组网作业.docx
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组网作业
1、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，加上首部和尾部共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？
2、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。
3、协议与服务有何区别？
有何关系？
4、试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
（TCP/IP又如何？
）
5、简述分组交换的要点。
仅供参考
一、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%
二、因为分层可以带来以下好处：
各层之间是独立的：
可将一个复杂问题分解为若干个较容易处理的问题，使复杂程度下降。
灵活性好：
只要上下接口不变，内部可作任意修改，亦可跳层。
结构上可分割开：
各层都可以采用最合适的技术来实现。
易于实现和维护：
使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理。
能促进标准化工作，通用性好。
生活实例：
与分层相关即可.
三、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。
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。
四、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下图所示：
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,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
运输层提供应用进程之间的逻辑通信。
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。
（3）网络层
网络层是为主机之间提供端到端逻辑通信。
网络层主要任务即“选路——转发”，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，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输，实现节点与节点之间的通信。
（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。
五、分组交换的要点：
分组交换——将要发送的信息在源结点划分为一个个等长的分组（包），各个分组通过不同途径传到目标结点，在目标结点重新装配恢复后送目标主机，提高了信道利用率。
分组交换的工作原理及特点
下图是分组的概念。
通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文（message）。
在发送报文之前，先将较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为1024bit。
在每一个数据段前面，加上首部（header，其中包含目的地址和源地址等重要控制信息）后，就构成了一个分组。
各个分组通过不同途径传到目标结点，在目标结点重新装配恢复后送目标主机。
1、物理层要解决哪些问题？
物理层的主要特点是什么？
2、物理层的接口有哪几个方面的特性？
各包含些什么内容？
3、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，那么要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再增大10倍，问最大信息速率能否再增加20%？
4、分析常用网络传输媒体的特点、优点和缺点，列表表示之。
参考答案:
1、物理层考虑的问题是要如何能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。
它的特点是：
它尽可能地屏蔽不同的硬件设备和传输媒体之间的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，使数据链路层只需要考虑完成本层的协议和服务。
参考答案：
（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、物理层接口特性有：
（1）机械特性：
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。
平时常见的各种规则的接插件都由严格的标准化的规定。
（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：
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3、由香农公式C=B*log（1+S/N）可得
35Kbps=3100*log[2]（1+x）;
35Kbps*1.6=3100*log[2]（1+y）;
解得：
x=2503.4880，y=274128.8678
故y/x=109.50倍
当信噪比再增大10倍时，可得此时的信道的信息速率为：
3100*log[2]（1+274128.8678*11）=66728.4952
