计算机网络课后习题答案.doc 77页

'w第一章1-01、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服务有两个：(1)、连通服务：指计算机网络使上网用户之间可以交换信息,好像这些用户的计算机可以彼此直接连通一样。(2)、资源共享：用户可以共享计算机网络上的信息资源、软件资源和硬件资源。1-02、试简述分组交换的要点。答：（1）分组传送：分组交换网以“分组”作为数据传输单元。在发送报文前，先将较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面，加上必要的控制信息组成的首部，构成分组，传送到接收端。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。（2）无连接：发送端在发送分组之前不必先建立连接，占用一条端到端的通信资源，而是在传输过程中一段段地断续占用通信资源，省去了建立连接和释放连接的开销，也使数据的传输效率更高。（3）存储转发：路由器收到一个分组时，先将分组放入缓存，再检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。这样一步一步地以存储转发的方式，把分组交付到最终的目的主机分组交换具有高效、灵活、迅速、可靠等优点，但也存产生增加了时延(排队）和传送开销（包头）等问题。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。1-03、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（规则流程）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。1-04、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？77 答：因为因特网正在改变着我们工作和生活的各个方面，它已经给很多国家（尤其是因特网的发源地美国）带来了巨大的好处，并加速了全球信息革命的进程。1-05、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：因特网的发展大致经历了三个阶段。第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。第一个分组交换网ARPANET最初是一个单个的分组交换网，1983年TCP/IP协议成为了ARPANET上的标准协议，使得所有用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。因特网诞生了。第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。1985年开始，因特网过渡到以美国国家科学基金会网络NSFNET为主要组成部分。该网络分为主干网、地区网和校园网三级，覆盖全美主要大学和研究所。第三阶段的特点是逐渐形成了多层次的ISP结构的因特网。1993年开始，NSFNET逐渐被若干个商用因特网主干网替代。用户可通过不同层次的ISP接入因特网。1-06、简述因特网标准制定的几个阶段。答：因特网的正式标准要经过以下四个阶段（1）因特网草案。因特网草案的有效期是六个月，在这阶段还不是RFC文档（2）建议标准。从这阶段开始就成为RFC文档。（3）草案标准。（4）因特网标准。1-07、小写和大写开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要的区别？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连而成的网络。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）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。（Internet是internet中的一个）1-08、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、不同作用范围的网络：（1）广域网WAN（wide)：广域网的作用范围通常为几十到几千公里。（2）城域网MAN(metropolitan)：城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5~50km。（3）局域网LAN(local)：局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，但地理上则局限在较小的范围（如1km左右）。（4）个人区域网PAN(personal)：个人区域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，其范围大约在10m左右。2、不同使用者的网络：（1）公用网：这是指电信公司出资建造的大型网络。（2）专用网：这是某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。3、用来把用户接入到因特网的网络接入网是用户与因特网连接的“桥梁”。1-09、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：主干网络一般是分布式的77 ，具有分布式网络的特点：其中任何一个结点都至少和其它两个结点直接相连；而本地接入网一般是集中式的，具有集中式网络的特点：所有的信息流必须经过中央处理设备（交换结点），链路从中央交换结点向外辐射。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/b+(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/b＜s1-11、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？它们的工作方式各有什么特点？答：（1）、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。在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式为客户服务器方式和对等方式。（2）、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）。核心部分主要通过路由器实现分组交换。1-13、客户服务器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：主要区别在于客户服务器描述的是进程之间的服务与被服务的关系，客户是服务请求方，服务器是服务；而对等通信方式并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件，就可以进行平等的、对等连接通信。77 相同的地方：客户服务器方式和对等通信方式都是端系统运行的程序之间的通信方式。对等连接方式从本质上看仍然是使客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。1-14、计算机网络有哪些常用的性能指标？答：（1）、速率。速率即数据传输速率，又称为数据率或比特率，指的是每秒传输的二进制比特数，速率的单位是b/s（也表示为bps），或kb/s,Mb/s,Gb/s等。（2）、带宽。带宽是数字信道所能传送的“最高数据率”，单位是“比特每秒”，或b/s(bps)，通常称为“传输带宽”。（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。（4）、时延。时延是指数据（一个报文或分组，甚至是比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。它包括：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。（5）、时延带宽积。时延带宽积是指一段链路最多可以容纳多少个比特。时延带宽积=传播时延´带宽。（6）、往返时间RTT。往返时间RTT表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认），总共经历的时间。（7）、利用率。利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。1-15、假定网络的利用率到达了90%。试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？答：D0/D=1-U=1-90%=0.1。D/D0=10。所以现在的网络时延是它的最小值的10倍。1-16、计算机通信网有哪些非性能特征？非性能特征与性能指标有什么区别？答：计算机通信网的非性能特征有：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。性能指标是从不同的方面来直接度量计算机网络的性能，而非性能特征虽然与性能指标有很大的关系，对计算机网络的性能也有很大的影响，但不是直接用来度量网络性能的。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。试计算以下两种情况的发送时延的传播时延：(1)数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。(2)数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。解：（1）发送时延：传播时延：（2）发送时延：77 传播时延：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）试计算当带宽为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传输的比特数。媒体长度l传播时延媒体中的比特数数据率=1Mb/s数据率=10Gb/s（1）0.1m4.35×10-10s4.35×10-44.35（2）100m4.35×10-7s0.4354.35×103（3）100km4.35×10-4s4.35×1024.35×106（4）5000km0.0217s2.17×1042.17×1081-19.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。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。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：因为分层可以带来很多好处：（1）各层之间是独立的。（2）灵活性好。（3）结构上可分割开。（4）易于实现和维护。（5）能促进标准化工作。类似目前实际生活中的电子商务模式网上商城（应用层）77 网站管理层（网站管理系统）服务器主机（服务平台）技术服务（技术支持）物流配送系统（货物及配送支持）1-21协议与服务有何区别？有何关系？答：1、协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。2、协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。1-22网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？答：网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。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响应。（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。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：因为协议必须保证数据在网络中能有条不紊地交换，而不允许出现死锁等现象，因此，协议不能假定一切都是正常的和非常理想的，不能只看在正常情况下是否正确，而是必须非常仔细地检查这个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2数据链路层3网络层4运输层数据链路层　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（useragent),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。77 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-effortdelivery.(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：例如：货车。只要装箱符合货柜车大细标准的,不管箱里装的是什么货物,都可以用货车来传输。1-26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everythingoverIP和IPovereverything的含义。答：everythingoverIP指IP协议可以为各式各样的应用提供服务。IPovereverything指允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。第二章2-01物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？77 答：（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，而专注于完成本层的协议与服务。　　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所采用。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新的物理层协议，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就开始使用“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，从PC机的键盘输入汉字，PC机产生输出的数字比特流。源点又称为源站，或信源。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。目的系统一般也包括以下两个部分：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数字比特流，然后把信息输出。