9A文计算机网络习题解答Word下载.docx
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一组侦察兵约定下午5点到某高地集结。
语法是中文，语义正确：
有时间有地点有任务，但是缺少定时。
万一有人在预定时间没有到达，如何办？
因此，需要增加一条定时约束，如“过时自行返回”。
1-2讲
1.数据在各层之间的传递过程中，各层协议的首部起着什么作用？
“水平的”协议和“垂直的”服务之间有什么关系？
每层协议的首部定义了本层协议进行交互时需要的控制信息。
协议是控制（水平的）对等实体之间进行通信所需要的规则。
协议的实现一方面需要利用（垂直的）下一层为其提供的服务，另一方面又能够为上一层提供服务。
2.TCP/IP体系结构具有哪些层次？
该体系结构的主要特点是什么？
TCP/IP的体系结构层次自上而下是应用层、运输层、网络层和网络接口层。
其中应用层可以定义各种网络应用协议，运输层提供可靠字节流服务和不可靠数据报服务两种服务，网络层只有一个网际协议IP，支持互联多种网络技术以形成一个逻辑网络，网络接口层包括诸如以太网、电话网等多种通信网络。
TCP/IP体系结构的特点包括：
协议栈呈沙漏形状，IP作为体系结构的细腰，一方面IP之上可以通过运输层协议，为多种应用程序提供不同的信道抽象，即一切运行在IP之上；
其次，多种异构网络可以通过IP实现互联互通，及IP运行在一切网络之上。
这一设计理念能够使高层应用和底层通信网技术独立发展，大大提高了因特网的灵活性。
3.考虑一个长度为L的分组从端系统A开始，经一段链路传送到一台分组交换机，并从该分组交换机经第二段链路传送到目的端系统。
令di、si和Ri表示链路i的长度、传播速度和传输速率（i=1,2）。
该分组交换机对每个分组的时延为dproc。
假定没有排队时延，根据di、si、Ri（i=1,2）和L，该分组总的端到端时延是什么？
现在假定该分组是1,000字节，分组交换机的处理时延是1ms，第一段链路的长度是4,000km，并且最后一段链路的长度是1,000km。
对于这些值，该端到端时延为多少？
2-3讲
1.奈奎斯特公式与香农公式在数据通信中的意义是什么？
比特/每秒和码元/每秒有何区别和联系？
奈奎斯特公式给出了任何实际的信道所能传输的最大数据传输速率，而香农公式则指出信道的极限信息传输速率。
比特/每秒和码元/每秒可以相互转换，前者是从信息量角度描述信息传输速率，而后者是从码元角度衡量数据传输速率。
如果每个码元仅有1比特信息，则两者在数值上是相等的；
如果每个码元有n比特信息，则码元/每秒在数值上等于n倍比特/每秒。
2.常用的传输媒体有哪几种类型？
它们的主要特点是什么？
其中的多模光纤和单模光纤各适用于什么场合？
常用的传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。
在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体（铜线或光纤）传播，而非导向传输媒体通常指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。
光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，故多模光纤只适合于短距离传输。
单模光纤可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射，损耗较小，可进行高速率远距离传输。
3.与有线链路相比，无线链路通信有哪些重要的区别特征？
与有线链路相比，无线链路通信的特征是：
a.衰减的信号强度：
当电磁波穿过物体时，信号强度将减弱；
b.来自其他源的干扰：
在同一个频段发送信号的电波源将相互干扰。
此外，环境中的电磁噪声也会形成干扰；
c.多径传播：
当电磁波的一部分受物体和地面反射，在发送方和接收方之间走了不同长度的路径，则会出现多径传播。
这使得叠加后的信号变得时强时弱，难以控制。
2-4讲
1.假定用户共享一条2Mbps链路。
同时假定当每个用户传输时连续以1Mbps传输，但每个用户仅传输20%的时间。
