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计算机网络习题解答

第一章概述

第1篇

1-02试简述分组交换的要点。

答：

采用存储转发的分组交换技术，实质上是在计算机网络的通信过程中动态分配传输线路或信道带宽的一种策略。

工作机理：

首先将待发的数据报文划分成若干个大小有限的短数据块，在每个数据块前面加上一些控制信息（即首部），包括诸如数据收发的目的地址、源地址，数据块的序号等，形成一个个分组，然后各分组在交换网内采用“存储转发”机制将数据从源端发送到目的端。

由于节点交换机暂时存储的是一个个短的分组，而不是整个的长报文，且每一分组都暂存在交换机的内存中并可进行相应的处理，这就使得分组的转发速度非常快。

分组交换网是由若干节点交换机和连接这些交换机的链路组成，每一结点就是一个小型计算机。

基于分组交换的数据通信是实现计算机与计算机之间或计算机与人之间的通信，其通信过程需要定义严格的协议。

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：

电路交换的主要特点是：

①在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽，即采用的是静态分配策略；②通信双方建立的通路中任何一点出现了故障，就会中断通话，必须重新拨号建立连接，方可继续，这对十分紧急而重要的通信是不利的。

显然，这种交换技术适应模拟信号的数据传输。

然而在计算机网络中还可以传输数字信号。

数字信号通信与模拟信号通信的本质区别在于数字信号的离散性和可存储性。

这些特性使得它在数据传输过程中不仅可以间断分时发送，而且可以进行再加工、再处理。

③计算机数据的产生往往是“突发式”的，比如当用户用键盘输入数据和编辑文件时，或计算机正在进行处理而未得出结果时，通信线路资源实际上是空闲的，从而造成通信线路资源的极大浪费。

据统计，在计算机间的数据通信中，用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%。

另外，由于各异的计算机和终端的传输数据的速率各不相同，采用电路交换就很难相互通信。

分组交换具有高效、灵活、可靠等优点。

但传输时延较电路交换要大，不适用于实时数据业务的传输。

报文交换传输时延最大。

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。

以大写字母I开始的的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成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

第2篇

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（b/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？

解：

对电路交换：

电路交换延时=链路建立延时+传输延时+转发延时

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：

将（xbit）的报文全部发送到线路上，则发送时延=x/b，发送完最后一bit；

（

分组交换优点之一：

因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了整个报文的传输时间。

此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。

题中有“各结点的排队等待时间可忽略不计”，即为流水线作业，相当于各分组在中间结点同时发送。

）

对于分组交换，共有x/p个分组，共有K段流水线（前面的分组在转发的同时，其后面的分组也在转发，因此计算分组的重新转发时延时只需计算最后的一个分组的重新转发时延，因为最后一个分组到了之前，其他分组肯定都到了），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