终点又称为目的站，或信宿。在源系统和目的系统之间的传输系统可能是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。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：是运送信息的实体。信号：则是数据的电气的或电磁的表现。模拟数据：运送信息的模拟信号。模拟信号：连续变化的信号。基带信号：来自信源的信号。带通信号：经过载波调制后的信号。数字数据：取值为不连续数值的数据。数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。77 码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。串行传输：逐个比特按照时间顺序传输。并行传输：多个比特同时进行传输。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种意义。（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？奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别？答：1、数据在信号中的传输速率受以下两个因素限制：（1）信道能够通过的频率范围。（2）信噪比。2、信噪比不能任意提高。3、奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。4、数字信号由码元组成，码元携带一定的信息量。定义单位时间传输的码元数为码元速率，单位是码元/秒，又称波特率（Baud）。定义单位时间传输的信息量为信息速率，单位为比特 /秒，又称比特率。波特和比特是两个不同的概念，波特是码元传输速率的单位，说明每秒传输多少个码元，比特是信息两的单位。信息的传输速率“比特/每秒”一般在数量上大于码元的传输速率“码元/秒”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×nbit/s，但某些情况下，信息的传输速率“比特/每秒”在数量上小于码元的传输速率“码元/秒”，如采用内带时钟的曼切斯特编码，一半的信号变化用于时钟同步，另一半的信号变化用于信息二进制数据，码元的传输速率“码元/秒”是信息的传输速率“比特/每秒”的2倍。77 2-07、假定某信道受柰氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率(b/s)？答：把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，则每个码元可携带的信息量是4bit。所以可获得20000*log216=80000b/s的数据率。2-08、假定要用3kHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示？这个结果说明什么问题？）答：根据香农公式:C=w*log2(1+S/N)64Kb/s=3KHz*log2(1+S/N)得S/N=2642245所以信噪比=10*log10(S/N)=64.2dB这说明该电话信道是一个信噪比很高的信道。2-09、用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想使最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/N应增达到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比再增加到10倍，问最大信息速率能否增加20%？解：∵根据香农公式，C=W㏒2(1+S/N)b/s,∴可以算出在带宽为3100Hz，传输速率为35kb/s时，S/N=2502；当最大信息传输速率增加60%时，㏒2(1+S/N)=18.06，S/N=273274，所以S/N增加到109.22倍。当S/N增加到10倍时，C’=3100*㏒2(1+2732740)=3100*21.384=66290.5b/sC’/C=（3100*21.384)/（3100*18.06）=1.184，因此，最大信息率增加了18.4%，不能达到20%。2-10、常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？（1）双绞线：分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。由两根相互绝缘的导线组成。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，有效带宽达250KHz，通信距离一般为几到十几公里。导线越粗其通信距离越远。在数字传输时，若传输速率为每秒几兆比特，则传输距离可达几公里。一般用作电话线传输声音信号。虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。　　（2）同轴电缆：分基带同轴电缆和宽带同轴电缆，其结构是在一个包有一层绝缘的实心导线外，再套上一层外面也有一层绝缘的空心圆形导线。由于其高带宽（高达300～400Hz）、低误码率、性能价格比高，所以用在LAN中，同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不同而不同，由于易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。　　（3）光缆：以光纤作为载体，利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、重量轻；传输频带宽、通信容量大；抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好，误码率低。但光电接口的价格较昂贵。光纤被广泛用于电信系统铺设主干线。（4）无线信道：分地面微波接力通信和卫星通信。其主要优点是频率高，频带范围宽，通信信道的容量大；信号所受工业干扰较小，传输质量高，通信比较稳定；不受地理环境的影响，建设投资少、见效快。缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播，传输距离受到限制，一般只有50Km，隐蔽性和保密性较差。卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距离无关，但传播时延较大，技术较复杂，价格较贵。77 2-11、假定有一种双绞线的衰减0.7dB/km（在1kHz时），若容许有20dB的衰减，试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长？如果要使这种双绞线的工作距离增大到100公里，问应当使衰减降低到多少？答：（1）、工作距离d=20/0.7=28.6km。（2）、若工作距离增大到100km，则衰减应降低到20dB/100km=0.2dB/km。2-12试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm至1600nm之间的光波的频带宽度。假定光在光纤中的传播速度为2*108m/s。答：1200nm到1400nm：带宽=（2*108）/(1200*10-9）-（2*108）/(1400*10-9）=23.8THz1400nm到1600nm：带宽=（2*108）/(1400*10-9）-（2*108）/(1600*10-9）=17.86THz2-13、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：1、原理有两点：（1）、通信工程中用于通信线路架设的费用相当高，人们需要充分利用通信线路的容量；（2）、无论在广域网还是局域网中，传输介质容量往往都超过了单一信道传输的通信量。为了充分利用传输介质，所以要使用信道复用技术。2、常用的信道复技术有：频分复用技术和时分复用技术。2-14试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48答：FDM(frequencydivisionmultiplexing)：频分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)：时分复用STDM(StatisticTimeDivisionMultiplexing)：统计时分复用WDM(WaveDivisionMultiplexing)：波分复用DWDM(DenseWaveDivisionMultiplexing)：密集波分复用CDMA(CodeWaveDivisionMultiplexing)：码分复用SONET(SynchronousOpticalNetwork)：同步光纤网SDH(SynchronousDigitalHierarchy)：同步数字系列STM-1(SynchronousTransferModule)：第1级同步传递模块OC-48(OpticalCarrier)：第48级光载波2-15、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互相干扰？这种复用方法有何优缺点？答：1、由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型。2、优点：（1）系统容量大（2）系统容量的配置灵活（3）通话质量更佳（4）频率规划简单。（5）建网成本低（6）更高的数据传输可靠性。77 2-16共有四个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为A：（－1－1－1＋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S：（－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是0还是1？答：S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A发送1S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B发送0S·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12-17、试比较xDSL，HFC以及FTTx接入技术的优缺点。2-18、为什么在ADSL技术中，在不到1MHz的带宽中却可以传送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。答：（1）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。（2）把数据链路层做成可靠的链路层，也就是使数据传输无比特差错和无传输差错。这使接收端数据链路层接受的帧均无差错，并且接收的帧与发送端发送的帧完全相同，即不出现帧丢失、帧重复、帧失序等现象，这可大大减少上层的工作量，提高上层的工作效率。但由于实现这些功能，必须增加帧编号、确认和重传机制，这无疑增加了数据链路层的功能，降低了通信的效率，这代价太大，往往得不偿失。3-03、网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？答：网络适配器的作用是：（1）、进行数据串行传输和并行传输的转换。（2）、具有数据缓存的功能，缓解网络上的数据率与计算机总线上的数据率的不同。（3）、丢弃有差错的帧，把收到正确的帧交付给协议栈中的网络层。（4）、把IP数据报组装成帧发送到局域网。77 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？答：1、关于帧定界问题，为了使传输中发生差错后只将出错的有限数据进行重发，数据链路层将比特流组织成以帧为单位传送。帧的组织结构必须设计成使接收方能够明确地从物理层收到的比特流中对其进行识别，即能从比特流中区分出帧的起始与终止。2、关于透明传输问题，当所传数据中的比特组合恰巧出现了与某一个控制信息完全一样时，必须有可靠的措施，使接收方不会将这种比特组合的数据误认为是某种控制信息。3、实际的通信链路都不会是理想的，因此比特在传输过程中会出现差错，为了保证数据传输的可靠性，必须采用差错检测措施，让接收方可以检测出有差错的帧并丢弃它，只接收正确的帧。3-05、如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：如果在数据链路层不进行帧定界，接收方将不知道数据帧从何开始，从何结束，这将发生帧数据错误，造成数据混乱，最终导致通信失败。3-06、PPP的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？答：1、PPP协议的特点：（1）、PPP即支持异步链路（无奇偶检验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。（2）、PPP具有简单性与透明性。（3）、PPP在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议（如IP和IPX等）。（4）、PPP支持各种类型的链路（串行的或并行的、低速或高速的等）（5）、PPP具有差错检测功能，是Internet的标准协议。2、因为为了使协议简单，PPP不使用帧的编号。3、PPP适用在线路质量不太差的情况下。4、因为要可靠传输则必须提供纠错功能，而在数据链路层进行纠错的代价太高，通常得不偿失。另外在TCP/IP族中，可靠传输由运输层的TCP协议负责，所以PPP协议不需要保证可靠传输。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？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？答：添加的检验序列为1110（11010110110000除以10011）数据在传输过程中最后一个1变成了0，11010110101110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0，11010110001110除以10011，余数为101，不为0，接收端可以发现差错。77 采用CRC检验后，数据链路层的传输并不是就变成了可靠的传输，因为可靠传输不仅包括无差错传输，而且还包括无传输差错，采用CRC检验后，只是实现了无差错传输，而要实现无传输差错则必须增加纠错功能。所以并没有变成可靠的传输。3-08、要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式是P（X）=X3+1。试求应添加在数据后面的余数。答：数据后面的余数为011（101110000除以1001）。