计算机网络复习资料要点.docx
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计算机网络复习资料要点
第一章概述（P33）
1-02简述分组交换的要点
答：
（1）采用存储--转发技术，信道可以为多对会话动态复用，比电路交换资源利用率高。
（2）限制通过网络的数据分组的大小，如果发送报文超出限制，则发送方将报文分割成一个个小分组，每个分组以存储--转发方式独立传输。
当所有分组到达接收方后，接收方将它们重新拼接成报文。
（3）传输特点：
延迟较小，且相对稳定，适合计算机应用。
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）电路交换电路交换就是终端之间通信时，一方首先发起呼叫，途径的交换机完成转接，直到目的端对方收到发起端的信号，即首先将收发双方的通路完全打通，然后才进行通信。
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，电路接时间长，不同类型用户之间不能通信等缺点。
电路交换比较适用于信息量大、持续时间长的用户通信。
（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，占用大量的交换机内存和外存，传输延时大且不确定，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。
它限定通过网络的数据长度，因此发送端必须将长报文分割成一个个小分组，每个带有目的地标识的分组以“存储-转发”技术独立通过网络，到达接收端后，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。
分组交换使多路会话的数据共享线路，因此线路利用率比电路交换高；同时，由于分组在每个交换机上的处理时间和等待时间减少以及分组的并行传输，传输性能（传输时延、稳定性）比报文交换好，适合交互式应用。
1-07小写和大写开头的英文名词internet和Internet在意思上有何重要区别？
答：
1）internet是抽象名词，翻译成互联网，指多个网络互联而成的整体；
2）Internet是专有名词，翻译成因特网，特指互联网中的一个，它从ARPANET发展而来，采用TCP/IP技术作为互联技术，目前已经覆盖到全球范围。
1-10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。
传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度
发送时延＝数据块长度/信道带宽
总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延
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
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（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：
分组个数为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，求得极值：
p=sqrt（xh/（k-1））
1-15假定网络的利用率到达了90%。
试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？
答：
根据公式，D=D0/（1-U），D0为网络空闲时的最小时延，U是利用率，则
D/D0=1/（1-U）=1/0.1=10
1-17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
1-18假设信号在媒体上的传播速率为2*108m/s。
媒体长度l分别为：
（1）100m
（2）100km
试计算当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
答：
当媒体长度为100m，数据率为1Mb/s，在媒体中正在传播的比特数为，
（（100）/2*108）*106=0.5bit
其它类似
第一章概述（P33）
19、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%
这个计算表明：
数据长度越大，数据的传输效率越高。
为了提高传输效率，应尽量传输长报文。
21、协议与服务又何区别？
有何关系？
答：
区别：
–协议是同等层实体合作的规则、约定，而服务是下层为上层“看得见”的功能；
–协议是水平的，而服务是垂直的。
•联系：
–协议的实现保证了能够为上层提供服务，即服务离不开协议；
–协议的实现还需要调用下层服务，即协议离不开服务。
22、网络协议的三个要素是什么？
各有什么含义？
答：
网络协议的三个要素有，
（1）语法，即数据与控制信息的结构和格式；
（2）语义，即数据或控制信息的含义，如代表的是什么命令，要求完成何种动作以及作出何种响应；
（3）同步，即事件顺序的详细说明。
24、试述具有5层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
