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计算机网络课程作业
计算机网络课程作业
第一次作业(2014.3.11)
(1)请叙述计算机网络的定义:
计算机网络是将分布不同地理位置的多台具有独立功能的计算机通过外围设置和通
信线路互联起来、在功能完善的管理软件的支持下实现相互资源共享的系统
(2)计算机网络可以分解成资源子网和通信子网,各子网分别负责什么任务
资源子网负责数据处理,为网络用户提供可访问的网络资源(如视频、图片和文
本等)和网络服务(如在线语音服务、即时消息服务等)
通信子网主要负责在源节点与目标节点之间的传输
(3)计算机网络主要有哪些拓扑结构,各有什么特点
计算机网络主要的拓扑结构有总线型、星型和环型。
各自的特点如下:
总线型:
网络上的所有计算机通过一条电缆线相互连接起来。
星型:
所有的计算机通过各自的一天电缆线与一台中央集线器相连,由主机进行转接
环型:
每台计算机都与相邻的两台计算机相连,构成一个封闭的环状
(4)数据通信系统中的DTE和DCE分别代表什么,起什么作用
DTE:
数据终端设备其主要功能是完成数据的输入输出、处理、存储以及通信控制
DCE:
数据电路终端设备是数据信号的转换设备,在电信网络提供的信道特性和质量的基础上实现正确的数据传输,并实现收、发之间的同步
(5)曼彻斯特编码和4B/5B编码的编码效率分别为多少
曼彻斯特编码的编码效率是50%
4B/5B编码的编码效率是80%
(6)电话语音信号带宽为4KHz,采用PCM技术数值化,量化级别为256级,每路电话数据的传输速率为多少
量化级别为256级,则信号采用8位编码由R=Bn=2Wn=2×4000×8=64kb/s
(7)某信道带宽为8Khz,信噪比为30db,求该信道的传输容量?
根据公式dB=10lg(S/N)则S/N=10^(30/10)=1000
将其带入香农定理C=W1b(1+S/N)=8000×(1+3000)=b/s
(8)5类双绞线的最大传输距离为多少米,数据速率是多少,多模光缆的最大传输距离为多少米?
最大传输距离为100米,传输速率为100Mb/s,多模光缆的最大传输距离是500米
(9)叙述时分多路复用技术(TDM)的工作原理
TDM(时分多路复用):
将时间划分为等长的片,然后各子通信道按时间片轮流占用带宽
STDM(统计时分多路复用):
能动态地将时隙仅分配给有数据待传送的端口,而对于无数据传输的端口就不分配时隙,大大提高线路利用率
WDM(波分多路复用):
在一条传输介质上使用多个频率不同的模拟载波信号进行多路传输,每一个载波信号形成一个信道
(10)叙述循环校验码CRC实现差错控制的工作原理
循环码是这样一组线性分组代码,循环码的每一个码字的每一次循环移位也一定是另一个码字。
同样任一有效码经过循环移位后得到的码字仍然是有效码字,不论是右移或左移,也不论移多少位。
循环冗余校验码CRC(CyclicRedundancyCheck)具有很强的检错能力,而且硬件实现很容易,在局域网中有广泛的应用。
循环冗余校验码可以用一种特殊的多项式除法进行分析。
在这种多项式中,任何数据码可以和多项式建立一一对应关系。
第二次作业(2014-4-21)
(1)按照OSI网络技术标准,一个计算机网络被分成多少层次,负责通信的是哪几层,负责信息处理的是那几层
应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
其中下面四层负责数据的可靠传输,对应在通信子网部分,上面的三层负责数据处理,对应在资源子网部分,即由通信子网组成的低层被划分成四个子层,由资源子网组成的高层被划分成三个子层,这样一个计算机网络的总体组成被划分成七个层次
(2)叙述网络体系结构中功能、服务、协议、SAP的概念
功能:
图3-3
功能是指N层完成它特定的任务需要的具体功能。