最后一个分组重新转发了（k-1）次，所以

最后一个分组在中间结点重新转发总时延=（k-1）p/b（每次转发的时间为p/b）

总的延迟=x/b+（k-1）p/b+kd

当分组交换的时延小于电路交换，这里假定x>>p，即不考虑报文分割成分组后的零头：

x/b+（k-1）p/b+kd＜s+x/b+kd时，

所以欲使tp

1-11在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。

通信的两端共经过k段链路。

链路的数据率为b（bit/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。

若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大？

答：

分组个数：

x/p，

传输的总比特数：

（p+h）x/p

源发送时延：

[（p+h）x]/（pb）

最后一个分组经过k-1个分组交换机的转发，中间发送时延：

[（k-1）（p+h）]/b

总发送时延D=源发送时延+中间发送时延

D=[（p+h）x]/（pb）+[（k-1）（p+h）]/b

令其对p的导数等于0，求极值

p=√hx/（k-1）

1-17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2x108m/s。

试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

（1）数据长度为107bit，数据发送速率为100kb/s。

（2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gb/s。

解：

（1）发送时延：

ts=107/（100*103）=107/105=100s

传播时延：

tp=1000*103/（2x108）=106/（2x108）=0.005s

（2）发送时延：

ts=103/109=1µs

传播时延：

tp=106/（2x108）=0.005s

1-19长度为100字节的应用层数据交给运输层传送，需加上20字节的TCP首部。

再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。

最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部18字节。

试求数据的传输效率。

若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？

答：

数据长度为100字节时

传输效率=100/（100+20+20+18）=63.3%

数据长度为1000字节时，

传输效率=1000/（1000+20+20+18）=94.5%

1-21协议与服务有何区别？

有何关系？

答：

区别：

1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。

下面的协议对上面的服务用户是透明的。

2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。

但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。

上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

关系：

网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。

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。

1-24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如图所示。

各层的主要功能：

（1）应用层

应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（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。

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。

第二章物理层

2-01物理层要解决什么问题？

物理层的主要特点是什么？

答：

物理层解决的问题：

（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，这样数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

（2）物理层要给其服务用户（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。

物理层的主要特点：

（1）物理层协议在OSI之前就已经出现，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议

（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。

2-03试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。

答：

一个数据通信系统可划分为三大部分：

源系统（或发送端）、传输系统（或传输网络）、和目的系统（或接收端）。

源系统一般包括以下两个部分：

•源点：

源点设备产生要传输的数据。

例如正文输入到PC机，产生输出的数字比特流。

•发送器：

通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

例如，调制解调器将PC机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号。

目标系统一般也包括两个部分：

•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信息。

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应增大到多少倍？

如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到10倍，问最大信息传输速率能否再增加20%？

答：

2-16共有4个站进行码分多址CDMA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：

（-1+1–3+1-1–3+1+1）。

问哪个站发送数据了？

发送数据的站发送的1还是0？

答：

S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A发送1

S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B发送0

S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，C无发送

S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1，D发送1

第三章数据链路层

3-02数据链路层中的链路控制包括哪些功能？

答：

数据链路层中的链路控制功能有：

（1）链路管理。

（2）帧定界。

（3）流量控制。

（4）差错控制。

（5）将数据和控制信息区分开。

（6）透明传输。

（7）寻址。

3-06PPP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？

答：

主要特点：

点对点协议，既支持异步链路，也支持同步链路。

PPP是面向字节的。

PPP不采用序号和确认机制是出于以下的考虑：

若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议（如HDLC），开销就要增大。

在数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP协议较为合理。

在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。

假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议，然而当数据帧在路由器中从数据链路层上升到网络层后，仍有可能因网络授拥塞而被丢弃。

因此，数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的。

PPP协议在帧格式中有帧检验序列FCS安段。

对每一个收到的帧，PPP都要使用硬件进行CRC检验。

若发现有差错，则丢弃该帧（一定不能把有差错的帧交付给上一层）。

端到端的差错检测最后由高层协议负责。

因此，PPP协议可保证无差错接受。

PPP协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况。

3-07要发送的数据为1101011011。

采用CRC的生成多项式是P（x）=x4+x+1。

试求应添加在数据后面的余数。

数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？

若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？

答：

添加的检验序列为1110（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。

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。

这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？

答：

CSMA/CD是一种动态的媒体随机接入共享信道方式，而传统的时分复用TDM是一种静态的划分信道，所以对信道的利用，CSMA/CD是用户共享信道，更灵活，可提高信道的利用率，不像TDM，为用户按时隙固定分配信道，即使当用户没有数据要传送时，信道在用户时隙也是浪费的；也因为CSMA/CD是用户共享信道，所以当同时有用户需要使用信道时会发生碰撞，就降低信道的利用率，而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。

对局域网来说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较宽，如果使用TDM方式，用户在自己的时隙内没有数据发送的情况会更多，不利于信道的充分利用。

对计算机通信来说，突发式的数据更不利于使用TDM方式。

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。

3-2910Mbit/s以太网升级到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s时，需要解决哪些技术问题？

