计算机网络第四版课后习题 答案 谢希仁.docx
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计算机网络第四版课后习题答案谢希仁
计算机网络第四版（谢希仁编著）
1、计算机网络的发展阶段
第一阶段：
（20世纪60年代）以单个计算机为中心的面向终端的计算机网络系统。
这种网络系统是以批处理信息为主要目的。
第二阶段：
（20世纪70年代）以分组交换网为中心的多主机互连的计算机网络系统。
它的主要特点是：
①采用的是静态分配策略；②这种交换技术适应模拟信号的数据传输。
③计算机数据的产生往往是“突发式”的。
第三阶段：
（20世纪80年代）具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。
第四阶段：
（20世纪90年代）网络互连与高速网络。
2、简述分组交换的要点。
（1）报文分组，加首部
（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并
3、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
（1）电路交换：
端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。
（2）报文交换：
无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。
（3）分组交换：
具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。
4、为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？
答：
融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。
8、计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？
答：
主干网：
提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信。
本地接入网：
主要支持用户的访问本地，实现散户接入，速率低。
9、一个计算机网络应当有三个主要的组成部分：
（1）若干个主机，它们向各用户提供服务；
（2）一个通信子网，它由一些专用的结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成；
（3）一系列的协议。
这些协议是为在主机之间或主机和子网之间的通信而用的。
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？
答：
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。
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？
答：
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
12、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。
答：
分层的好处：
①各层之间是独立的。
某一层可以使用其下一层提供的服务而不需要知道服务是如何实现的。
②灵活性好。
当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响。
③结构上可分割开。
各层可以采用最合适的技术来实现④易于实现和维护。
⑤能促进标准化工作。
与分层体系结构的思想相似的日常生活有邮政系统，物流系统。
14协议与服务有何区别？
有何关系？
答：
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。
17、试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
答：
电视，计算机视窗操作系统、工农业产品
18、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。
答：
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对等层:
在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层.协议数据单元:
对等层实体进行信息交换的数据单位.
20、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：
（1）数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。
（2）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：
（1）发送时延：
ts=107/105=100s传播时延tp=106/（2×108）=0.005s
（2）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。
21、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=5×10-1
（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
第二章物理层
2-01物理层要解决哪些问题？
物理层的主要特点是什么？
答：
物理层要解决的主要问题：
（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。
（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，物理层应该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
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。
2-05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？
答：
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。
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。
比特/s是信息传输速率的单位
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。
2-06用香农公式计算一下，假定信道带宽为为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％？
答：
C=Wlog2（1+S/N）b/s-àSN1=2*（C1/W）-1=2*（35000/3100）-1
SN2=2*（C2/W）-1=2*（1.6*C1/w）-1=2*（1.6*35000/3100）-1
SN2/SN1=100信噪比应增大到约100倍。
C3=Wlong2（1+SN3）=Wlog2（1+10*SN2）
C3/C2=18.5%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
2-13答：
56kb/s的调制解调器没有突破了香农的信道极限传输速率。
这种调制解调器的使用条件是：
用户通过ISP从因特网上下载信息的情况下，下行信道的传输速率为56kb/s。
2-15试写出下列英文缩写的全文，并做简单的解释。
FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1,OC-48.
答：
FDM（frequencydivisionmultiplexing）TDM（TimeDivisionMultiplexing）
STDM（StatisticTimeDivisionMultiplexing）WDM（WaveDivisionMultiplexing）
DWDM（DenseWaveDivisionMultiplexing）CDMA（CodeWaveDivisionMultiplexing）
SONET（SynchronousOpticalNetwork）同步光纤网SDH（SynchronousDigitalHierarchy）同步数字系列
STM-1（SynchronousTransferModule）第1级同步传递模块OC-48（OpticalCarrier）第48级光载波
2-16码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰？
这种复用方法有何优缺点？
答：
各用户使用经过特殊挑选的相互正交的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
占用较大的带宽。
2-17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
2-18假定在进行异步通信时，发送端每发送一个字符就发送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？
解：
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，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：
因此收发双方频率相差5%是可以正常工作的。
2-19试比较xDSL、HFC以及FTTx接入技术的优缺点？
答：
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。
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。
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。
2-20为什么在ASDL技术中，在不到1MHz的带宽中却可以传送速率高达每秒几个兆比？
答：
靠先进的DMT编码，频分多载波并行传输、使得每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特
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?
