《计算机网络第四版》习题答案课件.docx
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《计算机网络第四版》习题答案课件
计算机网络
(第四版)
习题答案
第1章概述
1-3Theperformanceofaclient-serversystemisinfluencedbytwonetworkfactors:
thebandwidthofthenetwork(howmanybits/secitcantransport)andthelatency(howmanysecondsittakesforthefirstbittogetfromtheclienttotheserver).Giveanexampleofanetworkthatexhibitshighbandwidthandhighlatency.Thengiveanexampleofonewithlowbandwidthandlowlatency.
客户-服务器系统的性能会受到两个网络因素的影响:
网络的带宽(每秒可以传输多少位数据)和延迟(将第一个数据位从客户端传送到服务器端需要多少秒时间)。
请给出一个网络的例子,它具有高带宽和高延迟。
然后再给出另一个网络的例子,它具有低带宽和低延迟。
答:
横贯大陆的光纤连接可以有很多千兆位/秒带宽,但是由于光速度传送要越过数千公里,时延将也高。
相反,使用56kbps调制解调器呼叫在同一大楼内的计算机则有低带宽和较低的时延。
1-4Besidesbandwidthandlatency,whatotherparameterisneededtogiveagoodcharacterizationofthequalityofserviceofferedbyanetworkusedfordigitizedvoicetraffic?
除了带宽和延迟以外,针对数字化的语音流量,想要让网络提供很好的服务质量,还需要哪个参数?
声音的传输需要相应的固定时间,因此网络时隙数量是很重要的。
传输时间可以用标准偏差方式表示。
实际上,短延迟但是大变化性比更长的延迟和低变化性更糟。
1-6Aclient-serversystemusesasatellitenetwork,withthesatelliteataheightof40,000km.Whatisthebest-casedelayinresponsetoarequest?
一个客户-服务器系统使用了卫星网络,卫星的高度为40000km。
在对一个请求进行响应的时候,最佳情形下的延迟是什么?
答:
由于请求和应答都必须通过卫星,因此传输总路径长度为160,000千米。
在空气和真空中的光速为300,000公里/秒,因此最佳的传播延迟为160,000/300,000秒,约533msec。
1-9Agroupof2n-1routersareinterconnectedinacentralizedbinarytree,witharouterateachtreenode.Routericommunicateswithrouterjbysendingamessagetotherootofthetree.Therootthensendsthemessagebackdowntoj.Deriveanapproximateexpressionforthemeannumberofhopspermessageforlargen,assumingthatallrouterpairsareequallylikely.
在一个集中式的二叉树上,有2n-1个路由器相互连接起来;每个树节点上都有一个路由器。
路由器i为了与路由器j进行通信,它要给树的根发送一条信息。
然后树根将消息送下来给j。
假设所有的路由器都是等概率出现的,请推导出当n很大时每条消息的平均跳数的一个近似表达式。
答:
这意味着,从路由器到路由器的路径长度相当于路由器到根的两倍。
若在树中,根深度为1,深度为n,从根到第n层需要n-1跳,在该层的路由器为0.50(50%)。
从根到n-1层的路径的路由器为0.25(25%)和n--2跳步。
因此,路径长度l为:
或
表达式归约为l=n-2,平均的路由器到路由器路径为2n-4。
1-11Whataretworeasonsforusinglayeredprotocols?
请说出使用分层协议的两个理由?
答:
通过协议分层可以把设计问题划分成较小的易于处理的片段。
分层意味着某一层协议的改变不会影响高层或低层的协议。
1-13Whatistheprincipaldifferencebetweenconnectionlesscommunicationandconnection-orientedcommunication?
在无连接通信和面向连接的通信二者之间,最主要的区别是什么?
答:
主要的区别有两条。
其一:
面向连接通信分为三个阶段,第一是建立连接,在此阶段,发出一个建立连接的请求。
只有在连接成功建立之后,才能开始数据传输,这是第二阶段。
接着,当数据传输完毕,必须释放连接。
而无连接通信没有这么多阶段,它直接进行数据传输。
其二:
面向连接的通信具有数据的保序性,而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。
1-14Twonetworkseachprovidereliableconnection-orientedservice.Oneofthemoffersareliablebytestreamandtheotheroffersareliablemessagestream.Aretheseidentical?
