计算机网络第4章网络层大题合集.docx
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计算机网络第4章网络层大题合集
第4章
4-1网络层向上提供的服务有哪两种？
试比较其优缺点。
解答：
面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。
对比的方面
虚电路服务
数据报服务
思路
可靠通信应当由网络来保证
可靠通信应当由用户主机来保证
连接的建立
必须有
不需要
终点地址
仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号
每个分组都有终点的完整地址
分组的转发
属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发
每个分组独立选择路由进行转发
当结点出故障时
所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作
出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
分组的顺序
总是按发送顺序到达终点
到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制
可以由网络负责，也可以由用户主机负责
由用户主机负责
4-2作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
解答：
（1）物理层使用的中间设备叫做转发器（repeater）。
（2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器（bridge）。
（3）网络层使用的中间设备叫做路由器（router）。
（4）在网络层以上使用的中间设备叫做网关（gateway）。
用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。
4-3试简单说明下列协议的作用：
IP,ARP和ICMP。
解答：
网际协议IP用于互连异构网络，运行在主机和互连异构网络的路由器上，使这些互连的异构网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
地址解析协议ARP用来把一个机器的IP地址解析为相应的物理地址。
互联网控制报文协议ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
4-4为什么ARP查询要在广播帧中发送，而ARP响应要用单播帧？
解答：
由于查询方不知道被查询方的MAC地址（这也正是为何要进行ARP查询的原因），而所有结点都要处理广播帧，因此通过广播发送给被查询方。
而被查询方通过接收到的广播帧的源地址知道查询方的MAC地址了，因此可以用该地址进行响应，这样局域网中的除查询方外其它主机就不会接收和处理该ARP响应了，避免浪费带宽和其它主机的计算资源。
4-5分类IP地址分为哪几类？
各如何表示？
IP地址的主要特点是什么？
解答：
IP地址分为五类：
A类地址：
网络号前8位，第1位为0；
B类地址：
网络号前16位，前2位为10；
C类地址：
网络号前8位，前3位为110；
D类地址：
网络号前8位，前4位为1110；
E类地址：
网络号前8位，前4位为1111。
IP地址具有以下一些重要特点：
（1）每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。
从这个意义上说，IP地址是一种分等级的地址结构。
（2）实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
（3）按照因特网的观点，一个网络是指具有相同网络号net-id的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为这些局域网都具有同样的网络号。
具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。
（4）在IP地址中，所有分配到网络号的网络（不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的。
4-6对于分类编址方式，分别计算A、B、C三类网络各自可容纳的主机数量。
解答：
A:
16777214;B:
65534;C:
254。
4-7试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
解答：
从层次的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址是逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的）。
由于世界上已经存在各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址，为了互连这些使用不同硬件地址的网络，需要在上层使用一种统一的逻辑地址，即IP地址。
因此，当在一个物理网络中进行通信时，要使用该网络网络的硬件地址，而要跨多个网络进行通信时就必须使用IP地址。
另外，数据链路层和网络层使用不同的地址，可以保持各层的独立性，底层物理网络可以采用任何技术，并可以支持其他网络层协议（如：
