谢希仁电子工业出版社计算机网络课后答案.docx

谢希仁电子工业出版社计算机网络课后答案.docx

《谢希仁电子工业出版社计算机网络课后答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《谢希仁电子工业出版社计算机网络课后答案.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

谢希仁电子工业出版社计算机网络课后答案

谢希仁电子工业出版社版计算机网络课后习题答案

第一章

P19

7、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），从源站到目的站共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为C（bit/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？

答：

对电路交换，当t=s时，链路建立；

当t=s+x/C，发送完最后一bit；

当t=s+x/C+kd，所有的信息到达目的地。

对分组交换，当t=x/C，发送完最后一bit；

为到达目的地，最后一个分组需经过k-1个分组交换机的转发，

每次转发的时间为p/C，

所以总的延迟=x/C+（k-1）p/C+kd

所以当分组交换的时延小于电路交换

x/C+（k-1）p/C+kd＜s+x/C+kd时，

（k-1）p/C＜s

8、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（bit/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？

答：

分组个x/p，

传输的总比特数：

（p+h）x/p

源发送时延：

（p+h）x/pb

最后一个分组经过k-1个分组交换机的转发，中间发送时延：

（k-1）（p+h）/b

总发送时延D=源发送时延+中间发送时延

D=（p+h）x/pb+（k-1）（p+h）/b

令其对p的导数等于0，求极值

p=√hx/（k-1）

10、试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

（1）数据长度为107bit，数据发送速率为100kbit/s，传播距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。

（2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gbit/s，传输距离和信号在媒体上的传播速率同上。

答

（1）：

发送延迟=107/（100×1000）=100s

传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms

（2）：

发送延迟=103/（109）=10-6s=1us

传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms

第二章

P33

8、面向连接服务与无连接服务各自的特点是什么？

答：

面向连接服务的特点是，在服务进行之前必须建立数据链路（虚电路）然后在进行数据传输，传输完毕后，再释放连接。

在数据传输时，好象一直占用了一条这样的电路。

适合于在一定期间内要向同一目的地发送许多报文的情况。

对传输数据安全，不容易丢失和失序。

但由于虚电路的建立，维护和释放要耗费一定的资源和时间。

无连接服务的特点，在服务工程中不需要先建立虚电路，链路资源在数据传输过程中动态进行分配。

灵活方便，比较迅速；但不能防止报文的丢失、重复或失序。

适合于传送少量零星的报文。

9、协议与服务有何区别？

有何关系？

答：

1、协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。

服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。

2、协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。

10.（补充）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18字节。

试求数据的传输效率。

若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？

答：

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%

第三章

P69

3、奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？

比特和波特有何区别？

答：

奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。

奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。

香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。

但信息的传输速率“比特/每秒”一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×nbit/s，但某些情况下，信息的传输速率“比特/每秒”在数量上小于码元的传输速率“波特”，如采用内带时钟的曼切斯特编码，一半的信号变化用于时钟同步，另一半的信号变化用于信息二进制数据，码元的传输速率“波特”是信息的传输速率“比特/每秒”的2倍。