每一层具体功能的实现是由该层中的软硬件来完成的,N层中的软硬件又称为N层实体。
服务:
体系结构中服务的概念就是每一层都以某种方式在其低层提供的服务之上再附加一定的功能为上层提供服务,使整个系统的最高层能够提供网络应用所需要的服务。
协议:
网络中各层功能的实现是通过和同等层进行信息传输实现的,和同等层在实
现信息传输时,必须事前有一些约定,并遵循这些事前约定的规则,这些规则称为网络协议。
SAP:
在网络中将同一系统中相邻两层的实体进行信息交互的接口称为服务访问点
SAP(ServiceAccessPoint),也就是N实体和N+l实体之间的逻辑接口
(3)X.21、HDLC、IP是那一层的协议,实现什么功能
X.21是物理层协议,数据终端设备DTE与公用数据交换网的接入设备PAD之间的接
口标准
HDLC数据链路层协议,HDLC是一种面向比特的数据链路层的传输控制协议,可以支持任意比特串的数据传输,数据以帧的形式传输,协议不依赖于任何一种字符编码集(面向比特),帧中的数据可以是任意比特值,对于任何一种比特流都可以实现透明传输;
IP:
网络层协议,用来完成许多计算机网络互联起来的通信的协议
(4)比较流量控制协议XonXoff与滑动窗口工作原理的不同
XON、XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制。
当通信链路上的发现接收端缓冲区已满,不送能继续接收发送来的数据帧时,便向发送端发送一个要求暂停发送的控制字符XOFF(),意思关闭发送链路,发送端收到此控制字符便停止发送信息帧,进入等待状态。
等缓冲器区的帧已处理完毕,腾出了缓冲空间可以继续接收新的信息帧时,接收端向发送方返回一个可以继续接收信息帧的控制字符XON(),意思开启发送链路,通知可以继续发送信息帧。
滑动窗口:
对发送出去但未被确认的帧数目加以限制,发送窗口通过在发送方设置一定大小的发送窗口和接收窗口,到达限制发送帧的数量,实现流量控制的目的。
(5)比较HDLC中的REJ、SREJ差错控制原理的不同
拒绝REJ帧和选择拒绝SREJ帧,主要用于差错控制。
REJ帧用以指示N(R)帧出错,请求重发从N(R)序号开始的所有帧。
显然,这是采用了GO-back-N的差错控制方式。
SREJ帧用以指示N(R)帧出错,请求重发序号为N(R)的单个帧。
显然,这是采用了选择性重发的差错控制方式。
(6)比较虚电路与数据包工作原理的不同
虚电路类似于电路交换,虚电路方式在传输数据之前也要先在源主机、通信子网、目的主机之间选择一条传输路径,传输路径建立完成后,本次数据传输的各分组都沿这条固定路径按存储-转发方式进行传输,所以该种方式称为虚电路方式。
虚电路方式由于传输是沿固定路径传输,可方便地进行差错控制和流量控制,使得传输可靠性高。
但由于这些控制处理的时间开销,也带来一定的传输延时。
在数据报方式中,每个分组的传送就像报文交换中的报文一样也是独立处理的。
在这里每一个分组被称为一个数据报,每个数据报都带有完整的地址信息,从发送节点进人网络后经各节点不断转发,每一个节点收到一个数据报后,根据各节点所存储的路由信息,为该分组选择转发的路径,把数据报原样发送到下一节点,各节点根据分组携带的目的地址逐节点向目的节点转发,最终到达目的地。
数据报方式与虚电路的主要差别在于数据报方式中,每个分组在网络中的转发传播路径完全是由网络当时的状况随机决定的,而虚电路方式是沿固定路径传输的。
(7)叙述静态路由选择和动态路由选择的不同
静态路由选择策略不利用网络状态信息进行路由选择,而是按照某种固定规则进行路由选择
动态路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定路由,选择当前能最快到达目的节点的路由为转发路径。
动态路由选择策略能较好地适应网络流量、拓扑结构的变化,有利于改善网络的性能。
(8)叙述面向连接的传输和无连接的传输的不同
