计算机网络重点题讲义.docx
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计算机网络重点题讲义
计算机网络
第一章
1-03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）电路交换电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理 线路。
当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。
在整个通信过程中 双方一直占用该电路。
它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。
但同时也带来线 路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。
电路 交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。
（2）报文交换将用户的报文存储在交换机的存储器中。
当所需要的输出电路空闲时， 再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储——转发”方式在网内传输数据。
报文交换的 优点是中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规 程的终端间互通。
但它的缺点也是显而易见的。
以报文为单位进行存储转发，网络传输时延 大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。
报文交换适用于传 输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。
（3）分组交换分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交 换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段 的数据——分组。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个 数据分组。
把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端， 再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用 率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
1-03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。
答：
（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。
1-11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？
（提示：
参考图1-12的分组交换部分，观察总的时延是由哪几部分组成。
）
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
类似题目：
假定x位用户数据将以一系列分组的形式，在一个分组交换网络中沿着一条共有k跳的路径向前传输，，每个分组包含p位数据和h位的头，这里x>>p+h。
线路的传输率为bb/s,传播延迟忽略不计。
请问：
什么样的p值使总延迟最小？
解答：
所需要的分组总数是x/p，因此总的数据加上头信息量为（p+h）x/p位。
源端发送这些位需要时间为（p+h）x/（pb）
中间的路由器重传最后一个分组所花的总时间为（k-1）（p+h）/b
因此我们得到的总的延迟为：
（p+h）x/（pb）+（p+h）（k-1）/b
由上式对p求导得：
[p-（p+h）x]/（p2b）+（k-1）/b=0
可推出：
hx/p2=k-1，得p=[hx/（k-1）]1/2
即p=[hx/（k-1）]1/2时能使总的延迟最小。
1-21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。
1-22网络协议的三个要素是什么？
各有什么含义？
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。
1-27试解释everythingoverIP和IPovereverthing的含义。
TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（所谓的everythingoverip）
答：
允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（所谓的ipovereverything）
补充习题：
1、什么是（N）-PDU、（N）-SDU？
二者有什么关系？
3.对于交换网定义如下的参数：
N：
两个给定站点间转接的结点数；
L：
报文长度（bit）；
B：
链路上的数据传输速率（b/s）；
P：
每个分组的长度（bit）；
H：
每个分组的开销（bit）；
S：
电路交换或虚电路分组交换的呼叫建立时间（s）；
D：
每个转接点的转接延迟时间（s）；
假设不需要确认，请分别计算电路交换、报文交换、虚电路分组交换和数据报分组交换的端到端延迟时间。
假定N=3，D=0.001s，S=0.2s，L=3200bit，P=1024bit，H=16bit，B=9600b/s时，请分别计算这4种交换方式下的延迟时间延迟时间。
解：