a.当使用电路交换时，能够支持多少用户？
b.对于该问题的遗留问题，假定使用分组交换。
为什么如果两个或更少的用户同时传输的话，在链路前面基本上没有排队时延？
为什么如果3个用户同时传输的话，将有排队时延？
c.求出某指定用户正在传输的概率。
d.假定现在有3个用户。
求出在任何给定的时间，所有3个用户在同时传输的概率。
求出排队增长的时间比率。
a.当使用电路交换时，信道带宽需要用户独占，最多智能支持2个用户。
b.因为2Mbps链路仅能容纳两个或更少的用户同时以1Mbps连续传输时，这时统计上会有资源富余，而当3个用户同时传输时，统计上便会出现供不应求的现象，导致排队时延。
c.每个用户仅可能有20%的时间在传输，因此正在传输的概率是p=0.2。
d.其中传输概率由二项式公式决定：
，其中n≤3为传输用户数。
当n=3时，上式=0.23×
0.80=0.008。
因为仅当n=3时排队才会增长，因此排队增长的时间比率也为0.008。
2.ADSL的上下行带宽为何设计为不对称？
因为家庭用户较多将信息取回家，较少向网络提供信息。
3.当前无线接入所使用的WiFi技术基于何种标准？
为何3G技术经常要与WiFi技术配合使用？
当前无线接入所使用的WiFi技术基于IEEE802.11。
3G技术的通信速率较低，约为几百kbps，上网费用高；
而WiFi的通信速率为54Mbps或以上，且上网费用低。
因此，在有WiFi的地方，就尽可能地使用WiFi，而在没有WiFi的地方就使用3G技术。
3-5讲
1.链路层协议能够向网络层提供哪些可能的服务？
举例说明链路层协议相应的服务。
链路层协议能够向网络层提供的服务包括：
成帧、差错检测、可靠交付、媒体访问、流量控制。
例如，HDLC协议提供了数据链路层的成帧和CRC检测功能等。
2.考虑4bit的生成多项式G（R）=R3+1，假设数据M（R）的值为10101010。
附加比特R（R）的值是什么？
R（R）=101（需要过程）。
3.在SW3协议中，从接收方向发送方流动的ACK分组没有设置序号。
为什么这些ACK分组不需要序号呢？
在SW3协议中，发送方需要序号以便让接收方判断是否出现了分组冗余，而ACK与发送的数据分组一一对应，不会出现ACK的冗余，故ACK分组不需要序号。
3-6讲
1.在课件中给出了SW3的发送方FSM，请画出协议SW3的接收方的FSM。
协议SW3的接收方的FSM如下图所示：
注意：
SW2接收方与SW3接收方协议是相同的（SW3发送方协议的与SW2发送方协议的差异在于增加了超时机制。
超时机制的引入增加了发送方到接收方数据流中冗余分组的可能性。
然而，SW2接收方已经能够处理冗余分组了。
即如果接收方发送的ACK丢失，则在SW2接收方侧将出现冗余，发送方则会重传旧分组。
）。
2.考虑讨论流水线时的例子，网络跨越国家的例子。
窗口长度设置成多少时，才能使该信道的利用率超过90%？
对于2.5Gbps光传输系统，RTT为35ms。
分组长L＝1,500bRte，发送时延：
当一次仅传输一个分组，信道的利用率仅为：
如果要使信道的利用率超过90%，窗口长度至少要大于：
0.9/0.000137=6570，即一个发送窗口中，为得到应答的分组数量要大于6570个。
3.考虑一种GBN协议，其发送方窗口为3，序号范围为1,024。
假设在时刻t，接收方期待的下一个有序分组的序号是k。
假设媒体不会对报文重新排序。
回答以下问题：
a.在t时刻，发送方窗口内的报文序号可能是多少？
为什么？
b.在t时刻，在当前传播回到发送方的所有可能报文中，ACK字段中所有可能值是多少？
一般而言，发送方窗口为N（本题中N=3）。
a.一种情况是，接收方收到k-1号分组，并且对之前接收到的所有分组都进行了确认，且确认正确到达了发送方，那么发送方的窗口[k,k+N-1]。
如果处于另一种极端，发送方未收到任何ACK，窗口[k-N,k-1]。
因此，窗口始于[k-N,k]中某一点，大小为3。
b.接收方等待分组k，收到和确认了k-1及其以前所有分组，如果这N个ACK未到达发送方，ACK范围[k-N,k-1]，由于发送方已经发送分组[k-N,k-1]，所以肯定收到了ACKk-N-1，根据累积确认原理，接收方一旦对k-N-1进行确认，则不会再对小于k-N-1号分组确认，故而ACK范围[k-N-1,k-1]。