IPX、DECnet等）。
4-8试辨认分类编址方式中以下IP地址的网络类别，并写出相应的掩码。
（1）128.36.199.3
（2）21.12.240.17
（3）183.194.76.253
（4）192.12.69.248
（5）89.3.0.1
（6）200.3.6.2
解答：
（2）和（5）是A类，掩码：
255.0.0.0，
（1）和（3）是B类，掩码：
255.255.0.0，（4）和（6）是C类，掩码：
255.255.255.0。
4-9当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？
计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？
解答：
IP协议不实现可靠数据传输，IP协议没有重传机制。
同时，源地址字段也可能出错，以致无法找到源站。
虽然CRC的检错能力更强，但因特网校验和算法比CRC更易于用软件实现，并且计算更快，而CRC更适合用硬件来实现，因此在数据链路层通常使用CRC，但在IP协议中却不采用CRC，以减轻路由器的负担。
4-10什么是最大传送单元MTU？
它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？
解答：
在IP层下面的每一种数据链路层都有其自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，这称为最大传送单元MTU（MaximumTransferUnit）。
当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分，IP首部中总长度字段）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。
4-11某单位分配到地址块129.250.0.0/28。
该单位有4000台机器，平均分布在16个不同的地点。
试给每一个地点分配一个网络地址和子网掩码，并算出每个地点主机号码的最小值和最大值。
解答：
选用子网掩码为255.255.255.0，每个子网有254个可分配地址。
4000多台计算机分布在16不同地点，所以每个地点最多254台电脑。
每个地点的网络前缀和主机号码的最小值和最大值为:
129.250.1.0:
129.250.1~129.250.1.254
129.250.2.0:
129.254.2.1~129.250.2.254
129.250.3.0:
129.250.3.1~129.250.3.254
…………………………………
129.250.16.0:
129.250.16.1~129.250.16.254
4-12路由器转发IP数据报的基本过程。
解答：
在划分子网的情况下，路由器转发分组的算法如下：
（1）从收到的数据报首部提取目的IP地址D。
（2）先判断是否为直接交付。
对路由器直接相连的网络逐个进行检查：
用各网络的掩码和D逐位相“与”（AND操作），看结果是否和相应的网络地址匹配。
若匹配，则把分组进行直接交付（当然还需要把D转换成物理地址，把数据报封装成帧发送出去），转发任务结束。
否则就是间接交付，执行（3）。
（3）对路由表中的每一行（网络地址，掩码，下一跳，接口），用其中的掩码和D逐位相“与”（AND操作），其结果为N。
若N与该行的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行（4）。
（4）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（5）。
（5）报告转发数据报出错。
4-13某主机的IP地址是227.82.157.177/20。
试问该主机所连接的网络的网络前缀是什么？
该网络的网络地址是什么？
主机号占多少位？
主机号的二进制表示是什么？
解答：
网络前缀是：
11100011010100101001，或用十进制表示为：
227.82.144.0/20。
网络地址是：
11100011010100101001000000000000，或用十进制表示为：
227.82.144.0。
主机号占12位，其二进制这表示是：
110110110001。
4-14已知某地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。
试问该地址块中的第一个地址是什么？
这个地址块共包含有多少个地址？
最后一个地址是什么？
解答：
第一个地址：
140.120.80.0。
地址块中的地址数是4096个。
最后一个地址：
140.120.95.255。
4-15某主机的IP地址为140.252.20.68，子网掩码为255.255.255.224，计算该主机所在子网的网络前缀（采用CIDR地址表示法a.b.c.d/x），该子网的地址空间大小和地址范围（含特殊地址）。
解答：
140.252.20.64/27，32,140.252.20.64至140.252.20.95
4-16IGP和EGP这两类协议的主要区别是什么？
解答：
（1）内部网关协议IGP（InteriorGatewayProtocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议，而这与在互联网中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关。