面向连接的传输服务在数据交换之前,需要在两个传输实体之间建立连接,建立连接的任务之一就是在用户的请求服务和传输实体之间建立起联系,并用连接标识加以表示,通过连接标识符使用户的服务请求指向相应的传输实体。
连接建好后,传送的用户数据就可不附加完整的目标地址,只需要一个连接标识号即可。
面向连接的传输中,传输双方通过连接,做好传输准备,提高了传输的可靠性。
同时面向连接的传输过程中,需要向确认收到的每一份报文,这种机制提供了可靠的交付,但也带来较多的时间开销。
无连接协议中每个数据报都必须带有目标用户的完整地址,独立地进行路由选择传输。
无连接的传输服务在数据交换之前不需要建立连接,远地主机的传输层在收到报文后也不给出任何确认,因此无连接传输服务不提供可靠交付。
但是无连接的传输服务没有建立连接、拆除等时间开销,减小了传输时延,传输效率较高。
(9)解释服务质量Qos的概念
根据传输层的功能,传输实体应该根据用户的要求提供不同的服务,这些不同的服务是用服务质量参数QoS(QualityofService))来说明的。
如传输连接建立延迟、传输连接建立失败率、吞吐量传输延迟、残留错误率、传输失败率、传输连接拆除延迟、传输连接拆除失败率等。
服务质量参数是运输层性能的度量,反映了运输质量及服务的可用性,服务质量参数主要的集中在传输延迟和传输差错方面。
(10)按照IEEE802技术标准,一个局域网被分成多少个层次
逻辑链路控制子层LLC、介质访问控制子层MAC、物理层
(11)局域网的MAC层实现什么功能
MAC子层通过MSAP为LLC子层提供服务,MAC子层完成介质访问控制、完成帧发送时的封装以及帧接收时的解封,并实现帧的同步和寻址。
(12)局域网中的SAP和MAC地址有什么不同
LASP实现对不同应用进程的寻址,并完成了链路管理、差错控制、流量控制,而介质访问控制子层完成了对主机的物理地址寻址、数据帧的同步、介质访问控制、最小帧处理等
第三次作业(2014-5-16)
(1)简述计算机网卡、集线器、交换机的功能
计算机通过网卡与网络实现连接,网卡将源端计算机的数据转变成为网络线缆上传输的电信号发送出去,另一方面从网络线缆上接收信号并把电信号转换成在计算机内传输的数据。
集线器:
对接收到的信号进行再生整形放大,保证信号质量。
集线器同时是一个多端口的中继器设备,它把收到的信号经过再生放大后并广播到其它所有端口,以保证所有端口都具有同样质量的信号。
交换机:
按照通信两端传输信息的需要,把需要传输的信息从输入端送到输出端的技术,网络中各节点实现交换的设备是交换机。
(2)简述MAC地址和IP地址的概念
IP地址是逻辑地址、是软件地址、是三层地址,MAC地址是物理地址、是硬件地址、是二层地址。
(3)简述二层交换机和三层交换机的差别
二层交换机工作在OSI模型的数据链路层,数据链路层传输的是数据帧,使用的地址是MAC地址,二层交换机根据MAC地址完成数据帧的交换
三层交换机是带有路由功能的交换设备,三层交换机工作在网络层,网络层传输的是数据包(分组),使用的地址是IP地址,三层交换机根据IP地址完成数据分组的交换。
三层交换机在构造上既要考虑完成路由选择的任务,还要保持二层交换所具有的快速交换,所以三层交换机的构造是在二层网络交换机基础上引入第三层路由模块实现三层路由功能。
三层交换机具有第三层模块和第二层模块,它根据数据分组情况,灵活地在网络第二层或者第三层进行数据包转发,即三层交换机是一个带有第三层路由功能的第二层交换机。
(4)简述冲突域、广播域、
通过集线器连接的网络是总线网,总线网存在冲突问题。
即当两个或两个以上的站监听到信道空闲,同时发送数据时,将产生信号碰撞,导致传输失败。
冲突发生在同处于一个总线网段的范围内,网络技术中将冲突发生在同一个总线网段的范围称为同一冲突域
在交换机中,当一个广播帧发出后,它将被广播到所有端口,在网络技术中,将这种情况称为一台交换机的所有端口连接的网络是同一广播域
