《计算机网络》谢希仁作业答案.docx
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《计算机网络》谢希仁作业答案
第一章.概述1
第二章.物理层3
第三章.数据链路层5
第四章.网络层8
第五章.传输层13
第六章.应用层15
第一章.概述
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)。
从源点到终点共经过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?
(提示:
画一下草图观察k段链路共有几个结点。
)
解:
线路交换时延:
kd+x/b+s,分组交换时延:
kd+(x/p)*(p/b)+(k-1)*(p/b)
其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中,有(k-1)次的储存转发延迟,当s>(k-1)*(p/b)时,电路交换的时延比分组交换的时延大,当x>>p,相反。
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(b/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?
(提示:
参考图1-12的分组交换部分,观察总的时延是由哪几部分组成。
)
解:
总时延D表达式,分组交换时延为:
D=kd+(x/p)*((p+h)/b)+(k-1)*(p+h)/b
D对p求导后,令其值等于0,求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5
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2×108m/s。
试计算以下两种情况的发送时延和传播时延:
⑴.数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。
⑵.数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。
从上面的计算中可以得到什么样的结论?
解:
⑴.发送时延:
ts=107/105=100s;传播时延tp=106/(2×108)=0.005s
⑵.发送时延ts=103/109=1µs;传播时延:
tp=106/(2×108)=0.005s
结论:
若数据长度大而发送速率低,则在总的时延中,发送时延往往大于传播时延。
但若数据长度短而发送速率高,则传播时延就可能是总时延中的主要成分。
1-18、假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为:
(1)10cm(网络接口卡);
(2)100m(局域网)
(3)100km(城域网);(4)5000km(广域网)
试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
解:
(1)1Mb/s:
传播时延=0.1/(2×108)=5×10-10;比特数=5×10-10×1×106=5×10-4;
1Gb/s:
比特数=5×10-10×1×109=0.5;
(2)1Mb/s:
传播时延=100/(2×108)=5×10-7;比特数=5×10-7×1×106=5×10-1;
1Gb/s:
比特数=5×10-7×1×109=5×102;
(3)1Mb/s:
传播时延=100000/(2×108)=5×10-4;比特数=5×10-4×1×106=5×102
1Gb/s:
比特数=5×10-4×1×109=5×105
(4)1Mb/s:
传播时延=5000000/(2×108)=2.5×10-2;比特数=2.5×10-2×1×106=5×104
1Gb/s:
比特数=2.5×10-2×1×109=5×107
1-19、长度为100字节的应用层数据交给传输层传送,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,加上首部和尾部工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据(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?
解:
(1)100/(100+20+20+18)=63.3%;
(2)1000/(1000+20+20+18)=94.5%;
1-21、协议与服务有何区别?
有何关系?
解:
⑴.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。
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。
⑵.协议和服务的概念的区分:
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。
1-26、试解释以下名词:
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。
解:
①.实体(entity):
表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
.协议:
是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
.客户(client)和服务器(server):
都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。
.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。
.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.
⑥.对等层:
在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层.
⑦.协议数据单元:
对等层实体进行信息交换的数据单位.
⑧.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.
第二章.物理层
2-06数据在信道重的传输速率受哪些因素的限制?
信噪比能否任意提高?
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?
解:
⑴.码元传输速率受奈氏准则的限制,信息传输速率受香农公式的限制;
⑵.信噪比不能任意提高;
⑶.香农公式在数据通信中的意义是:
只要信息传输速率低于信道的极限传信率,就可实现无差传输。
⑷.“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别:
比特/s是信息传输速率的单位;而码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。
一个码元不一定对应于一个比特。
2-07假定某信道受奈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)?
解:
C=R*Log216=20000b/s*4=80000b/s
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?
)
解:
;W=3khz,C=64khz;
S/N=64.2dB是个信噪比要求很高的信源
2-09用香农公式计算一下,假定信道带宽为3100Hz,最大信道传输速率为35Kb/s,那么若想使最大信道传输速率增加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再增大到十倍,问最大信息速率能否再增加20%?
解:
;
信噪比应增大到约100倍;
又
;
最大信息速率再增加
如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍,最大信息通率只能再增加18.5%左右
2-11假定有一种双绞线的衰减是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?
如果要双绞线的工作距离增大到100公里,试应当使衰减降低到多少?