3-09、一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？P75答：7EFE277D7D657E3-10、PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？答：011011111011111000。00011101111111111110。3-11、试分别讨论以下各种情况在什么条件下是透明传输，在什么条件下不是透明传输。（提示：请弄清什么是“透明传输”，然后考虑能否满足其条件。）（1）普通的电话通信。（2）电信局提供的公用电报通信。（3）因特网提供的电子邮件服务。答：（1）由于电话系统的带宽有限，而且还有失真，因此电话机两端的输入声波和输出声波是有差异的。在“传送声波”这个意义上讲，普通的电话通信并不是透明传输。但对“听懂说话的意思”来讲，则基本上是透明传输。但也有时个别语音会听错，如单个数字1和7。这就不是透明传输。（2）、一般说来，由于电报通信的传输是可靠的，接收的报文和发送的报文是一致，因此应当是透明传输。但如果有人到电信局发送“1849807235”这样的报文，则电信局会根据有关规定拒绝提供电报服务（电报通信不得为公众提供密码通信服务）。因此，对于发送让一般人看不懂意思的报文，现在的公用电报通信则不是透明通信。（3）、一般说来，电子邮件是透明传输。但有时不是，因为国外有些邮件服务器为了防止垃圾邮件，对来自某些域名（如.cn）的邮件一律阻拦掉。这就不是透明传输。有些邮件的附件是收件人的电脑上打不开。这也不是透明传输。3-12、PPP协议的工作状态有哪几种？当用户要使用PPP协议和ISP建立连接进行通信需要建立哪几种连接？每一种连接解决什么问题？答：1、PPP协议的工作状态包括：链路静止、链路建立、鉴别、网络层协议、链路打开、链路终止。2、需要建立3种连接：（1）、物理层连接：建立一条从用户PC机到ISP的物理连接。（2）、数据链路层连接：通过LCP协议协商配置选项，包括配置链路上的最大帧长、所使用的鉴别协议的规约、以及不使用PPP帧中的地址和控制字段。（3）、网络层连接：NCP根据网络层的不同协议互相交换网络层特定的网络控制分组，完成网络层配置。77 3-13、局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？答：局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络。从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：①共享传输信道。在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上。②地理范围有限，用户个数有限。通常局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，如一座楼或集中的建筑群内。一般来说，局域网的覆盖范围约为10m～10km内或更大一些。③传输速率高。局域网的数据传输速率一般为1～100Mbps，能支持计算机之间的高速通信，所以时延较低。④误码率低。因近距离传输，所以误码率很低，一般在10-8～10-11之间。⑤多采用分布式控制和广播式通信。在局域网中各站是平等关系而不是主从关系，可以进行广播或组播。从网络的体系结构和传输控制规程来看，局域网也有自己的特点：①低层协议简单。在局域网中，由于距离短、时延小、成本低、传输速率高、可靠性高，因此信道利用率已不是人们考虑的主要因素，所以低层协议较简单。②不单独设立网络层。局域网的拓扑结构多采用总线型、环型和星型等共享信道，网内一般不需要中间转接，流量控制和路由选择功能大为简化，通常在局域网不单独设立网络层。因此，局域网的体系结构仅相当与OSI/RM的最低两层。③采用多种媒体访问控制技术。由于采用共享广播信道，而信道又可用不同的传输媒体，所以局域网面对的问题是多源、多目的的链路管理。由此引发出多种媒体访问控制技术。因为：（1）、局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，用户个数少，广播的通信量少，而广域网范围广，用户多，如果采用广播，则会产生巨大的通信量。（2）、基于安全性问题，广域网如果采用广播，数据安全性低。（3）、局域网主要是工作于数据链路层，所以存在广播信息。广域网主要是工作于网络层，基于IP上的路由技术。3-14、常用的局域网的网络拓扑有哪些种类？现在最流行的是哪种结构？为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构，但现在却改为使用星形拓扑结构？答：常用的局域网的网络拓扑有星形网、环形网、总线网、树形网。现在最流行的是星形结构。因为当时很可靠的星形拓扑结构较贵。人们都认为无源的总线结构更加可靠。但实践证明，连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障，而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星形结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都使用星形结构的拓扑。3-15、什么叫做传统以太网？以太网有哪两个主要标准？77 答：传统以太网是指最早流行的10Mb/s速率的以太网。两个主要标准指：DIXEthernetV2和IEEE802.33-16、数据率为10Mb/s的以太网的码元传输速率是多少？答：码元传输速率即为波特率。10Mb/s以太网使用曼彻斯特编码，这就意味着发送的每一位都有两个信号周期，因此波特率是数据率的两倍，即20M波特。3-17、为什么LLC子层的标准已制定出来了但现在却很少使用？答：因为早期IEEE802委员会未能形成一个统一的局域网标准，而是被迫制定了几个不同的局域网标准，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，就把局域网的数据链路层拆成逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。但到了20世纪90年代后，激烈竞争的局域网市场逐渐明朗。以太网在局域网市场中已取得了垄断地位，并且几乎成为了局域网的代名词。而且因特网发展很快而TCP/IP体系经常使用的局域网只剩下DIXEthernetV2而不是IEEE802.3标准中的局域网，因此现在IEEE802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC已经很少使用了。3-18、试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。答：“10”代表10Mb/s的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T代表双绞线。3-19、以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分利用TDM相比优缺点如何？答：从网络上负载轻重、灵活性以及网络效率等方面进行比较。网络上的负荷较轻时，CSMA/CD协议很灵活。但网络负荷很重时，TDM的效率就很高。由于计算机数据是突发性质的，TDM会浪费信道3-20、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。答：对于1km电缆，单程端到端传播时延为：τ=1÷200000=5×10-6s=5μs，端到端往返时延为：2τ=10μs为了能按照CSMA/CD工作，最小帧的发送时延不能小于10μs，以1Gb/s速率工作，10μs可发送的比特数等于：10×10-6×1×109=10000bit=1250字节。3-21、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：比特时间是一种时间单位，它与数据率密切相关，1比特时间表示发送1比特所需的时间。好处：与数据率密切相关，它能更直观，更准确地表示时间。假设数据率是10Mb/s，则100比特时间等于10us。77 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。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？答：在10Mb/s以太网中，争用期为51.2us。则需要等待51.2us*100=5.12ms在100Mb/s以太网中，争用期为5.12us。则需要等待5.12us*100=512us3-23、公式(3-3)表示，以太网的极限信道利用率与连接在以太网的站点数无关。能否由此推论出：以太网的利用率也与连接在以太网上的站点数无关？请说明你的理由。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。这两个站点之间的传播时延为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所发送的帧不会和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：在MAC帧前面增加8字节的同步码和帧定界符，则发送以太网最短帧需要：（64+8）×8=576比特时间设t=0时A开始发送，那么在t=576比特时间，A发送完毕。当t=225比特时间时，B可以检测出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生碰撞了。即如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么就能够肯定A所发送的帧不会与B发送的帧发生碰撞。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=225比特时间，A和B同时检测到发生碰撞，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重传的数据帧在何时到达B？A重传的数据会不会在和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=225比特时间，A和B都检测到碰撞。t=225+48=273比特时间，A和B结束干扰信号的发送。t=273+225+96=594比特时间，A开始发送。t=273+512=785比特时间，B再次检测信道。如空闲，则B在785+96=881比特时间发送数据。否则再退避。(10M以太网争用期：512比特时间，51.2us)A重传的数据在594+225=819比特时间到达B，B先检测到信道忙，因此B在预定的881比特时间停止发送数据。3-26假定一个以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了冲突。于是按二进制指数类型退避算法进行重传。重传次数记为i，i=1,2,3,⋯。试计算第1次重传失败的概率、第2次重传失败的概率、第3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。答：77 将第i次重传失败的概率记为Pi，显然第一次重传失败的概率为0.5，第2次重传失败的概率为0.25，第3次重传失败的概率为0.125。平均重传次数I＝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，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网络，其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网。局域网80%通信量、因特网20%通信量意味着流量大部分在本地各结点间交换，局域网20%通信量、因特网80%通信量意味着流量大部分在因特网与本地结点间交换、而本地结点之间很少交换。以太网交换机各端口都是独享带宽的，因特网会接在以太交换机的一个端口上，显然，以太网交换机用在后者的网络中（其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网）更适合，保证了因特网方向的大流量，否则若使用了集线器，要和局域网端口竞争、共享介质，保证不了大流量。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以太网集线器；（2）10站点连接到一个100Mbit/s以太网集线器；（3）10个站点连接到一个10Mbit/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。3-29、10Mb/s以太网升级到100Mb/s和1Gb/s时，需要解决哪些技术问题？为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？答：欲保持10M，100M，1G的MAC77 协议兼容，要求最小帧长的发送时间大于最长的冲突检测时间，因而千兆以太网采用载波扩充方法。而且为了避免由此带来的额外开销过大，当连续发送多个短帧时采用帧突发技术。而100M以太网采用的则是保持帧长不变但将最大电缆长度减小到100m。其它技术改进：（1）采用专用的交换集线器，缩小冲突域（2）发送、接收、冲突检测传输线路独立，降低对媒体带宽要求（3）为使用光纤、双绞线媒体，采用新的信号编码技术因为：（1）以太网是可扩展的（从10Mb/s到10Gb/s）。（2）以太网是灵活的（多种媒体、全/半双工、共享/交换）。（3）以太网易于安装。（4）以太网稳健性好。3-30、以太网交换机有何特点？用它怎样组成虚拟局域网？答：特点：以太网交换机实质就是一个多端口的的网桥，它工作在数据链路层上。每一个端口都直接与一个主机或一个集线器相连，并且是全双工工作。它能同时连通多对端口，使每一对通信能进行无碰撞地传输数据。在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽。以太网交换机支持存储转发方式，而有些交换机还支持直通方式。但要应当注意的是：用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段（减少了冲突域），但同一台交换机的各个网段仍属于同一个广播域。因此，在需要时，应采用具VLAN能力的交换机划分虚拟网，以减少广播域（802.1q协议）3-31、网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？答：网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先暂存在其缓冲中。若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。