Ifso,whyisthedistinctionmade?
Ifnot,giveanexampleofhowtheydiffer.
两个网络都可以提供可靠的面向连接的服务。
其中一个提供可靠的字节流,另一个提供可靠的报文流。
这二者是否相同?
如果你认为相同的话,为什么要有这样的区别?
如果不相同,请给出一个例子说明它们如何不同。
答:
不相同。
在报文流中,网络保持对报文边界的跟踪;而在字节流中,网络不做这样的跟踪。
例如,一个进程向一条连接写了1024字节,稍后又写了另外1024字节。
那么接收方共读了2048字节。
对于报文流,接受方将得到两个报文。
每个报文1024字节。
而对于字节流,报文边界不被识别。
接收方把全部的2048个字节当作一个整体,在此已经体现不出原先有两个报文的事实。
1-17Insomenetworks,thedatalinklayerhandlestransmissionerrorsbyrequestingdamagedframestoberetransmitted.Iftheprobabilityofaframe'sbeingdamagedisp,whatisthemeannumberoftransmissionsrequiredtosendaframe?
Assumethatacknowledgementsareneverlost.
在有些网络中,数据链路层处理传输错误的做法是,请求重传被损坏的帧。
如果一帧被损坏的概率为p,那么发送一帧所需要的平均传输次数是多少?
假设确认帧永远不会丢失。
帧请求正好是k次的概率Pk,就是起初的k-1次尝试都失败的概率。
pk-1,乘以第k次传输成功的概率。
平均传输次数就是
1-22WhatisthemaindifferencebetweenTCPandUDP?
TCP和UDP之间最主要的区别是什么?
TCP是面向连接的,而UDP是一种数据报服务。
1-25Whenafileistransferredbetweentwocomputers,twoacknowledgementstrategiesarepossible.Inthefirstone,thefileischoppedupintopackets,whichareindividuallyacknowledgedbythereceiver,butthefiletransferasawholeisnotacknowledged.Inthesecondone,thepacketsarenotacknowledgedindividually,buttheentirefileisacknowledgedwhenitarrives.Discussthesetwoapproaches.
当一个文件在两台计算机之间传输的时候,可能会有两种不同的确认策略。
在第一种策略中,该文件被分解成许多个分组,接收方会独立地确认每一个分组,但是文件传输过程作为整体并没有被确认。
在第二种策略中,这些分组并没有被单独地确认,但是当整个文件到达的时候,它会被确认。
请讨论这两种方案。
如果网络容易丢失分组,那么对每一个分组逐一进行确认较好,此时仅重传丢失的分组。
而在另一方面,如果网络高度可靠,那么在不发差错的情况下,仅在整个文件传送的结尾发送一次确认,从而减少了确认的次数,节省了带宽;不过,即使有单个分组丢失,也需要重传整个文件。
1-27Howlongwasabitontheoriginal802.3standardinmeters?
Useatransmissionspeedof10Mbpsandassumethepropagationspeedincoaxis2/3thespeedoflightinvacuum.
在原始的802.3标准中,一位是多长(按米来计算)?
请使用10Mbps的传输速率,并且假设同轴电缆的传播速度是真空中光速的2/3.
波在同轴电缆中的速度是大约200,000km/sec,即200m/μsec.在10Mbps,传输一位需要0.1μsec。
因此,这个位在时间上持续0.1μsec,在此期间传播20meters。
因此,这里的一位是20米。
1-28Animageis1024x768pixelswith3bytes/pixel.Assumetheimageisuncompressed.Howlongdoesittaketotransmititovera56-kbpsmodemchannel?
Overa1-Mbpscablemodem?
Overa10-MbpsEthernet?
Over100-MbpsEthernet?
一幅图像的分辨率为1024×768像素,每个像素用3字节来标识。
假设该图像没有被压缩。
请问,通过56kbps的调制解调器信道来传输这幅图像需要多长时间?
通过1Mbps的电缆调制解调器(cablemodem)呢?
通过10Mbps的因特网呢?
通过100Mbps的因特网呢?
图像是1024×768×3bytes或2,359,296bytes.就是18,874,368bits.在56,000bits/sec速度下,传输需要大约337.042sec.在1,000,000bits/sec,需要大约18.874sec.在10,000,000bits/sec,需要大约1.887sec.在100,000,000bits/sec,需要大约0.189sec.
