作效率较高。4.8若干个终端用纯ALOHA随机接入协议与远端主机通信。信道速率为2400 b/s。每个终端平均两分钟发送一个帧，帧长为200 bit，问终端数目最多允许为多少？若采用时隙ALOHA协议，其结果又如何？若改变以下数据，分别重新计算上述问题。(1) 帧长为100 bit。(2) 终端每3分钟发送一个帧。(3) 线路速率改为4800 b/s。解答：ALOHA的容量为0.18×2400＝432bps，终端速率＝200比特/120秒＝5/3bps，最大终端数=432÷5/3＝259个。时隙ALOHA容量为0.37×2400＝888bps，所以最大终端数888÷5/3＝532个，，约为纯ALOHA的终端数加倍。（1）帧长减少了1倍，故终端数增加了1倍，纯ALOHA为518个，时隙ALOHA为1064个；（2）终端速率降为原来的2/3，故终端数增加了1.5倍，纯ALOHA为388个，时隙ALOHA为798个；67 （3）线路速率增大了1倍，故终端数增加了1倍，以上答案相应加倍，纯ALOHA为518个，时隙ALOHA为1064个。4.9在纯ALOHA协议中，若系统工作在G=0.5的状态，求信道为空闲的概率。解答：对于纯ALOHA，在任一帧时内生成k帧的概率服从泊松分布：信道为空闲（即：生成0帧）的概率为：4.10时隙ALOHA的时隙为40 ms。大量用户同时工作，使网络每秒平均发送50个帧(包括重发的)。(1) 试计算第一次发送即成功的概率。(2) 试计算正好冲突k次然后才发送成功的概率。(3) 每个帧平均要发送多少次？解答：（1）在任一帧时内生成k帧的概率服从泊松分布生成0帧的概率为。对于纯ALOHA，发送一帧的冲突危险区位两个帧时，在两个帧时内无其他帧发送的概率为；对于时隙ALOHA，由于冲突危险区减少为原来的一半，任一帧时内无其他帧发送的概率是。现在时隙为40ms，即每秒25个时隙，产生50个帧，所以平均每个时隙产生两个帧，即G=2，因此第一次发送即成功的概率是。（2）（3）尝试k次才能发送成功的概率（即k-1次冲突，第k次才成功）为：那么每个帧平均要发送的次数（即每个帧发送次数的数学期望）为：67 4.11若时隙ALOHA系统有10％的时隙是空闲的，问网络负载G和吞吐量S各等于多少？现在系统是否过载？解答：（1）在任一帧时内生成k帧的概率服从泊松分布：生成0帧的概率为，因此；（2）网络吞吐量；（3）因为每当G>1时，信道总是过载的，因此，在这里系统式过载的。4.12100个站分布在4 km长的总线上，协议采用CSMA/CD，总线速率为5 Mb/s，帧的平均长度为1000 bit，试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。设传播时延为5 μs/km。解答：因为传播时延为5 μs/km，则传播速度为，则100个站时，每站发送成功的概率为：整个总线网的吞吐率为因总线速率为5Mb/s，且100个站点的100个帧的总长度为100000bit，所以每个站每秒钟发送的平均帧数最大值为：帧。67 第5章局域网习题参考答案5.1CSMA/CD的工作过程包括那些步骤。解答：CSMA/CD的工作过程包括以下步骤：第1步：新帧进入缓冲器，等待发送；第2步：监测信道。若信道空闲，启动发送帧，发完返回第1步；否则，若信道忙碌，继续；第3步：转至第2步。5.2以太网技术各使用什么编码方式？解答：传统以太网（十兆以太网）采用曼彻斯特编码；快速以太网（百兆以太网）采用4B/5B码；千兆以太网采用8B/10B码；万兆以太网采用IEEE802.3提出的新的MB810编码方式。5.3以太网技术的物理层标准各是什么？解答：传统以太网物理层标准有10BASE2、10BASE5和10BASE-T三种，其中10BASE2为细缆以太网，要求使用细同轴电缆，10BASE5为粗缆以太网，要求使用粗同轴电缆，目前这两种基本淘汰；10BASE-T是传统以太网中最常用的一种标准，使用双绞线电缆作为传输媒质。快速以太网物理层标准有100BASE-TX、100BASE-T2、100BASE-T4、100BASE-FX等几种。其中100BASE-TX运行在两对五类双绞线上，100BASE-T2运行在两对三类双绞线上，100BASE-T4运行在四对三类双绞线上，100BASE-FX运行在光纤上，光纤可以使单模也可以是多模。千兆以太网物理层标准有1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-TX等几种。1000BASE-SX运行在多模光纤上，S指发出的光信号的波长形式；1000BASE-LX运行在单模光纤上，L指发出的光信号是最短波长的形式；1000BASE-CX运行在同轴电缆上；1000BASE-TX运行在双绞线上。万兆以太网物理层标准有10GBASE-S（850nm短波）、10GBASE-L（1310nm长波）和10GBASE-E（1550nm长波）三种规格，最大传输距离分别为300m、10km、40km。5.4以太网MAC地址是多少？67 解答：MAC地址通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数，08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE分配，而后3位16进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品（如网卡）的系列号。每个网络制造商必须确保它所制造的每个以太网设备都具有相同的前三字节以及不同的后三个字节。这样就可保证世界上每个以太网设备都具有唯一的MAC地址。5.5什么是媒质访问控制？局域网中常用的媒质访问控制方法有哪几种？解答：由于局域网的多个设备共享传输媒质，因此必须解决多台设备对传输媒质的争用问题，这就是媒质访问控制。局域网中常用的媒质访问控制方法有CMSA/CD、令牌环和令牌总线等。5.6局域网中常见哪几种拓扑结构？解答：局域网中常见的拓扑结构有：总线拓扑、星状拓扑、环状、分层星状拓扑（树状拓扑）和星状总线拓扑等。5.7在IEEE802系列标准中，MAC和LLC两个层次对应OSI/RM中那个层次？为什么如此设置？解答：IEEE802系列标准中，MAC和LLC两个层次对应OSI/RM中的数据链路层。由于局域网的多个设备共享传输媒质，因此必须解决多台设备对传输媒质的争用问题，故数据链路层必须设有媒质访问控制功能，用以解决由那个设备占有传输媒质。为了使数据帧的传输独立于所采用的媒质和媒质访问控制方法，IEEE802标准特意把LLC独立出来形成一个单独子层，是LLC子层与媒质无关，MAC子层则依赖于物理媒质和拓扑结构。由于设立了MAC子层，即减少了数据链路层协议的复杂性，又使得IEEE802标准具有良好的可扩展性，有利于接纳新的媒质和媒质访问控制方法。5.8在CSMA/CD的MAC帧结构中，前8个字节的功能是什么？为什么要设置填充PAD域？解答：CSMA/CD的MAC帧结构中，前8个字节用来完成帧同步，其格式为连续的1010…交替码，但到最后一位时，要将比特0变为1，标志着同步码的结束。67 在数据单元之所以要设置填充PAD域，是因为MAC帧要求有最小帧长限制，为64个字节，其中包括18个字节固定长度的帧头（帧头为目的地址、源地址、数据长度和FCS等4个字段）在内。如果实际的PDU数据长度小于64个字节，必须在PAD字段上填充若干字节的0，是PDU和PAD字段的总长度不小于46个字节；否则，接受节点会把超短帧作为“帧碎片”滤掉，不予接收。5.9IEEE802局域网参考模型与OSI参考模型有何异同之处？解答：局域网的体系结构与OSI的体系结构有很大的差异。它的体系结构只有OSI的下三层，而没有第四层以上的层次。即使是下三层，也由于局域网是共享广播信道，且产品的种类繁多，涉及到种种媒体访问方法，所以两者存在着明显的差别。在局域网中，物理层负责物理连接和在媒体上传输比特流，其主要任务是描述传输媒体接口的一些特性。这与OSI参考模型的物理层相同。但由于局域网可以采用多种传输媒体，各种媒体的差异很大，所以局域网中的物理层的处理过程更复杂。通常，大多数局域网的物理层分为两个子层：一个子层描述与传输媒体有关的物理特性，另一子层描述与传输媒体无关的物理特性。在局域网中，数据链路层的主要作用是通过一些数据链路层协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负责帧的传送与控制。这与OSI参考模型的数据链路层相同。但局域网中，由于各站共享网络公共信道，由此必须解决信道如何分配，如何避免或解决信道争用，即数据链路层必须具有媒体访问控制功能。有由于局域网采用的拓扑结构与传输媒体多种多样，相应的媒体访问控制方法也有多种，因此在数据链路功能中应该将与传输媒体有关的部分和无关的部分分开。这样，IEEE802局域网参考模型中的数据链路层划分为两个子层：媒体访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层。在IEEE802局域网参考模型中没有网络层。这是因为局域网的拓扑结构非常简单，且各个站点共享传输信道，在任意两个结点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，所以在局域网中不单独设置网络层。