若该帧出现差错，则丢弃此帧。网桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太大的局域网不适合。网桥与转发器不同，（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；（2）网桥不像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；（3）转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法；（4）网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效率并连接不同MAC子层和不同速率局域网的作用。以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2-4个端口；它们都工作在数据链路层；网桥的端口一般连接到局域网，而以太网的每个接口都直接与主机相连，交换机允许多对计算机间能同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥，连到交换机上的每台计算机就像连到网桥的一个局域网段上。网桥采用存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转发。以太网交换机采用了专用的交换机构芯片，转发速度比网桥快。3-32、图3-35表示有五个站分别连接在三个局域网上，并且用网桥B1和B2连接起来。每一个网桥都有两个接口（1和2）。在一开始，两个网桥中的转发表都是空的。以后有以下各站向其他的站发送了数据帧：A发送给E，C发送给B，D发送给C，B发送给A。试把有关数据填写在表3-2中。77 B2B1ABCLAN1接口1LAN212DELAN32MAC2MAC1MAC5MAC4MAC3图3-35习题3-32的图答：发送的帧B1的转发表B2的转发表B1的处理的(转发?丢弃?登记?)B2的处理的(转发?丢弃?登记?)地址端口地址端口A →EMAC11MAC11转发，写入转发表转发，写入转发表C→BMAC32MAC31转发，写入转发表转发，写入转发表D→CMAC42MAC42写入转发表，丢弃不转发转发，写入转发表B→AMAC21写入转发表，丢弃不转发接收不到这个帧3-33、网桥中的转发表是用自学习算法建立。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：不发送数据，在转发表中就没有响应的项目。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（靠广播发送）。第四章4-01、网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。答：网络层向上提供虚电路服务和数据报服务。虚电路服务和数据报服务的优缺点：从占用通信子网资源方面看：虚电路服务将占用结点交换机的存储空间，而数据报服务对每个其完整的目标地址独立选径，如果传送大量短的分组，数据头部分远大于数据部分，则会浪费带宽。从时间开销方面看：虚电路服务有创建连接的时间开销，对传送小量的短分组，显得很浪费；而数据报服务决定分组的去向过程很复杂，对每个分组都有分析时间的开销。77 从拥塞避免方面看：虚电路服务因连接起来的资源可以预留下来，一旦分组到达，所需的带宽和结点交换机的容量便已具有，因此有一些避免拥塞的优势。而数据报服务则很困难。从健壮性方面看：通信线路的故障对虚电路服务是致命的因素，但对数据报服务则容易通过调整路由得到补偿。因此虚电路服务更脆弱。4-02、网际互连有何实际意义？进行网际互连时，有哪些共同的问题需要解决？答：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：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。交换机和路由器：相同之处：都是存储转发设备，都能转发分组，扩大网络的范围不同之处：（1）路由器连接两个不同的网络，隔离了广播域，是网络层设备。交换机连接的两个网段在一个网络中，它只隔离网段的碰撞域，是数据链路层设备。（2）交换机还有直通（cut-through）转发方式（3）路由器中维护路由表，转发表，完成分组的转发。路由表是多个路由器相互交换路由信息，并根据路由选择算法，得出整个网络的拓扑变化情况，并由此构造出路由表，路由表包含从目的网络到下一跳的映射。路由器中的转发表是由路由表而来，包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息（如下一跳的以太网地址）的映射。交换机中只维护转发表，转发表是根据自学习而来的，里面包含目的主机的MAC地址，和端口的映射信息。对于源和目的是不同端口的帧才转发，可过滤通信量。（4）交换机是即插即用的设备，而路由器不是。(5)经过交换机转发的帧不变，而经过路由器转发的帧，源MAC地址和目的MAC地址都有变化。4-04试简单说明下面协议的作用：IP，ARP，RARP和ICMP。答：IP:网际协议，它是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，IP协议构造了一个虚拟的互连网络，使各种异构的物理网络在网络层看来像是一个统一的网络，并使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。77 ARP:地址解析协议，解决了同一局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。由IP地址解析成硬件地址。RARP:逆地址解析协议，将物理地址解析成IP地址。ICMP:网际控制报文协议，在IP数据报传送过程中，允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告4-05、IP地址分为几类？各如何表示？IP地址的主要的特点是什么？0Net-idHost-id答：IP地址共分5类，分类情况如下所示：A类10Net-idHost-idB类1110组播地址110Net-idHost-idC类D类11110保留为今后使用E类IP地址是32位地址，其中分为net-id(网络号)，和host-id(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（net-id）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中的各项数据网络类别最大网络数第一个可用的网络号最后一个可用的网络号每个网络中的最大主机数A12611261677721477 B16384128.0191.25565534C2097152192.0.0223.255.255254解：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地址与物理地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？答首部应用层数据首部首部尾部TCP数据报IP数据报MAC桢网络层及以上使用IP地址链路层及以下使用硬件地址如上图所示，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。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。77 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：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，比如说，我们学校都是8230开头的。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255.255.255.0代表什么意思？（2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，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255.255.240.0。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255.255.0.255，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是C2.2F.14.81，试将其转换为点分十进制的形式。这个地址是哪一类的IP地址？（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？答：(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)255.255.255.248化成二进制序列为：11111111111111111111111111111000，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255.255.255.0；但是子网的数目不一样，前者为65534，后者为254.(4)最多可有2^14-2=4094个（不考虑全0和全1的主机号）。(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.255.255.0.255变成二进制形式是：11111111111111110000000011111111.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)用二进制表示成：11000010.00101111.00010100.10000001。194.47.20.129。从二进制头3位110得知是C类地址。(7)有意义，可以提高网络利用率。4-10．辨认以下IP地址的网络类别。(1)128.36.199.3B类网(2)21.12.240.17A类网(3)183.194.76.253B类网(4)192.12.69.248C类网(5)89.3.0.1A类网(6)200.3.6.2C类网4-1177 IP数据报中的首部校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：好处是数据报每经过一个结点，结点只检查首部的数据和，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，即使数据出错也没法得知，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：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4-54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）。45028100417首部检验和(待计算后写入)10.12.14.512.6.7.9图4-54习题4-13的图答：把IP数据报首部划分为16位字的序列，并把检验和字段置0，即：0100010100000000000000000001110000000000000000010000000000000000000001000001000100000000000000000000101000001100000011100000010100001100000001100000011100001001用反码算术运算相加，得0111010001001110，取反码得10001011101100014-14、重新计算上题，但使用十六进制运算方法（第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。答：十六进制序列为：4500001C00010000041100000A0C0E050C0677 0709用反码算术运算相加，得744E，取反码得8BB1用十六进制计算比较容易。4-15、什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？答：最大传送单元是帧格式中的数据字段的最大长度。它和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，即通过了一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。答：前一种方法对于所传数据报来讲仅需要进行一次分片一次组装，用于分片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。后一种方法分片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用于分片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。另外，在目的机重组的分片处理叫不透明分片。在网关重组的分片处理叫透明分片。两者特点的比较如下：不透明分片：透明分片：主机负担增加网关分片重组，开销增大分片后经过更大MTU网络，带宽浪费合理利用带宽分片后，附加信息开销增大一个分组的所有分片，走相同的路径，丧失性能网上分组增多易丢失4-17．一个3200bit长的TCP报文传到IP层，加上160bit的首部后成为数据报。下面的互联网有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1200bit。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得见的数据）？答:第二个局域网分片应分为:[3200/（1200-160）]=44片的首部共为:160*4=640bit则总共要传送的数据共3200+640=3840bit.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高速缓冲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目的IP地址解析为相应的硬件地址）。77 答：（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）、当网络中某个IP地址和硬件地址的映射发生变化时，ARP高速缓存中的相应的项目就要改变。例如，更换以太网网卡就会发生这样的事件。10—20分钟更换一块网卡是合理的。超时时间太短会使ARP请求和响应分组的通信量太频繁，而超时时间太长会使更换网卡后的主机迟迟无法和网络上的其他主机通信。（3）、在源主机的ARP高速缓存中已经有了该目的IP地址的项目；源主机发送的是广播分组；源主机和目的主机使用点对点链路。