南昌大学高级计算机网络课堂提问及详解.docx
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南昌大学高级计算机网络课堂提问及详解
课堂提问
单元1
1、试说明在计算机网络的工作中哪些是由通信子网完成的？
那些不是？
通信子网承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。
通信子网的功能是把信息从一台主机传输到另一台主机。
从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。
把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。
2、LAN与WAN的根本区别是什么？
传输的地理范围不同。
3、在一个n层网络系统中，每层协议分别要加上H字节的报头，若要求传输的应用数据长度为A字节，问传输介质的带宽中有多大比例用于传输有效应用数据？
∵每层协议要求加上Hi字节的报头∴n层的网络系统中，增加的开销为
nH
又∵应用数据长度为A字节∴传输有效应用数据的有效的带宽占
A/（A+nH）
4、ISO-OSIRM哪一层处理以下问题：
数据流组帧；分组送达目的地出错；产生数据传输的同步信号；数据传送的最高负责。
网络接口卡（NIC）主要定义了与网络线进行连接的物理方式和在网络上传输二进制数据流的组帧方式（链路层）。
5、教材第一章题26：
ATM的分组为什么使用短的、固定长度的信元？
采用固定长度的原因是，所有数据单元都有相同大小，其复用具有更高效率。
如果数据分组具有不同大小，在交付时可能产生变化的时延。
用户数据分割成较小的数据单元，使得来自不同链路的数据单元在复用线路上交织时的等待时延较小。
所以ATM采用了称为信元的固定且较小长度的数据单元，能适应实时业务的需求。
与香农定理的关系：
奈奎斯特准则：
对于一个带宽为W（Hz）的无噪声低通信道，最高的码元传输速率Bmax:
Bmax=2W（band）
如果编码方式的码元状态数为M，得出极限信息传输速率（信道容量）Cmax：
Cmax=2Wlog2M（b/s）
因为信道总是有噪声的，因此奈奎斯特准则给出的是理论上的上限。
香农定理：
Cmax=Wlog2（1+S/N）（b/s）
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
单元2
1、什么是基带传输和宽带传输，局域网主要使用那一种？
基带传输又叫数字传输，是指把要传输的数据转换为数字信号，使用固定的频率在信道上传输。
宽带（Broadband）传输：
将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为宽带传输。
宽带是传输模拟信号，数据传输速率范围为0～400Mb/s，而通常使用的传输速率是5Mb/s～10Mb/s。
它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。
宽带传输系统多是模拟信号传输系统。
局域网主要使用宽带传输。
2、主要的三种传输介质是哪些？
哪一种广泛应用于从交换机或集线器到桌面？
为什么？
哪一种广泛应用于交换机或集线器和建筑物之间？
为什么？
哪一种在传统网络中广泛应用？
为什么？
三种传输介质：
双绞线、同轴电缆、光纤。
双绞线广泛用于交换机或集线器到桌面，布线方便，线缆利用率高，模拟信号和数字信号都可传送，价格低廉。
同轴电缆广泛应用于交换机或集线器与建筑物之间。
同轴电缆可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信，相对双绞线来说它的抗干扰性、传输速率和传输距离更强。
光纤广泛用于传统网络中。
光纤用于远程主干通信和园区网，它的信号损耗小，抗干扰性最好，传输速率最强，传输距离也更长。
3、比特速率和波特率的区别是什么？
如果传输线有10000的波特率,并且有8种可能的线状态,它的比特速率是多少？
如果希望每一波特传输两个比特,需要几种线状态？
比特率Rb和波特率RB统称为系统的传输速率。
在不同的信号调制系统中，每个码元所载的比特是不同的。
例如，一个码元可携带一个二进制bit，也可载三个八进制bit。
一般而言，每个码元脉冲可代表log2M个M进制bit。
比特速率Rb=RBlog2M=1000×3=3000bps。
如果希望每一波特传输两个比特,需要4种线状态。
4、一般而言，随着噪声的增加,信道的最大传输速率发生什么变化？
根据香农公式C=Wlog2（1+S/N）,噪声增加，信道内所传信号平均功率与信道内的高斯噪声功率之比S/N减小，在带宽W不变的情况下，最大传输速率C会减小。