这与OSI参考模型是不同的。但从OSI的观点看，网络设备应连接到网络层的服务访问点SAP上。因此，在局域网中虽不设置网络层，但将网络层的服务访问点SAP设在LLC子层与高层协议的交界面上。从上面的分析可知，局域网的参考模型只相当于OSI参考模型的最低两层，且两者的物理层和数据链路层之间也有很大差别。在IEEE802系列标准中各个子标准的物理层和媒体访问控制MAC子层是有区别的，而逻辑链路控制LLC子层是相同的，也就是说，LLC子层实际上是高层协议与任何一种MAC子层之间的标准接口。5.10一个7层楼，每层一排共有15间办公室。每个办公室设有一插座。所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网节点。插座间垂直和水平间隔都是4米，67 设任意两个插座之间都允许连上电缆（垂直、水平、斜线等均可）。现要用电缆将它们连成：（1）主机在中央的星型网；（2）以太网；（3）令牌环形网。试计算在上述三种情况下所需的电缆长度。解答：（注：此题书本掉了一个条件，即“插座间垂直和水平间隔都是4米”，在此补上）（1）假定从下往上把7层楼分别编号为1～7层（如图5.1所示）。在星形网中，路由器放在4层中间位置。到达7×15－1=104个场点中的每一个场点都需要有电缆。因此电缆的总长度等于：（2）对于以太网（10BASE5），每一层都需要56m水平电缆，再加上24m（=4×6）垂直方向电缆，所以总长度等于：56×7＋24=416(m)（3）一种方案是采用螺旋结构（如图5.1所示），线缆经过（1,1）、（15,1）、（15,7）、（1,7）、（1,2）和（14,2）等，总长度等于：图5.15.11令牌环形网的数据传输速率为5MB/s，传播时延为5μs/km。试问1bit的时延相当于多长的线路？67 解答：在5Mb/s速率下，一个比特时延等于200ns，在200ns的时间里信号可以传播的距离是：5.12一同轴电缆长20km，上有1000个站。线路上的数据传输速率为10Mb/s，传播时延为5μs/km。每个站发送的帧长均为10000bit。若分别采用下列协议传输：（1）采用令牌总线网协议，令牌从站1传到站2、…、从站999传到站1000，然后再从站1000传回站1，这样循环下去。每个站识别令牌要有8bit时延。设每个站平均每10s产生8个帧；（2）采用纯ALOHA协议；（3）采用CSMA/CD协议。试问在上述三种情况下每个站发送帧的最大可能速率是多少？解答：(1)从获取令牌的时刻开始计量，发送一个数据帧需要:10000bit/10×106b/s=1000μs此外，必须发送一个令牌，需要8bit/10×106b/s＝0.8μs的时间。1bit数据沿环路传送的时间为：20km×5μs/km=100μs。因此，有效数据率为：10000bit/(1000+100+0.8)μs≈9.08Mbps。(2）采用纯ALOHA协议时，其容量为：0.18×10Mb/s=1.8Mb/s共有1000个站，则每个站的速率为：1.8Mb/s/1000=1.8kbps（3）传播时延：=20km×5μs/km=100μs=0.1ms发送1帧的时延：=10000bit/10×106b/s=1000μs=1ms设某站成功发送的最大概率为Amax，则，当N=1000时，有：当采用CSMA/CD协议时，每个站发送1帧的平均时间为：67 所以则每个站发送帧的最大可能速率为：5.13试比较IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5三种局域网的优缺点。解答：IEEE802.3、802.4和802.5分别包括了MAC子层协议和物理层协议，其中最大的不同体现在介质访问控制协议，即CMSA/CD、TokenBus和TokenRing。CSMA/CD协议的总线LAN中，各节点通过竞争的方法强占对媒体的访问权利，出现冲突后，必须延迟重发，节点从准备发送数据到成功发送数据的时间是不能确定的，它不适合传输对时延要求较高的实时性数据。其优点是结构简单、网络维护方便、增删节点容易，网络在轻负载（节点数较少）的情况下效率较高。TokenRing不会出现冲突，是一种确定型的介质访问控制方法，每个节点发送数据的延迟时间可以确定。在轻负载时，由于存在等待令牌的时间，效率较低；而在重负载时，对各节点公平，且效率高。令牌总线与令牌环相似，适用于重负载的网络中、数据发送的延迟时间确定以及，适合实时性的数据传输等，但网络管理较为复杂。5.14试说明10BASE5、10BASE2、10BASE-T、1BASE5、10BROAD36和FOMAU所代表的意思。解答：10和1代表网络数据传输速率分别为10Mbps和1Mbps，BASE和BROAD分别表示基带和频分多路复用的宽带。5、2和36分别表示传输媒体线缆段最大长度分别为500米、185（约200）米和3600米；T表示是采用双绞线；F表示光纤。10BASE5是50欧同轴粗缆；10BASE2是50欧同轴细缆；10BASE-T为一种物理星状拓扑而逻辑上为总线结构的以太网；1BASE5指AT&T公司的StarLAN的物理媒体规范，使用和10BASE-T一样的双绞线，可通过一种称为菊花链的机制进行扩展；10BASE-F又分为适用于以星状拓扑连接站和转发器的无源系统10BASE-FP、点对点连接站或转发器的光纤链路10BASE-FL、以及点对点主干光纤链路10BASE-FB；67 10BROAD36采用75欧的CATV同轴电缆。FOMAU是采用光纤（FiberOptic）的媒体接入单元MAU（MediaAccessUnit），用以连接扩展以太网的转发器之间的光纤链路FOIRL（FiberOpticInter-RepeaterLink）。5.1510Mb/s以太网升级到100Mb/s和1000Mb/s时，需要解决哪些技术问题？解答：以太网升级时，由于数据传输速率提高了，帧的发送时间会按照比例缩短，这样会影响冲突的检测。所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，使参数a保持为较小的值，才能有效的检测冲突。在帧的长度方面，几种以太网都采用IEEE802.3标准规定的以太网最小最大帧长，使不同速率的以太网之间可以方便地通信。100Mb/s的以太网采用保持最短帧长（64字节）不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减少为100m，同时将帧间间隔有原来的9.6μs，改为0.96μs。1000Mb/s以太网采用保持网段的最大长度为100m的方法，用“载波延伸”和“分组突发”的办法使最短帧仍为64字节，同时将争用字节增大为512字节。传输媒体方面，10Mb/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mb/s和1000Mb/s以太网支持双绞线和光纤。5.16局域网网络操作系统有哪几种常见的结构？各有何优缺点？解答：局域网网络操作系统常见的结构有：对等式结构、服务器结构和主从式结构三种。对等式结构网络操作系统的优点包括：（1）使用容易，且工作站资源可直接共享；（2）容易安装与维护；（3）价格比较便宜；（4）不需要专用服务器。它的缺点包括：（1）数据的保密性差；（2）文件管理分散；（3）每台连网的计算机既要完成工作站的功能，又要完成服务器的功能，负荷较重，信息处理能力会明显降低。服务器机构网络操作系统的优点包括：（1）对数据的保密性非常严格，可以按照不同的需要而给予使用者相应的权限；（2）文件的安全管理较好；（3）可靠性好。它的缺点包括：（1）多个使用者在同一时间内都要获得应用程序或数据时，效率可能降低；（2）工作站上的资源不能直接共享；（3）安装与维护比对等式网络困难；（4）服务器的运算功能没有发挥。主从式结构网络操作系统的优点包括：（1）有效使用各工作站资源，网络工作效率高；（2）成本降低；（3）提高了可靠性；（4）缩短响应时间。它的缺点包括：（1）对工作站管理较困难；（2）数据的安全性比不上专用服务器结构。5.17试简述几种常见的局域网网络操作系统及其特点。解答：67 （1）Windows操作系统。Windows操作系统是全球最大的软件开发商微软公司开发的。微软公司的Windows操作系统不仅在个人操作系统中占有绝对的优势，它在网络操作系统中也是具有非常强劲的力量。这类操作系统配置在整个局域网配置中是最常见的，但由于它对服务器的硬件要求较高，且稳定性能不是很高，一般只是用在中低档服务器中，高端服务器通常采用Unix、Linux或Solairs等非Windows操作系统。（2）NetWare操作系统。NetWare操作系统虽然远不如以前使用普遍，但是其对网络硬件的要求较低，因而在一些比较落后的中、小型企业，特别是学校中有所应用。它在无盘工作站组建方面具有很强的优势，且兼容DOS命令。（3）Unix操作系统。Unix操作系统支持网络文件系统服务，提供数据等应用，功能强大。该网络操作系统稳定性和安全性非常好，但由于它多数是以命令方式来进行操作的，不容易掌握，特别是初级用户，正因如此，小型局域网基本不适用该系统，它一般被用于大型的网站或大型的企、事业局域网中。（4）Linux操作系统。Linux是一套完全免费使用和自由传播的类Unix操作系统。