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数据报的发送过程中总共使用了几次ARP？答：6次，主机A用一次，每一个路由器各使用一次。4-20、设某路由器建立了如下路由表：目的网络子网掩码下一路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现共收到5个分组，其目的地址分别为：(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试分别计算其一跳。答：路由表的查找原则是将目的IP地址与路由表中第一表项的子网掩码相与，如果结果与该表项的目的网络相等，则按该表项中的下一跳所指转发。否则与第二表项的子网掩码相与，如此下去，如果所有表项均不匹配，则按默认路由转发。因而检测表中第i项的计算过程可表示为：if((Mask[i]&D)==Destination[i])forwardingtoNextHop[i];（1）：128.96.39.10&255.255.255.128==128.96.39.0，与第一条表项匹配，按下一跳所指接口0转发。（2）：128.96.40.12&255.255.255.128==128.96.40.0，与前两条表项不匹配，与第三条表项匹配，按下一跳R2转发。（3）：128.96.40.151&255.255.255.128==128.96.40.128，与前三条表项不匹配；128.96.40.151&255.255.255.192==128.96.40.128，与第四条表项也不匹配；最终按默认路由表项转发到下一跳R4。（4）：192.4.153.17&255.255.255.128==192.4.153.0，与前三条表项不匹配；192.4.153.17&255.255.255.192==192.4.153.0，与第四条匹配，按下一跳R3转发。（5）：192.4.153.90&255.255.255.128==192.4.153.0，与前三条不匹配；77 192.4.153.90&255.255.255.192==192.4.153.64,与第四条表项也不匹配；最终按默认路由表项转发到下一跳R4。4-21．某单位分配到一个B类地址，其net-id为129.250.0.0。该单位有4000多台机器。分布在16个不同的地方。如选用子网掩码为255.255.255.0，试给每一个地点分配一个子网掩码，并算出每个地点主机号码的最大值和最小值。答：该单位机器分布在16个不同的地方，其子网号为4位即可，但题中选用子网掩码为255.255.255.0，故子网号为8位，则各个子网内主机号由8位表示。其最大值为255，最小值为0。根据题中所给信息，可知对于这样一个B类地址，可以有28个子网号，每个子网中可以包含28（256）个主机。题目中要求4000多台机器分布在16个不同的地点，故，可以从256个子网号中任意选16个作为这16个地方的子网号。分配如下：子网号子网网络号主机号码最小值主机号码最大值1(00000001)192.250.1.0192.250.1.1192.250.1.2542(00000010)192.250.2.0192.250.2.1192.250.2.2543(00000011)192.250.3.0192.250.3.1192.250.3.2544(00000100)192.250.4.0192.250.4.1192.250.4.2545(00000101)192.250.5.0192.250.5.1192.250.5.2546(00000110)192.250.6.0192.250.6.1192.250.6.2547(00000111)192.250.7.0192.250.7.1192.250.7.2548(00001000)192.250.8.0192.250.8.1192.250.8.2549(00001001)192.250.9.0192.250.9.1192.250.9.25410(00001010)192.250.10.0192.250.10.1192.250.10.25411(00001011)192.250.11.0192.250.11.1192.250.11.25412(00001100)192.250.12.0192.250.12.1192.250.12.25413(00001101)192.250.13.0192.250.13.1192.250.13.25414(00001110)192.250.14.0192.250.14.1192.250.14.25415(00001111)192.250.15.0192.250.15.1192.250.15.25416(00010000)192.250.16.0192.250.16.1192.250.16.2544-22、一个数据报长度为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？各数据报片的数据长度、片偏移字段和MF标志应为何值？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4000398000数据报片11500148010数据报片2150014801185数据报片31040102003704-23、分两种情况（使用子网掩码和使用CIDR）写出因特网的IP层查找路由的算法。77 答：使用子网掩码因特网的IP层查找路由的算法如下：（1）从收到的数据报的首部提取目的IP地址D。（2）先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位相“与”（AND操作），看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则把分组进行直接交付（当然还需要把D转换成物理地址，把数据报封装成帧发送出去），转发任务结束。否则就是间接交付，执行（3）。（3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（4）。（4）对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址），用其中的子网掩码和D逐位相“与”（AND操作），其结果为N。若N与该行的目的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行（5）。（5）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由；否则，执行（6）。（6）报告转发分组出错。使用CIDR因特网的IP层查找路由的算法如下：CIDR一般是把路由表存放在一棵二叉线索树。它根据每一个IP地址的唯一前缀构造这棵二叉线索树，唯一前缀从左到右的比特值决定了从根节点逐层向下层延的路径，左子树为0，右子树为1，最后在叶子节点包含所对应的网络前缀、子网掩码和下一跳。当要查找某个IP地址时，从IP地址最左边查起，当搜索到一个叶节点时，就将该IP地址和叶节点的子网掩码进行逐位“与”运算，如果结果与对应的网络前缀相匹配，就按下一跳的接口转发该分组。否则，就丢弃该分组。4-24、试找出可产生以下数目的A类子网的子网掩码（采用连续掩码）（1）2，（2）6，（3）20，（4）62，（5）122，（6）250答：（3）20+2=22<25（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255.248.0.0。依此方法：（1）255.192.0.0，（2）255.224.0.0，（4）255.252.0.0，（5）255.254.0.0，（6）255.255.0.04-25、以下有四个子网掩码，哪些是不推荐使用的？（1）176.0.0.0，（2）96.0.0.0，（3）127.192.0.0，（4）255.128.0.0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。212.56.132.0/24，212.56.133.0/24。212.56.134.0/24，212.56.135.0/24答：212=（11010100）2，56=（00111000）2132=（10000100）2，133=（10000101）2134=（10000110）2，135=（10000111）277 所以共同的前缀有22位，即1101010000111000100001，聚合的CIDR地址块是：212.56.132.0/224-27、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：11010000100208.130.28/22的前缀为：1101000010000010000101，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。（思路：先画出与路由器直连的网络）表4-12习题4-28中路由器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/26140.5.12.64180.15.2.5M2/24130.5.8.0190.16.6.2M1/16110.71.0.0---M0/16180.15.0.0---M2/16190.16.0.0---M1默认默认110.71.4.5M0190.16.6.2未知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。180.15.2.5140.5.12.64/26因特网的其他部分110.71.0.0/16180.15.2.5130.5.8.0/24190.16.0.0/16R1m1m0m2180.15.0.0/16110.71.4.5未知180.15.2.577 4-29、一个自治系统有5个局域网，其连接如图7-41所示，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）。LAN4，3台主机LAN3，150台主机LAN2，91台主机LAN5，15台主机LAN1（按照主机数目由大到小分配）答：对LAN3，主机数150，（27-2）<150+1<（28-2），所以主机位为8bit，网络前缀为24，分配地址块30.138.118.0/24。（第24位为0）对LAN2，主机数91，（26-2）<91+1<（27-2），所以主机位为7bit，网络前缀为25，分配地址块30.138.119.0/25。（第24，25位10）对LAN5，主机数为15，（24-2）<15+1<（25-2），所以主机位为5bit，网络前缀27，分配的地址块为30.138.119.192/27，（第24，25，26，27位为1110）对LAN1，主机数为3，（22-2）<3+1<（23-2），所以主机位为3bit，网络前缀29，分配的地址筷为30.138.119.232/29（第24，25，26，27，28，29位为111101）对LAN4，主机数为3，（22-2）<3+1<（23-2），所以主机位为3bit，网络前缀29，分配的地址筷为30.138.119.240/29（第24，25，26，27，28，29位为111110）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示。总部共有五个局域网，其中的LAN1-LAN4都连接到路由器R1上，R1再通过LAN5与路由器R2相连。R2和远地的三个部门的局域网LAN6-LAN8通过广域网相连。每一个局域网旁边标明的数字是局域网上的主机数。试给每一个局域网分配一个合适的网络前缀。LANLAN2LAN3LAN450103010LAN5LAN6LAN7LAN8202025图4-56习题4-30的图答：本题的解答有很多种，下面给出其中的一种答案（先选择需要较大的网络前缀）：LAN1：192.77.33.0/26。LAN3：192.77.33.64/27；LAN6：192.77.33.96/27；LAN7：192.77.33.128/27；LAN8：192.77.33.160/27。77 LAN2：192.77.33.192/28；LAN4：192.77.33.208/28。LAN5：192.77.33.224/29（考虑到以太网可能还要再接几个主机，故留有余地）。WAN1：192.77.33.232/30；WAN2：192.77.33.236/30；WAN3：192.77.33.240/30。4-31、以下地址中的哪一个和86.32/12匹配？请说明理由。（1）86.33.224.123;(2)86.79.65.216;(3)86.58.119.74;(4)86.68.206.154。答：86.32/12的二进制表示：01010110.0010*86.33.224.123的二进制表示：01010110.00100001.11100000.0111101186.79.65.216的二进制表示：01010110.01001111.01000001.1101100086.58.119.74的二进制表示：01010110.00111010.01110111.0100101086.68.206.154的二进制表示：01010110.01000100.11001110.10011010根据前二进制的12位判断只有(1)86.33.224.123和86.32/12匹配。4-32、以下的地址前缀中的哪一个地址2.52.90.140匹配？请说明理由。(1)0/4;(2)32/4;(3)4/6;(4)80/4。答：2.52.90.140的二进制的前6位表示：0000000/4的前4位表示：000032/4的前4位表示：00104/6的前6位表示：00001080/4的前4位表示：0101只有前缀（1）与该地址匹配。4-33、下面的前缀中的哪一个和地址152.7.77.159及152.31.47.252都匹配？请说明理由。(1)152.40/13;(2)153.40/9;(3)152.64/12;(4)152.0/11答：152.7.77.159的前13位二进制表示：10011000.00000152.31.47.252的前13位二进制表示：10011000.00011152.40/13的前13位二进制表示：10011000.00101153.40/9的前9位二进制表示：10011001.0152.64/12的前12位二进制表示：10011000.0100152.0/11的前11位二进制表示：10011000.000根据以上判断只有前缀(4)与两个地址都匹配。4-34、与下列掩码相对应的网络前缀各有多少位？(1)192.0.0.0;/2(2)240.0.0.0;/4(3)255.224.0.0;/11(4)255.255.255.252;/304-35、已知地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试求这个地址块中的最小地址和最大地址。