目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。
（2）外部网关协议EGP（ExternalGatewayProtocol）若源主机和目的主机处在不同的自治系统中（这两个自治系统可能使用不同的内部网关协议），当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。
4-17试简述RIP,OSPF和BGP路由选择协议的主要特点。
解答：
RIP协议采用距离向量算法，其特点是：
（1）仅和相邻路由器交换信息。
如果两个路由器之间的通信不需要经过另一个路由器，那么这两个路由器就是相邻的。
RIP协议规定，不相邻的路由器不交换信息。
（2）路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
也就是说，交换的信息是：
“我到本自治系统中所有网络的（最短）距离，以及到每个网络应经过的下一跳路由器”。
（3）按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。
然后路由器根据收到的路由信息更新路由表。
当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。
OSPF协议采用链路状态算法，其特点是：
（1）向本自治系统中所有路由器发送信息。
这里使用的方法是洪泛法（flooding），这就是路由器通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送信息。
而每一个相邻路由器又再将此信息发往其所有的相邻路由器（但不再发送给刚刚发来信息的那个路由器）。
这样，最终整个区域中所有的路由器都得到了这个信息的一个副本。
（2）发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。
所谓“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”（metric）。
OSPF将这个“度量”用来表示费用、距离、时延、带宽，等等。
这些都由网络管理人员来决定，因此较为灵活。
为了方便就称这个度量为“代价”。
（3）只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。
而不像RIP那样，不管网络拓扑有无发生变化，路由器之间都要定期交换路由表的信息。
（4）对于规模很大的网络，OSPF可以把一个自治系统再划分为若干个更小范围的区域（area），实现层次路由。
BGP协议采用路径向量算法，其特点是：
（1）BGP在自治系统之间交换交换“可达性”信息（即“可到达”或“不可到达”），而不是用“代价”作为度量来寻找最佳路由。
例如，告诉相邻路由器：
“到达目的网络N可经过ASx”。
（2）AS之间的路由选择必须考虑有关策略。
这些策略包括政治、安全或经济方面的考虑。
（3）边界网关协议BGP只是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。
4-18比较交换机和路由器各自的特点和优缺点。
解答：
路由器是利用网络层地址转发分组的存储转发分组交换机。
尽管交换机也是一个存储转发分组交换机，它和路由器根本不同，因为它用MAC地址转发分组。
交换机是第二层的分组交换机，而路由器是一个第三层的分组交换机。
交换机的优点：
交换机是即插即用的。
交换机还能够具有相对高的分组过滤和转发率（交换机只需处理通过第二层传送上来的分组，而路由器必须处理通过第三层传送上来的帧）。
交换机的缺点：
由于MAC地址是平坦的，一个大型交换机网络要求交换机维护大的转发表，也将要求在主机中维护大的ARP表，将产生和处理大量的ARP流量。
交换机对于广播风暴不提供任何保护措施，如果一台主机失去控制并传输了无穷的以太网广播帧流，交换机将转发所有这些帧，导致整个以太网的崩溃。
交换机网络的拓扑结构限制为一棵生成树。
路由器的优点：
分组就不会被限制在一棵生成树上，并且可以使用源和目的之间的最佳路径。
因为网络寻址经常是层次的（不像MAC寻址那样是平面的），即使当网络中存在冗余路径，分组通常也不会在路由器中循环。
（当路由器表配置有问题时，分组可能会循环；但IP用一个特殊的报文首部字段来限制循环。
）路由器为第二层的广播风暴提供了隔离保护。
路由器的缺点：
路由器不是即插即用的（它们以及连接到它们的主机都需要配置IP地址）。
路由器对每个分组处理时间通常比交换机更长。
因为它们必须处理到第三层的字段。
4-19简述IGMP和多播选路协议的作用。
答：
IGMP和多播选路协议是因特网实现网络层多播的两个互补的组件：
IGMP通知本地的多播路由器有主机参与某多播组。
多播选路协议用于本地多播路由器与其他多播路由器联系，传送组成员关系信息，建立多播路由。
4-20从IPv4过渡到IPv6的方法有哪些？
解答：
主要有两种向IPv6过渡的策略，即使用双协议栈和使用隧道技术。
双协议栈是指在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6。
因此双协议栈主机（或路由器）既能够和IPv6的系统通信，又能够和IPv4的系统进行通信。
双协议栈主机在和IPv6主机通信时是采用IPv6地址，而和IPv4主机通信时就采用IPv4地址。