1-30Wirelessnetworksareeasytoinstall,whichmakestheminexpensivesinceinstallationcostsusuallyfarovershadowequipmentcosts.Nevertheless,theyalsohavesomedisadvantages.Nametwoofthem.
无线网络很容易安装,这使得它们并不非常昂贵。
因为安装费用通常会占去整个设备费用的很大比例。
然而,它们也有一些缺点。
请说出两个缺点。
一个缺点是安全性。
每个碰巧在此房屋内的随机发送者都能在网络上监听。
另一个缺点是可靠性。
无线网络造成大量错误。
第三个潜在的问题是电池寿命,因为多数无线设备倾向于可移动性。
1-31Listtwoadvantagesandtwodisadvantagesofhavinginternationalstandardsfornetworkprotocols.
请列举出网络协议国际标准化的两个优点和缺点。
优点1:
如果每个人都使用标准,那么每个人都可以与其他任何人交流;优点2:
广泛使用标准将导致规模经济,比如生产大规模集成电路芯片。
缺点1:
为了取得标准化所需要的政治妥协经常会导致差的标准;缺点2:
一旦标准被广泛采用了,要对它再做改变就会非常困难,即使发现了新的更好的技术或方法,也难以替换。
第2章物理层
2-2Anoiseless4-kHzchannelissampledevery1msec.Whatisthemaximumdatarate?
一条无噪声4kHz信道按照每1ms一次进行采样,请问最大数据传输率是多少?
答:
无噪声信道最大数据传输率公式:
最大数据传输率=2Hlog2Vb/s。
因此最大数据传输率决定于每次采样所产生的比特数,如果每次采样产生16bits,那么数据传输率可达128kbps;如果每次采样产生1024bits,那么可达8.2Mbps。
注意这是对无噪声信道而言的,实际信道总是有噪声的,其最大数据传输率由香农定律给出。
2-3Televisionchannelsare6MHzwide.Howmanybits/seccanbesentiffour-leveldigitalsignalsareused?
Assumeanoiselesschannel.
电视频道的带宽是6MHz。
如果使用4级数字信号,则每秒钟可以发送多少位?
假设电视频道为无噪声信道。
答:
采样频率12MHz,每次采样2bit,总的数据率为24Mbps。
2-4Ifabinarysignalissentovera3-kHzchannelwhosesignal-to-noiseratiois20dB,whatisthemaximumachievabledatarate?
如果在一条3kHz信道上发送一个二进制信号,该信道的信噪比为20dB,则最大可达到的数据传输率为多少?
答:
信噪比为20dB即S/N=100.由于log2101≈6.658,由香农定理,该信道的信道容量为3log2(1+100)=19.98kbps。
又根据乃奎斯特定理,发送二进制信号的3kHz信道的最大数据传输速率为
2*3log22=6kbps。
所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。
2-5Whatsignal-to-noiseratioisneededtoputaT1carrierona50-kHzline?
在50kHz的线路上使用T1线路需要多大的信噪比?
答:
为发送T1信号,我们需要
所以,在50kHz线路上使用T1载波需要93dB的信噪比。
2-7Howmuchbandwidthistherein0.1micronofspectrumatawavelengthof1micron?
在1μm波长上,在0.1μm的频段中有多少带宽?
答:
因此,在0.1
的频段中可以有30THz。
2-8Itisdesiredtosendasequenceofcomputerscreenimagesoveranopticalfiber.Thescreenis480x640pixels,eachpixelbeing24bits.Thereare60screenimagespersecond.Howmuchbandwidthisneeded,andhowmanymicronsofwavelengthareneededforthisbandat1.30microns?
现需要在一条光纤发送一系列计算机屏幕图像,屏幕的分辨率为480×640像素,每个像素为24位。
每秒钟有60幅屏幕图像。
请问,需要多少带宽?
在1.30μm波长上,这段带宽需要多少μm的波长?