答：
数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，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。
“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包括哪些功能?
试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.
答：
链路管理帧定界流量控制差错控制将数据和控制信息区分开透明传输寻址
可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：
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；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数据链路层的三个基本问题（帧定界、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？
答：
帧定界是分组交换的必然要求透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆
差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源
习题3-03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。
习题3-06解：
根据下图所示停等协议中的时间关系：
在确认帧长度和处理时间均可忽略的情况下，要使信道利用率达到至少50%必须使数据帧的发送时间等于2倍的单程传播时延。
即：
已知：
，其中C为信道容量，或信道速率。
为帧长（以比特为单位）。
所以得帧长bit
习题3-09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。
习题3-10答：
因WT＋WR≤2n，而WR≤WT，当WR=WT时，WR取最大值，为2n/2。
习题3-11答：
发送端：
01234567012345670
接收端：
01234567012345670
习题3-12答：
发送端：
01234567012345670
接收端：
01234567012345670
习题3-13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。
3-16PPP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？
答：
简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错
不使用序号和确认机制地址字段A只置为0xFF。
地址字段实际上并不起作用。
控制字段C通常置为0x03。
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
PPP适用于线路质量不太差的情况下、PPP没有编码和确认机制
3-17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？
答：
作二进制除法，1101011011000010011得余数1110，添加的检验序列是1110.
作二进制除法，两种错误均可发展
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。
3-18一个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）？
答：
7D5EFE277D5D7D5D657D5E7EFE277D7D657D
3-19PPP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？
答：
0110111111111100011011111011111000
000111011111011111011000011101111111111110
4-01局域网的主要特点是什么？
为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？
答：
局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络
从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：
（1）共享传输信道，在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上。
（2）地理范围有限，用户个数有限。
通常局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，如一座楼或集中的建筑群内，一般来说，局域网的覆盖范围越位10m~10km内或更大一些。
从网络的体系结构和传输检测提醒来看，局域网也有自己的特点：
（1）低层协议简单
（2）不单独设立网络层，局域网的体系结构仅相当于相当与OSI/RM的最低两层（3）采用两种媒体访问控制技术，由于采用共享广播信道，而信道又可用不同的传输媒体，所以局域网面对的问题是多源，多目的的连连管理，由此引发出多中媒体访问控制技术在局域网中各站通常共享通信媒体，采用广播通信方式是天然合适的，广域网通常采站点间直接构成格状网。
4-03数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？
答：
码元传输速率即为波特率，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
4-04以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了碰撞。
于是按截断二进制指数退避算法进行重传。
重传次数记为i，i=1，2，3,…..。
试计算第1次重传失败的概率、第2次重传的概率、第3次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。
答：
将第i次重传成功的概率记为pi。
显然第一次重传失败的概率为0.5，第二次重传失败的概率为0.25，第三次重传失败的概率为0.125.平均重传次数I=1.637
4-0610Mb/s以太网升级到100Mb/s、1Gb/S和10Gb/s时，都需要解决哪些技术问题？
为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？
答：
技术问题：
使参数a保持为较小的数值，可通过减小最大电缆长度或增大帧的最小长度
在100mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆的度减小到100m，帧间时间间隔从原来9.6微秒改为现在的0.96微秒
吉比特以太网仍保持一个网段的最大长度为100m，但采用了“载波延伸”的方法，使最短帧长仍为64字节（这样可以保持兼容性）、同时将争用时间增大为512字节。
并使用“分组突发”减小开销
10吉比特以太网的帧格式与10mb/s，100mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同
吉比特以太网还保留标准规定的以太网最小和最大帧长，这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。
由于数据率很高，吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体，它使用长距离（超过km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广
4-07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:
（1）10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器：
10mbs
（2）10个站都连接到一个100mb/s以太网集线器：
100mbs（3）10个站都连接到一个10mb/s以太网交换机：
10mbs
4-08解：
发送一个帧所需的平均时间为：
Tav=2τNR+T0+τ，其中NR=（1-A）/A，A是某个站发送成功的概率，，N＝100时，Amax=0.369,
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