向IPv6过渡的另一种方法是隧道技术。
在IPv6数据报要进入IPv4网络时，将IPv6数据报封装成为IPv4数据报，然后IPv6数据报就在IPv4网络的隧道中传输。
当IPv4数据报离开IPv4网络中的隧道时，再将其数据部分（即原来的IPv6数据报）交给主机的IPv6协议栈。
第四章：
网络层
1、网络层向上提供的服务有哪两种？
试比较其优缺点。
（教材109）
答：
网络层向上提供了数据报和虚电路两种服务，其优缺点的比较如下：
（1）虚电路是面向连接的，提供的服务可以保证数据传输的可靠性和投递顺序的正确性；数据报是无连接的，只提供尽最大努力的交付，不能保证传输的可靠性和投递顺序的正确性。
（2）网络采用数据报传输方式可大大简化网络层的结构；虚电路让电信网络负责保证可靠通信所采取的措施，使得电信网的结点交换机复杂而昂贵。
但是相对而言，采用数据报时，由主机负责端到端的可靠性，包括差错处理和流量控制，因此主机的处理负担较大。
（3）虚电路有连接建立和释放阶段，数据传输启动慢；数据报不用建立连接，数据传输启动快。
（4）为了在交换结点进行存储转发，在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。
而在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，只需要有一个简单的虚电路号码标识，这就使得虚电路分组中的控制信息部分的比特数减少，从而减少了系统开销。
（5）虚电路在连接建立的阶段确定数据传输的路由，属于同一条虚电路的分组均按照同一条路由进行转发；数据报对每个分组都独立的做路由选择。
显然，在数据传输阶段，数据报的路由处理负担较大。
但是在网络出现故障的情况下，所有通过故障结点的虚电路都不能工作，而数据报可以灵活的选择替代路由。
2、网络互连有何实际意义？
进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？
（教材110）
答：
（1）单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此，把许多种不同类型的物理网络互相连接在一起，可以实现更大范围内的通信。
实际中使用的TCP/IP协议，定义了一种抽象的网络，隐藏了互连的各种不同物理网络的细节，使得互连后的网络像一个单一的大网络。
（2）进行网络互连时，需要解决的共同的问题：
不同的寻址方案、不同的最大分组的长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错恢复方法、不同的状态报告方法、不同的路由选择技术、不同的用户接入控制、不同的服务（面向连接的服务和无连接的服务）、不同的网络管理和控制方式等。
3、作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
（教材111）
答：
它们工作在的层次不同，并且功能不同：
转发器：
物理层中继系统，在转发数据时不对传输媒体进行检测，只是对数据分组进行简单的转发（逐比特转发），因此只能连接相同速率的网络。
网桥：
工作在数据链路层，网桥在转发数据前先对传输媒体进行检测，并且是把整个数据帧都收下之后再进行存储转发，具有过滤帧的功能，故能够连接不同速率的网络。
当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而从网络层看仍然是一个网络。
路由器：
工作在网络层，具有存储转发功能，作用是在互连网中完成路由选择的功能。
（由于历史的原因，有时把路由器称为网关）
网关：
网络层以上的中继系统，用网关连接两个互不兼容的系统需要在高层进行协议转换。
（由于网关较复杂，用的较少）
4、试简单说明下列协议的作用。
（参考资料129）
答：
IP：
网际协议（互连网协议），用来使互连起来的网络能够相互通信。
ARP：
地址解析协议，用来把IP地址映射成物理地址。
RARP：
逆地址解析协议，使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。
ICMP：
互连网控制报文协议，允许主机或路由器报告差错情况和提供有关是否有异常情况的报告。
5、IP地址分为几类？
各如何表示？
IP地址的主要特点是什么？
（教材115、116）
答：
IP地址共分为5类：
A,B,C,D,E。
A,B,C三类的网络号字段分别为1个，2个，3个字节；而网络号字段的最前面有1~3位的类别比特，其二进制数值分别为0，01，110。
A类，B类，C类地址的主机号字段分别为3，2，1个字节。
D类地址用于多播；前4位包含二进制数值1110。
E类地址保留为未来使用，前5位包含二进制数值11110。
IP地址的特点：
（1）是一种分等级的地址结构，每一个IP地址由网络号和主机号两部分组成。
（2）IP地址实际上是标识一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，而且其网络号必须是不相同的。
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，这些局域网都具有相同的网络号。
（4）在IP地址中，所有分配到网络号的网络，不论大小，都是平等的。
6、试根据IP地址的规定，计算出表4-2中的各项数据。
答：
即表4-2.