5、奈奎斯特准则和香农公式在数据通信中的意义是什么？
奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。
要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。
这就需要有很好的编码技术。
香农公式给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（以赫兹为单位）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
这个极限是不能够突破的。
要想提高信息的传输速率，或者必须设法提高传输线路的带宽，或者必须设法提高所传信号的信噪比，此外没有其他任何办法。
6、双绞线在用于数字传输时的速率可以达到每秒几M比特；但使用MODEM以电话拨号方式与ISP连接时，数据传输速率最高只能达到56Kb/S，为什么？
信道的最高传输速率是跟信道带宽和信道上的噪音有关的。
信道噪音包括信号的衰减和一些通信设备在对信号处理时的噪音。
根据香农定理。
56kmodem是根据具体的信道噪音和带宽按照香农公式计算出来的。
之所以只能有56k，是因为在modem上进行模拟和数字信号的变换时产生了很大噪音，所以极限速率只能这么大
7、教材第二章题2。
一条无噪声4kHZ信道按照1ms一次进行采样，请问最大数据传输率是多少？
最大传输速率=2Hlog2Vb/s看调制阶数。
因此最大数据传输率决定于每次采样所产生的比特数，如果每次采样产生16bits，那么数据传输率可达128kbps；如果每次采样产生1024bits，那么可达8.2Mbps。
8、教材第二章题4。
如果在一条3kHZ的信道上发送一个二进制信号，该信道的信噪比为20dB，则可叨叨的数据传输率为多少？
信噪比公式信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）S/N=100
香农公式最高码元速率为Cmax=Wlog2（1+S/N）=19.98kbps
根据奈式准则Cmax=2Wlog2M=6kbps
两者相比取其小，所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。
9、教材第二章题22。
一个类似于图2.25的调制解调器星座图有以下几个坐标点：
（1,1）、（1,-1）、（-1,1）和（-1，-1）。
请问一个具备这些参数的调制解调器在1200波特上可以达到多少bps？
四个点有四个线状态，说明每个码元脉冲携带两个二进制数，根据
Rb=RBlog2M=2400bps
10、教材第二章题23。
一个类似于图2.25的调制解调器星座图有两个坐标点（0,1）和（0,2）。
请问该调制解调器使用相位调制还是振幅调制？
相位总是0，但使用两个振幅，因此这是直接的幅度调制。
11、教材第二章题29。
为什么PCM采样时间被设置为125μs？
脉冲编码调制（PCM）已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用。
125μs1/（125×10的负六次方）=8000次/s采样
一个典型的电话通道为4kHz。
根据奈奎斯特定理，为获取一个4kHz的通道中的全部信息需要每秒8000次的采样频率。
单元3
1、什么条件下，选择重传ARQ协议与连续ARQ协议在效果上完全一致？
答：
滑动窗口为1的情况下。
2、教材第三章题16。
数据链路协议几乎总是将CRC放在尾部，而不是头部，请问这是为什么？
答：
CRC是在发送期间进行计算的。
一旦把最后一位数据送上外出线路，就立即把CRC编码附加在输出流的后面发出。
如果把CRC放在帧的头部，那么就要在发送之前把整个帧先检查一遍来计算CRC。
这样每个字节都要处理两遍，第一遍是为了计算检验码，第二遍是为了发送。
把CRC放在尾部就可以把处理时间减半。
3、教材第三章题36。
PPP基本上是以HDLC为基础的，HDLC则使用了位填充技术来防止在净荷数据中偶尔出现标识字节，以避免引起混淆。
请给出至少一个理由说明为什么PPP却使用了字节填充技术？
答：
PPP基本上是以HDLC为基础的，HDLC则使用了位填充技术来防止在净荷数据中偶尔出现标识直接，以避免引起混淆。
请给出至少一个理由说明为什么PPP却使用了直接填充技术？
HDLC通常是用硬件来实现的，与它不同的是PPP往往是通过软件的方式来实现的。
在软件的
实现过程中，对于字节的操作比对位的操作要简单得多。
此外，PPP是被设计用于调制解调线路的，而调制解调线路上是传输模式是以字节为单位的，
因此适合用于字节填充技术。
4、教材第三章题37。
用PPP来发送IP分组的最小开销是多少？
只计算由于PPP本身而引入的开销，不计算IP头部的开销。