地址掩码是什么？地址块中共有多少个地址？相当于多少个C类地址？77 答：地址块的地址范围是：10001100.01111000.01010000.00000000—10001100.01111000.01011111.11111111最小地址是140.120.80.0/20最大地址是140.120.95.255/20地址掩码是：255.255.240.0地址块中共有地址个数为2的12次方，即4096（包括全0和全1）相当于16个C类地址。4-36、已知地址块中的一个地址是190.87.140.202/29。重新计算上题。答：地址块的地址范围是：10111110.01010111.10001100.11001000—10111110.01010111.10001100.11001111最小地址是190.87.140.200/29最大地址是：190.87.140.207/29地址掩码是：255.255.255.248地址块中共有地址个数为2的3次方，即8（包括全0和全1）相当于1/32个C类地址。4-37、某单位分配到一个地址块136.23.12.64/26。现在需要进一步划分为4个一样大的子网。试问：（1）每个子网的网络前缀有多长？（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？答：（1）每个子网的网络前缀28位。（2）每一个子网的地址中有4位留给主机用，因此共有16个地址。（3）四个子网的地址块是：第一个地址块136.23.12.64/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01000001=136.23.12.65/28最大地址：136.23.12.01001110=136.23.12.78/28第二个地址块136.23.12.80/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01010001=136.23.12.81/28最大地址：136.23.12.01011110=136.23.12.94/28第三个地址块136.23.12.96/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01100001=136.23.12.97/28最大地址：136.23.12.01101110=136.23.12.110/28第四个地址块136.23.12.112/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01110001=136.23.12.113/28最大地址：136.23.12.01111110=136.23.12.126/284-38．IGP和EGP这两类协议的主要区别是什么？答:IGP：内部网关协议，只关心本自治系统内如何传送数据报，与互联网中其他自治系统使用什么协议无关。EGP:外部网关协议，在不同的AS边界传递路由信息的协议，不关心AS内部使用何种协议。77 注：IGP主要考虑AS内部如何高效地工作，绝大多数情况找到最佳路由，对费用和代价的有多种解释。EGP必须考虑其他方面的政策，需要多条路由。代价费用方面可能可达性更重要。4-39试简述RIP，OSPF和BGP选路协议的主要特点。答：主要特点RIPOSPFBGP路由协议类别内部网关协议内部网关协议外部网关协议路由表内容目的网络，下一站，距离目的网络，下一站，度量（度量可以是费用、距离、时延、带宽等）目的网络，下一站，经过的AS序列通路依据跳数最小为最优度量值/代价最小为最优多种策略，可达通路算法距离向量最短路径算法SPF路径向量传送方式基于UDP基于IP数据报基于TCP分布式路由选择特点路由器按固定时间间隔与相邻的路由器交换自己的路由表信息。路由器当链路状态发生变化时向自治系统中所有路由器发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态信息。AS的BGP发言人与邻站交换网络的可达性信息。在BGP刚开始运行时，是交换整个BGP路由表，以后只需在发生变化时更新有变化的部分。优缺点1实现配置简单，开销小2路由信息传送占带宽大3网络规模小（跳数为16不可达）4好消息传的快，坏消息传的慢1全网维护一致的链路状态数据库，较大网络2更新过程收敛得快3多路径可负载均衡4具有鉴别功能5支持DIDR1规模大，2支持CIDR3交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级4可达性4-40、RIP使用UDP，OSPF使用IP，而BGP使用TCP。这样做有何优点？为什么RIP周期性地和邻站交换路由信息而BGP却不这样做？答：RIP只和邻站交换信息，UDP虽不保证可靠交付，但UDP开销小，可以满足RIP的要求。OSPF使用可靠的洪泛法，并直接使用IP，好处是灵活性好和开销更小。BGP需要交换整个的路由表（在开始时）和更新信息，TCP提供可靠交付以减少带宽的消耗。RIP使用不保证可靠交付的UDP，因此必须不断地（周期性地）和邻站交换信息才能使路由信息及时得到更新。但BGP使用保证可靠交付的TCP，因此不需要这样做。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”）N1　　　7　　AN2　　　2　　CN6　　　8　　FN8　　　4　　EN9　　　4　　F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”　）：77 N2　　　4N3　　　8　　N6　　　4　　N8　　　3N9　　　5　　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：N1　　　7　　A　　　　无新信息，不改变N2　　　5　　C　　　　相同的下一跳，更新N3　　　9　　C　　　　新的项目，添加进来N6　　　5　　C　　　　不同的下一跳，距离更短，更新N8　　　4　　E　　　　不同的下一跳，距离一样，不改变N9　　　4　　F　　　　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”）N1　　　4　　BN2　　　2　　CN3　　　1　　FN4　　　5　　G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”　）：N1　　　2N2　　　1　　N3　　　3N4　　　7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：N1　　　3　　C　　　　不同的下一跳，距离更短，改变N2　　　2　　C　　　　相同的下一跳，距离一样，不变N3　　　1　　F　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变N4　　　5　　G　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变4-43．IGMP协议的要点是什么？隧道技术是怎样使用的？答：要点有：1、IGMP是用来进行多播的，采用多播协议可以明显地减轻网络中各种资源的消耗，IP多播实际上只是硬件多播的一种抽象；2、IGMP只有两种分组，即询问分组和响应分组。IGMP使用IP数据报传递其报文，但它也向IP提供服务；3、IGMP属于整个网际协议IP的一个组成部分，IGMP也是TCP/IP的一个标准。隧道技术使用：当多播数据报在传输过程中，若遇到不运行多播路由器或网络，路由器就对多播数据报进行再次封装（即加上一个普通数据报的首部，使之成为一个向单一目的站发送的单播数据报），通过了隧道以后，再由路由器剥去其首部，使它又恢复成原来的多播数据报，继续向多个目的站转发。77 4-44、什么是VPN？VPN有什么特点和优缺点？VPN有几种类别？答：采用专用IP地址的互连网络称为专用互联网。而利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体，这样的专用网又称为虚拟专用网VPN（VirtualPrivateNetwork）。VPN的特点：1、使用专用IP地址。2、它是为本机构的主机用于机构内部的通信，而不是用于和网络外非本机构的主机通信。3、当在本机构各专用网之间通信时，所有通过因特网传送的数据都必须加密。4、当发现目的网络必须通过因特网才能到达时，路由器需要把数据报重新封装成为在因特网上发送的外部数据报。VPN的优点：1、大大节约了宝贵的全球IP地址资源。2、安全性高。VPN的缺点：1、必须为专用网的每一个场所购买专门的硬件和软件，并进行配置，开销大。2、所有通过因特网传送的数据报都必须加密和重新封装，从而使通信效率降低。VPN有3类：内联网、外联网和远程接入VPN。4-45、什么NAT？NAPT有哪些特点？NAT的优点和缺点有哪些？答：NAT是指网络地址转换。NAPT的特点是把运输层的端口号也利用上，这样就可以使多个拥有本地地址的主机，共用一个NAT路由器上的全球IP地址，因而可以同时和因特网上的不同主机进行通信。NAT的优点：1、大大节约了IP资源。2、使专用网内的主机不使用全球地址也能与因特网上的主机通信。NAT的缺点：1、专用网内部的主机不能充当服务器用。2、NAT路由器在转发IP数据报时，一定要更换其IP地址，降低了通信的效率。第5章5-1、试说明运输层在协议栈中的地位和作用。运输层的通信和网络层的通信有什么重要的区别？为什么运输层必不可少的？答：从通信和信息处理的角度来看，运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。网络层是为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。因为真正进行通信的实体是在主机中的进程，是两个主机的进程进行数据交换，而不是单纯的两个主机之间的通信，运输层的正是实现主机进程之间的通信。另外，运输层提供了对收到报文进行差错检测的功能，它还向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节，使应用进程看见的就是好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。所以运输层是必不可少的。5-2、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？77 答：没影响。因为当运输层采用面向连接的TCP协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。当运输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑通信信道仍然是一条不可靠信道。所以网络层提供哪种对运输层都是没影响的。5-3、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。5-4、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，而这条运输连接又复用到IP数据报上。AP1AP2运输层加入端口号IP层加上IP包头，封装成IP数据报AP1AP2运输层取出端口号IP层拆分IP数据报，取出数据部分IP数据报5-5、试举例说明有些应用程序愿意采用不可靠的UDP，而不愿意采用可靠的TCP。答：如IP电话，实时视频会议等。因为UDP没有拥塞控制，而TCP有拥塞控制，而这两种服务都要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。所以这两种服务愿意采用不可靠的UDP，而不愿意采用可靠的TCP。5-6、接收方收到有差错的UDP用户数据报时应如何处理？答：丢弃。5-7、如果应有用程序愿意使用UDP完成可靠传输，这可能吗？请说明理由。答：可能。因为应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如采用前向纠错或重传已丢失的报文等。77 5-8、为什么说UDP是面向报文的？而TCP是面向字节流的？答：UDP是面向报文的，发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。它即不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。TCP是面向字节流的。TCP中的“流”指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是：虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流。TCP并不知道所传送的字节流的含义。TCP不保证接收方应用程序所收到的数据块和发送方应用程序所发出的数据块具有对应大小的关系。但接收方应用程序收到的字节流必须和发送方应用程序发出的字节流完全一样。5-9、端口的作用是什么？为什么端口要划分为三种？答：端口是应用层的各种协议与运输实体进行层间交互的一种地址。它是用于标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口。因为因特网上的计算机通信是采用客户-服务器方式。客户在发起通信请求时，必须先知道对方服务器的IP地址和端口号。5-10、试说明运输层伪首部的作用。答：伪首部并不是UDP用户数据报真正的首部。只是在计算检验和时，临时添加在UDP用户数据报前面，得到一个临时的UDP用户数据报。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是用于计算检验和。5-11、某个应用进程使用运输层的用户数据报UDP，然后继续向下交给IP层后，又封装成IP数据报。既然都是数据报，是否可以跳过UDP而直接交给IP层？哪些功能UDP提供了但IP没有提供？答：不能。因为IP数据报只能找到目的主机而无法找到目的进程。目的进程必须通过运输层的目的端口才能找到。UDP提供对应用进程的复用和分用功能，以及提供对数据部分的差错检验。5-12、一个应用程序用UDP，到了IP层把数据报再分为4个数据片发送出去。结果前两个数据报片丢失，后两个到达目的站。过了一段时间应用程序重传UDP，而IP层仍然划分为4个数据报片来传送。结果这次前两个到达目的站而后两个丢失。试问：在目的站能否将这两次传输的4个数据报片组装成为完整的数据？假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然保存在目的站的缓存中。答：不行。重传时，IP数据报的标识字段会有另一个标识符。仅当标识符相同的IP数据报片才能组装成一个IP数据报。前两个IP数据报片的标识符与后两个IP数据报片的标识符不同，因此不能组装成一个IP数据报。5-13、一个UDP用户数据报的数据字段为8192字节。