7、试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
（教材117）
答：
IP地址是主机在抽象的网络层中的地址，硬件地址是物理网络在数据链锯层地址。
IP地址是不能直接用来进行通信的，例如：
在局域网中，若要将网络层中传输的数据报交给目的主机，还要传到链路层转变成MAC帧后发送到物理往里中。
因此不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路传输数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
这就是说，我们需要使用两种不同的地址。
8、IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点式什么？
答：
IP地址是世界范围内统一的，通常采用点分十进制记法，现在使用的是32位的，分成两个部分：
网络号和主机号，用来标识某个网络中的某台主机。
对于网络中的某台主机，系统分配给它的IP地址可能是不固定的。
电话号码各国表示方法不同。
通常用电话号码来固定的标识某一个用户终端，透过一个具体的电话号码，可以知道相应的国家代码，地区代码，交换局代码，然后是用户代码。
9、回答下列问题：
（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？
（2）一个网络的现在的掩码是255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？
（3）一个A类网络和一个B类网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个网络的子网掩码有什么不同？
（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0试问在每一个子网上的主机数目是多少？
（5）一个A类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否是一个有效的子网掩码？
（6）某个IP地址的十六进制表示是C2.2F.14.81，试将其转换为点分十进制的形式？
这个地址是哪一类IP地址？
（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？
为什么？
答：
（1）C类网络对应的默认子网掩码。
但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后的8位决定。
而路由器寻找网络由前24位决定。
（2）6个主机。
（用3位进行编写主机号，去除全0和全1）
（3）子网掩码一样（因为除去网络号和子网号后，都是用8位表示主机号，所以掩码相同），但子网数目不同（A:
用16位表示子网，B：
用8位表示子网）。
（4）最多可有4094个（用12位表示主机号，不考虑全0和全1的主机号）。
（5）有效（因为此掩码只是针对A类网络）。
但不推荐这样使用。
（6）192.47.20.129。
C类。
（7）有实际意义。
因为对于小网络这样做还可进一步简化路由表。
10、试辨认以下IP地址的网络类别。
（1）128.36.199.3
（2）21.12.240.17
（3）183.194.76.253
（4）192.12.69.248
（5）89.3.0.1
（6）200.3.6.2
答：
（1）B类。
（2）A类。
（3）B类。
（4）C类。
（5）A类。
（6）C类。
11、IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。
这样做的最大好处是什么？
坏处是什么？
答：
好处：
不检验数据部分会节省时间，从而转发分组更快；
坏处：
数据部分若有差错时不能及时发现。
12、当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？
计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？
答：
因为IP首部中的源地址也可能是错误的，请求错误的源地址重传数据是没有任何意义的。
利用CRC检验码要消耗较多的路由器系统时间，不采用CRC可以节省时间。
13、设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如下所示，（除IP地址外，均用十进制表示）。
试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段的数值（用二进制表示）。
45028
100
417首部检验和（待计算后写入）
10.12.14.5
12.6.7.9
答：
检验和为：
1000101110110001
14、重新计算上题，但使用十六进制运算方法（每16位二进制数字转换为4个十六进制数字,再按照十六进制加法规则计算）。
比较这两种方法。
答：
8BB1
15、什么是最大传送单元MTU?
它和IP数据报中的哪个字段有关？
（教材123）
答：
在IP层的下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，在帧格式中包括数据字段的最大长度，这便称为最大传送单元MTU。
当一个IP数据报备封装成数据链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。
MTU和IP数据报首部中的“总长度”字段有关。
16、在因特网中将IP数据报分片传输的数据报在最后的目的主机中进行组装。
还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络进
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