协议字段一般可以缩短为一个字节，从图上来看，最小的开销应该是7字节。
但由于PPP协议是被运用在点对点的链路上的特殊性，它不像广播或多点访问的网络一样，因为点对点的链路就可以唯一标示对方，因此使用PPP协议互连的通信设备的两端无须知道对方的数据链路层地址，所以该字节已无任何意义，按照协议的规定将该字节填充为全1的广播地址。
同地址域一样，PPP数据帧的控制域也没有实际意义，按照协议的规定通信双方将该字节的内容填充为0x03。
所以，地址和控制域往往省略，实际的最小开销只有5个字节。
由于在缺省配置下，地址和控制字段总是常数，因此LCP（链路控制协议）为这二部分提供了必要的机制，可以协商选项，允许省略掉这2个字段，从而在每帧上节省2个字节。
协议段缺省大小为2个字节，但在使用LCP时，可以变成1字节。
在最小开销条件下，每个帧有两个标志字节，一个协议字节和两个校验和字节，这样，每个帧共有5个开销字节。
单元4
1、如何区别hub和交换机？
其中那一种的等待时间较长？
为什么？
哪一个更贵？
10BASE-T的hub和交换机都能为单个用户提供同样的速度吗？
答：
集线器的信道是共享的，交换机的信道是独享的。
如果是多用户的话，集线器的等待时间较长，因为多个用户共享带宽，用户间抢占带宽。
交换机更贵。
可以提供同样的速度。
2、a）当网卡出厂时是否每一块都有唯一的802.3MAC层地址？
b）802.3MAC层数据字段（包括PAD）最少是多少比特？
c）802.3MAC层数据字段最多是多少比特？
d）典型MAC帧的数据字段内容是什么？
答：
是的。
MAC帧最小64字节（64×8=512bit），最大1518字节。
在一个最大长度为2500米，拥有4个中继器的10Mb/s的局域网中，允许的最小发送时间为51.2us，这个时间等于64字节的发送时间，64字节就是因此而来。
考虑到信道的吞吐量，1518字节的最大帧长度使得数据正好充满整个信道。
MAC帧包含帧头，数据部分，帧尾三个部分，帧头包含三个字段，前两个字段分别为6字节长的目的地址字段和源地址字段，目的地址字段包含目的MAC地址信息，源地址字段包含源MAC地址信息。
第三个字段为2字节的类型字段，里面包含的信息用来标志上一层使用的是什么协议，以便接收端把收到的MAC帧的数据部分上交给上一层的这个协议。
MAC帧的帧尾也只有一个字段，为4字节长，包含的信息是帧校验序列FCS（使用CRC循环冗余校验码校验）。
帧头和帧尾共计18个字节，数据部分只有一个字段，所以最小长度为64-18=46字节（46×8=368bit）最大长度为1518-18=1500字节（1500×8=12000bit）。
MAC帧数据部分包含的信息是网络层传下来的数据。
3、a）请解释在10Base2网络中的物理连接是如何实现的？
b）在一个单段10Base2网络中报文的目的地距离限制是多少？
c）对于多段10Base2网络，报文的目的地距离限制是多少？
答：
通过最长不超过200米的细同轴电缆相连、以10MB/秒（Mbps）的速度传输数据的基带局域网的以太网和IEEE802.3标准。
通过BNC连接器与网络适配器相连的电缆。
按照10BASE-2标准，一个网段的最大段长为185m，网段之间采用中继器最多可以连接5个网段。
185m
185×5=925m
4、教材第四章题16。
标准的10Mbps以太网的波特率是多少？
C=Mlog2H
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。
标准以太网的数据率为10Mb/s，因此波特率是数据率的两倍，即20MBaud。
5、教材第四章题24。
有些书将以太网帧的最大长度说成是1518字节，而不是1500字节。
这些书错了吗？
请说明你的理由。
答：
18个字节的帧头帧尾，帧头包括6字节长的目的地址字段和源地址字段2字节的类型字段。
帧尾为4字节长，包含的信息是帧校验序列FCS（使用CRC循环冗余校验码校验）。
1500字节指的是帧的数据字段。
6、教材第四章题25。
尽管千兆以太网假设的递交速率为1Gbps，但是，1000Base-SX规范声明了时钟的运行速度应该为1250MHz。
这里超高的时钟速度是为了提供额外的安全余量吗？
如果不是，那会是什么？
答：
1000base-SX是单光纤1000Mbps基带传输系统。
1000BASE-SX采用8B/10B编码方式，编码效率仅为80%。
需要10位的传输数据代表8位的实际数据。
每个波特代表8位数据位,所以真正的数据率实际上是1000Mb/秒。
单元5
1、a）大部分PDN是可靠的还是非可靠的？
b）是否大部分报文交换PDN都使用虚电路？
c）请至少给出一个在a）题和b）题答案中带来的具体好处。
A.、可靠的、
B.、是
C.