由66728.4952/（35000*1.6）=1.1917可得最大信息速率增加不能达到20%。
4、根据课本和参考资料进行分析！
！
1、针对下图说明两台计算机终端间使用Modem（RS－232接口）进行连接、通信及撤消连接过程及工作原理。
参考答案：
当DTE-A要和DTE-B进行通信时，就将引脚20“DTE就绪”置为ON，同时通过引脚2“发送数据”向DCE-A传送电话号码信号。
DCE－B收到铃流，将引脚22“振铃指示”置为ON，表示通知DTE-B有人呼叫信号到达（在振铃的间隙以及其他时间，振铃指示均为OFF状态）。
DTE-B就将其引脚20“DTE就绪”置为ON。
DCE-B接着产生载波信号，并将引脚6“DCE就绪”置为ON，表示已准备好接收数据。
当DCE-A检测到载波信号时，将引脚8“载波检测”和引脚6“DCE就绪”都置为ON，以便使DTE-A知道通信电路已经建立。
DCE-A还可通过引脚3“接收数据”向DTE-A发送在其屏幕上显示的信息。
DCE－A接着向DCE-B发送其载波信号，DCE-B将其引脚8“载波检测”置为ON。
当DTE-A要发送数据时，将其引脚4“请求发送”置为ON。
DCE-A作为响应将引脚5“允许发送”置为ON。
然后DTE-A通过引脚2“发送数据”来发送其数据。
DCE-A将数字信号转换为模拟信号向DCE-B发送过去。
DCE-B将收到的模拟信号转换为数字信号经过引脚3“接收数据”向DTE-B发送。
1、数据链路层中的链路控制包括哪些功能？
2、试写出连续ＡＲＱ协议的算法流程。
3、试说明：
当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为１，则只有在发送窗口的大小Wt<=2n-1时，连续ＡＲＱ协议才能正确运行。
4、试说明：
对于选择重传ＡＲＱ协议，若用n比特进行编号，则接收窗口的最大值受公式Wt<=2n-1的约束。
1、数据链路层中的链路控制功能包括：
（l）链路管理当网络中的两个结点要进行通信时，数据的发方必须确知收方是否已经处在准备接收的状态。
为此，通信的双方必须先要交换一些必要的信息。
或者用我们的术语，必须先建立一条数据链路。
同样地，在传输数据时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。
数据链路的建立、维持和释放就叫做链路管理。
（2）帧同步在数据链路层，数据的传送单位是帧。
数据一帧一帧地传送，就可以在出现差错时，将有差错的帧再重传一次，而避免了将全部数据都进行重传。
帧同步是指收方应当能从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。
（3）流量控制发方发送数据的速率必须使收方来得及接收。
当收方来不及接收时，就必须及时控制发方发送数据的速率。
（4）差错控制在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率。
为此，广泛地采用了编码技术。
编码技术有两大类。
一类是前向纠错，即收方收到有差错的数据帧时，能够自动将差错改正过来。
这种方法的开销较大，不适合于计算机通信。
另一类是检错重发，即收方可以检测出收到的帧中有差错（但并不知道是哪几个比特错了）。
于是就让发方重复发送这一帧，直到收方正确收到这一帧为止。
这种方法在计算机通信中是最常用的。
本章所要讨论的协议，都是采用检错重发这种差错控制方法。
（5）将数据和控制信息区分开由于数据和控制信息都是在同一信道中传送，而在许多情况下，数据和控制信息处于同一帧中。
因此一定要有相应的措施使收方能够将它们区分开来。
（6）透明传输所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
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，必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。
这样才能保证数据链路层的传输是透明的。
（7）寻址在多点连接的情况下，必须保证每一帧都能送到正确的目的站。
收方也应当知道发方是哪一个站。
2、试写出连续ＡＲＱ协议的算法。
答：
发送方:
⑴从主机去一个数据帧,送交发送缓存
2）V（S）0{发送状态变量初始化}
3）N（S）V（S）{将发送状态变量值写入数据帧中的发送序号}
4）应答序号初始化
5）判断发送缓冲区以满,却未收到应答帧.是则到（6）,否则到（8）
6）出现差错,唤醒超时计数器,将所有帧重新全部发送到缓存
7）若收到应答帧,则到（9）;再次超时并未收到应答帧,则返回（6）
8）收到应答帧后,从上层获取数据,并写入发送缓冲区当前位置
9）组装发送帧编码
10）发送数据帧,并加发送序号加1
11）设置超时计数器
12）在所设置的超时时间收到确认帧,则转到（8）;若出现差错,则转到（13）
13）超时计数器往回走,将未收到的第n个帧及以后的所有帧全部进行重传
14）若仍产生差错则继续13）若受到确认帧则继续传数据帧,则转到15）
15）接受帧,取得接收方希望接受的帧编号,返回
（1）
接收方：
1）V（R）0{接受状态变量初始化,其数值等于与接收的数据帧的发送序号}
2）等待
3）收到一个数据帧,若N（S）=V（R）,则执行（4）,否则,丢弃此数据帧
4）发送确认帧ACKn
5）检查收到的帧是否按序,进行V（R）’=（V（R）+1）mod8检验.若不按序则丢弃第n-1帧后的所有帧,重新发送ACKn
6）重新接收未收到的帧
7）将收到的数据帧中的数据部分送交上层软件
8）更新接受状态变量V（R）[V（R）+1]mod8,转到
（2）.