10、基带信号与宽带信号的传输各有什么特点？

答：

基带信号将数字1和0直接用两种不同的电压表示，然后送到线路上传输。

宽带信号是将基带信号调制后形成的频分复用模拟信号。

采用基带信号传输，一条电缆只能传输一路数字信号，而采用宽带信号传输，一条电缆中可同时传送多路的数字信号，提高了线路的利用率。

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？

答：

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

补充17、根据EIA-232标准，DTE只有在哪几个电路状态都处于开状态（on）的情况下才能发送数据？

答：

（1）DTE就绪DTR（pin20）

（2）载波检测（pin8）

（3）DCE就绪DSR（pin6）

（4）请求发送RTS（pin4）

（5）允许发送CTS（pin5）

18、使用每个信号元素8个电平级的传输方案，在PSTN上传输数据。

如果PSTN的带宽是3000Hz，试利用Nyquit定理求出最大数据传输速率C和调制效率B。

答：

C=2Wlog2M=2×3000×log28=18000bit/s

B=C/W=18000/3000=6bit/s·Hz-1

4、假定在进行异步通信时，发送端每发送一个字符就要发送10个等宽的比特（一个起始比特，8个比特的ASCII码字符，最后一个结束比特）。

试问当接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相差5%时，双方能否正常通信？

答：

设发送端和接收端的时钟周期分别为X和Y。

若接收端时钟稍慢（Y>X），则最后一个采样必须发生在停止比特结束之前。

即9.5Y<10X。

若接收端时钟稍快，则最后一个采样必须发生在停止比特开始之后。

即9.5Y>9X。

解出：

|（Y-X）/X|<1/19=5.26%

因此收发双方频率相差5%是可以正常工作的（但最好不要这样，因为太临界了）

第四章

P93

3、考察停止等待协议算法。

在接收结点，当执行步骤（4）时，若将“否则转到（7）”改为“否则转到（8）”，将产生什么结果？

答：

“否则”是指发送方发送的帧的N（S）和接收方的状态变量V（R）不同。

表明发送方没有收到接收方发出的ACK，于是重传上次的帧。

若“转到（8）”，则接收方要发送NAK。

发送方继续重传上次的帧，一直这样下去。

4、再停止等待算法中，若对出差错的帧不发送否认帧，该算法应作何改动？

、

答：

发送结点：

（8）“若收到否认帧NAK，则转到（4）”去掉；

接收结点：

（8）改为“丢弃此帧，并转到

（2）”。

6、信道速率为4kbit/s。

采用停止等待协议。

传播时延tp=20ms。

确认帧长度和处理时间可忽略。

问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%？

答：

t发1

≥；得t发≥40ms，则帧长L≥40ms×4kbit/s=160bit

t发+2tp2

9、试证明：

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：

发送窗口：

0123456701234567

全部确认帧收到接收窗口：

0123456701234567

状态2：

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。

10、试证明：

对于选择重传ARQ协议，若有n比特进行编号，则接收窗口的最大值受公式WR≤2n/2的约束。

答：

因WT＋WR≤2n，而WR≤WT，当WR=WT时，WR取最大值，为2n/2。

11、在选择重传ARQ协议中，设编号用3bit。

再设发送窗口WT=6，而接收窗口WR=3。

试找出一种情况，使得在此情况下协议不能正常工作。

答：

发送端：

01234567012345670

接收端：

01234567012345670

12、在连续ARQ协议中，设编号用3bit，而发送窗口WT=8，试找出一种情况，使得在此情况下协议不能正常工作。

答：

发送端：

01234567012345670

接收端：

01234567012345670

13、在什么条件下，选择重传ARQ协议和连续ARQ协议在效果上完全一致？

答：

当选择重传ARQ协议WR=1时，或当连续ARQ协议传输无差错时。

15、卫星通信的数据率为1Mbit/s。

数据帧长为2000bit。

忽略确认帧长和处理时间，并设卫星信道传播时延为0.25秒。

若忽略可能出现的传输差错，试计算下列情况下的信道利用率：

（1）停止等待协议；

（2）连续ARQ协议，WT=7；

（3）连续ARQ协议，WT=127；

（4）连续ARQ协议，WT=255。

答：

t发2000/1061

（1）信道利用率===

t发+tp2000/106+2×0.25251

t发×WT7127

（2）（3）（4）信道利用率=；

（2）=；（3）=；（4）=1

t发+tp251251

17、HDLC帧可分为哪几大类？

试简述各类帧的作用。

答：

分三大类。

1信息帧：

用于数据传输，还可同时用来对已收到的数据进行确认和执行轮询功能。

2监督帧：

用于数据流控制，帧本身不包含数据，但可执行对数据帧的确认，请求重发信息帧和请求暂停发送信息帧等功能。

3无编号帧：

主要用于控制链路本身，不使用发送或接收帧序号。

19、PPP协议的特点是什么？

它适用在什么情况下？

答PPP协议是点对点线路中的数据链路层协议；它由三部分组成：

一个将IP数据报封装到串行链路的方法，一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP，一套网络控制协议；PPP是面向字节的，处理差错检测，支持多种协议；PPP不使用序号和确认机制，因此不提供可靠传输的服务。