(5)简述VLAN的功能,划分VALN的方式
虚拟局域网—VLAN(VirtualLocalAreaNetwork)技术是将一个局域网络划分成一个个逻辑上隔离的虚拟网络(网段)的技术。
网络通过划分虚拟网络,可以有效的提高网络带宽利用率
基于端口划分的VLAN、按MAC地址划分、按网络层IP地址或协议类型进行划分
(6)简述路由器的功能及路由表的建立过程
路由器工作在OSI模型的网络层,路由器用于互联通信子网内逻辑上分开的网络,为互联的各个网络间传输的数据分组进行路由选择和数据转发。
路由器依据内部路由表实现路由选择和数据转发,路由表中记录了网络中连接的网络与路由器端口的关系,为传输的数据包指出应该从路由器的哪个端口进行转发,使数据包能达到目的网络。
路由器对数据包的转发有直接交付和间接交互两种情况。
当数据包已经到达与目的网络相连的路由器时,经过该路由器的转发就可到达目的网络,这种情况称为直接交付,即已经可以直接交付给目的网络。
当数据包还没有转发到与目的网络相连的路由器时,还要经过该路由器继续转发到下一个路由器,这种情况称为间接交付。
在如图所5-15示网络中,网络较为复杂,数据包需要经过多个路由器的不断转发才能到达目的网络情况。
这种情况下,数据包的转发需要经过多次的间接交付,才能转发到达与目的网络相连的路由器,最后通过直接交付,送到目的网络,传输到目的主机。
(7)简述动态路由、静态路由的概念
静态路由由网管人员根据网络连接情况人为配置路由规则,及人为配置路由表的表项信息,在静态路由方式中数据转发按照网管人员指定的(固定的)路径或规则进行数据转发。
动态路由用于复杂的网络环境,动态路由方式能自动采集网络中的各种影响传输速度的状态信息,对采集到的网络状态信息按照路由算法计算最优转发路径,为转发的数据包提供最优路由选择。
(8)简述自治域、内部网关协议、外部网关协议
一个自治域就是处于一个管理机构控制之下的路由器和网络群组,这些网络群组可以是一个行政单位的局域网划分的若干子网,也可以是一个互联网服务提供商ISP的骨干网互连的多个局域网。
在一个自治域内部的使用的路由协议称为内部网关协议IGP
在不同自治域之间的使用的路由协议称为外部网关协议EGP
第四次作业(2014-5-16)
(1)简述TCP/IP网络体系和OSI/RM网络体系的差别
在开放式系统互联模型OSI/RM体系结中,网络被分为七层,分别是:
应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。
TCP/IP网络体系结构采用了4层的层次结构。
分别是应用层、传输层、网络层、网络接入层。
OSI/RM与TCP/IP二者的对应关系如下:
1)两种体系结构都有应用层,在TCP/IP网络中,没有OSI/RM中的表示层、会话层,其功能融合在应用层中。
2)两种体系结构都有应用层都设置了网络层、传输层,TCP/IP的网络层、传输层与OSI/RM的网络层、传输层的功能类似。
3)TCP/IP将OSI的数据链路层、物理层都包含到网络接入层。
(2)简述TCP/IP协议簇
网络技术中将TCP/IP网络的协议统称为TCP/IP协议。
TCP/IP协议不是单一的一个协议,实际上TCP/IP协议是一组对应四层结构中的各层协议的协议簇
TCP/IP协议各层协议如下:
图6-2
在TCP/IP协议中,主要的协议是传输层协议和网络层协议。
(3)简述TCP、IP协议的层次和功能
应用层协议:
应用层把网络通信常用的应用服务、功能进行标准化,直接为用户的应用进程提供服务。
应用层主要的协议如下:
超文本传输协议HTTP、简单邮件服务传输协议SMTP、文件传输协议FTP、远程登录协议TELNET、域名解析协议DNS、简单网络管理协议SNMP等。
传输层协议:
传输层完成端主机到端主机的传输控制以及主机到主机间的进程通信,传输层提供了面向连接的服务和无连接的服务,分别对应TCP和UDP两个协议。
网络层协议:
网络层的主要功能是使互联的计算机网络能够相互通信,完成在互联的网络间进行路由选择和数据转发,网络层涉及的主要设备是路由器,网络层的主要的协议为IP,ICMP,ARP,RARP,RIP,OSPF,BGP等协议。
网络接入层协议:
网络接入层协议包含各种实际的物理网络协议,如局域网802.3,802.5,公用数据网X.25,帧中继网FR,异步传输模式ATM等实际网络协议。
(4)简述网络地址、主机地址的概念和用途
IP地址又称互联网地址,是互联网的一个重要概念。
不同的物理网可能存在不同的物理地址,IP地址在网络层实现了网络地址的统一,为全网的每一个网络和每一台主机都分配一个IP地址,使得互联网在网络层的地址具有全局的唯一性和一致性。
IP地址标识了一个主机所属网络的位置,IP地址是网络层进行网络寻址和路由选择的依据。
由于TCP/IP互联网是一个逻辑网络,IP网络的数据传输最终还是要在物理网络上传输,而数据在物理网络上传输使用的仍然是物理地址。
因此,TCP/IP网络使用IP地址的同时,仍然还要使用数据链路层的物理地址,即MAC地址。
这样一来网络上的每一台设备就同时存在两套地址,IP地址和MAC地址,网络使用地址解析协议完成两个地址的映射和解析。
这两个地址具有这样的差别:
即IP地址是逻辑地址、是软件地址、是三层地址,MAC地址是物理地址、是硬件地址、是二层地址。
简述子网、掩码的概念,
在实际组建网络的设计中,往往需要将基于A、B、C分类的IP网络进一步分成更小的子网络
所谓掩码是将IP地址中的网络地址(网络地址和子网地址两部分)中的对应部分全为1,主机地址对应部分全为0所得的编码。
掩码之所以称为掩码,在于当一个网络被划分子网后,通过掩码,子网被隐藏起来,使得从外部看网络没有变化。
求C类地址202.203.208.33和192.168.32.56网络地址的掩码
202.203.208.33255.255.255.
192.168.32.56255.255.255.
说明IP报格式中标识、标志偏移量字段的功能
标识:
标识字段用来标识不同的数据报,每个数据报从源主机端发出时,在标识字段自动加1,当数据包被分段时,每个分段的包仍然要带着这个标识符,以指示这些分段同属一个数据报。
TCP/IP中通过标识符和片段偏移量指示同属一个数据报的各不同分段。
目的端根据收到的数据包的标识符可以判定收到的分片属于哪个IP数据报,从而完成数据报的重组。
标志:
表示该数据包是否被分段,是分段时,还进一步表示是否是最后一个分段到来。
偏移量字段:
段偏移量占13比特,段偏移量指示出在分段中,该包在原始数据区的偏移量。
段偏移量以8字节(64比特)为一个单位计算。
每个分段的长度一定是8字节的整数倍。
段偏移量为目的端的主机进行各分段的重组装配提高顺序依据。
简述OSPF协议的工作原理及工作过程
链路状态路由协议是根据距离、链路带宽、时延等链路状态信息综合进行路由选择的路由协议。
链路状态路由协议将以上影响因素都折算成一个权值(cost),再根据权值确定最佳路由。
路由协议的工作一般要经过发现邻居、交换信息、计算路由、维护路由几个过程。
OSPF协议的工作过程如下:
OSPF启动后,需要寻找网络中可以与自己交换链路状态信息的相邻路由器,这是发现邻居的过程。
为了识别每个路由器的身份,OSPF对每个路由器定义了相应的RouterID,该ID是在该区域内唯一标识该路由器的IP地址。
网络里的其它路由器都使用该RouterID来标识这台路由器。
在OSPF启动后,在单个区域内,区域内部路由器首先向相邻路由器交换各自的信息,每一个路由器发送拥有自己ID信息的Hello包,相邻路由器收到这个包,就将这个包内的ID信息加入自己的Hello包,向相邻路由器发送,如果某路由器收到含有自己ID信息的Hello帧,说明该发来Hell包的路由器是自己的相邻路由器,则根据接收到的端口,建立邻接关系。