解:
⑴.使用这种双绞线的链路的工作距离为=20/0.7km=28.6km
⑵.衰减应降低到20/100=0.2db
2-12试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度。
假定光在光纤中的传播速率为2*108m/s.
解:
V=L*F;F=V/L得B=F2-F1=V/L1-V/L2
1200nm到1400nm:
带宽=23.8THZ
1400nm到1600nm:
带宽=17.86THZ
2-16共有4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?
解:
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;
2-17试比较xDSL、HFC以及FTTx接入技术的优缺点?
解:
⑴.xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。
成本低,易实现,但带宽和质量差异性大。
⑵.HFC网的最大的优点具有很宽的频带,并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。
要将现有的450MHz单向传输的有线电视网络改造为750MHz双向传输的HFC网需要相当的资金和时间。
⑶.FTTx(光纤到……)这里字母x可代表不同意思。
可提供最好的带宽和质量、但现阶段线路和工程成本太大。
第三章.数据链路层
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?
解:
⑴.数据链路与链路的区别数据链路除链路外,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。
⑵.“电路接通了”与”数据链路接通了”的区别“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、数据链路层中的链路控制有哪些功能?
讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优缺点.
解:
⑴.数据链路层中的链路控制功能如下:
①.链路管理帧定界、流量控制、差错控制;
②.将数据和控制信息区分开透明传输、寻址;
⑵.可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境:
①.对于干扰严重的信道可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路,防止全网络的传输效率受损;②.对于优质信道采用可靠的链路层会增大资源开销,影响传输效率。
3-03、网络适配器的作用是什么?
网络适配器工作在哪一层?
解:
⑴.适配器(即网卡)来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件
⑵.网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层(OSI中的数据链里层和物理层)
3-06、PPP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?
解:
⑴.PPP协议的主要特点①.简单;②.提供不可靠的数据报服务;③.检错,无纠错;④.不使用序号和确认机制;⑤.地址字段A只置为0xFF。
地址字段实际上并不起作用;
⑥.控制字段C通常置为0x03;
⑵.PPP是面向字节的;当PPP用在同步传输链路时,协议规定采用硬件来完成比特填充(和HDLC的做法一样),当PPP用在异步传输时,就使用一种特殊的字符填充法;
⑶.PPP适用于线路质量不太差的情况下;
⑷.PPP没有帧编号和确认机制;
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?
解:
⑴.作二进制除法,11010110110000÷10011得余数1110,添加的检验序列是1110.
⑵.③.作二进制除法,两种错误均可发现
⑷.仅仅采用了CRC检验,缺重传机制,数据链路层的传输还不是可靠的传输。
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)?
解:
透明传输问题(字节填充)引入转义字符7DH;
①.若信息字段出现7EH,则将其转化成7DH5EH;
②.若信息字段出现7DH,则将其转化成7DH5DH;
③.若出现ASCII码的控制字符(即值小于20H的字符),则在该字符前加入7DH,同时将该字符与20H异或;
④.若PPP协议用在同步光纤网SONET和同步数字系列SDH的链路时,使用同步传输(一连串的比特连续传送),这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输;零比特填充只要发现5个连续的1,立即在后面插入一个0;
一个PPP帧的数据部分7D5EFE277D5D7D5D657D5E的真正的数据是:
7EFE277D7D657D
3-10、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?
解:
同上;
0110111111111100经过零比特填充后变成011011111011111000
0001110111110111110110删除发送端加入的零比特后变成00011101111111111110
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是星形拓扑结构,但现在却改为使用星形拓扑结构?
解:
⑴.常用的局域网的网络拓扑有星形网,总线网,环形网,树形网;
⑵.现在最流行的拓扑结构是星形网
⑶.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芯片的使用可以讲星形结构的集线器做的非常可靠,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?
解:
⑴.DIXEthernetV2标准的局域网叫传统以太网;
⑵.以太网两个主要标准是DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准;
3-20、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/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。
解:
对于1km电缆,单程传播时间为1/200000=5微秒,来回路程传播时间为10微秒,为了能够按照CSMA/CD工作,最小帧的发射时间不能小于10微秒,以1Gb/s速率工作,10微秒可以发送的比特数等于10*10-6/1*10-9=10000,因此,最短帧是10000位或1250字节;
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?