在链路层要使用以太网来传送。试问应当划分为几个IP数据报片？说明每一个IP数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。77 答：加上UDP的8字节首部。IP层的数据字段为8200字节。以太网的MTU为1500字节。假设IP层采用默认首部，即20字节。那么应划分为8200/（1500-20），为6片。前5片是1480字节。第6片是800字节。片偏移字段分别是：0，185，370，555，740，925。5-14、一UDP用户数据报的首部的十六进制表示是：06320045001CE217。试求源端口、目的端口、用户数据报的总长度、数据部分长度。这个用户数据报是从客户发送给服务器还是从服务器发送给客户？使用UDP的这个服务器程序是什么？答：源端口：1586目的端口：69用户数据报的总长度：28字节数据部分长度：20字节(28-8)此UDP用户数据报是从客户发给服务器（因为目的端口<1023，是熟知端口）。服务器程序是TFTP。5-15、使用TCP对实时话音数据的传输有没有什么问题？使用UDP在传送数据文件时会有什么问题？答：UDP不保证可靠交付，但UDP比TCP的开销要小很多。因此只要应用程序接受这样的服务质量就可以使用UDP。如果话音数据不是实时播放（边接收边播放）就可以使用TCP，因为TCP传输可靠。接收端用TCP将话音数据接收完毕后，可以在以后的任何时间进行播放。但假定是实时传输，则必须使用UDP。由于UDP不保证可靠交付，所以使用UDP在传送数据文件时有可能使接收到的文件出现错误。5-16、在停止等待协议中如果不使用编号是否可行？为什么？答：不行。对分组进行编号可以使接收方识别出重复的帧，对确认分组进行编号可使发送方明确哪一个发送出去的分组收到了确认，哪一个分组还没有收到确认。5-17、在停止等待协议中，如果收到重复的报文段时不予理睬（即悄悄地丢弃它而其他什么也不做）是否可行？试举出具体例子说明理由。答：不可行。例如A向B发送数据，A发送M1分组给B，B收到M1分组后，向A发送对M1的确认，但确认在半路丢失了，A没有收到M1的确认，于是超时重发，B又收到M1分组后，如果此时B不予理睬，那么A就永远都收不到M1的确认，就会一直向B发送M1分组。从而产生死循环。5-18、假定在运输层使用停止等待协议。发送方在发送报文段M0后在设定的时间内未收到确认，于是重传M0，但M0又迟迟不能到达接收方。不久，发送方收到了迟到的对M0的确认，于是发送下一个报文段M1，不久就收到了对M1的确认。接着发送方发送新的报文段M0，但这个新的M0在传送过程中丢失了。正巧，一开始就滞留在网络中的M0的现在到达接收方。接收方无法分辨M0是旧的。于是收下M0，并发送确认。显然，接收方后来收到的M0是重复的，协议失败了。试画出类似于图5-9所示的双方交换报文段的过程。发送方接收方发送M0—超时重传M0—发送M1发送M0确认M0确认M1收到旧的M0确认M0旧的M0被当成是新的M0丢失答：77 5-19、试证明：当用n比特进行分组的编号时，若接收窗口等于1（即只能按序接收分组），则仅在发送窗口不超过2n-1时，连续ARQ协议才能正确运行。窗口单位是分组。在连续ARQ协议中，接收窗口的大小WR=1；当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时，就是停止等待协议。答：如图A-4所示。设发送窗口记为WT，接收窗口记为WR。假定用3比特进行编号，如果发送窗口是23=8，假定序号为0-7的8个分组都已正确到达接收端，并且对每一个分组接收端都发送出确认分组，这时，（1）如果所有的确认分组都正确到达了发送端，那么发送端又发送8个新的分组，序号也为0-7，（这里虽然序号相同，但8个分组是新的分组）；（2）如果所有的确认分组都丢失了，经过一段由超时计时器控制的时间后，发送端重传了这8个旧的分组，序号为0-7，接收端第二次收到序号为0-7的8个分组时，无法判定这是8个新的分组，或这是8个旧的、重传的分组。所以将发送窗口设为8是不可行的。（证明方法：找出反例，就可证明论断是错误的。即是当我们要证明某个协议是错误的时，只要设法找出一个具体例子说明该协议不能正确工作就算证明完毕）∴WT<2n∴WT<=2n-1也设接收窗口正好在7号分组处（有阴影的分组）。发送窗口WT的位置不可能比②更靠前，也不可能比③更靠后，也可能不是这种极端位置如①。对于①和②的情况，在WT的范围内无重复序号，即WT<=2n。对于③的情况，在WT+WR的范围内无重复序号，即WT+WR<=2n。...70123456701234...发送分组的序号向前WRWTWTWT③①现在WR=1，故发送窗口的最大值WT<=2n-1。②77 图A-4习题5-19的图5-20、在连接ARQ协议中，若发送窗口等于7，则发送端在开始时可连接发送7个分组。设这7个分组发出的时间分别为t0,t1,…,t6，且t_out都一样大。试问如何实现这7个超时计时器（这叫软时钟法）？答：用相对发送时间实现一个链表（图A-5）实时时钟t00t1-t01t2-t12指向下一分组分组的序号分组发送的相对时间5-21、假定使用连续ARQ协议，发送窗口大小是3，而序号范围是[0，15]，而传输媒体保证在接收方能够按序收到分组。在某一时刻，在接收方，下一个期望收到的序号是5，试问：（1）在发送方的发送窗口中可能有出现的序号组合有哪些种？（2）接收方已经发送出的、但在网络中（即还未到达发送方）的确认分组可能在哪些？说明这些确认分组是用来确认哪些序号的分组。答：（1）在接收方，序号到4为止的分组都已收到。若这些确认都已到达发送方，则发送窗口的范围是[5，7]。假定所有的确认都丢失了，发送方都没有收到这些确认。这时，发送窗口应为[2，4]。因此，发送窗口可以是[2,4],[3,5],[4,6],[5,7]中的任何一个。（2）接收方期望收到序号5的分组，说明序号为2，3，4和分组都已收到，并且发送了确认。对序号为1的分组的确认肯定被发送方收到了，否则发送方不可能发送4号分组。可见，对序号为2，3，4的分组的确认有可能仍滞留在网络中。这些确认是用来确认序号为2，3，4的分组。5-22、主机A向主机B发送一个很长的文件，其长度为L字节。假定TCP使用的MSS为1460字节。（1）在TCP的序号不重复使用的条件下，L的最大值是多少？（2）假定使用上面计算出的文件长度，而运输层、网络层和数据链路层所用的首部开销共66字节，链路的数据率为10Mb/s，试求这个文件所需的最短发送时间。答：（1）L的最大值是232=4GB=4294967296字节（2）每次发送的报文段为1460字节。因此必须分4294967296/1460，即2941759个报文段。发送的总字节数是2941759*66+4294967296=4489123390字节。发送4489123390字节需时间为4489123390×8÷10Mb/s=3591.3秒≈59.85分≈1小时。5-23、主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段，其序号分别是70和100。试问：（1）第一个报文段携带了多少字节的数据？（2）主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？77 （3）如果B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180，试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节？（4）如果A发送的第一个报文段丢失了，但第二个报文段到达了B。B在第二个报文段到达后向A发送确认。试问这个确认号应为多少？答：（1）第一个报文段的数据序号是70到99，共30字节的数据。（2）确认号是100。（3）80字节。（4）70．5-24、一个TCP连接下面使用256kb/s的链路，其端到端时延为128ms。经测试，发现吞吐量只有120kb/s。试问发送窗口W是多少？（提示：可以有两种答案，取决于接收等发出确认的时机）。答：设发送窗口=W(bit)。发送端连续发送完窗口内的数据所需的时间=T。所以T=W/256kb/s。有两种情况：（a）接收端在收完一批数据的最后才发出确认，因此发送端经过(256ms+T)后才能发送下一个窗口的数据。由此得公式：W÷(256ms+T)=120kb/s。计算得W=57825.88bit，约为7228字节。（b）接收端每收到一个很小的报文段后就发回确认，因此发送端经过比256ms略多一些的时间即可再发送数据。因此每经过256ms就能发送一个窗口的数据。由此得公式：W÷256ms=120kb/s。计算得W=30720bit=3840B。5-25、为什么在TCP首部中要把TCP的端口号放入最开始的4个字节？答：因为在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。5-26、为什么在TCP首部中有一个首部长度字段，而UDP的首部中就没有这个字段？答：TCP首部除固定长度部分外，还有选项，因此TCP首部长度是可变的。UDP首部长度是固定的。5-27、一个TCP报文段的数据部分最多为多少个字节？为什么？如果用户要传送的数据的字节长度超过TCP报文段中的序号字段可能编出的最大序号，问还能否用TCP来传送？答：65495字节。此数据部分加上TCP首部的20字节，再加上IP首部的20字节，正好是IP数据报的最大长度。当然，若IP首部包含了选项，则IP首部长度超过20字节，这时TCP报文段的数据部分的长度将小于65495字节。可以。当序号增加到最大后，下一个序号就又回到0，TCP的序号是使用mod232运算的。5-28、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B向A发送回信时，其TCP报文段的首部中的源端口和目的端口分别是什么？答：分别为n和m。5-29、在使用TCP传送数据时，如果有一个确认报文段丢失了，也不一定会引起与该确认报文段对应的数据的重传。试说明理由。77 答：还未重传就收到了对更高序号的确认。5-30、设TCP使用的最大窗口为65535字节，而传输信道不产生差错，带宽也不受限制的。若报文段的平均平均往返时延为20ms，问所能得到的最大吞吐量是多少？答：可见在报文段平均往返时延20ms内，发送方最多能发送64×1024×8比特，所以最大的吞吐量为=64×1024×8÷（20×10-3）=26214400bit/s=26.21Mbit/s5-31、通信信道带宽为1Gbit/s,端到端时延为10ms。TCP的发送窗口为65535字节。试问：可能达到的最大吞吐量是多少？信道的利用率是多少？答：发送时延为65535*8bit÷1Gbit/s=0.52428ms最大吞吐量为65535*8bit÷(20ms+0.52428ms)=25.5Mb/s信道的利用率是25.5/1000=2.55%5-32、什么是Karn算法？在TCP的重传机制中，若不采用Karm算法，而是在收到确认时都认为是对重传报文段的确认，那么由此得出的往返时间样本和重传时间都会编小。试问：重传时间最后会减小到什么程度？答：Karn算法是指在计算加权平均RTTs时，只要报文段重传了，就不采用其往返时间样本。这样得出的加权平均RTTs和RTO就较准确。重传时间最后会减小到小于往返时间RTT。5-33、假定TCP在开始建立连接时，发送方设定超时重传时间RTO=6秒。（1）当发送方收到对方的连接确认报文段时，测量出RTT样本值为1.5秒。试计算现在的RTO值。（2）当发送方发送数据报文段并收到确认时，测量出RTT样本值为2.5秒。试计算现在的RTO值。答：由于初始超时重传时间RTO=6秒。，第一测量时，RTTs取RTT样本值，RTTD取RTT样本值的一半，所以根据RTO=RTTs+4*RTTD，得出，初始RTTs=2秒,RTTD=1秒。（1）新的 RTTs=(1-0.125)*2+0.125*1.5=1.9375秒新的RTTD=(1-0.25)*1+0.25*|1.9375-1.5|=0.859375秒RTO=RTTs+4*RTTD=1.9375+4*0.859375=5.375秒（2）新的 RTTs=(1-0.125)*2+0.125*2.5=2.0625秒新的RTTD=(1-0.25)*1+0.25*|2.0625-2.5|=0.859375秒RTO=RTTs+4*RTTD=2.0625+4*0.859375=5.5秒5-34、已知第一次测得TCP的往返时间RTT是30ms。接着收到了三个确认报文段，用它们测量出的往返时间样本RTT分别是：26ms,32ms和24ms。设a=0.1。试计算每一次的新的加权平均往返时间值RTTs。讨论所得出的结果。答：根据公式：新的RTTs=(1-a)*(旧的RTTs)+a*(新的RTT样本)。计算得出三次加权平均往返时间分别为：29.6，29.84和29.256ms。可以看出，RTT的样本值变化多达20%时，加权平均往返时间RTTs的变化却很小。77 5-35、试计算一个包括五段链路的运输连接的单程端到端时延。五段链路程中有两段是卫星链路。有三段是广域网链路。每条卫星链路又由上行链路和下行链路两部分组成。可以取这两部分的传播时延之和为250ms，每一个广域网的范围为1500km，其传播时延可按150000km/s来计算。各数据链路数率为48kbit/s，帧长为960bit。答：5段链路的传播时延=250×2+（1500/150000）×3×1000=530ms5段链路的发送时延=960÷（48×1000）×5×1000=100ms所以5段链路单程端到端时延=530+100=630ms5-36、重复3-35题，但假定其中的一个陆地上的广域网的传输时延（发送时延）为150ms。答：5段链路的传播时延=250×2+（1500/150000）×3×1000=530ms5段链路的发送时延=960÷（48×1000）×4×1000+150=230ms所以5段链路单程端到端时延=530+230=760ms3-37、在TCP的拥塞控制中，什么是慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复算法？这里每一种算法各起什么作用？“乘法减小”和“加法增大”各用在什么情况下？答：慢开始：在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口cwnd设置为一个最大报文段MSS的数值。在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口cwnd，可以使分组注入到网络的速率更加合理。拥塞避免：当拥塞窗口值大于慢开始门限时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。拥塞避免算法使发送端的拥塞窗口每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS的大小。