Linux以其高效性和灵活性著称，其最大的特点是源代码开放，可以免费得到许多应用程序。目前这类操作系统仍主要应用于中、高档服务器中。67 第6章城域网习题参考答案6.1什么是城域网？试比较局域网、城域网和广域网的区别。解答：城域网（metropolitanareanetwork），或者称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用于LAN相似的技术。它可以覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，既可能是私有的也可能是公用的。MAM可以支持数据和声音，并且可能涉及到当地的有线电视网。MAN仅使用一条或两条电缆，并且不包含交换单元，即把分组分流到几条可能的引出电缆的设备。这样做可以简化设计。局域网、城域网和广域网三者最主要的区别在于地理范围：局域网（localareanetwork），简称LAN，是处于同一建筑、同一大学或者方圆几公里远地域内专用网络。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源（如打印机）和交换信息。城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)：城域网是一种比局域网更大的网，通常覆盖一个城市，从几十公里到100公里不等，可能会有多种介质，用户的数目也比局域网更多。广域网WAN(WideAreaNetwork)：一切大于城域网的网都可称为广域网。不同的局域网、城域网或广域网还可以根据需要互相链接构成规模更大的国际网，我们通常所说的Internet正是按照这种思想所建立起来的。6.2简述城域网的功能结构以及协议参考模型。解答：城域网MAN的功能结构模型如图6.1所示。图6.167 其协议参考模型划分为7个子层，从顶层到底层分别为：比特子层(BT)，传输子层(TM)，传输汇聚子层(TC)，时隙子层(SLT)，分段子层(SM)，服务子层(SV)，其中SV又可以进一步划分为两个子层（初始MAC子层(IM)和派生MAC子层(DM)），如图6.2所示。图6.26.3为什么说城域光网络是城域网络的发展趋势？结合城域光网络的技术特点，说明实现城域网所要解决的主要问题有哪些。解答：下一代MAN必须具备以下特点：（1）可扩展性；（2）费用低；（3）支持各种下一代业务；（4）支持传统话音业务；（5）强大易用的网管；（6）健壮性。而城域光网络的目的是把光网在成本与网络效率方面的好处带给终端用户，可提供多种业务，如互联业务、专线业务、接入业务、增值业务等，故城域光网络是城域网络的发展趋势。为了实现城域网需要解决的主要问题是把现有基于SONET/SDH的网络结构转变为更动态、更智能的多业务光网，使运营商可以不必进行来回不停地升级或铺设过多的光纤，而使现有网络有效地走向一个能适应未来的网络。6.4什么是接入网络？接入网在电信网中的地位和作用如何？解答：接入网(AccessNetwork，AN)是信息传送通道的“最后一千米”，它主要解决如何将图像、数据、语音等多种业务综合传送到用户的问题。接入网在电信网中占有重要地位，不仅投资大，而且对当前及未来业务的发展及网络资源的配置利用有密切的关系。接入网的出现，使整个电信网络的发展更加合理，网络资源的利用更加充分，同时也为不断出现的电信业务奠定了技术基础。6.5为什么说光接入技术是宽带接入的最终选择？解答：城域网具有巨大的带宽容量，终端用户的带宽需求也不断增长，而“最后一千米”的接入就成为了两者之间的瓶颈。采用以价格低廉的无源光纤网络为基础的光接入网，就可以很好地在服务供应商的中心机房和商业及居民客户之间解决最后一千米的网络通信基础问题，而且可以为将来升级到全光网做准备。67 6.6什么是测距技术？在PON系统中为什么要采用测距技术？解答：测距技术是测量各个ONU到OLT的实际距离的技术。在APON系统中，工作在点到多点方式，各个ONU到OLT的距离不等，为了防止各个ONU所发上行信号发生冲突，OLT必须不断测量每一ONU与OLT之间的距离，指挥每一ONU调整发送时间使之不至于发生冲突。解决的办法是在所有的ONU中插入补偿时延，使每个ONU到OTL的总时延相等。6.7APON、EPON、GPON各支持多大的上行和下行速率？解答：APON支持的上行速率有155/622（Mb/s），下行速率有155/622（Mb/s）；EPON支持的上行速率有1250（Mb/s），下行速率有1250（Mb/s）；GPON支持的上行速率有1244/2488（Mb/s），下行速率有155/622/1244/2488（Mb/s）。6.8WDM-PON与PS-PON相比，有何优缺点？解答：（1）在PS-PON中用户共享带宽，WDM-PON各用户间不共享带宽，因此也不提供动态带宽；（2）WDM-PON在功率预算中有两个优势：第一个优势是WDM-PON工作在较低比特率下，因此具有较高的灵敏度；第二个优势是对于较大的分束比，WDM-PON的插入损耗比PS-PON分离器的分束损耗小；（3）PS-PON的灵活性在WDM-PON中很难实现；（4）PS-PON只有采用加密技术才能保证安全性；（5）WDM-PON具有其独特的优点，可以作为PS-PON网络的升级方案。6.9简述EPON的优点。解答：EPON具有如下一些优势：（1）局端(OLT)与用户(ONU)之间仅有光纤、光分路器等光无源器件，可有效节省建设和运营维护成本。（2）EPON采用以太网的传输格式同时也是用户局域网(驻地网)的主流技术，二者具有天然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素。（3）采用单纤波分复用技术(下行1490nm，上行131067 nm)，仅需一根主干光纤和一个OLT，传输距离可达20km。在ONU侧通过光分路器最多可分送给32个用户，因此可大大降低OLT和主干光纤的成本压力。（4） 上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上行利用时分复用(TDMA)共享带宽。高速宽带充分满足接入网客户的带宽需求，并可方便灵活地根据用户需求的变化动态分配带宽。（5） EPON具有点对多点的结构，只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级，充分保护运营商的投资。（6） EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中TDM和IP数据采用IEEE802.3以太网的格式进行传输，辅以网管系统，来保证传输质量。6.10GPON的标准族有哪些？各标准具体有什么作用？解答：（1）ITU-TG.984.1，具体作用：GPON网络参数说明；保护倒换组网要求。（2）ITU-TG.984.2，具体作用：PMD层规格要求；2.488Gb/s下行光接口参数规格要求；1.244Gb/s上行光接口参数规格要求；物理层开销分配。（3）ITU-TG.984.3，具体作用：GPONTC层规格要求；GTC复用结构及协议栈介绍；GTC帧结构介绍；ONU注册激活流程；DBA规格要求；告警和性能。（4）ITU-TG.984.4，具体作用：OMC消息结构介绍；OMC设备管理框架，OMC实现原理简述。6.11下一代PON目前主要有哪几种方式？解答：下一代的PON技术主要包括IEEE推动的10G-EPON和FSAN推动的NG-PON。10G-EPON系统规定了10 Gb/s下行、1 Gb/s上行的非对称模式(10/1GBASE-PRX)和10Gb/s上、下行对称模式(10GBASE-PR)两种速率模式。FSAN已经定义了两种NG-PON的规格：下行10 Gb/s、上行2.5 Gb/s的非对称NG-PON1和上、下行对称10 Gb/s的NG-PON2。6.12结合本章内容，谈谈你对EPON和GPON发展的看法。解答：EPON和GPON是两大主流的PON技术，已经取得了明显进展并开始规模部署。EPON技术在技术标准、设备功能与性能、互通性、产业链、成本方面都有了突破性进展，已经在国内外运营商的FTTH接入网建设及光进铜退接入网改造过程中得到大规模部署；GPON技术在标准、核心元器件、设备功能与性能、设备成本等方面也取得了较大进展，国内外运营商也开始进行GPON试商用或者商用。67 第7章广域网习题参考答案7.1依据网络层是否提供网络连接，网络层向传送层提供的服务有哪两类?解答：有虚电路和数据报服务。7.2试比较虚电路服务和数据报服务的异同点。解答：数据报和虚电路的区别存在以下几点：（1）在传输方式上，虚电路服务在源、目的主机通信之前，应先建立一条虚电路，然后才能进行通信，通信结束应将虚电路拆除。而数据报服务，网络层从运输层接收报文，将其装上报头（源、目的地址等信息）后，作为一个独立的信息单位传送，不需建立和释放连接，目标结点收到数据后也不需发送确认，因而是一种开销较小的通信方式。但发方不能确切地知道对方是否准备好接收，是否正在忙碌，因而数据报服务的可靠性不是很高。（2）关于全网地址：虚电路服务仅在源主机发出呼叫分组中需要填上源和目的主机的全网地址，在数据传输阶段，都只需填上虚电路号。而数据报服务，由于每个数据报都单独传送，因此，在每个数据报中都必须具有源和目的主机的全网地址，以便网络结点根据所带地址向目的主机转发，这对频繁的人—机交互通信每次都附上源、目的主机的全网地址不仅累赘，也降低了信道利用率。