3、说明：
当用n个比特进行编号时若接收窗口的大小为１，则只有在发送窗口的大小Wt<=2n-1时，连续ＡＲＱ协议才能正确运行。
答：
（1）显然WT内不可能有重复编号的帧,所以WT≤2n.设WT=2n;
（2）注意以下情况:
发送窗口:
只有当收到对一个帧的确认,才会向前滑动一个帧的位置;
接收窗口:
只有收到一个序号正确的帧,才会向前滑动一个帧的位置,且同时向发送端发送对该帧的确认.
显然只有接收窗口向前滑动时,发送端口才有可能向前滑动.发送端若没有收到该确认,发送窗口就不能滑动.
（3）为讨论方便,取n=3.并考虑当接收窗口位于0时,发送窗口的两个极端状态.
状态1时，发送窗口:
0123456701234567，全部确认帧收到接收窗口:
0123456701234567；
状态2时，发送窗口:
0123456701234567，全部确认帧都没收到接收窗口:
0123456701234567.
（4）可见在状态2下,接收过程前移窗口后有效序列号的新范围和发送窗口的旧范围之间有重叠,致使接收端无法区分是重复帧还是新帧.为使旧发送窗口和新接收窗口之间序列号不发生重叠,有WT+WR≤2n,所以WT≤2n-1.
4、试说明：
对于选择重传ＡＲＱ协议，若用n比特进行编号，则接收窗口的最大值受公式（3-21）的约束。
答：
因WT+WR≤2n,而WR≤WT,当WR=WT时,WR取最大值,为2n/2，所以WR≤2n/2
在下图中对例一进行详细注释与标注，特别是通信过程中的帧序号间的应答关系等。
1、试说明CSMA的工作原理及其类型，说明CSMA/CD在其基础上增加了什么功能
答：
CSMA即载波监听多点接入。
CSMA是从ALOHA演变出来的一种改进协议，又称为载波侦听多点访问。
采用附加的硬件装置，使每个站在发送数据前监听信道上其他站是否在发送数据，如在发送，则此站暂不发送数据，从而减少了发生冲突的可能。
CSMA有三种不同类型的协议：
ALOHA非坚持CSMAP坚持CSMA。
CSMA/CD在CSMA基础上增加了碰撞检测功能，在数据发送的过程中同时监听，如果监听到发生冲突，则放弃此数据帧的发送，并且强化冲突，延迟一个随即时间再发送。
2、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、试结合下图说明LLC子层如何向高层通信协议提供不确认的无连接服务和带确认的无连接服务。
不确认的无连接服务：
数据报服务，不需确认。
这时差错控制，流量控制等由高层（传输层）提供。
带确认的无连接服务：
不连接直接发送数据，但要有对方的确认，有较高的可靠性和信道利用率，用于总线型令牌环中。
首先MAC提供源和目标的物理地址，由LLC提供SAP地址；然后用MAC在网络中找到DTE，在LLC帧中找到SAP地址。
在LLC帧中，控制信息中通过设置P和F的值来确定是否需要确认。
如果P或者F为1则需要确认，否则不用确认。
1、比较三种局域网，完成下表。
802.3
802.4
802.5
有源性
以无源电缆作为总线来传送数据帧
采用了干线耦合器连接成环路
令牌环的每一站通过电缆与干线耦合器相连，也使用有源器件
接入方便性
连接是通过主机箱内网卡
时延
具有不确定性
发送时延是确定的，关键时刻连续发生令牌的丢失会造成一些时延的不确定性
在低负载时发送数据的站由于要等待令牌，会产生附加的时延
优先级
不可设定优先级
可设定优先级
可设定优先级
光纤兼容性
使用光纤作为传输媒体，但不便将光纤作为总线
和总线局域网相似，令牌总线局域网也很难用光纤来实现
既可用双绞线连接，也比较容易用光纤来实现
可靠性
可靠性较高
可靠性高
可靠性高
效率
当网络的负载很重时，由于冲突很多，网络效率就下降很多
重载时效率非常好，效率高
重载时效率高
吞吐量
10MBPS
有三种可选择的数据率1MBPS、5MBPS、10MBPS
规定了三种操作率1MBPS、4MBPS、16MBPS
最大帧长
1518字节
8191字节
未规定帧长的上限，但每一个站持有令牌的时间是有上限值的。
若按一般取值10MS，则在4MBPS下最大帧长为5000字节
最后结论
发送延时有不确定性，不适合实时应用，当负载很重时，冲突增多，效率下降，不便于使用光纤
既具有总线网的接入方便和可靠性较高的优点，也具有令牌环形网的无冲突和发送时延有确定的上限值的优点
集中式管理，可靠性差，负载轻时要等待令牌的到来，重载时，效率和吞吐量都很高
2、以太网交换机有何特点？
用它怎样组成虚拟局域网？
交换机的工作原理：
·交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
·交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
·如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。
这一过程称之为泛洪（flood）。
·广播帧和组播帧向所有的端口转发。
交换机的三个主要功能：
·学习：
以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
·转发/过滤：
当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）。
·消除回路：
当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。
交换机的工作特性：