应用层：
是体系结构的最高层，作为各种网络服务的用户代理，负责用户数据的发送和接收。
传输层：
负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。
主要功能有复用和分用、差错控制、流量控制等。
网络层：
负责向分组交换网上任意两台主机之间的通信提供服务。
主要功能有路由选择、拥塞控制等。
数据链路层：
负责相邻节点之间的数据传输服务。
主要功能有封装成帧、差错控制、流量控制等。
物理层：
负责透明地传输比特流。
26、名词解释
协议栈：
指网络中各层协议的总和，其形象的反映了一个网络中数据传输的过程：
由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。
实体：
当研究开放系统之间的信息交换时，实体泛指任何可以发送或接收信息的软件或硬件。
对等层：
两个不同系统上的相同层。
协议数据单元：
同等层实体之间交换的数据单位。
服务访问点：
在同一系统中，相邻两层实体进行交互的地方。
客户：
作为服务请求方的计算机进程。
服务器：
作为服务提供方的计算机进程。
客户-服务器方式：
描述的是进程之间服务和被服务的关系，客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
客户向服务器发送请求，服务器向客户提供服务。
客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
27、试解释everythingoverIP和IPovereverything的含义。
答：
everythingoverIP指在TCP/IP体系结构下，各种网络应用均是建立在IP基础之上；
IPovereverything指在TCP/IP体系结构下，IP通过网络接口层可以运行在不同的物理网络之上。
28、试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。
讨论其异同之处。
答：
（1）OSI和TCP/IP的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层。
（2）OSI和TCP/IP的不同点：
①首先，二者解决不同的问题。
OSI是计算机连网的标准，而TCP/IP是异构计算机网络互连的标准。
②形式上不同。
OSI分七层，自下而上分为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，而TCP/IP分四层：
网络接口层、网间网层（IP）、传输层（TCP）和应用层。
③OSI层次间存在严格的调用关系，两个（N）层实体的通信必须通过下一层（N-1）层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务（这种层次关系常被称为“等级”关系），因而减少了一些不必要的开销，提高了协议的效率。
第二章物理层（P66）
2-01、物理层要解决哪些问题？
物理层的主要特点是什么？
答：
（1）物理层要解决的主要问题：
①物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。
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。
（2）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。
2-04名词解释：
自己总结
2-05、物理层的接口有哪些方面的特性？
各包含什么内容？
答：
（1）机械特牲说明接口所用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）电气特性说明在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围。
即什么样的电压表示1或0。
（3）功能特性说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（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。
2-06、数据在信道中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/秒”和“码元/秒”有何区别？
答：
数据在信道中的传输速率受带宽和信噪比的限制。
信噪比不能任意提高。
香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，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/秒是数据传输率的单位，码元/秒是码元传输率的单位，又称波特，这是两个完全不同的概念。
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。
2-07、可以获得的数据率为20000*log216=80000比特/秒
2-08、根据香农公式，64kb/s=3K*log2（1+S/N）,1+（S/N）=2（64/3）=221.3
则S/N=221.3-1=10log10S/NdB,约等于60分贝。