它适用在点到点线路的传输中。

20、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？

答：

添加的检验序列为1110（11010110110000除以10011）

数据在传输过程中最后一个1变成了0，11010110101110除以10011，余数为011，不为0，接收端可以发现差错。

数据在传输过程中最后两个1都变成了0，11010110001110除以10011，余数为101，不为0，接收端可以发现差错。

第五章

P136

3、一个7层楼，每层有一排共15间办公室。

每个办公室的楼上设有一个插座，所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网的结点。

设任意两个插座之间都允许连上电缆（垂直、水平、斜线……均可）。

现要用电缆将它们连成

（1）集线器在中央的星形网；

（2）总线式以太网。

试计算每种情况下所需的电缆长度。

答：

（1）假定从下往上把7层楼编号为1-7层。

按楼层高4米计算。

在星形网中，集线器放在4层中间位置（第8间房）。

电缆总程度等于：

715

4ΣΣ√（i-4）2+（j-8）2=1832（m）

i=1j=1

（2）对于总线式以太网（如10BASE2），每层需4×14=56（m）水平电缆，垂直电缆需4×6=24（m），所以总长度等于

7×56+24=416（m）

4、数据率为10Mbit/s的以太网的码元传输速率是多少波特？

答：

以太网使用曼彻斯特编码，这就意味着发送的每一位都有两个信号周期。

标准以太网的数据速率是10Mb/s，因此波特率是数据率的两倍，即20M波特。

5、有10个站连接到以太网上，试计算以下三种情况下每一个站所能得到带宽。

（1）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网集线器；

（2）10站点连接到一个100Mbit/s以太网集线器；

（3）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网交换机。

答：

（1）10个站共享10Mbit/s；

（2）10个站共享100Mbit/s；

（3）每一个站独占10Mbit/s。

6、试说明10BASE5，10BASE2，10BASE-T，和10BROAD36和FOMAU 所代表的意思。

答：

10BASE5：

“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是基带信号，“5”表示每一段电缆的最大长度是500m。

10BASE2：

“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是基

带信号，“2”表示每一段电缆的最大长度是185m。

10BASE-T：

“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是

基带信号，“T”表示使用双绞线作为传输媒体。

10BROAD36：

“10”表示数据率为10Mbit/s，“BROAD”表示电缆上的信

号是宽带信号，“36”表示网络的最大跨度是3600m。

FOMAU :

 （FiberOpticMediumAttachmentUnit）  光纤媒介附属单元。

7、10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s时，需要解决哪些技术问题？

在帧的长度方面需要有什么改变？

为什么？

传输媒体应当有什么改变？

答：

以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按比例缩短，这样会影响冲突的检测。

所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，使参数a保持为较小的值，才能有效地检测冲突。

在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3标准规定的以太网最小最大帧长，使不同速率的以太网之间可方便地通信。

100bit/s的以太网采用保持最短帧长（64byte）不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m，同时将帧间间隔时间由原来的9.6μs，改为0.96μs。

1Gbit/s以太网采用保持网段的最大长度为100m的方法，用“载波延伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64字节，同时将争用字节增大为512字节。

传输媒体方面，10Mbit/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mbit/s和1Gbit/s以太网支持双绞线和光纤，10Gbit/s以太网只支持光纤。