①关于全网地址，虚电路服务仅在源主机发出呼叫分组中需要填上源和目的主机的全网地址，在数据传输阶段，都只需填上虚电路号。
②关于路由选择，虚电路服务沿途各结点只在呼叫请求分组在网中传输时，进行路径选择，以后便不需要了。
③关于分组顺序：
对虚电路服务，由于从源主机发出的所有分组都是通过事先建立好的一条虚电路进行传输，所以能保证分组按发送顺序到达目的主机。
2、a）帧中继帧的长度是固定的还是可变的？
b）为什么这种方式能减少系统开销？
c）帧中继帧的地址域是固定的还是可变的？
d）地址域包含的是目的地址还是虚电路号？
e）虚电路号代表了什么？
A、帧长度可变，允许最大帧长度在1600B以上，
B、可以把一些复杂的控制和管理功能交由上层协议完成
C、可变的
D、虚电路号
E、对一条虚电路，根据本节点的实际情况给予可能不同的编号
帧中继帧的具体组成如下：
标志字段（Flags）标志一帧的开始和结束。
该字段值固定不变，使用01111110表示。
地址字段（Address）地址字段包含多种信息，
其中较为重要的有：
DLCI：
DLCI的长度为10个比特，是帧中继帧的关键部分。
DLCI的值代表了DTE设备和交换机之间的虚拟连接电路。
每一条复用到物理链路的虚拟连接都使用一个唯一的DLCI识别。
DLCI值只是本地有效，所以同一条连接的两端所使用的DLCI可以不同。
拥塞控制：
拥塞控制由FECN，BECN和DE3个比特位组成，主要用于控制帧中继拥塞通知机制。
关于上述3个比特位的作用我们在前文中已经做过介绍，这里就不再重复了。
数据字段（Data）
包含被封装的用户数据或负载。
该字段长度不固定，最大可以达到16000个字节。
数据字段的作用主要是通过帧中继网络传递上层协议数据包，例如PDU等。
帧校验序列字段（FCS）
FCS字段可以确保传输数据的完整性。
该字段值由发送设备计算，在抵达接收设备之后进行验证，以确定数据是否完整。
3、网络中所有链路的链路层协议都工作正常，问从源节点到目标节点的通信是否一定是可靠的？
为什么？
不一定。
可能出现拥塞。
4、教材第五章题3。
数据报子网将每个分组当作独立的单位进行路由，所以每个分组的路由过程独立于其他所有的分组。
虚电路子网不必采用这种方式，因为每个数据分组都沿着一条预先确定的路径向前传送。
这是否意味着虚电路子网并不需要具备将独立的分组从任意的源端路由到任意目标端的能力呢？
请解释你的答案。
不对。
为了从任意源到任意目的地，为连接建立的分组选择路由，虚电路网络肯定需要这一能力。
5、教材第五章题6。
请考虑一下涉及到实现虚电路服务的设计问题。
如果在子网内部使用虚电路，那么，每个数据分组必须有一个3字节的头，每台路由器必须提供8个字节的存储空间用于电路表示。
如果子网内部使用数据包，那么每个数据分组需要一个15字节的头，但是不要求路由器的表空间。
假设每一条每1000000字节的传输开销为1美分。
快递路由器内存的价格是每字节1美分，2年以后就贬值了，这里假设每周的工作时间为40小时，平均每个回话的持续时间为1000秒，在这段时间中平均传输200个分组。
平均每个分组要求4跳。
请问那种实现方法更加便宜，便宜多少？
虚电路实现需要在1000秒内固定分配5*8=40字节的存储器。
数据报实现需要比虚电路实现多传送的头信息的容量等于（15-3）×4×200＝9600字节/跳段。
现在的问题就变成了40000字节/秒的存储器对比9600字节/跳段的电路容量。
如果存储器的使用期为两年，即3600×8×5×52×2=1.5×107秒，一个字节/秒的代价为1/（1.5×107）=6.7×10-8分，那么40000字节/秒的代价为2.7毫分。
另一方面，1个字节/跳段代价是10-6分，9600个字节/跳段的代价为10-6×9600=9.6×10-3分，即9.6毫分，即在这1000秒内的时间内便宜大约6.9毫分。
单元6
1、a）TCP协议
提供的是面向连接还是无连接服务？
是可靠的还是不可靠的服务？
简要解释。
答：
TCP的可靠是体现在其通信过程必须经过三个阶段：
连接建立、数据通信、连接撤销。
并且使用了确认机制。
因此其通信结果是可掌握的，必然成功的。
2、a）IP协议提供的是面向连接还是无连接服务？
是可靠的还是不可靠的服务？
简要解释。
答：
无连接的服务：
就是通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包（报文分组）送到线路上，由系统选定路线进行传输。
IP、UDP协议就是一种无连接协议，邮政系统是一个无连接的模式。
3、a）TCP报文被称为什么？
b）SYNc）FINd）ACK报文呢？
SYN：
同步标志
同步序列编号（SynchronizeSequenceNumbers）栏有效。
该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。
它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端（一般是客户端）的初始序列编号。
在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。