（3）关于路由选择：虚电路服务沿途各结点只在呼叫请求分组在网中传输时，进行路径选择，以后便不需要了。可是在数据报服务时，每个数据每经过一个网络结点都要进行一次路由选择。当有一个很长的报文需要传输时，必须先把它分成若干个具有定长的分组，若采用数据报服务，势必增加网络开销。（4）关于分组顺序：对虚电路服务，由于从源主机发出的所有分组都是通过事先建立好的一条虚电路进行传输，所以能保证分组按发送顺序到达目的主机。但是，当把一份长报文分成若干个短的数据报时，由于它们被独立传送，可能各自通过不同的路径到达目的主机，因而数据报服务不能保证这些数据报按序列到达目的主机。（5）可靠性与适应性：虚电路服务在通信之前双方已进行过连接，而且每发完一定数量的分组后，对方也都给予确认，故虚电路服务比数据报服务的可靠性高。但是，当传输途中的某个结点或链路发生故障时，数据报服务可以绕开这些故障地区，而另选其他路径，把数据传至目的地，而虚电路服务则必须重新建立虚电路才能进行通信。因此，数据报服务的适应性比虚电路服务强。67 （6）关于平衡网络流量：数据报在传输过程中，中继结点可为数据报选择一条流量较小的路由，而避开流量较高的路由，因此数据报服务既平衡网络中的信息流量，又可使数据报得以更迅速地传输。而在虚电路服务中，一旦虚电路建立后，中继结点是不能根据流量情况来改变分组的传送路径的。综上所述，虚电路服务适用于交互作用，不仅及时、传输较为可靠，而且网络开销小。数据报服务适用于传输单个分组构成的、不具交互作用的信息以及对传输要求不高的场合。7.3有哪些路由选择算法?举例说明。一个理想的路由算法应具有哪些特点?为什么实际的路由算法总是不如理想的？解答：从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，则有两大类，即非自适应路由选择策略与自适应路由。非自适应路由选择有扩散式、选择扩散式、随机徘徊、固定路由法和分散通信量法。自适应路由选择有分布式路由选择策略（又包括距离向量算法、链路状态算法）、集中式路由选择策略和混合式路由选择策略。一个理想的路由算法应具有以下特点：(1)正确性，即能正确而迅速地将分组从源节点传送到目标节点；(2)简单性，实现方便，相应的软件开销少；(3)健壮性，即能适应网络拓扑变化(如某节点损坏)和通信量的变化而能选择新的路由，不致引起作业的夭折；(4)稳定性，算法应是可靠的，即不管运行多久，保持正确性而不发生震荡；(5)公平性和最优化，要保证每个节点都有机会传送信息，又要保证路由选择最佳。实际的路由算法总是不如理想的。因为路由选择是一个非常复杂的问题。路由选择是网络中的所有结点共同协调工作的结果。其次，路由选择的环境往往是在变化的，而这种变化有时无法事先知道。理想的路由算法的各种要求往往互相矛盾。7.4有两种路由算法：一种是有两条具有相同权数的固定路由方法，另一种是只使用两条最好通路的选择扩散式路由方法。这两者之间有无区别?如有，区别是什么。解答：有区别，固定路由算法对于有两条具有相同权数的路径会固定选择其中一条，自始至终路由都被固化在路由表中不会发上变换，而选择扩散式路由方法是指节点选择向着靠近目标节点方向的一部分节点发送分组，所以对于两条最好通路会同时朝着这两天通路扩散，而不是只使用其中一条，当线路状况发生变化时，选择扩散式路由的路径有可能随之发生变换，不会固定使用某条固定路由。7.5已知下图7-17所示的子网和各链路的延迟，用最短通路算法求从源点A到目标结点D的最佳路径。67 图7-17解答：A—B—C—D7.6网络中的流量控制有哪些层次?各用什么方法或由哪个实体来实现?解答：网络中的流量控制可以在传输层和数据链路层实现。数据链路层7.7拥塞控制和流量控制有什么关系和不同点?解答：流量控制与拥塞控制的关系与区别如下：（1）流量控制：接收端向发送端发出信号，请求发送端降低发送速率； 拥塞控制：接收端也向发送端发出信号，告之发送端，网络已出现麻烦，必须放慢发送速率。（2）流量控制：主要控制收发端之间的通信量； 拥塞控制：是全局性控制，涉及所有主机、路由器以及其它降低网络性能的有关因素；（3）拥塞控制：是网络能够承受现有的网络负荷，是一个全局变量；流量控制：往往只是指点对点之间对通信量的控制7.8网络如图7-18所示。链路旁边注明的数字代表链路的长度（假想单位）。试利用最短通路路由选择算法求出从结点Ａ到所有其他结点的最短路由。即要求作出结点A的路由表、最短路由和算法过程参数表。图7-1867 解答：步骤ND(B)D(C)D(D)D(E)D(F)初始化12345678910[A][A，B][A，B，G][A，B，G，I][A，B，G，I，F][A，B，G，I，F，C][A，B，G，I，F，C，E][A，B，G，I，F，C，E，H][A，B，G，I，F，C，E，H，J][A，B，G，I，F，C，E，H，J，D][A，B，G，I，F，C，E，H，J，D，K]1①11111111133333③33333∞44444444④4∞43333③33333222②222222步骤ND(G)D(H)D(I)D(J)D(K)初始化12345678910[A][A，B][A，B，G][A，B，G，I][A，B，G，I，F][A，B，G，I，F，C][A，B，G，I，F，C，E][A，B，G，I，F，C，E，H][A，B，G，I，F，C，E，H，J][A，B，G，I，F，C，E，H，J，D][A，B，G，I，F，C，E，H，J，D，K]11①11111111∞333333③333111①1111111∞3333333③33∞∞44444444④可得以节点A为根的最短通路树：67 结点A的路由表:目的节点后继节点BBCCDCEFFFGGHGIIJIKIA到其它节点的最短路由：A到B:A—B;A到C:A---C;A到D:A----C---D;A到E:A---G---F---E;A到F:A---G---F;A到G:A---G;A到H:A---G---H;A到I:A---I;A到J:A---I---J;A到K:A---I---J---K.67 第8章网络互连习题参考答案8.1简述HUB、网桥和路由器的功能。解答：hub：集线器只是一个多端口的中继器。它有一个端口与主干网相连，并有多个端口连接一组工作站。是物理层上的网络互连设备，中继器仅适用于以太网，可将两段或两段以上以太网互连起来。中继器只对电缆上传输的数据信号再生放大，再重发到其它电缆段上。对链路层以上的协议来说，用中继器互连起来的若干段电缆与单根电缆并无区别。网桥和交换机一样都是工作在OSI模型的第二层（数据链路层），可以看成是一个二层路由器（真正的路由器是工作在网络层，根据IP地址进行信包转发）。网桥可有效的将两个局域网（LAN）连起来，根据MAC地址（物理地址）来转发帧，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段，网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段。路由器跟集线器和交换机不同，是工作在OSI的第三层（网络层），根据IP进行寻址转发数据包。路由器是一种可以连接多个网络或网段的网络设备，能将不同网络或网段之间（比如局域网——大网）的数据信息进行转换，并为信包传输分配最合适的路径，使它们之间能够进行数据传输，从而构成一个更大的网络。路由器具有最主要的两个功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。8.2简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。解答：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。IGMP：因特网组管理协议用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。8.3IP地址分为哪几类，A类地址和C类地址的范围各是多少?解答：有A、B、C、D、E五大类，其中ABC类为平时所使用的，D类为组播，E类为实验研究。A类地址范围是1.0.067 .0—126.255.255.255；C类地址范围是192.0.0.0—223.255.255.2558.4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？解答：从层次的角度看，MACADDRESS是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。对于一台计算机而言，IP地址是可变的，而物理地址是固定的。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,IP层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的但细节,并使我们能够使用统一的、抽象的IP地址进行通信。8.5IPADDRESS为C类，子网掩码255.255.255.248，问该网络能划分为多少个子网，每个能够连接多少个主机。