4.在SR协议中，如果报文在窗口中，发送方就会不等待确认而传输报文。
考虑设计一种新的SR协议，一次发出一对报文，而且只有在知道第一对报文中的两个报文都正确到达后才发送第二对报文。
这种新的SR协议可描述为下图：
3-7讲
1.在分析多路访问协议时进行了哪些假设？
现有的几十种多路访问协议是如何分类的？
这种分类的方法与结点数量和结点访问信道的频率是否有关？
分析多路访问协议时的假设有：
a.结点。
N个独立结点，彼此独立地产生数据帧。
在一个长度为Δt时隙中生成一个帧的概率是λΔt，其中λ是新帧的到达速率。
b.单一信道。
单一信道速率Rbps为所有发送方所用。
所有结点能够在信道上发送和接收帧。
结点的硬件为等同的，而协议软件可以为它们分配不同的优先权。
c.碰撞。
如果两个帧同时传输，它们在时间上将重叠，导致碰撞帧的信号纠缠在一起无法分清。
该事件被称为碰撞。
所有结点都能够检测到碰撞。
碰撞的帧必须在以后再次传输。
d.时间。
对于连续时间，能够在任意时刻开始传输帧。
对于时隙时间，时间分为离散间隔（时隙）。
帧总是在时隙起始时传输。
一个时隙包含0、1或多个帧，分别对应着空闲、成功传输或碰撞时隙。
e.侦听。
如果使用载波侦听，在试图使用信道前，结点能够分辨出信道是否正在使用。
如果侦听到信道正在忙，任何结点将等待信道空闲后才会尝试使用它。
如果不使用载波侦听，结点将直接传输帧，传输以后再来确定此次传输是否成功。
现有的几十种多路访问协议分为下列三类：
信道划分协议、轮流协议和随机接入协议。
这种分类方法与结点数量和结点访问信道的频率有关系：
当许多用户都有大量信息要发时，可使用信道划分协议；
当许多用户都以较低概率发送信息时，可使用随机接入协议；
而使用轮流协议的情况，介于这两种情况之间。
2.我们讨论了时隙ALOHA效率推导。
本习题将继续这个推导。
（a）当有N个活跃结点时，时隙ALOHA的效率是
。
求出使这个表达式最大化的
值。
（b）使用在（a）中求出的
值，令N接近于无穷，求出时隙ALOHA的效率。
（提示：
当N接近于无穷时，
接近于
）
（c）进一步说明纯ALOHA的最大效率是
（a）当有N个活跃结点时，时隙ALOHA的效率是Np（1-p）N-1。
对该式求导，并令导数为0，可得N（1-p）N-1-Np（N-1）（1-p）N-2=0。
故使表达式最大化时，p=1/N。
（b）代入p=1/N，则Np（1-p）N-1=（1-1/N）N-1。
当N趋向于无穷时，上式的极限为1/e。
（c）N个活跃结点时，ALOHA的效率是Np（1-p）2（N-1）。
对该式取极限，得协议最大效率为：
1/（2e）。
3-8讲
1.考虑某让所有结点直接与一个集线器相连的100Mbps的100BASE-T以太网。
为了获得0.5的效率，结点和集线器之间的最大距离是多少？
假设帧长为64bRte并且中间没有转发器。
这个最大距离也确保正在传输的结点A能够检测出当A在传输时是否有其他任何结点在传输吗？
你得到的最大距离和实际的100Mbps标准比较将有什么结论？
根据因特网的效率公式
，因为传输一个帧的时间为
，故有
，结点和集线器之间的最大距离d为：
又
，故能检测出其他在传输的结点。
最大距离远大于实际的100Mbps标准200m，说明理论是实践的参考，需考虑实际传输时的损耗等因素的影响。
2.考虑在图3-26环境中的交换机的情况。
假定①A向D发送一个帧，②D向A回答一个帧，③C向D发送一个帧，④D向C回答一个帧。
该交换机表初始为空。
显示在这些时间的前后该交换机表的状态。
对于这些事件的每个，确定传输的帧在上面的转发的链路，并简要地论证你的答案。
对各接口编号如图所示，且假设过程中记录未发生超时。
1
地址
接口
时间
MACA
1
T1
由于初始表空，交换机接收到来到A的帧后，首先记录MACA与接口1的对应关系，然后洪泛，向接口2、3、4转发。
2
MACD
4
T2
交换机接收到来到D对A的响应帧后，首先记录MACD与接口4的对应关系，然后向接口1转发。
3