快重传算法规定，发送端只要一连收到三个重复的ACK即可断定有分组丢失了，就应立即重传丢失的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时。快恢复算法：(1)当发送端收到连续三个重复的ACK时，就重新设置慢开始门限ssthresh。(2)与慢开始不同之处是拥塞窗口cwnd不是设置为1，而是设置为ssthresh+3*MSS。(3)若收到的重复的ACK为n个（n>3），则将cwnd设置为ssthresh+n*MSS。(4)若发送窗口值还容许发送报文段，就按拥塞避免算法继续发送报文段。(5)若收到了确认新的报文段的ACK，就将cwnd缩小到ssthresh。“乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值ssthresh设置为当前的拥塞窗口值乘以0.5。当网络频繁出现拥塞时，ssthresh值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。“加法增大”是指执行拥塞避免算法后，当收到对所有报文段的确认就将拥塞窗口cwnd增加一个MSS大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。5-38、设TCP的ssthresh的初始值为8（单位为报文段）。当拥塞窗口上升到12时网络发生了超时，TCP使用慢开始和拥塞避免。试分别求出第1轮次到第15轮次传输的各拥塞窗口大小。你能说明拥塞窗口每一次变化的原因吗？答：次数CwndSstresh备注118进程慢开始阶段228348488进入拥塞避免阶段59861087118812877 发生超时，cwnd复位，Sstresh减半,进入慢开始阶段916102611461266进入拥塞避免阶段1376148615965-39、TCP的拥塞窗口cwnd大小与传输轮次n的关系如下所示：CwndN112243841653263373483593610371138123913CwndN401441154216211722182319242025212622123224425826（1）试画出如图5-25所示的拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。（2）指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。（3）指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔。（4）在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超时检测到丢失了报文段？（慢开始算法只是在TCP连接建立时和网络超时时才使用）（5）在第1轮次、第18轮次和第24轮次发送时，门限ssthresh分别被设置为多大？（6）在第几轮次发送出第70个报文段？（7）假定在第26轮次之后收到了三个重复的确认，因而检测出了报文段的丢失，那么拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大？答：（1）拥塞窗口与传输轮次的关系曲线如图A-7所示。图A-7拥塞窗口与传输轮次的关系曲线（2）慢开始时间间隔：[1，6]和[23，26]。77 （3）拥塞避免时间间隔：[6，16]和[17，22]。（4）在第16轮次之后发送方通过收到三个重复的确认检测到丢失了报文段。在第22轮次之后发送方是通过超时检测到丢失了报文段。（5）在第1轮次发送地，门限ssthresh被设置为32。在第18轮次发送时，门限ssthresh被设置为发生拥塞时的一半，即21。在第24轮次发送时，门限ssthresh是第18轮次发送时设置的21。（1）第70报文段在第7轮次发送出。（2）拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为8的一半，即4。5-40、TCP在进行流量控制时是以分组的丢失作为产生拥塞的标志。有没有不是因拥塞而引起的分组丢失的情况？如有，请举出三种情况。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，因而只能丢弃该数据报；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，但网桥在转发数据报的帧时没有足够的差错空间而只好丢弃。5-41、用TCP传送512字节的数据，设窗口为100字节，而TCP报文段每次也是传送100字节的数据。再设发送端和接收端的起始序号分别选为100和200。试画出类似于图7-15的工作示意图，从连接建立阶段到连接释放都要画上。解：77 5-42、在图5-32中所示的连接释放过程中，在ESTABLISHED状态下，服务器进程能否先不发送ack=x+1的确认？（因为后面要发送的连接释放报文段中仍有ack=x+1这一信息）答：如果B不再发送数据了，是可以把两个报文段合并成为一个，即中发送FIN+ACK报文段，但如果B还有数据要发送，而且要发送一段时间，那就不行，因为A迟迟收不到确认，就会以为刚才发送的FIN报文段丢失了，就超时重传这个FIN报文段，浪费网络资源。5-43、在图5-33中，在什么情况下会发生从状态SYN-SENT到状态SYN-RCVD的变迁？答：当A和B都作为客户，即同时主动打开TCP连接。这时的每一方的状态变迁都是：CLOSED—>SYN-SEND—>SYN-RCVD—>ESTABLISHED5-44、试以具体例子说明为什么一个运输连接可以有多种方式释放。可以设两个互相通信用户分别在连接在网络的两结点上。77 答：例如主机A与主机B连接通信，释放时可以A先释放连接，发FIN=1,seq=u给B。B确认ACK=1,seq=v,ack=u+1后，A就释放连接，不再发送数据。然后B请求释放连接FIN=1，ACK=1，seq=w,ack=u+1，A收到后发送确认数据包ACK=1,seq=u+1,ack=w+1，进入等待计时，到时后CLOSED，B收到确认后立即CLOSED，至此TCP连接释放完毕。另外，B也可以在确认时就请求释放连接，即FIN=1,ACK=1,seq=v,ack=u+1，A释放连接，并发确认ACK=1,seq=u+1,ack=v+1给B，进入等待计时，时间到后CLOSED，B收到确认后立即CLOSED。另一种方式是B先请求释放。原理与上面一样。5-45、解释为什么突然释放运输连接就可能会丢失用户数据，而使用TCP的连接释放方法就可保证不丢失数据。答:当主机1和主机2之间连接建立后，主机1发送了一个TCP数据段并正确抵达主机2，接着主机1发送另一个TCP数据段，这次很不幸，，主机2在收到第二个TCP数据段之前发出了释放连接请求，如果就这样突然释放连接，显然主机1发送的第二个TCP报文段会丢失。而使用TCP的连接释放方法，主机2发出了释放连接的请求，那么即使收到主机1的确认后，只会释放主机2到主机1方向的连接，即主机2不再向主机1发送数据，而仍然可接收主机1发来的数据，所以可保证不丢失数据。5-46试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三次握手。说明如不这样做可能会出现什么情况。答：我们知道，3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。现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机A和B之间的通信，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在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。5-47、一客户向服务器请求建立TCP连接。客户在TCP连接建立的三次握手中的最后一个报文段中捎带上一些数据，请求服务器发送一个长度为L字节的文件。假定：（1）客户和服务器之间的数据传送速率是R字节/秒，客户与服务器之间的往返时间是RTT(固定值)（2）服务器发送的TCP报文段的长度都是M字节，而发送窗口大小的nM字节。（3）所有传送的报文段都不会出现差错（无重传），客户收到服务器发来的报文段后就及时发送确认。（4）所有的协议首部开销都可忽略，所有确认报文段和连接建立阶段的报文段的长度都可忽略（即忽略这些报文段的发送时间）。试证明，从客户开始发起连接建立到接收服务器发送的整个文件所需的时间T是：T=2RTT+L/R当nM>R（RTT）+M或T=2RTT+L/R+（K-1）[M/R+RTT-nM/R]当nM165,N=0。8-16、话音信号的采样速率为8000Hz。每隔10ms将已编码的话音采样装配成话音分组。每一个话音分组在发送之前要加一个时间戳。假定时间戳是从一个时钟得到的，该时钟每隔Δ秒将计数器加1。试问能否将Δ取为9ms？如果行，请说明理由。如果不行，你认为Δ应取为多少？答：显然，Δ应小于话音分组长度10ms。如果将Δ取为9ms，则有：时钟时间：0918273645546372819099108…计数器值：0123456789101112…话音分组每隔10ms产生一个,对应的时间戳值（即计数器值）为：话音分组产生时间：0102030405060708090100110…应加上的时间戳值：012345678101112…我们看到时间戳值在8到10之间缺了一个。可见将Δ取为略小于话音分组长度10ms是不行的。正确的做法是使2Δ或3Δ等于话音分组长度。当话音分组丢失时，时间戳值会相差4Δ或5Δ，由此来判定是否发生了分组丢失。8-17、在传送音频/视频数据时，接收端的缓存空间的上限由什么因素决定？实时数据流的数据率和时延抖动对缓存空间上限的确定有何影响？答：接收端的缓存空间的上限取决于还原播放时所容许的时延。当还原播放时所容许的时延已确定时，缓存空间的上限与实时数据流的数据率成正比。时延抖动越大，缓存空间也应更大。8-18、什么是服务质量OoS？为什么说“因特网根本没有服务质量可言”？答：服务质量OoS是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度。因为因特网的网络本身只能提供“尽最大努力交付”的服务。8-19、在讨论服务质量时，管制、调度、呼叫接纳各表示什么意思？答：管制是指对某个数据流进行通信量的管理，使得这个数据流不要影响其他正常的数据流在网络中的通过。77 调度是指排队的规则。呼叫接纳是指一个数据流要预先声明它所需的服务质量，然后或者被准许进入网络,或被拒绝进入网络。8-20、试比较先进先出（FIFO）排队、公平排队（FQ）和加权公平排队（WFQ）的优缺点。答：先进先出的优点是简单；缺点是不能区分时间每感分组和一般数据分组，并且也不公平。公平排队优点是对于高低优先级的队列都比较公平；缺点是长分组得到的服务时间长，而短分组就比较吃亏，并且公平排队并没有区分分组的优先级。加权公平排队是优点是整体公平；缺点是：复杂，每次都必须计算队列的平均服务时间。8-21、假定有一个支持三种类别的缓存运行加权公平排队WFQ的调度策略，并假定这三种类别的权重分别为0.5,0.25和0.25。如果是采用循环调度，那么这三个类别接受服务的顺序是123123123…。（1）如果每种类别在缓存中都有大量的分组，试问这三种类别的分组可能以何种顺序接受服务？（2）如果第1类和第3类在缓存中有大量的分组，但缓存中没有第2类的分组，试问这两类分组可能以何种顺序接受服务？答：（1）可能是121312131213…，也可能是112113112113…(2)113113113113…8-22、漏桶管制器的工作原理是怎样的？数据流的平均速率、峰值速率和突发长度各表示什么意思？答：（1）、漏桶是一种抽象的机制。在漏桶中可装入许多权标，但最多装入b个权标。只要漏桶中的权标数小于b个，新的权标就以每秒r个权标的恒定速率加入到漏桶中。但若漏桶已装满了b个权标，则新的权标就不再装入，而漏桶的权标数达到最大值b。漏桶管制分组流进入网络的过程如下。分组进入网络前先要进入一个队列中等候漏桶中的权标。只要漏桶中有权标，就可从漏桶取走一个权标，然后就准许一个分组从队列进入到网络。若漏桶已无权标，就要等新的权标注入到漏桶后，再把这个权标拿走后才能准许下一个分组进入网络。（2）、平均速率是指在一定的时间间隔内通过的分组数。峰值速率限制了数据流在非常短的时间间隔内的流量。突发长度：网络也限制在非常短的时间间隔内连续注入到网络中的分组数。8-23、采用漏桶机制可以控制达到某一个数值的、进入网络的数据率的持续时间。设漏桶最多可容纳b个权标。当漏桶中的权标数小于b个时，新的权标就以每秒r个权标的恒定速率加入到漏桶中。设分组进入网络的速率为Npkt/s(pkt代表分组)，试推导以此速率进入网络所能持续的时间T。讨论一下为什么改变权标加入到漏桶中的速率就可以控制分组进入网络的速率。答：(1）T=b/(N-r)。（2）因为当减小权标加入的速率r,那么速率持续时间就会减小，网络的平均速率就会受到控制。8-24、在上题中，设b=250token，r=5000token/s，N=25000pkt/s。试求分组用这种的速率进入网络能够持续多长时间。若N=2500pkt/s，重新计算本题。77 答：T=b/(N-r)=250/(25000-5000)=12.5ms。当N=2500pkt/s时，T=任意长的时间，漏桶被权标装满后就不再增加权标。8-25、试推导公式(8-2)。答：现假定有n个分组流输入到一个路由器，复用后从一条链路输出。每一个分组流使用漏桶机制进行管制，漏桶参数为bi和ri,i=1,2,…,n现考虑分组流i。假定漏桶i已经装满了bi个权标。这就表示分组流i不需要等待就可从漏桶中拿走bi个权标，因此bi个分组可以马上从路由器输出。但分组流i得到的数据率是由公式Ri=R*wi/Σwi给出。这bi个分组中的最后一个分组所经受的时延最大，它等于传输这bi个分组所需的时间dmax，即bi除以公式Ri=R*wi/Σwi给出的传输速率：dmax=biΣwi/(R*wi)8-26、假定图8-22中分组流1的漏桶权标装入速率r1=w1R/(Σwi)。如果所有的流的队列中都有分组，那么上面公式的“>=”就应当取为“=”。如果有的队伍中没有分组，WFQ就跳过这个队伍，因此这个流得到的服务时间就会多一此。现在设t0=队伍刚刚积累了分组需要需要排队等待的时刻（从这是起到达的分组就要排队了），t=流1队伍处于忙状态,t>t0（队伍忙就是队伍中有排队的分组）。T1（t0,t）=在时间间隔[t0,t]内，流1发送到网络的分组数。显然，T1(t0,t)>=w1R(t-t0)/(Σwi)令Q1(t)=在时间t时流1的WFQ队伍中排队的分组数。显示Q1(t)=进入WFQ队伍的分组数-离开WFQ队伍的分组数=b1+(t-t0)[r1-wR/(Σwi]]因为r1