对电路交换，端到端延迟时间（t）=呼叫建立的时间（t建立）+报文传输时间（t报文）
而t建立=S，t报文=L/B,所以t=S+L/B。
将S=0.2s，L=3200bit和B=9600b/s代入，得到
对报文交换，
端到端延迟时间（t）=报文的传输时间（t传输）+N*报文在每个转接结点的延迟时间（t延迟）
而t传输=L/B，t延迟=D,所以t=N*D+L/B,将N=3,D=0.001s,L=3200bit和B=9600b/s代入，得
对虚电路分组交换，
端到端延迟时间（t）=虚电路建立的时间（t建立）+所有分组的传输时间（t传输）
+N*分组在每个转接节点的延迟时间（t延迟）
而
t建立=S，
，t延迟=D
，所以
将N=3,D=0.001s，L=3200bit,B=9600b/s,P=1024bit,H=16bit和S=0.2s代入，得
对数据报分组交换，端到端延迟时间（t）只是没有虚电路的连接时间而已，因此
t=所有分组的传输时间（t传输）+N*分组在每个转接节点的延迟时间（t延迟）
而
，t延迟=D
，所以
，
将N=3,D=0.001s，L=3200bit,B=9600b/s,P=1024bit,H=16bit代入，得
习题一
1.简述OSI计算机网络体系结构各层的主要功能以及分层的好处
答：
功能（略）。
分层的方法有利于计算机网络的设计与实现，其好处主要有两个方面：
1简化了网络通信的设计。
网络通信是一个非常复杂的过程，把整个过程划分为几个功能层次，各层分工清晰，层内功能单一，易于实现，把整个系统的设计与实现简单化。
不同的系统可以根据各自的具体条件，采用不同的方法和技术实现每个层次的功能。
2具有层间无关性，系统易于更新。
在层次结构中，高层通过层间接口利用低层所提供的功能，并不需要知道低层如何实现这些功能；低层也仅仅是利用高层传下来的参数，这就是层间无关性。
层间无关性使得硬件和软件出现了新技术的时候，容易对某一层进行更新，以新的方法和新的技术取代老的方法和技术，只要这一更新仍然遵循与相邻层间的接口约定即可。
2.TCP/IP体系结构分为哪几个层次？
它们和ISO/OSI各层的对应关系如何？
答：
（略）。
3.协议和服务有什么区别？
又有什么关系？
答：
协议和服务的区别是：
协议是对等实体之间进行逻辑通信而定义的规则或规约的集合，其关键要素是语法、语义和定时；而服务主要是指一个系统中的下层向上层提供的功能。
协议和服务的关系是：
一个协议包括两个方面，即对上层提供服务和对协议本身的实现。
4.什么是（N）-PDU、（N）-SDU？
二者有什么关系？
答：
（N）-PDU表示第N层的协议数据单元，是（N）协议的数据和控制信息的格式。
（N）-SDU表示第N层的服务数据单元，是（N）协议向它的使用提供的用于两层之间交换的数据的单位。
二者之间的关系：
第N+1层使用第N层的服务时，（N+1）-PDU使用组合、分片等技术装配成（N）-SDU，通过（N）-SAP传送到第N层，第N层使用分片技术，分成几个（N）-PDU，利用（N-1）层服务，将（N）-PDU传送到对等层。
5.什么是端口（Port）？
什么是服务访问点（SAP）？
在TCP/IP协议簇中这二者有什么关系？
答：
N层实体是通过N层的服务访问点（SAP）来使用N层所提供的服务。
N-1层SAP就是N层可以访问N-1层服务的地方。
每一个SAP都有一个惟一的地址。
也就是说，SAP是为了标识不同的应用，或者说SAP是不同应用的地址。
而端口是TCP/IP协议簇中TCP向应用层提供的多个应用的接口，它的功能与SAP的功能相同。
也就是说，端口是TCP向应用层提供的每一个应用的标识，即地址。
第二章
2-05物理层的接口有哪几个方面的特性？
各包含些什么内容？
（1）机械特性
明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
（2）电气特性
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。
（4）规程特性
说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2-13为什么要使用信道复用技术？
常用的信道复用技术有哪些？
为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。
频分、时分、码分、波分。
2-04试解释以下名词：
数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。
答：
数据：
是运送信息的实体。
信号：
则是数据的电气的或电磁的表现。
模拟数据：
运送信息的模拟信号。
模拟信号：
连续变化的信号。
数字信号：
取值为有限的几个离散值的信号。
数字数据：
取值为不连续数值的数据。
码元（code）：
在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
单工通信：
即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
半双工通信：
即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。
这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。
全双工通信：
即通信的双方可以同时发送和接收信息。
基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。
像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
习题二