MACC
T3
交换机接收到来到C帧后，首先记录MACC与接口3的对应关系，然后查表得到D对应接口4，便向接口4转发。
交换机接收到来到D对C的回答后，查表得到C对应接口3，便向接口3转发。
3-9讲
1.在IEEE802.11LAN体系结构中，有哪些重要的构件？
能否将WLAN技术用于网络主干？
802.11体系结构的基本构件模块是基本服务集BBS。
在一个BBS中通常包含一个或多个无线站点、一个接入点AP和无线信道。
由于无线信道速率较低且不够稳定，目前通常不将WLAN技术用于网络主干。
2.试描述IEEE802.11CSMA/CA协议。
假设IEEE802.11RTS和CTS帧与标准的DATA数据和ACK帧一样长，使用CTS和RTS帧还会有好处吗？
（1）IEEE802.11CSMA/CA协议可描述为：
如果信道中站点都能监听到其他站点之间的通信，则
a.如果初始时某站点监听到信道空闲，它等待一个被称作分布式帧间间隔的短时间段后发送该帧。
b.否则，站点选取一个随机回退值。
当侦听到信道空闲时，递减该值；
当侦听到信道忙时，计数值保持不变。
c.当计数值减为0时，站点发送整个数据帧并等待确认。
d.如果收到确认，传输站点的得知其帧已被目的站正确接收了。
如果该站点要发送另一帧，它将跳转第一步重新开始。
如果未收到确认，传输站点将重新进入第二步中的回退阶段，并选取一个更大的范围的随机值。
如果信道中站点无法监听到其他站点之间的通信，则
a.当发送方要发送一DATA帧时，它能够首先向AP发送一个RTS帧，指出传输DATA帧和确认帧需要的总时间。
b.当AP收到RTS帧后，它广播一个CTS帧作为响应，以给发送方明确的发送允许，也指示其他站点在预约期内不要发送。
c.如果当两个站点RTS发生碰撞，则不会在预定时间内收到CTS，则站点可随机延迟后再重新发送RTS预约信道。
（2）若RTS和CTS帧与标准的DATA数据帧和ACK帧一样长，则使用CTS和RTS帧预约信道就不再具有原先的优点了。
设计CTS和RTS采用短帧就是要用短帧碰撞来代替长数据帧碰撞，即使产生了短帧的碰撞也不致浪费过大，从而提高了协议利用率。
3.802.11帧中有4个地址字段。
试画出这4个地址分别对应的802.11无线LAN的环境。
802.11帧中有4个地址字段分别为：
地址1是接收该帧的无线主机或AP的MAC地址；
地址2是传输该帧的无线主机或AP的MAC地址；
地址3是与AP连接的路由器接口的MAC地址；
地址4是仅用于自组织模式。
对应的802.11无线LAN的环境图示如下：
4-10讲
1.根据图4-1，为什么说IP网络是一个虚拟网络？
如果IP网络不实际传输分组，那么它的作用是什么？
直接连接的网络是能够实际传送分组的通信网，但它们通常覆盖区域较小、协议异构且没有统一的地址，无法互联互通。
设计了具有统一IP地址和规格的IP协议，其他异构网络通过IP网络转换了格式进行中继，使得它们能够网络互联互通。
因此，IP网络相当于在异构的直接连接的网络之上构建的一个虚拟网络，它仅仅提供在各个异构子网之间全局性路由选择和转发功能，而下面网络则提供了分组实际的通信功能。
2.根据图4-2，试填写出路由器R3的转发表内容。
路由器R3的转发表内容如下：
目的网络N
下一跳R（或输出接口）
30.0.0.0
接口1（直接交付）
40.0.0.0
接口2（直接交付）
10.0.0.0
接口1（间接交付）
20.0.0.0
3.分组的直接交付和间接交付有什么区别与联系？
在交付过程中，它们分别要用到哪些层次的地址？
直接交付：
两台端系统在一个直接连接的网络上，分组从一台主机上直接传送到另一台主机的过程。
间接交付：
两台端系统不在同一个直接连接的网络上时，源主机必须先把分组先发给一个路由器的过程。
直接交付和间接交付的区别是：
直接交付是分组在直接连接的网络中传送，而间接交付是分组在不同的直接连接的网络中传送；
两者的联系是直接交付是间接交付的最后一跳。
在直接交付过程中，用到MAC地址，而间接交付过程中，要用到MAC地址和IP地址。
4-11讲
1.从IP协议支持网络层编址和转发两大功能的角度看，IP协议数据报首部至少要包括哪些字段？
这些字段应当包括什么内容？