解答：C类地址其中网络号占24位，主机号占8位，划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号，子网掩码255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000。可以看出将5位主机号借用成子网号，因此子网个数为＝32，每个能够连接＝8个主机，但是需要去掉全是0和全是1的，所以再减去2台就是6台。8.6当路由器发现一数据的检验和有差错时，为什么采用丢弃的办法而不是要求源站重传此数据。解答：之所以不要求源站重发，是因为地址字段也有可能出错，从而找不到正确的源站。8.7某个单位分配到一个B类地址，IP为129.250.0.0，该单位有4000台电脑，分布在16个不同的地点，如果选用子网掩码为255.255.255.0，给每一个地点分配一个子网号码，并计算出每个地点主机的最小值和最大值。解答：B类地址前2个比特规定为10，网络号占14比特，后16比特用于确定主机号，即最多允许16384台主机。B类地址范围为128.0.0.0至191.255.255.255。因此，129.250.0.0是B类IP地址中的一个。67 题中选用子网掩码为255.255.255.0。说明在后16比特中用前8比特划分子网，最后8比特确定主机，则每个子网最多有28-2=254台主机。题中说明该单位有4000台机器，分布在16个不同的地点。但没有说明这16个不同的地点各拥有多少台机器。如果是“平均”分配在16个子网中，即16个子网中任何一个地点不超过254台主机数，则选用这个子网掩码是可以的，如果某个子网中的机器数超过了254台，则选择这样的子网掩码是不合适的。如果机器总数超过4064台，选择这样的子网掩码也是不合适的。从以上所选子网掩码为255.255.255.0可知16个子网的主机共16×254=4064台主机。设计在主机号前网络地址域和子网中“借用”4个比特作为16个子网地址。这16个地点分配子网号码可以选用129.250.nnn.0至129.250.nnn.255，其中nnn可以是0～15，16～31，32～47，48～63，64～79，80～95，96～111，112～127，128～143，144～159，160～175，176～191，192～207，208～223，224～239，240～255。可以按这些成组设计子网中的一组或分别选用其中的16个。而每个子网中主机号码的最小值和最大值分别为：1至254。8.8一个数据报的长度为4000BIT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1500BIT问应当划分为几个短的数据报段，各数据报段的数据字节长度是多少。解答：1500BIT中包括20个Byte的数据报头部，所以实际一个数据报能传输的最大数据为（1500－20×8＝1340bit），因为4000/1340=2.99，所以应该分为三个，（1340×2＋1320＝4000），其中两个数据报段的数据字节长度是1340bit，一个数据报段的数据字节长度是1320bit。8.9IRP和ERP这两个协议的主要区别是什么？解答：IGP：内部网关协议（InteriorGatewayProtocol），是一种专用于一个自治网络系统（比如：某个当地社区范围内的一个自治网络系统）中网关间交换数据流转通道信息的协议。网络IP协议或者其他的网络协议常常通过这些通道信息来决断怎样传送数据流。目前最常用的两种内部网关协议分别是：路由信息协议（RIP）和最短路径优先路由协议（OSPF）。EGP：外部网关协议（ExteriorGatewayProtocol），是一种在自治系统的相邻两个网关主机间交换路由信息的协议。EGP通常用于在因特网主机间交换路由表信息。它是一个轮询协议，利用Hello和I-Heard-You消息的转换，能让每个网关控制和接收网络可达性信息的速率，允许每个系统控制它自己的开销，同时发出命令请求更新响应。路由表包含一组已知路由器及这些路由器的可达地址以及路径开销，从而可以选择最佳路由。每个路由器每间隔120秒或480秒会访问其邻居一次，邻居通过发送完整的路由表以示响应。67 8.10某个IP地址的十六进制为C22F1481，将其转换为点分二进制的形式，是哪一类地址。解答：C22F1481转换成二进制即11000010001011110001010010000001，将其转换为点分二进制的形式为：11000010.00101111.00010100.10000001，对应的点分十进制形式为：194.47.20.129，属于C类地址。8.11在因特网上的一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0，问在其中每一个子网上的主机数最多是多少。解答：255.255.240.0转换成二进制即11111111.11111111.11110000.00000000，因它是B类地址，B类地址的主机号共占16位，可以看出其中4位被借用为子网号，12位做主机号，因此主机数为＝4096台，但是需要去掉全是0和全是1的，所以再减去2台就是4096-2=4094台。8.12ARP和RARP都是将地址从一个空间映射到另一个空间，在这个意义上讲，它们是相似的，然而ARP和RARP在实现方面有点不同，请说出这个不同点。解答：RARP使只知道自己的物理地址的主机能够得到IP地址的服务。RARP实现的方式是由一个RARP服务器准备一个物理地址到IP地址的映射表，当RARP服务器收到RARP请求报文时，从映射表中查找出IP地址并写入到RARP响应分组中，并发回给无盘工作的主机。ARP有一个叫ARP高速缓存，里面有IP地址和物理地址的映射表。ARP主机主要与本局域网上的其他主机通讯时能从ARP高速缓存取得IP地址。其得到对方IP地址与物理地址的方式是从ARP高速缓存中查找得到或者在本局域网上广播，由彼方响应得到。8.13设某路由器建立了如下路由表：目的网络子网掩码下一跳128.96.39.0255.255.255.128接口m0128.96.39.128255.255.255.128接口m1128.96.40.0255.255.255.128R2192.4.153.0255.255.255.192R3*(默认)—R4现收到5个分组，其目的地址分别为：67 (1) 128.96.39.10；(2) 128.96.40.12；(3) 128.96.40.151；(4) 192.4.153.17；(5) 192.4.153.90；试分别计算其下一跳。解答：依次将目的地址与路由表中的子网掩码做“与”运算，若所得结果与对应该行的目的网络相同则选择该行的下一跳，没有就选择默认目的网络的下一跳R4。（1）128.96.39.10&255.255.255.128＝128.96.39.0，所以下一跳为：接口0（2）128.96.40.12&255.255.255.128＝128.96.40.0，所以下一跳为：R2（3）128.96.40.151&255.255.255.128＝128.96.40.128，128.96.40.151&255.255.255.192＝128.96.40.128，所以下一跳为：R4（4）192.4.153.17&255.255.255.192＝192.4.153.0，所以下一跳为：R3（5） 192.4.153.90&255.255.255.128＝192.4.153.0，192.4.153.90&255.255.255.192＝192.4.153.64，所以下一跳为：R48.14在IPV4首部中有一个”协议字段”，在IPV6首部中却没有，这是为什么?解答：IPv4中的协议字段指出，此数据报携带的运输层数据是使用何种协议，以便目的主机的IP层知道将此数据报交给哪个进程，而中途的路由器不需要知道这一信息，因此不必把它加在首部。实际上，这个信息存于头部中中但被伪装了，最后一个扩展头的下一个首部就用于这目的。8.15什么是VPN？什么是NAT？解答：VPN即虚拟专用网，是通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。通常，VPN是对企业内部网的扩展，通过它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。VPN可用于不断增长的移动用户的全球因特网接入，以实现安全连接；可用于实现企业网站之间安全通信的虚拟专用线路，用于经济有效地连接到商业伙伴和用户的安全外联网虚拟专用网。67 NAT（网络地址转换）提供了连接互联网的一种简单方式，并且通过隐藏内部网络地址的手段为用户提供了安全保护。内部网络用户（位于NAT服务器的内侧）连接互联网时，NAT将用户的内部网络IP地址转换成一个外部公共IP地址（存贮于NAT的地址池），当外部网络数据返回时，NAT则反向将目标地址替换成初始的内部用户的地址好让内部网络用户接受。由于这样对外隐藏了内部网络的IP地址，因此，外部用户无法直接发起到内部用的连接，从而保护了内部用户。8.16简要说明传输层的作用。解答：运输层的主要作用是：向高层用户屏蔽下面通信子网的细节，实现源、目主机中源进程和目的进程间的可靠通信，即实现进程间可靠的端到端的数据传送。8.17举例说明为什么一个传输层连接可以有多种方式释放。解答：设两个互相通信的用户A,B分别连接在网络的两结点上，并设A,B建立了运输连接。