1．a.数字电视中发送一幅480*500像素的图像，每个像素具有32个灰度等级，假定每秒发送30幅图像，求发送源的数据速率R。
b.假定发送的信道带宽C位4.5MHz,信噪比为35dB，求信道容量。
c.如何调整a中的参数，从而在不提高数据速率的条件下传送彩色图像？
c．在不提高数据速率的条件下，传送彩色图像的方法是减少像素或减少每秒传输的画面数。
解：
a．源点的数据速率为：
480*500*lb32=36Mb/s；
b．C=Blb（1+S/N）=Blb（1+SNR）；
由35=10lb（1+SNR）进而得到SNR=103.5，所以得到
C=Blb（1+SNR）=4.5*106lb（1+103.5）=52.5Mb/s
c．在不提高数据速率的条件下，传送彩色图像的方法是减少像素或减少每秒传输的画面数。
2.一个数字系统工作在9600b/s的速率上
a.如果一个信号代表4位的字的编码，那么它所需的最小带宽是多少？
b.如果是8位的字的编码，结果又是多少？
解：
a.将条件代入乃奎斯特即可得到最小带宽，即
C=2BlbM,所以B=1200Hz
b.将条件代入乃奎斯特即可得到最小带宽，即
C=2BlbM=2B*8,所以B=600Hz
3.某调制解调器同时使用移幅键控和相移键控，采用0、π/2、π和3π/2四种相位，每种相位又都有两个不同的幅值。
请问：
在波特率位1200的情况下的数据速率是多少？
解：
总共有4种相位，而每种相位又有两个不同的幅值，则总共有8种状态，则数据速率如下：
1200*lb8=3600b/s
4.采用PAM（相位幅度调制）技术在带宽为32kHz的无噪声信道上传输数字信号，每个相位处都有两个不同幅度的电平。
按照奈奎斯特公式，若要达到256kb/s的数据速率，至少要多少种不同的相位？
解：
按照乃奎斯特公式C=BlbN=2WlbN,将W=32kHz,C=256kb/s代入，得到N=16。
由于每个相位都有两个不同幅度的电平，因此有8个相位。
5.现在需要在一条光纤上发送一系列计算机图像。
屏幕的分辨率为480*640像素，每个像素为24位，每秒钟有60幅屏幕图像。
请问：
需要多少带宽？
在1.30μm波长上，这段带宽需要的波长为多少？
解：
数据传输速率为
480*640*24*60b/s=442Mb/s
为简单起见，假定每赫兹为1b/s,因为
所以
6.一个CDMA接收器得到了下面的时间片：
-1+1-3+1-1-3+1+1。
假设时间片序列如下定义，请问：
哪些移动站传输了数据？
每个站发送了什么位？
A：
-1-1-1+1+1-1+1+1B：
-1-1+1-1+1+1+1-1
C：
-1+1-1+1+1+1-1-1D：
-1+1-1-1-1-1+1-1
解：
计算4个归一化的内积：
结果表明，A和D发送了1，B发送了0，C没有发送数据。
7.什么是异步传输方式？
什么是同步传输方式？
答：
同步传输（ATM）是按数据帧进行传送、字符与字符间的传输是同步无间隔的，收发方的时钟必须严格一致。
异步传输方式（STM）是按字符一个一个地发送，字符与字符间传输间隔是任意的，发送方和接收方的时钟要求没有同步的严格。
8.什么是频带传输和基带传输？
它们各采用哪种多路复用方式？
答：
频带传输借助于模拟的正弦载波信号，用数字数据调制载波，将数字数据寄生在载波的某个参数上，借助于模拟信道进行传输。
使用频带传输方式传输数字数据需要利用调制解调技术对数据进行转换。
频带传输可以利用频分复用（FDM）实现多路复用，提高传输信道的利用率。
基带传输用于传输基带信号。
基带即基本频带，指未经调制（频率变换）的信号所占用的频带，即把数字数据转换数字传输信号时它所固有的频带。
基带传输中媒体的整个频带范围都用于传输基带信号。
基带传输可以利用时分复用（TDM）实现多路复用，提高传输信道的利用率。
9.数字数据在使用基带传输方式传输前，为什么还要编码？
答：
数字数据在使用基地传输方式传输前需要按一定方式编码，主要有3个原因：
1编码更有利于在接收端区分传输的数字数据“0”与“1”的值。
2编码可以在传输信号中携带时钟，方便地实现传输信号的同步，不必额外再加专用的同步时钟信号线。
3采用合理的编码方式，可以充分利用信道的传输能力，达到更高的信息传输速率。
10.TDM,STDM,WDM,DWDM,PCM名词解释
答：
TDM即时分复用，STDM即统计时分复用，WDM即波分复用，DWDM即密集波分复用，CWDM即稀疏波分复用，详细解释略。
第三章
3-04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？
帧定界使收方能从收到的比特流中准确地区分出一个帧的开始和结束在什么地方；
透明传输使得不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送，因此很重要；
差错控制主要包括差错检测和差错纠正，旨在降低传输的比特差错率，因此也必须解决。
3-26以太网上有两个站，他们同时发送数据，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……试计算第一次重传失败的概率、第二次重传失败的概率、第三次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。
设第i次重传失败的概率为Pi，显然
Pi=（0.5）k， k=min[i,10]
故第一次重传失败的概率P1=0.5, 第二次重传失败的概率P2=0.25, 第三次重传失败的概率P3=0.125.。
P[传送i次才成功]=P[第1次传送失败]×P[第2次传送失败]×。
。
。
×P[第I -1次传送失败]×P[第i次传送成功]
求 {P[传送i次才成功]}的统计平均值，得出平均重传次数为1.637.