为支持网络层编制功能，即设计特定的IP地址结构支持高效完成分组转发任务，因此协议数据报首部至少要包括目的地址字段，而源地址是为接收方提供回应的地址，因此也要包括源地址字段。
转发是将分组从路由器的输入移动到适当的路由器输出，为防止IP数据报无休止地转发，要具有寿命字段；
为使不同服务类型具有较好质量，要具有服务类型字段；
为使不同长度的数据块能够转发，要具有标识符、标志和段偏移字段。
为了使网络层编址和转发两大功能正确，还需要有互联网检验和字段。
互联网检验和字段中放置互联网检验和。
当IP分片时，标志字段除最后一片为0外，其他均为1；
而段偏移字段指示本片数据在长数据报中的位置（字节数除以8）。
而其他字段均放置二进制序列。
2.考虑使用8bit主机地址的数据报网络。
假定一台路由器使用最长前缀匹配并具有下列转发表：
前缀匹配
11
111
2
其他
3
对这4个接口，给出相关的目的主机地址的范围和在该范围中的地址数量。
如果使用最长前缀匹配，匹配的地址的前几位必定要与前缀相同，而前缀后1位必定要不同，由此给出下表：
目的主机地址范围
地址量
10000000~10111111
26=64
11000000~11011111
25=32
11100000~11101111
24=16
00000000~01111111
27=128
3.在4-14网络环境中，若内网有30台主机从172.16.0.0/24地址块中分配地址，公网地址为150.20.20.1。
当内网主机浏览公网Web网站（用80端口）和用FTP下载文件（用20端口）时，NAT的端口随机申请。
试填入NAT转换表的值。
NAT转换表的值可以是（注意答案不唯一）：
NAT转换表
专网端
公网端
172.16.0.1,12345
150.20.20.1,3000
172.16.0.2,21211
150.20.20.1,3501
…
4-12讲
1.在图4-17所示的网络中，端系统A要与端系统E通信。
试简述它们之间具体的通信过程。
a.A比较E的网络地址，发现不在相同网络，就送往路由器R左端口10.101.10.4；
b.A的ARP表中没有R左端口MAC地址，使用ARP从10.10.10.4得到R的MAC地址；
c.A生成以R左端口的MAC地址作为目的地的链路层帧,帧包含A到EIP数据报；
d.A的适配器发送帧，R的适配器接收帧；
e.R知道目的地是E，使用选路协议确定路由器右端口10.101.11.4；
f.R出端口将E的IP地址与本网络地址相比，发现网络地址匹配，就进行直接交付；
发现ARP表中没有发现E的MAC地址，用ARP得到E的MAC地址；
g.R适配器生成包含A到EIP数据报的帧向E发送；
h.E收到来自A的IP分组。
2.设计ICMP用于处理网络管理问题的基本思路是什么？
Traceroute程序的工作原理符合这个基本思路吗？
设计ICMP用于处理网络管理问题的基本思路是允许端系统或路由器报告差错情况，为网管人员提供适当的工具以查询网络结点的信息。
Traceroute程序的工作原理符合这个基本思路。
首先它构造TTL=1的ICMP数据报，使第一台路由器报错，从而获得其入口IP地址，接下来构造TTL=2,3,…的ICMP数据报，从而获得其沿途的路由器不断报错，依次获得了它们的入口地址。
因此，traceroute利用了ICMP的工作机制。
3.与IPv4相比，IPv6在其数据报格式中出现的主要差异是什么？
IPv6数据报扩大地址容量；
首部固定长度40字节；
不允许分段；
完全去除“检查和”，以减小每跳的处理时间；
允许“选项”，但在首部之外，由“下一个首部”字段指示等。
4-13讲
1.考虑图4-27上的网络。
试用距离矢量算法给出结点b的距离表表项。
距离矢量算法通过邻居之间交换路由选择报文，根据Bellman-Ford方程进行迭代得到距离表表项的。
在如下图所示网络中，第一轮时各结点只知道各自的邻居情况；
第二轮时各结点收到其他邻居结点的路由选择报文，更新自己的表信息；
经过三轮，各结点已经找到最优路径。
代
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