协议应考虑一下实际可能性：A或B故障，应设计超时机制，使对方退出，不至于死锁；A主动退出，B被动退出B主动退出，A被动退出8.18简要说明为什么在传输层连接建立时要使用三次握手。解答：次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作（双方都知道彼此已准备好），也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。假定B给A发送一个连接请求分组，A收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，A认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，B在A的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道A是否已准备好，不知道A建议什么样的序列号，B甚至怀疑A是否收到自己的连接请求分组，在这种情况下，B认为连接还未建立成功，将忽略A发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而A发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。8.19在使用TCP传送数据时，如果有一个确认报文丢失了，也不一定会引起对方数据的重传，说明理由。解答：还未重传就收到了对更高序号的确认。8.2067 若一个应用进程使用传输层的数据报UDP，但继续向下交给IP层后，又封装成数据报，都是数据报，是否可以跳过UDP而直接传到IP层，UDP能否可以提供IP层没有的功能。解答：不可跳过UDP而直接交给IP层，数据传输过程完全遵守tcp/ip协议模型。IP数据报I承担主机寻址，提供报头检错；若跳过UDP只能找到目的主机而无法找到目的进程。      UDP提供对应用进程的复用和分用功能，以及提供对数据差分的差错检验，这些功能是IP层没有的。8.21使用TCP对实时语音业务的传输有没有什么问题?使用UDP在传送文件时会有什么问题。解答：首先，TCP/IP协议本是为非实时数据业务而设计的。传统的IP网络主要是用来传输数据业务采用的是尽力而为的、无连接的技术，存在失序到达和时延抖动甚至分组丢失等情况。TCP的流控制没有对语音处理优化的考虑，所以语音业务时有延时和丢包的情况。UDP传输协议的报文可能会出现丢失、重复、延迟以及乱序的错误，使用UDP进行通信的程序就必须负责处理这些问题。8.22TCP在进行流量控制时是以分组的丢失做为产生拥塞的标志，有没有不是因拥塞而引起的分组丢失的情况。解答：例如当IP数据报在传输过程中需要分片，但其中的一个数据报未能及时到达终点，而终点组装IP数据报已超时，因而只能丢失该数据报；IP数据报已经到达终点，但终点的缓存没有足够的空间存放此数据报；数据报在转发过程中经过一个局域网的网桥，但网桥在转发该数据报的帧没有足够的差错空间而只好丢弃。8.23为什么在TCP首部中的最开始的4个字节是TCP端口号。解答：在ICMP的差错报文中要包含IP首部后面的8个字节的内容，而这里面有TCP首部中的源端口和目的端口。当TCP收到ICMP差错报文时需要用这两个端口来确定是哪条连接出了差错。8.24在什么条件下TCP会重传大量不必要的数据。解答：TCP必须维护一个重传定时器，以进行超时重传，若重传定时器所定间隔太短则可能导致大量不必要的重传。67 8.25主机A向主机B发送TCP报文段，首部中的源端口是m，目的端口是n。当主机B向主机A发送回信时，其TCP报文段的首部中源端口和目的端口分别是什么？解答：分别是n和m。8.26说明传输层中伪首部的作用解答：用于计算运输层数据报校验和。8.27端口的作用是什么？为什么端口要划分为两种？解答：端口是计算机与外部通信的途径，计算机需要它与外界进行沟通交流。服务器采用不同的端口提供不同的服务，因此只需要一个IP地址就可以接受不同的数据包。正因为有了端口，当一个数据包到达该计算机时，它才知道该把哪个数据包送到哪个服务程序去。因此通过不同端口，计算机与外界就可以进行互不干扰的通信。端口用于标志通信的进程，一方面，应用程序(进程)通过系统调用与选定的端口联编(或绑定)后，可接收从传输层经该端口传送的数据。另一方面，端口又是进程访问传输服务的入口点。在TCP/IP实现中，端口操作类似于一般的I/O操作，进程获取一个端口，相当于获取一个本地唯一的I/O文件，可用一般的读写原语访问。将端口分为以下两类(1) 保留端口(熟知端口)，(2) 自由端口。熟知端口号由因特网指派名字和号码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序固定使用的熟知端口，其数值一般为0～1023。自由用来随时分配给请求通信的客户进程。67 第9章互联网的应用习题参考答案9.1．因特网的DNS结构是怎样的？解答：因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字。因特网的域名结构为：。。。三级域名，二级域名，顶级域名每一级的域名都由英文字母（或中文汉字）和数字组成（不超过63个字符，且不区分大小写字母）。9.2．NFS的主要特点是什么？NFS与RPC有什么关系？解答：NFS可使本地计算机享受远地的共享资源，就像这些资源在本地一样，NFS允许应用进程打开一个远地文件，并能够在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据，这样，NFS可使用户只复制一个大文件中的一个小片段，而不需要复制整个大文件。NFS允许客户对文件进行加锁，当一个用户完成修改后就对文件解锁，从而使别的客户能够进行存取。NFS有三个独立的的组成部分，即NFS协议本身，通用的远程过程调用(RPC)和通用的外部数据表示(XDR)。这样做的好处是为了使其它软件也能使用RPC和XDR。RPC是实现NFS的基础，一旦配置了NFS，当本地计算机的客户进程调用一个远程过程时，RPC采用C/S模式，RPC自动收集参数值，形成一个报文，并将此报文发送到远程计算机的服务器，等待响应，最后在指定的一些参数中存储返回值。9.3．TELNET的主要特点是什么？什么是虚拟终端NVT？解答：TELNET是一个简单的远程终端协议，用户用TELNET就可在其所在地通过TCP连接登录到远地的另一个主机上。TELNET采用Ｃ/S模式。NVT是定义数据和命令怎样通过Internet使TELNET能够适应许多计算机和操作系统的差异。客户软件把用户的击键或命令（例如对于文本中一行的结束，有的用CR,有的用LF，还有的用CR-LF）转换成NVT格式，并送交服务器。9.4．简述E-mail的最主要组成部件。E-mail能否不使用用户代理？67 解答：E-mail的主要组成部件有：发送方用户代理，发送端邮件服务器，接收端邮件服务器，接收方用户代理。不能不适用用户代理，用户代理是一个在本地运行的程序，用于发送和接受邮件，包含以下功能：撰写，显示和处理等。9.5．URL的地址格式是怎么样?说明各部分的意思。解答：URL（统一资源定位符）的一般格式如下：:冒号左边是URL的访问方式，如http,ftp冒号右边表示资源的位置，其一般形式为：//[@]]][:][]9.6．简述SMTP通信过程。解答：SMTP的通信包括三个阶段：建立连接：SMTP客户每隔一定的时间对邮件缓冲区扫描一次，若发现邮件，就使用SMTP的25号端口与目的主机的SMTP服务器建立TCP连接。在建立连接后，SMTP服务器要发出信息“220serviceready”。然后SMTP客户向SMTP服务器发送hello命令，并附上发送方的主机名。此时SMTP服务器若可以接受邮件，则回答“250OK”，否则回答“421servicenotavailable”如果一定时间内发送不了邮件，则将邮件退还。邮件传送：邮件传送是从mail命令开始，后面是发信人的地址。下面跟着一个或多个RCPT命令，将统一邮件发送一个或者多个收信人，每发送一个命令，都应当有相应的信息从SMTP服务器返回。在下面是DATA命令，表示要开始传送邮件内容。连接释放：邮件发送完毕后，SMTP客户应发送OUT命令。SMTP服务器返回的信息是“221”，表示同意是释放TCP连接，邮件传送的全部过程结束。9.7．MIME与SMTP相比有何优点？解答：与SMTP相比，MIME解决了传送非ASCII码文件和非文字性附件（图像、视频、声音等）的问题。9.8．解释以下名词:解答：67 WWW：万维网（worldwideweb），是一种特殊的结构框架，它方便用户访问遍布在Internet网上数以万计的计算机上的链接文件，从而获得丰富多彩的信息。URL：统一资源定位符，可以用来从Internet上给任何可被访问的对象（文件、目录、文档、声音、图像）提供标志。URI：通用资源标志符，是互联网的一个协议要素，可以通过它来定位任何远程或本地可用资源。HTTP：超文本传送协议，面向事务的应用层协议，对域名服务器和分布式对象进行管理，支持传送任意类型对象，满足web服务器与客户之间的多媒体通信需要。FTP：文件传送协议，提供交换式的访问，允许客户指明文件类型与格式，并允许文件具有存储权限。HTML：超文本标记语言，制作标准化的万维网页面标准语言。