解:
对于10mb/s的以太网,以太网把争用期定为51.2微秒,要退后100个争用期,等待时间是51.2(微秒)*100=5.12ms;
对于100mb/s的以太网,以太网把争用期定为5.12微秒,要退后100个争用期,等待时间是5.12(微秒)*100=512微秒;
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)
解:
设在t=0时A开始发送,在t=(64+8)*8=576比特时间,A应当发送完毕。
t=225比特时间,B就检测出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送碰撞了
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所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他站点发生碰撞)。
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=255比特时间,A和B同时检测到发生了碰撞,并且在t=255+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重传的数据帧在什么时间到达B?
A重传的数据会不会和B重传的数据再次发生碰撞?
B会不会在预定的重传时间停止发送数据?
解:
t=0时A和B开始发送数据;
T1=225比特时间A和B都检测到碰撞(tau);
T2=273比特时间A和B结束干扰信号的传输(T1+48);
T3=594比特时间A开始发送(T2+Tau+rA*Tau+96);
T4=785比特时间B再次检测信道。
(T4+T2+Tau+Rb*Tau)如空闲,则B在T5=881比特时间发送数据、否则再退避。
(T5=T4+96);
A重传的数据在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;
3-28、有10个站连接到以太网上。
试计算一下三种情况下每一个站所能得到的带宽。
(1)10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器;
(2)10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器;
(3)10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。
答:
⑴.10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器:
10mbs;
⑵.10个站都连接到一个100mb/s以太网集线器:
100mbs;
⑶.10个站都连接到一个10mb/s以太网交换机:
10mbs;
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?
解:
网桥工作在数据链路层,它根据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。
当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口;
转发器工作在物理层,它仅简单地转发信号,没有过滤能力;
以太网交换机则为链路层设备,可视为多端口网桥;
3-32、图3-35表示有五个站点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。
发送的帧
B1的转发表
B2的转发表
B1的处理
(转发?
丢弃?
登记?
)
B2的处理
(转发?
丢弃?
登记?
)
地址
接口
地址
接口
AE
A
1
A
1
转发,写入转发表
转发,写入转发表
CB
C
2
C
1
转发,写入转发表
转发,写入转发表
DC
D
2
D
2
写入转发表,丢弃不转发
转发,写入转发表
BA
B
1
写入转发表,丢弃不转发
接收不到这个帧
第四章.网络层
4-3、作为中间设备,转发器、网桥、路由器和网关有何区别?
解:
中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。
①.物理层中继系统:
转发器(repeater)。
②.数据链路层中继系统:
网桥或桥接器(bridge)。
③.网络层中继系统:
路由器(router)。
④.网桥和路由器的混合物:
桥路器(brouter)。
⑤.网络层以上的中继系统:
网关(gateway)。
4-4、试简单说明下列协议的作用:
IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP。
解:
⑴.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来好像是一个统一的网络。
网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一,与IP协议配套使用的还有四个协议;
⑵.ARP协议是解决同一个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;
⑶.RARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题;
⑷.ICMP提供差错报告和询问报文,以提高IP数据交付成功的机会;
⑸.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;
4-9、
(1)子网掩码为255.255.255.0代表什么意思?
解:
⑴.第一种情况为一个A类网的子网掩码对于A类网络的IP地址,前8位表示网络号,后24位表示主机号,使用子网掩码255.255.255.0表示前8位为网络号,中间16位用于子网段的划分,最后8位为主机号。
⑵.第二种情况为一个B类网的子网掩码对于B类网络的IP地址,前16位表示网络号,后16位表示主机号,使用子网掩码255.255.255.0表示前16位为网络号,中间8位用于子网段的划分,最后8位为主机号。
⑶.第三种情况为一个C类网的子网掩码这个子网掩码为C类网的默认子网掩码。
4-9、
(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?
解:
255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000.每一个子网上的主机为23=6台;
掩码位数29,该网络能够连接8个主机,扣除全1和全0后为6台。
4-9、(3)一个A类网络和一个B网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1,问这两个子网掩码有何不同?
解:
A类网络:
11111111111111111111111100000000
给定子网号(16位“1”)则子网掩码为255.255.255.0
B类网络11111111111111111111111100000000
给定子网号(8位“1”)则子网掩码为255.255.255.0但子网数目不同
4-9、(4)一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。
试问它的每个子网上的主机数最多是多少?
解:
255.255.240.011111111.11111111.11110000.00000000
Host-id的位数为4+8
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