2-09、
（1）设最初的信噪比为S/N，数据率增加60%时候对应的信噪比为（S/N）’，
根据香农公式，35K=3.1Klog2（1+S/N），S/N=211.3-1；
35K（1+60%）=3.1Klog2（1+S/N’），S/N’=211.3*1.6-1；
则信噪比应增加到26.78倍，约等于100倍。
（2）如果在此基础上，信噪比增加10倍，
数据传输率=3.1Klog2（1+10S/N’）=3.1Klog210+3.1Klog2S/N’
=3.1Klog210+50K=60.3K，增加的倍数=60.3K/50K=1.206。
因此能够再增加20%。
2-13、
答：
为了经济的因素，采用多路复用技术。
常用的多路复用技术有：
频分复用、时分复用、码分复用。
2-17、
答：
xDSL：
带宽较小，接入成本较低，只要在用户端和端局各加一个调制解调设备。
HFC：
带宽较大，但需要对有线电视网做较大改造，因此接入成本高。
FTTx：
带宽最大，但成本最高。
2-18、
答:
依靠先进的编码技术，使得一个码元携带多个比特。
补充：
（1）什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？
其特点如何？
答：
曼彻斯特编码是将每一个码元再分成两个相等的间隔。
码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。
码元0则正好相反，从低电平变到高电平。
这种编码的好处是可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换，这对接收端的提取位同步信号是非常有利的。
缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
差分曼彻斯特编码的规则是若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。
不论码元是10或，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。
差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。
（2）模拟传输与数字传输的主要特点是什么？
答：
模拟传输：
只能传模拟信号，使用放大器抵制衰减。
由于放大器在放大信号的同时也放大噪声，因此模拟传输系统的远程传输质量差。
数字传输：
可传模拟与数字信号，噪声不累计，误差小。
（3）基带信号和宽带信号的传输各有什么特点？
答：
（1）基带信号是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。
（2）宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。
基带信号进行调制后，其频谱移到较高的频率处。
由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段上，因此合在一起后并不会互相干扰。
这样做可以在一条线路中同时传送许多路的数字信号，因而提高了线路的利用率。
数据链路层及点到点信道的概念
3-02
答：
数据链路层主要包含封装成帧、透明传输、差错检测、差错控制和流量控制等功能。
数据链路层做成可靠的链路层的优点是每段链路上的数据传输都是可靠的，结合网络层的资源预留策略，容易提供可靠的网络传输服务，即传输问题完全由网络解决。
一方面，资源主机就可以完全从通信问题中解放出来，专注于应用服务，减轻了资源主机的负担；另一方面，提供数据传输服务的通信子网完全解决通信问题，符合传统的网络服务模式，如电话网。
数据链路层做成可靠的链路层的缺点是
（1）数据链路层会很复杂，为了进行差错控制和流量控制，数据链路层需要增加相应的处理功能，如序号、计时器功能等，也就增加了帧在每个结点上耽搁的时间；
（2）数据链路层还会很低效，由于帧在传输中可能出错、丢失等，数据链路层在发出一帧后需要等待接收方的确认，在出错或丢失的情形下，还要重传。
等待确认以及重传进一步增加了帧在每个结点上的等待时间。
综合
（1）
（2）两点，数据链路层实现为可靠传输的通信网络必然效率低。
3-03
答：
网络适配器的作用是将一台主机方便地接入网络，工作在物理层和数据链路层。
3-04
答：
这三个问题必须在数据链路层解决的理由如下：
差错检测：
由于出错数据的继续传输是对通信资源的浪费，因此差错应尽早发现，在每跨过一段链路时就进行检查，而一段链路的数据传输问题属于数据链路层。
封装成帧（使用帧定界或帧同步的说法更好）：
（1）计算机网络都是分组交换网络，即网络层之间转发的是一个个小分组；一个分组对应一个数据链路层PDU，因此数据链路层的传输单位只能是一个个封装了网络层分组的数据单位，称为帧。
（2）为了尽早发现差错，数据链路层必须做差错检测。
进一步，为了将差错发现后的丢弃或重发处理局限在包含差错的小范围内，数据链路层必须以一小块即帧为单位传输。
（3）综合
（1）
（2），数据链路层的传输单位是封装了分组的帧，可是物理层上交的是无结构比特流，为了从中识别出帧，数据链路层必须在每个分组的前后加上首尾定界符，即为封装成帧。
透明传输：