浏览器：浏览器是指可以显示网页服务器或者文件系统的HTML文件内容，并让用户与这些文件交互的一种软件。超文本：超文本（Hypertext）是一些特殊的文字，当在这些文字上按下鼠标，就会通过链接跳转到其余的页面。而这个页面可能在本机上，也可能在其它的机器上。超链接：所谓的超链接是指从一个网页指向一个目标的连接关系，这个目标可以是另一个网页，也可以是相同网页上的不同位置，还可以是一个图片，一个电子邮件地址，一个文件，甚至是一个应用程序。9.9．假定一个超链接从一个万维网文档连接到另一个万维网文档时，由于万维网文档上出现了差错而使得链接指向一个无效的计算机名称，这时浏览器将向用户报告什么？解答：该网页无法显示。9.10．在浏览器中应当有几个可选的解释程序？试写出一些可选解释程序的名称。解答：一个浏览器可以包含一个或多个解释程序。最基本解释程序是HTML解释程序，用来显示静态或动态文档。还有Java解释程序，CGI解释程序等。9.11．电子邮件系统使用TCP传送邮件，为什么有时我们会遇到邮件发送失败的情况？为什么有时对方会收不到我们发送的邮件？解答：这是因为早发送邮件的过程中，可能出现没有找到收件人的地址；接收方的邮箱已满，没有足够的空间来接收新的邮件；找不到对方的邮件服务器或者ip地址等因素导致。9.12．分析RTP、RTCP和RSVP分别在多媒体通信中的作用。67 解答：RTP主要用于多媒体数据传输；RTCP主要用于统计、管理和控制RTP传输，两者协调工作，能显著提高网络实时数据的传输效率。RSVP是资源预留协议，它在多媒体业务流传送前先预约一定的网络资源，保证每一业务流都有足够的“独享”带宽，因而能够克服网络的拥塞和丢包，提高QoS性能。67 第10章无线网络技术习题参考答案10.1．WLAN有哪些特点？解答：（1）具有高移动性（2）抗干扰性强（3）安全性能强（4）扩展能力强（5）建网容易（6）组网速度快（7）开发运营成本低（8）受自然环境、地形及灾害的影响小10.2．常见的WLAN标准有哪些？在物理层各自采用何种调制技术？各自支持的最大数据传输速率又是多少？解答：WLAN标准物理层调制技术最大数据传输速率（Mb/s）IEEE802.11DSSS、FHSS1或2IEEE802.11bDSSS/CCK11IEEE802.11aOFDM54IEEE802.11gOFDM/CCK54HiperLANOFDM23.5HiperLAN2OFDM54BluetoothFHSS1HomeRFFHSS1HomeRF2FHSS10OpenAirFHSS1.6WidebandOpenAirFHSS1010.3．简述IEEE802.11b，IEEE802.11a，IEEE802.11g的异同点。67 解答：相同点：他们都属于IEEE802.11标准，采用相同技术的MAC层。不同点：各自的物理层的调制技术不同，最大的数据传输速率也不相同，如10.2答案的图表所示。10.4．简述无线局域网网卡的组成原理。解答：无线网卡是集微波收发，信号调制与网络控制于一体的网络适配器，除具有有线网卡的网络功能外，还有天线接口、信号的收发及处理、扩频调制等功能。它由一块专用的组件和大规模集成电路的电路板组成。其网络控制器实现CSMA/CA媒体访问控制、分组传输、地址过滤、差错控制及数据缓存功能。10.5．简述IEEE802.11的MAC帧格式及各字段意义。解答：IEEE802.11标准定义了MAC帧格式，如图所示：帧控制2字节持续时间/标志2字节地址16字节地址26字节地址36字节序列控制2字节地址46字节帧体帧校验4字节MAC帧中包括的主要的字段如下：帧控制（framecontrol）占2字节。该字段为在工作站之间发送的控制信息，在帧控制字段中定义了该帧是管理帧、控制帧还是数据帧。持续时间/标志（duration/ID）占2字节。大部分帧中，这个域内包括持续时间的信息。地址1、地址2、地址3、地址4均占6个字节。包含不同类型的地址，地址的类型取决于发送帧的类型。序列控制（sequencecontrol）占2字节。最左边的4位由分段号子字段组成，这个子字段标明一个特定的MSDU的分段号，后面的12位是序列号子字段。帧体（framebody）该字段信息取决于发送帧。字段的有效长度可变，为0----2312字节。10.6．IEEE802.16是什么标准？应用场合有哪些？解答：它是无限城域网的标准，旨在为固定集团用户提城域内的宽带、高质量的无线接入服务，并提供电信级的无线城域服务和QoS保证。10.7．IEEE802.16定义了哪两种系统结构？各自的组成和特点是什么？67 解答：（1）PMP（point-to-multipoint）结构,即由一个点控制多个点。（2）Mesh结构，是一种网状的多跳无线网状结构。10.8．简述IEEE802.16的MAC层中各子层的功能。解答：业务汇聚子层（CS）：将高层的不同的业务进行分类和映射，以便MACCPS根据不同的类型进行建立连接。MAC公共子层（MACCPS）：考虑如何和什么时候开始在信道中发送信息，如何为上层提供有质量保证的服务，如何解决宽带分配及竞争机制。安全子层（PS）：提供加密和认证功能，保证通信的安全性。10.9．IEEE802.16支持哪些业务类型？各业务类型的特点是什么？解答：标准中定义了5种不同的业务类型：　　非请求的带宽分配业务（UGS）：用于恒定的比特率连接，如T1／E1和没有静音压缩的VoIP。　　实时轮询业务（rtPS）：用于连接要求周期性的、可变比特率的连接，如MPEG。　　扩展的实时轮询业务（ertPS）：在rtPS基础上。802.16-2005协议针对实时轮询业务扩展了一种新的业务类型——ertPS。它融合了UGS和rtPS两者的高效性。　　非实时轮询业务（nrtPS）：BS不定期地为终端分配可变长度的上行带宽。支持对时延不敏感的非恒定速率的非周期性数据流业务，如FTP业务。尽力而为业务（BE）：尽可能利用空中资源传输数据，但不对高优先级的连接造成影响。支持没有最小速率限制的业务类型。10.10．简述IEEE802.20技术特点。解答：IEEE802.16的标准的特点包括：透明支持实时和非实时业务；始终在线连接；广泛的重用频率；支持在各种不同技术间漫游和切换，如从MBWA切换到WLAN；小区之间、扇区之间的无缝切换；支持空中接口的QoS与端到端核心网QoS保持一致；支持基于策略的QoS保证，支持多个MAC协议状态以及状态之间的快速转移；对上行链路和下行链路的资源分配；用户数据速率管理；支持与射频RF环境相适应的自动选择最佳用户数据速率；空中接口提供消息方式用于相互认证；允许与现存蜂窝系统的混合部署；空中接口的任何网络实体之间均为开放接口，从而允许服务提供商和设备制造商分离现实这些功能实体。67 第11章Adhoc网络技术习题参考答案11.1简述无线自组网、无线传感器网络和无线网格网之间的关系。解答：无线自组网（Adhoc）技术现在主要朝着两个方向发展：一是向军事和特定行业发展，这一方向渐渐衍生为无线传感器网络以及相关技术；另一个就是与民用的接入技术息息相关的无线网格网。而Adhoc网络是无线传感器网络和无线网格网的基础和前身。后两者的核心技术都基于Adhoc网络的原有技术以及自身应用特点加以发展而成。11.2简述平面结构的无线自组网的优点和局限性。解答：采用平面结构的Adhoc网络又称为对等式结构。其优点是网络结构中的任意两点间一般存在多条路径，能较好地实现负载平衡和最优化路由，从理论上说这种网络是不存在瓶颈的，比较健壮。此外，这种网络的节点的覆盖范围很小，相对比较安全。其缺点也较为突出，随着网络中的节点数目增多，特别是在节点大量移动的情况下，网络的控制开销将激增，伴随着路由中断、集中式的网络管理和控制难以实现的情况出现。此外，这种网络可扩充性较差，每个节点都需要知道到达其他所有节点的路由。综上所述，平面结构只适用于中小规模的Adhoc网络。11.3为什么无线自组网的协议栈要采用跨层设计？解答：在设计和研究Adhoc网络时，面临的主要困难是无线信道的带宽较窄和移动节点的电源受限，因此需要采用崭新的设计方法和协议来高效地使用有限的资源。而目前对Adhoc协议栈的研究是多方面的，而且立足点和出发点也不尽相同，若忽略了整体设计要求和各层协议之间的联系，研究的过程将收效甚微。其主要原因是Adhoc网络一般是为特定目的和场合而构建的，需要考虑大量的因素，如节点的数量、功率、移动速度及链路的带宽等，每种因素的影响却涵盖或跨越协议多层。因而需要一种能够在协议栈的多个层支持自适应和优化性能的跨层协议体系结构，并根据所支持的应用来设计系统，即采用基于应用和网络特征的跨层体系结构，以提供灵活性，并尽量满足系统的带宽和能量约束等条件。11.4什么叫做隐终端？隐终端会带来什么问题？67 解答：隐终端是指在接收节点的覆盖范围内而在发送节点覆盖范围外的节点。因为隐终端是无法感知到发送节点的发送“信号”的，而它与发送节点均向接收节点发送报文时就可能造成报文冲突。发生冲突后，一般会采用重传冲突报文的处理方法，这将直接导致信道利用率的降低。因此，对于Adhoc网络的信道接入协议而言，应尽量解决隐终端问题。11.5什么叫做分簇？分簇算法的目标是什么？解答：在网络规模较大并需要提供一定的QoS支持时，通常需要采用分级结构。这种结构就要通过将网络节点划分成若干个节点组，即簇来实现。每个簇中有一个（或多个）节点负责转发簇间数据，被称为簇头（节点），它可以指定产生，也可以根据某种选举算法产生。