·交换机的每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域。
·交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播（唯一的例外是在配有VLAN的环境中）。
·交换机依据帧头的信息进行转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备
在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。
因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点就不担心自己发送的帧在通过交换机时是否会与其他节点发送的帧产生冲突。
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。
用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段，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。
基于交换式以太网的虚拟局域网在交换式以太网中，利用VLAN技术，可以将由交换机连接成的物理网络划分成多个逻辑子网。
在交换式以太网中，各站点可以分别属于不同的虚拟局域网。
构成虚拟局域网的站点不拘泥于所处的物理位置，它们既可以挂接在同一个交换机中，也可以挂接在不同的交换机中。
1、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,分布在16个不同的地点.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号码,并算出每个地点主机号码的最大值及最小值.
2、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.试问应当划分几个短些的数据报片?
各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何值？
3、已知路由器R1的路由表如表所示。
试画出各网络和必要的中由器的连接拓朴，标注出必要的IP地址和接口。
对不能确定的情况应当指明。
地址掩码
目的地网络地址
下一跳地址
路由器接口
/26
140.5.12.64
180.15.2.5
M2
/24
130.5.8.0
190.16.6.2
M1
/16
110.71.0.0
-------
M0
/16
180.15.0.0
-------
M2
/16
190.16.0.0
-------
M1
默认
默认
110.71.4.5
M0
4、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.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R5相连。
R5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。
1、答：
4000/16=250，平均每个地点250台机器。
如选255.255.255.0为掩码，则每个网络所连主机数=28-2=254>250，共有子网数=28-2=254>16，能满足实际需求。
可给每个地点分配如下子网号码（答案可有多种，仅供参考）
地点：
子网号（subnet-id）子网网络号主机IP的最小值和最大值
1：
00000001129.250.1.0129.250.1.1---129.250.1.254
2：
00000010129.250.2.0129.250.2.1---129.250.2.254
3：
00000011129.250.3.0129.250.3.1---129.250.3.254
4：
00000100129.250.4.0129.250.4.1---129.250.4.254
5：
00000101129.250.5.0129.250.5.1---129.250.5.254
6：
00000110129.250.6.0129.250.6.1---129.250.6.254
7：
00000111129.250.7.0129.250.7.1---129.250.7.254
8：
00001000129.250.8.0129.250.8.1---129.250.8.254
9：
00001001129.250.9.0129.250.9.1---129.250.9.254
10：
00001010129.250.10.0129.250.10.1---129.250.10.254
11：
00001011129.250.11.0129.250.11.1---129.250.11.254
12：
00001100129.250.12.0129.250.12.1---129.250.12.254
13：
00001101129.250.13.0129.250.13.1---129.250.13.254
14：
00001110129.250.14.0129.250.14.1---129.250.14.254
15：
00001111129.250.15.0129.250.15.1---129.250.15
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