透明传输是和封装成帧紧密联系的，为了实现封装成帧，数据链路层使用特定的控制字符或位模式作为帧的首尾定界符，当用户数据中包含这种定界符时，会导致帧的不同步。
数据链路层必须解决这个问题。
3-05
答：
计算机网络以分组为单位传输数据，每个分组包含源地址和目的地址，中转节点的网络层在收到一个分组后，根据目的地址进行路由选择和分组转发。
如果数据链路层不进行帧定界，
（1）那么网络层的接收方就无法区分出发送方的每个分组，就不能实现正确的路由选择和转发功能。
其次，
（2）在遇到发送方因出错中断发送一分组，过一段时后再恢复重发的情形时，如果数据链路层不进行帧定界，接收方就无法区分因出错没发完的不完全分组和后续的完全分组。
3-06
答：
PPP协议的特点是
（1）点对点线路中的数据链路层协议；
（2）提供不可靠的数据传输服务；（3）简单，只实现封装成帧、透明传输、差错检测功能，不做差错控制和流量控制；（4）高效；（5）灵活，上支持多种网络协议，下课运行在多种链路上。
序号是实现可靠传输的数据链路层需要的功能，是为了防止在确认丢失的情形下发生重复接收设置的功能，因为PPP不实现可靠传输，当然不需要序号。
它适用在点到点线路的传输中。
因为PPP协议中没有包含实现可靠传输必须的内容。
3-07
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。
（参考CRC校验部分）
局域网概念及以太网
3-13、局域网的主要特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数都有限。
首先，我认为，与其问“为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用？
”不如问“为什么局域网采用共享信道的拓扑结构而广域网采用点到点信道的网状拓扑结构？
”因为，共享信道上，信号“天生”可达所有站点；而点到点信道上，信号传输“天生”是点到点的。
因此可以说，局域网和广域网的通信方式是它们各自的拓扑结构选择的结果而不是独立的技术选择。
至于“为什么局域网采用共享信道的拓扑结构而广域网采用点到点信道的网状拓扑结构？
”是因为，局域网覆盖地理范围和连网站点数有限，采用共享信道的拓扑结构在技术上可行——存在满足共享信道带宽要求的媒体，同时成本上也可控；而广域网覆盖地理范围广、连网站点数多，巨量潜在的会话复用一条信道，技术上不可行；同时布线工程代价大，因此采用点到点信道。
3-14、局域网常用拓扑结构有总线型、星型、环型、树型。
现在最流行星型。
因为，当时认为无源的总线结构更加可靠。
但实践证明，总线结构并不可靠，尤其是管理和维护不方便。
在细缆的总线型以太网中，加入、撤出一个站点以及一个连接点发生故障都会中断网络运行。
3-15、采用总线拓扑或以集线器为中心的星形拓扑，速率为10Mbps的以太网，称为传统以太网。
3-16、20M码元/秒
3-17、答：
（1）LLC子层的作用一是屏蔽下层物理网络的差异，为上层提供统一的服务。
由于进入20世纪90年代之后，局域网的市场几乎是以太网一统天下。
也就是说，没有多种物理网络并存了，那么LLC的屏蔽作用意义就不大了。
（2）LLC的作用二是实现与物理媒体无关的数据链路层功能，如差错控制和流量控制。
现代网络TCP/IP技术一统天下，即使是局域网，为了使用大量现成的基于TCP/IP的网络应用程序，都安装了TCP/IP协议。
而TCP具有差错控制和流量控制功能，当有它存在的时候，LLC就多余了。
3-18、10Base-T中，10代表速率为10Mbps，BASE指基带传输；T指双绞线。
3-19、
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。
3-20、
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。
3-21、比特时间指一个比特的发送时间。
使用这个时间单位，在计算一段时间内发送出去的比特数时，简单直观——总的时间/比特时间。
比特时间和数据率是倒数的关系，因此100比特时间=100*（1/数据率）。
3-22、
答：
争用期是64字节的发送时间，
对10Mbps的网络，该值为512b/（10*106）=51.2*10-6秒
等待时间=100*51.2*10-6秒=5.12毫秒
对100mbps的网络，该值为512b/（100*106）=5.12*10-6秒
等待时间=100*5.12*10-6秒=0.512毫秒
3-23~3-24、见教材参考答案
3-25、题目中有误，应是“t=225比特时间，同时检测到冲撞......”。
t=0，两者同时发送；
t=225，同时检测到冲撞；
t=225+48=273，同时发送完冲撞加强信号。
由于rA=0，rB=1，理论上意味着A立即尝试重发；B经过一个碰撞期后尝试重发。
然而，A如果立即重发，肯定会与B发送的冲撞加强信号发生冲撞。
因此当r=0的时候，实际必须在检测到冲撞加强信号之后。
而B的冲撞加强信号经过225比特时间传播到B，然后才尝试发送。
因此:
（1问）t=273+225+96（仅当连续监测到96比特时间的信道空闲才发送）=594，A开始发
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