这种方式叫做分簇。对比Adhoc网络中的分级结构而言，采用了分簇方式可以大大减少路由开销，具有较好的网络可扩充性，网络中可以通过增加簇的个数或网络的级数来提高网络的容量，网络规模也不受限制，并且可以减少共享相同信道的节点的数目，从而降低碰撞概率。分簇算法是网络分簇的核心问题，不同的分簇算法具有不同的优化目标，包括最小化簇计算和维护开销、最小化簇头、最大化簇稳定性和最大化节点生存时间等。上述的各个目标之间可能存在矛盾，并且许多优化目标及其组合都是不确定性多项式(NondeterministicPolynomial,NP)完全问题，因此通常采用启发式的分簇算法来寻求次优解。11.6无线自组网的路由协议主要分为哪几类？解答：根据不同的角度可以对Adhoc网络路由协议提出不同的分类。如根据发现路由的驱动模式的不同，可分为表驱动路由协议(TableDrivenProtocol)和按需路由协议(Source-InitiatedOn-DemandProtocol)；根据网络拓扑结构的差异，又可以将它们分为平面结构的路由协议(FlatProtocol)和分簇路由协议(ClusteredProtocol)。11.7简述无线传感器网络的体系结构。解答：典型的传感器网络由传感器节点、接收发送器(也称为网关节点、Sink节点)、Internet或通信卫星、任务管理节点等部分构成。无线传感器网络中，一定数量的传感器节点被散布在需要感知和探测的区域内，网内的每个节点作为自主个体，能独立收集数据，然后通过“多跳”路由的方式在网内传输，直至传至Sink节点，最后由Sink节点将信息以有线／67 无线方式(与Internet或通信卫星相连)送至外界观察者。当然，Sink节点也可以以逆向形式将信息发送给网内各节点。11.8为什么要在无线传感器网络中实施时间同步？解答：无线传感器网络是一种典型的分布式系统。系统本身必须具有一种机制或过程，为分布式系统各模块提供一个统一时间标度(timescale)，使这些本地时钟再次达到相同的时间值，即实现时间同步。网内每个节点维护自身的计时器，而计时信号一般由廉价的晶体振荡器(简称晶振)提供。但晶振极易因各种因素的影响导致无线传感器网络节点时间失步。因而从无线传感器网络产生之初，时间同步便是其研究的一项重点内容。11.9无线传感器网络中基于距离的定位过程分为哪几步？简述各个步骤。解答：基于距离的定位机制是通过测量相邻节点间的实际距离或方位进行定位的方法。具体过程通常分为三个阶段：第一个阶段是测距阶段，未知节点首先测量到邻居节点的距离或角度，然后进一步计算到邻近信标节点的距离或方位，在计算到邻近信标节点的距离时，可以计算未知节点到信标节点的直线距离，也可以用二者之间的跳段距离作为直线距离的近似；第二个阶段是定位阶段，未知节点在计算出到达三个或三个以上信标节点的距离或角度后，利用三边测量法、三角测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标；第三个阶段是修正阶段，对求得的节点的坐标进行求精，提高定位精度，减少误差。11.10无线传感器网络数据管理系统与分布式数据库系统存在哪些主要区别？解答：无线传感器网络数据管理系统类似于分布式数据库系统，但与之也存在明显的差别。第一，无线传感器网络中节点自身能力十分有限且易失效，服务质量保证也极为有限。而分布式数据库系统则不必关心网络的细节，数据的管理和查询处理仅仅是计算机网络系统的某种特殊应用而已。第二，无线传感器网络数据管理系统将处理大量的、由传感器节点产生的分布式无线数据流。这是传统的数据库技术无法管理和处理的。第三，误差是无法避免的。第四，传感器节点能源有限。传感器网络数据管理系统需要尽量减少能源消耗，从而延长传感器网络的生命周期。第五，由于传感器网络资源的有限性，系统需要在查询结果的精度和查询所消耗的资源这两方面做出权衡。传统的数据库系统不具有这样的机制。67 第六，传感器网络产生的数据量与存储器容量之间的矛盾。同时，传统数据库系统的查询处理技术也不适合传感器网络，这也是无线传感器网络数据管理技术需要注意和解决的问题。11.11简述光纤光栅传感器的基本原理。解答：当一宽谱光源入射到光纤中后，经过光纤光栅会有预知波长的光返回，其他的光将透射。反射的中心波长信号与光栅周期和纤芯的有效折射率有关，所以当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力改变时，都会导致反射的中心波长的变化。也就是说，光纤光栅反射光中心波长的变化能反映了外界被测信号的变化情况，即被感知过程。11.12结合本章内容，思考并叙述某种传感器网络在实际中的应用及需要注意的问题。解答：（略）67 第12章下一代网络习题参考答案12.1什么是NGN？谈谈你对NGN的认识和思考。解答：NGN(NextGenerationNetwork)即下一代通信网络。它是以软交换为核心的，能够提供包括语音、数据、视频和多媒体业务的基于分组技术的综合开放的网络架构，代表了通信网络发展的方向。NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。是可以同时提供话音、数据、多媒体等多种业务的综合性的、全开放的宽频网络平台体系，至少可实现千兆光纤到户。NGN能在目前的网络基础上提供包括话音、数据、多媒体等多种服务，还能把现在用于长途电话的低资费IP电话引入本地市话，有望大大降低本地通话费的成本和价格。12.2NGN的主要特点和功能包括哪些方面？解答：ITU认为，NGN应具备以下功能：(1) 开发、部署和管理各种业务的能力。(2) 业务和网络的分离，使得网络和业务可以独立发展演进。(3) 各功能实体分布在现有网络或新网络之中，具有与现有网络互通的能力。(4) 支持现有的和NGN新增的多种终端。(5) 提供对现有语音业务向NGN过渡过程中所采用的关键技术的支持。(6) 支持通用移动性，具有用户接入的无关性和业务使用的一致性特点。根据可预见的未来业务发展的需要，NGN应具有以下特点：(1) 支持业务的多样化，包括话音、数据和多媒体业务。支撑宽范围的业务包括实时的、流的和非实时的业务及多媒体业务，同时应支持业务的个性化、移动性、开放性和灵活性。(2) 基于包的传送。(3) 承载能力与控制功能，呼叫-会晤分离，应用-业务分离。(4) 业务和网络松耦合并且提供开放的接口。(5) 具有端到端的宽带传送的能力。67 (6) 能与传统网配合。(7) 支持终端的移动性，满足日益增长的移动业务的需要。(8) 可方便管理、调度和维护。(9) 保证质量，并具有足够的安全性和可靠性。(10) 可持续发展。12.3从NGN的网络结构和协议，讨论NGN与传统网络的不同点。解答：NGN的总体架构可以从功能和地域两个维度进行描述：从功能角度，NGN分为传送层、承载层和业务层3层；从地域角度，可以将NGN分为骨干网、城域网、接入网和驻地网4个级别。NGN的目标是建设一个能够提供语音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目标，IETF、ITU-T制定并完善了一系列标准协议：H.248/Megaco、SIP、BICC、SIGTRAN、H.323等。12.4NGN实现的主要技术包括哪些？解答：NGN实现的主要技术包括：（1）软交换技术作为NGN的核心技术，软交换是一种基于软件的分布式交换和控制平台，实现端到端业务的交换。（2）高速路由／交换技术，高速路由器处于NGN的传送层，实现高速多媒体数据流的选路和交换，是NGN的交通枢纽。（3）大容量光传送技术，利用光传输网和光交换网络解决传输和高带宽交换问题。（4）宽带接入技术，利用宽带接入手段解决“最后一千米”的用户接入问题。12.5什么是软交换？它和传统意义上的交换技术有什么不同？基于软交换的组网技术有什么特点？解答：软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，可方便地在网络上快速提供新的业务。基于软交换的NGN组网主要有67 点对点直联组网方式和分级组网方式，其中点对点直联组网方式中，软交换系统之间点对点直联实现呼叫控制功能，其优点是网络结构简单；分级组网方中，软交换系统之间采用分级汇接媒体的控制是平坦的一个层次，根据需要将呼叫控制分层，分为接入层、本地交换层和高级汇接层。这样量大的媒体流走的是最短路由，呼叫控制分层使得网络组织清晰。这种组网方式适用于中国移动这样的大网。12.6NGN在其发展和技术实现中还有哪些重要的工作需要不断地研究和探索？你认为实现NGN的必要性和可行性如何？解答：需要进行两个方面的研究：软交换和NGI方面的研究，同时还需要开发与NGN发展有关的设备，如软交换、与软交换配套的媒体网关、IAD、应用服务器、终端设备，IPv6路由器、ASON设备等。NGN是传统电信技术发展和演进的一个重要里程碑。从网络特征和网络发展上看，它源于传统智能网的业务和呼叫控制相分离的基本理念，并将承载网络分组化、用户接入多样化等网络技术思路在统一的网络体系结构下实现。因此，准确地说NGN并不是一场技术革命，而是一种网络体系的革命。它继承了现有电信技术的优势，以软交换为控制核心、以分组交换网络为传输平台、结合多种接入方式（包括固定网、移动网等）的网络体系。NGN与现有技术相比具有明显的优势。67'