通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。
在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。
*FIN：
结束标志
带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据。
ACK：
确认标志
确认编号（AcknowledgementNumber）栏有效。
大多数情况下该标志位是置位的。
TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号（w+1，Figure-1）为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
4、a）当一个IP包到达一个MTU比该IP包还要长的子网时是如何处理的？
b）当一个IP包到达一个MTU比该IP包还要短的子网时是如何处理的？
c）一个IP包到达其目的主机过程中可以经过多次分段吗？
以太网对数据帧的长度都有限制，其最大值为1500。
链路层的这个特性叫做最大传输单元MTU。
如果一个IP数据报比MTU大，那IP层就必须进行分片，把数据报分为若干片。
可以
5、一台主机希望发送一个IP包到其子网的路由器上，它知道该路由器的IP地址。
a）它还需要知道什么？
b）为什么它需要知道这个？
c）它如何知道该信息？
a,还需要知道MAC地址
b，IP是三层的，它需要首先转换为二层的地址，才能找到路由器
c,通过ARP解析得到
6、教材第六章题5。
为什么最大分组生存期T必须足够大以便确保不仅分组本身消失而且它的确认也消失然后协议才有效？
首先看三次握手过程是如何解决延迟的重复到达的分组所引起的问题的。
正常情况下，当主机1发出连接请求时，主机1选择一个序号x，并向主机2发送一个包含该序号的请求TPDU；接着，主机2回应一个接受连接的TPDU，确认x，并声明自己所选用的初始序列号y；最后，主机1在其发送的第一个数据TPDU中确认主机2所选择的初始序列号。
当出现延迟的重复的控制TPDU时，一个TPDU是来自于一个已经释放的连接的延迟重复的连接请求（CONNECTIONREQUEST），该TPDU在主机1毫不知情的情况下到达主机2。
主机2通过向主机1发送一个接受连接的TPDU（CONNECTIONACCEPTED）来响应该TPDU，而该接受连接的TPDU的真正目的是证实主机1确实试图建立一个新的连接。
在这一点上，关键在于主机2建议使用y作为从主机2到主机1交通的初始序列号，从而说明已经不存在包含序列号为y的TPDU，也不存在对y的应答分组。
当第二个延迟的TPDU到达主机2时，z被确认而不是y被确认的事实告诉主机2这是一个旧的重复的TPDU，因此废止该连接过程。
在这里。
三次握手协议是成功的。
最坏的情况是延迟的“连接请求”和对“连接被接收”的确认应答都在网络上存活。
可以设想，当第2个重复分组到达时，如果在网上还存在一个老的对序列号为y的分组的确认应答，显然会破坏三次握手协议的正常工作，故障性的产生一条没有人真正需要的连接，从而导致灾难性的后果。
7、教材第六章题25。
TCP数据段的最大净荷是65495字节。
为什么选择了如此奇怪的一个数？
整个TCP报文段必须适配IP分组65,515字节的载荷段。
因为TCP头最少20个字节，所以仅剩下65,495字节用于TCP数据。
8、简要说明PING命令对应提供了哪些ICMP消息？
echorequest/echoreply消息
9、简要说明无分类编址CIDR技术的主要好处？
其使用方法与传统子网的区别？
它对子网规模的影响。
消除了传统A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，更加有效地分配IPv4的地址空间。
CIDR环境中，ISP可根据每个客户的具体情况进行分配。
CIDR适用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。
｛《网络前缀》，《主机号》｝。
CIDR还是用斜线记法，在IP地址后面加上一个斜线，然后协商网络前缀所占的比特（这
个数值对应于三级编址中子网掩码中比特1的个数）。
网络地址长度可变，灵活。
10、简要说明为什么要对IP分组进行分段？
分段的方法？
IPV6与V4的主要区别？
对于不同的网络，其中传送的包大小可能不一样，因此把大包分小的功能是必须的。
能够在下一个网络传送的最大数据报称为最大传输单元（MTU）。
如果数据报的长度小于等于MTU，进行下一步；否则分为两段，第一段的大小等于MTU，第二段就是剩余的长度，将第一段传送，如果第二段仍然大于MTU，则重复分段过程，直到可以发送为止。
①定长40字节，将IPV4的可选项改成扩展首部。
②增加优先级字段来对不同的数据提供不同的服务。
③增加流标号字段来对不同类型的数据流预分配资源。
④取消了与分段有关的字段和标志位，由源端负责分段，中间节点不再分段。
⑤取消了校验
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