在帧的长度方面需要有什么改变？

为什么？

传输媒体应当有什么改变？

答：

以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按比例缩短，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，才能有效地检测冲突。

在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3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方便地通信。

100bit/s的以太网采用保持最短帧长（64byte）不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m，同时将帧间间隔时间由原来的9.6μs，改为0.96μs。

1Gbit/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“分组突法”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，10Mbit/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mbit/s和1Gbit/s以太网支持双绞线和光纤，10Gbit/s以太网只支持光纤。

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。

第四章网络层

4-03作为中间设备。

转发器、网桥、路由器和网关有何区别？

答：

转发器：

是物理层中间设备。

主要作用是在物理层中实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减。

网桥：

是数据链路层的中间设备。

主要作用是根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

网桥具有过滤帧的功能。

路由器：

网络层的中间设备。

作用是在互连网中完成路由选择的功能。

网关：

网络层以上的中间系统。

作用是高层进行协议的转换以连接两个不兼容的系统。

4-04试简单说明下列协议的作用：

IP、ARP、RARP和ICMP。

答：

IP协议：

实现网络互连。

使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

ARP协议：

完成IP地址到MAC地址的映射。

RARP：

使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。

ICMP：

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。

从而提高IP数据报交付成功的机会。

4-09

（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？

（2）一网络的子网掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？

（3）一A类网络和一B类网络的子网号subnet-id分别为16bit的8bit，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）一个A类地址的子网掩码为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C22F1481，试将其转换为点分十进制的形式.这个地址是哪一类IP地址？

（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？

为什么？

答：

（1）C类地址对应的子网掩码值。

但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后的8位决定。

而路由器寻找网络由前24位决定。

（2）6个主机。

（3）子网掩码一样，但子网数目不同。

（4）最多可有4094个（不考虑全0和全1的主机号）。

（5）有效。

但不推荐这样使用。

比如对一个A类地址划分出来的子网，A类地址前8为是固定的，所以前8位的掩码必定全为1，而它用哪几位主机号来划分子网则不是固定的，只是我们习惯上用前几位而已。

用哪几位划分子网，哪几位的掩码就是1。

（6）194.47.20.129。

C类。

（7）有。

对于小网络这样做还可进一步简化路由表。

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。

下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。

但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有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”当然指局域网看见的数据）？

答：

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，即每个IP数据片的数据部分<1200-160（bit），由于片偏移是以8字节即64bit为单位的，所以IP数据片的数据部分最大不超过1024bit，这样3200bit的报文要分4个数据片，所以第二个局域网向上传送的比特数等于（3200+4×160），共3840bit。

4-20设某路由器建立了如下路由表（这三列分别是目的网络、子网掩码和下一跳路由器，若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出去）：

128.96.39.0255.255.255.128接口0

128.96.39.128255.255.255.128接口1

128.96.40.0255.255.255.128R2

192.4.153.0255.255.255.192R3

*（默认）R4

现共收到5个分组，其目的站IP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

试分别计算其下一跳。

解：

（1）分组的目的站IP地址为：

128.96.39.10。

先与子网掩码255.255.255.128相与，得128.96.39.0，可见该分组经接口0转发。

（2）分组的目的IP地址为：

128.96.40.12。

与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，不等于128.96.39.0。

与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，经查路由表可知，该项分组经R2转发。

（3）分组的目的IP地址为：

128.96.40.151，与子网掩码255.255.255.128相与后得128.96.40.128，与子网掩码255.255.255.192相与后得128.96.40.128，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。

（4）分组的目的IP地址为：

192.4.153.17。

与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。

与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.0，经查路由表知，该分组经R3转发。

（5）分组的目的IP地址为：

192.4.153.90，与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。

与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.64，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。

4-21某单位分配到一个B类IP地址，其net-id为129.250.0.0。

该单位有4000台机器，平均分布在16个不同的地点。

如选用子网掩码为25