3-31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不同？
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计算机就像连到网桥的一个局域网段上。
网桥采用存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转发。
以太网交换机采用了专用的交换机构芯片，转发速度比网桥快。
习题三
1.分别画出101011100对应的曼切斯特编码波形和差分曼切斯特编码波形。
2.要发送数据的二进制表示为100011，CRC生成多项式二进制表示为1011，计算其CRC。
3.CSMA使用了载波监听的机制，但还是可能产生冲突，为什么？
试画图分析。
4.CSMA协议为基础，分析CSMA/CD协议的工作原理。
CSMA/CD是CSMA的改进，对于10Mb/s的帧长1500B的以太网，改进后可以减少多长时间的因冲突造成的信道浪费？
5.以太网冲突以后采用什么回退重试算法？
简述其步骤。
6.在后退重传（GBN）方式中，发送方已经发送了编号为0-7的帧。
当计时器超时之时，只收到编号0、2、4、5、6的帧，那么发送方需要重发哪几个帧？
7.在选择重传（SR）方式中，发送方已经发送了编号为0-7的帧。
当计时器超时之时，只收到编号0、2、4、5、6的帧，那么发送方需要重发哪几个帧？
8.透明网桥如何通过学习建立和维护端口-MAC地址桥接表？
答：
一个网桥刚刚连接到局域网上时，其桥接表是空的，网桥暂时还无法做出转发决策。
此时网桥若收到一个帧，就采用泛洪法转发它，向除接收此帧的端口以外的所有端口转发。
网桥在转发过程中通过逆向学习法将其桥接表逐步建立起来。
假若网桥收到从某一个端口1发来的帧，从帧的头部信息就可得知其源站地址A。
于是，网桥就可以推论出，在相反的方向上，只要以后收到发往目的站A的帧，就应当将此帧由端口1转发出去。
于是就将站A的MAC地址和端口1作为一个表项登记在桥接表中。
局域网的拓扑可能会发生变化。
为了使桥接表能动态地反映出网络的最新拓扑，可以在建立一个表项时将帧到达网桥的时间记录下来。
登记的表项若超过规定的时间范围，网桥将予以清除，重新学习。
9.千兆以太网在解决网络跨距问题上采用哪些方法？
答：
载波扩展和帧突发机制。
10.什么是冲突域？
什么是广播域？
在10Mb/s,100Mb/s和1000Mb/s以太网中，时槽规定为多大？
相应的冲突域的最大网络跨距有多大？
答：
冲突域指一个CSMA/CD以太网区域，同一个冲突域中的两个或多个站点同时发送数据就会产生冲突，CSMA/CD冲突域内能保证正常进行冲突检测，超出冲突域CSMA/CD就不能正常工作。
冲突域限制了CSMA/CD以太网的最大网络跨距。
广播域指网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。
时槽的长度和冲突域的最大网络跨距是相对应的。
10Mb/s和100Mb/s以太网，时槽规定为512位时，即51.2
最大网络直径分别为2000m和200m。
对于1000Mb/s以太网，时槽扩大为4096位时，冲突域的最大网络直径仍为200m。
需要说明的是，上面所说的冲突域的最大网络跨距并不是一个精确的概念。
11.3-24无线局域网的MAC协议有哪些特点?
为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议而必须使用CSMA/CA协议?
12.结合隐蔽站问题和暴露站问题说明RTS帧和CTS帧的作用。
RTS/CTS是强制使用还是选择使用?
请说明理由。
13.为什么在无线局域网上发送数据帧后要对方必须发回确认帧，而以太网就不需要对方发回确认帧?
14.CSMA使用了载波监听的机制，但还是可能产生冲突，为什么？
试画图分析。
答：
CSMA使用发送前先监听信道的机制，减少了发送冲突的机会，但还可能产生冲突，这是由信号传播时延引起的。
下图表示CSMA总线上的两个站A和B，它们之间的信号传播时延为
，A向B发出的数据经
之后才能传播到B。
因此，在A开始发送数据DATA（A）起
这个范围内，B的载波监听检测不到A在发送数据，若这段时间内B也有自己的数据DATA（B）要发送，它也可以发送，那么必然会和A发送的帧发生冲突，图中表示了这种冲突的情况。
可见，虽然是在监听到信道空闲时开始发送，但由于信号传播时延的影响，若两个（多个）站的发送在
的范围内，后发送的站听不到先发送站的信号，CSMA算法仍会产生冲突。
B
A
冲突
2
DATA（A）
DATA（B）
距离
15.CSMA/CD对CSMA的改进主要是？
目的是什么？
对于10Mb/s的帧长1500B
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