8、100个站分布在4km长的总线上，协议采用CSMA/CD。

总线速率为5Mbit/s，帧平均长度为1000bit。

试估算每个站每秒种发送的平均帧数的最大值。

传播时延为5μs/km。

答：

a=τ/T0=τC/L=5μs/km×4km×5Mbit/s÷1000bit=0.1

当站点数较大时，信道利用率最大值Smax接近=1/（1+4.44a）=0.6925

信道上每秒发送的帧的最大值=Smax×C/L=0.6925×5Mbit/s/1000bit=3462

每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=3462/100=34

9、在以下条件下，分别重新计算上题，并解释所得结果。

（1）总线长度减小到1km。

（2）总线速度加倍。

（3）帧长变为10000bit。

答：

设a与上题意义相同

（1）a1=a/4=0.025，Smax1=0.9000

每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=45

总线长度减小，端到端时延就减小，以时间为单位的信道长度与帧长的比也减小,信道给比特填充得更满,信道利用率更高，所以每站每秒发送的帧更多。

（2）a2=2a=0.2，Smax2=0.5296

每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=53

总线速度加倍，以时间为单位的信道长度与帧长的比也加倍，信道利用率

减小（但仍比原来的1/2大），所以最终每站每秒发送的帧比原来多。

（3）a3=a/10=0.01，Smax3=0.9574

每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=4.8

帧长加长10倍，信道利用率增加，每秒在信道上传输的比特增加（但没有10倍），所以最终每站每秒发送的帧比原来少。

10、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/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。

答：

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。

11、有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d，数据发送率为C，帧长为12500字节，信号在线路上的传播速率为2.5×108m/s。

距离d为25m和2500m，发送速率为10Mbit/s或10Gbit/s。

这样就有4种不同的组合。

试利用公式（5-9）分别计算4种不同情况下a的数值，并进行简单讨论。

答：

a=τ/T0=τC/L=d÷（2.5×108）×C÷（12500×8）=4×10-14dC

d=25m

d=2500m

C=10Mbit/s

C=10Gbit/s

C=10Mbit/s

C=10Gbit/s

a

10-5

10-2

10-3

1

a越小，信道利用率越大

1、站点到集线器距离一定的情况下，数据发送率越高，信道利用率越低。

2、数据发送率相同的情况下，站点到集线器的距离越短，信道利用率越高。

14、假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。

另一个以太网的情况则反过来。

这两个以太网一个使用以太网集线器，另一个使用以太网交换机。

你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上。

答：

以太网交换机用在这样的网络，其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网。

15、以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。

这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？

答：

CSMA/CD是一种动态的媒体随机接入共享信道方式，而传统的时分复用TDM是一种静态的划分信道，所以对信道的利用，CSMA/CD是用户共享信道，更灵活，可提高信道的利用率，不像TDM，为用户按时隙固定分配信道，即使当用户没有数据要传送时，信道在用户时隙也是浪费的；也因为CSMA/CD是用户共享信道，所以当同时有用户需要使用信道时会发生碰撞，就降低信道的利用率，而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。

对局域网来说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较宽，如果使用TDM方式，用户在自己的时隙内没有数据发送的情况会更多，不利于信道的充分利用。

对计算机通信来说，突发式的数据更不利于使用TDM方式。

16、使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100m，信号在线路上传播速率为2×108m/s。

数据的发送速率为1Gbit/s。

试计算帧长度为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。

答：

a=τ/T0=τC/L=100÷（2×108）×1×109/L=500/L，

信道最大利用率Smax=1/（1+4.44a），最大吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s

帧长512字节时，a=500/（512×8）=0.122，Smax=0.6486，Tmax=648.6Mbit/s

帧长1500字节时，a=500/（1500×8）=0.0417，Smax=0.8438，Tmax=843.8Mbit/s

帧长64000字节时,a=500/（64000×8）=0.000977,Smax=0.9957，Tmax=995.7Mbit/s

可见，在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下，帧长度越大，信道利用率越大，信道的最大吞吐量月越大。

18、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？

答：

网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传送的各种帧。

每当收到一个帧时，就先暂存在其缓冲中。

若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。

若该帧出现差错，则丢弃此帧。

网桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。

但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太大的局域网不适合。

网桥与转发器不同，

（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；

（2）网桥不像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；（3）转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法；（4）网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效率并连接不同MAC子层和不同速率局域网的作用。

以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2-4个端口；它们都工作在数据链路层；网桥的端口一般连接到局域网，而以太网的每个接口都直接与主机相连，交换机允许多对计算机间能同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。

所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥，连到交换机上的每台