建立好邻接关系后,路由器进入交换信息阶段,区域内部路由器和他的邻接路由器之间相互交换链路状态广播数据包LSA。
OSPF协议通过泛洪(Flooding)的方法来交换链路状态数据,泛洪是指路由器将其LSA数据包传送给本区域内的所有与其相邻的OSPF路由器,相邻路由器根据其接收到的链路状态信息更新自己的数据库,并将该链路状态信息转送给与其相邻的路由器,直至稳定的一个过程。
当网络重新稳定下来,也可以说OSPF路由协议收敛过程完成后,每个区域的路由器都获得了完整的网络状态信息,并建立起拥有整个网络的链路状态数据库LSDB。
当一个OSPF路由器建立起链路状态数据库LSDB后,OSPF路由器依据链路状态数据库内容,通过SPF算法,计算出每一个目的网络的路径,并将路径存入路由表中,从而完成了路由计算,建立起路由表。
当网络建立起路由表后,路由器就能进行正常的路由选择和数据包转发,但是当网络由于网络扩充或者网络故障使网络链路状态发生变化时,路由器还需进行路由维护,即及时更新路由表信息。
OSPF的路由信息更新过程为:
在网络运行过程中,当网络链路状态发生变化时,路由器及时将这种变化通过泛洪方式传递给区域内的所有路由器,各路由器收到该信息时,完成信息更新,重新计算路由,建立起新的路由表。
为了保证链路状态数据库始终与全网的状态保持一致,OSPF还采取定期更新的办法进行路由信息更新,每个路由器每隔30分钟重新收集链路状态信息,重新刷新链路状态数据库,重新计算路由,以保证当前路由是最优路由。
关于OSPF协议的实际应用将在后面的章节中继续讨论。
(5)简述ARP协议对不在同一子网中的IP、MAC地址的解析过程
获取目的主机MAC地址的工作过程如下:
源主机将通过广播方式发送ARP请求包,该请求包送到网络中所有主机,目的主机收到ARP请求包,发现包中的目的IP地址和自己的地址相符,则发送响应,应答ARP请求,并以单播方式将自己的MAC地址通知源主机。
从而使源主机获得了目的主机的MAC地址,完成了从IP地址到MAC地址的解析。
其它主机发现包中的目的IP与自己的IP地址不符,则丢弃该包。
源主机在得到目的主机MAC地址的情况下,发送数据包时,源主机使用IP地址和MAC地址完成IP包和数据链路层帧的封装,通过物理层进行数据发送。
(6)简述ICMP协议的功能以及在Tracert命令的应用
数据传输以外的其他传输差错和控制问题是由因特网控制报文协议ICMP来解决的,ICMP实现的差错和控制主要是目的主机不可达、路由不可达、协议不可达、数据包传输超时和系统拥塞等问题。
使用Tracert命令可以追踪数据包的传输路径,探测到发生问题的设备。
Tracert命令利用IP协议包中的生存期TTL实现探测网络传输路径。
在使用Tracert命令时,源主机的Tracert程序将发送一系列数据包,而且第一个数据包中的TTL值设为1,第二个数据包中的TTL值设为2,第三个数据包的TTL值设为3等,当第一个数据包达到第一个路由器时,TTL值被减1,此时TTL=0,数据包被视为无法达到数据包,由ICMP向主机发出一条错误类型为超时的消息,该消息到达主机时,Tracert程序根据发出该消息的路由器的IP地址,得到了传输所经第一个路由器。
同样,第二个数据包发出后,也能返回一条ICMP消息,Tracert程序获得传输所经的第二个路由器,以这样的方式,主机可以获得传输所经过的所有路由器的地址,探测到了所有的传输路径。
(7)简述端口、动态端口、静态端口的概念
端口:
传输层对不同的应用分配不同的端口号,通过端口号来区别不同应用程序产生的数据包。
当一台主机同时运行多个网络应用时,每个应用都会产生自己的数据流(报文),传输层通过端口号来区分不同应用程序产生的数据流。
动态端口:
如果用户应用不是以上特定的应用,没有特定分配的端口号,则系统将在高于1023的取值范围为该用户的应用分配一个当前没有用过
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