答:
数据速率为480×640×24×60bps,即442Mbps。
需要442Mbps的带宽,对应的波长范围是
。
2-18Asimpletelephonesystemconsistsoftwoendofficesandasingletollofficetowhicheachendofficeisconnectedbya1-MHzfull-duplextrunk.Theaveragetelephoneisusedtomakefourcallsper8-hourworkday.Themeancalldurationis6min.Tenpercentofthecallsarelong-distance(i.e.,passthroughthetolloffice).Whatisthemaximumnumberoftelephonesanendofficecansupport?
(Assume4kHzpercircuit.)
一个简单的电话系统包括两个端局和一个长途局,每个端局通过一条1MHz全双工干线连接到长途局。
在每8小时的工作日中,平均每部电话有4次呼叫,每次呼叫平均6分钟,10%的呼叫是长途(即通过长途局)。
请问一个端局能够支持最多多少部电话?
(假设每条线路为4kHz)
答:
每部电话每小时做0.5次通话,每次通话6分钟。
因此一部电话每小时占用一条电路3分钟,60/3=20,即20部电话可共享一条线路。
由于只有10%的呼叫是长途,所以200部电话占用一条完全时间的长途线路。
局间干线复用了1000000/4000=250条线路,每条线路支持200部电话,因此,一个端局可以支持的电话部数为200*250=50000。
2-22AmodemconstellationdiagramsimilartoFig.2-25hasdatapointsatthefollowingcoordinates:
(1,1),(1,-1),(-1,1),and(-1,-1).Howmanybpscanamodemwiththeseparametersachieveat1200baud?
一个类似于图2.25的调制解调器星座图有以下几个坐标点(1,1)、(1,-1)、(-1,1)、(-1,-1)。
请问一个具备这些参数的调制解调器在1200波特上可以达到多少bps?
每个波特有4个合法值,因此比特率是波特率的两倍。
对应于1200波特,数据速率是2400bps。
2-28Tensignals,eachrequiring4000Hz,aremultiplexedontoasinglechannelusingFDM.Howmuchminimumbandwidthisrequiredforthemultiplexedchannel?
Assumethattheguardbandsare400Hzwide.
有10个信号,每个都要求4000Hz,现在用FDM将它们复用在一条信道上。
对于被复用的信道,最小要求多少带宽?
假设防护频段为400Hz宽。
有10个4000Hz信号。
我们需要9个防护频段来避免干扰。
最小带宽需求是4000×10+400×9=43,600Hz.
2-29WhyhasthePCMsamplingtimebeensetat125µsec?
答:
125
的采样时间对应于每秒8000次采样。
一个典型的电话通道为4kHz。
根据奈奎斯特定理,为获取一个4kHz的通道中的全部信息需要每秒8000次的采样频率。
(实际上额定带宽稍有些少,截止点并不清晰)
2-30WhatisthepercentoverheadonaT1carrier;thatis,whatpercentofthe1.544Mbpsarenotdeliveredtotheenduser?
每一帧中,端点用户使用193位中的168(7*24)位,开销占25(=193-168)位,因此开销比例等于25/193=13%。
2-33Whatisthedifference,ifany,betweenthedemodulatorpartofamodemandthecoderpartofacodec?
(Afterall,bothconvertanalogsignalstodigitalones.)
答:
有。
编码器接受任意的模拟信号,并从它产生数字信号。
而解调器仅仅接受调制了的正弦(或余弦)波,产生数字信号。
2-34Asignalistransmitteddigitallyovera4-kHznoiselesschannelwithonesampleevery125µsec.Howmanybitspersecondareactuallysentforeachoftheseencodingmethods?
(a)CCITT2.048Mbpsstandard.(b)DPCMwitha4-bitrelativesignalvalue.(c)Deltamodulation.
答:
a.CCITT2.048Mbps标准用32个8位数据样本组成一个125
的基本帧,30个信道用于传信息,2个信道用于传控制信号。
在每一个4kHz信道上发送的数据率就是
8*8000=64kbps。
b.差分脉码调制(DPCM)是一种压缩传输信息量的方法,它发送的不是每一次抽样的二进制编码值,而是两次抽样的差值的二进制编码。
现在相对差值是4位,所以对应每个4kHz信道实际发送的比特速率为4*8000=32bps。
c.增量调制的基本思想是:
当抽样时间间隔st很短时,模拟数据在两次抽样之间的变化很小,可以选择一个合适的量化值?
作为阶距。
把两次抽
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