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计算机网络

1.比较电路交换和分组交换的主要优缺点。

1.电路交换与分组交换的主要优缺点

1）电路交换：

由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路。

因此有以下优缺点：

优点：

①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。

②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。

③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。

⑤电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

缺点：

①电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。

②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。

③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

（2）分组交换：

分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去，因此有以下优缺点：

优点：

①加速了数据在网络中的传输。

因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。

此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。

②简化了存储管理。

因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。

③减少了出错机率和重发数据量。

因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。

④由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。

缺点：

①尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。

②分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。

③当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。

若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

总之，若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。

从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

2.客户服务方式与对等通信方式的主要区别是什么？

有没有相同的地方？

2.客户服务器方式是一点对多点的，对等通信方式是点对点的。

被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。

因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。

系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。

因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。

对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。

对等连接也需要知道对方的服务器地址。

3.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。

3.计算机网络是一个非常复杂的系统。

它综合了当代计算机技术和通信技术，又涉及其他应用领域的知识和技术。

由不同厂家的软硬件系统、不同的通信网络以及各种外部辅助设备连接构成网络系统，高速可靠地进行信息共享是计算机网络面临的主要难题，为了解决这个问题，人们必须为网络系统定义一个使不同的计算机、不同的通信系统和不同的应用能够互相连接（互连）和互相操作（互操作）的开放式网络体系结构。

互连意味着不同的计算机能够通过通信子网互相连接起来进行数据通信。

互操作意味着不同的用户能够在连网的计算机上，用相同的命令或相同的操作使用其他计算机中的资源与信息，如同使用本地的计算机系统中的资源与信息一样

4.协议与服务有何区别？

有何关系？

4.首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务，使用本层服务的实体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实体是透明的

其次，协议是“水平的”即协议是控制对等实体之间通信的规则但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

另外，并非在一个层内完成的全部功能都称之为服务。

只有那些能够被高一层实体看得见的功能才能被称之为“服务”

5.网络协议的三个要素是什么？

各有什么含义？

5.网络协议的三个要素是语法、语义与规则（时序）。

语法：

即数据与控制信息的结构或格式。

语义：

即需要发出何种控制信息，完成何种动作即做出何种响应。

规则：

即事件实际顺序的详细说明

6.试述五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

6所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。

五层协议的体系结构见图1-1所示。

图1-1五层协议的体系结构各层的主要功能：

（1）应用层　应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。

应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（useragent）,来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。

（2）运输层任务是负责主机中两个进程间的通信。

因特网的运输层可使用两种不同的协议。

即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。

面向连接的服务能够提供可靠的交付。

无连接服务则不能提供可靠的交付。

只是best-effortdelivery.（3）网络层网络层负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

（4）数据链路层数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧（frame），在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。

（5）物理层物理层的任务就是透明地传输比特流。

“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。

物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。

物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。

第三章

1、物理层的接口有哪几个特性？

各包含什么内容？

（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，而专注于完成本曾的协议与服务。

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锁采用。

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心的物理层协议，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.假定要用3kHz贷款的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应该具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示），这个结果说明什么问题？

S/N=64.2dB是个信噪比很高的信道

3.用香农公式计算一下：

假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想使最大信息传输速率增加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再增大到10倍，问最大信息传输速率能否再增加20%？

奈氏准则：

每赫带宽的理想低通信道是最高码元传输速率是每秒2个码元。

香农公式则表明了信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

根据香农公式，计算信道的极限信息传输速率C为：

C=log2（1+S/N）b/s;根据公式，可以算出，信噪比S/N应增大到100倍。

如果在此基础上将信噪比S/N再增大10倍，最大信息速率只能再增加18.5%左右。

4常用的传输媒体有哪几种？

各有何特点？

1.双绞线

双绞线分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。

由两根相互绝缘的导线组成。

可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，有效带宽达250kHz，通常距离一般为几道十几公里。

导线越粗其通信距离越远。

在数字传输时，若传输速率为每秒几兆比特，则传输距离可达几公里。

一般用作电话线传输声音信号。

虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。

2.同轴电缆

同轴电缆分基带同轴电缆和宽带同轴电缆，其结构是在一个包有绝缘的实心导线外，再套上一层外面也有一层绝缘的空心圆形导线。

由于其高带宽（高达300~400Hz）、低误码率、性能价格比高，所以用作LAN中。

同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不同而不同，由于易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。

3.光导纤维

光导纤维以光纤维载体，利用光的全反向原理传播光信号。

其优点是直径小、质量轻：

传播频带款、通信容量大：

抗雷电和电磁干扰性能好，五串音干扰、保密性好、误码率低。

但光电接口的价格较昂贵。

光纤被广泛用于电信系统铺设主干线。

4.无线电微波通信

无线电微波通信分为地面微波接力通信和卫星通信。

其主要优点是频率高、频带范围宽、通信信道的容量大；信号所受工业干扰较小、传播质量高、通信比较稳定；不受地理环境的影响，建设投资少、见效快。

缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播，传输距离受到限制，一般只有50km，隐蔽性和保密性较差；卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距离无关，但传播时延较大，技术较复杂，价格较贵。

第四章

1、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？

1.

（1）数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外，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。

（2）“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、确认和重传等功能，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

2、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。

2.数据链路层中的链路控制包括以下功能：

链路管理；帧同步；流量控制；差错控制；将数据和控制信息分开；透明传输；寻址。

数据链路层做成可靠的链路层的优点和缺点：

所谓“可靠传输”就是：

数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。

这就是收到的帧并没有出现比特差错，但却出现了帧丢失、帧重复或帧失序。

以上三种情况都属于“出现传输差错”，但都不是这些帧里有“比特差错”。

“无比特差错”与“无传输差错”并不是同样的概念。

在数据链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这不是可靠的传输。

网络适配器的作用是什么？

网络适配器工作在哪一层？

3.络适配器能够对数据的串行和并行传输进行转换,并且能够对缓存数据进行出来,实现以太网协议,同时能够实现帧的传送和接受,对帧进行封闭等.网络适配器工作在物理层和数据链路层。

4、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？

4.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。

5、PPP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？

5.第一个比特串：

经过零比特填充后编程011011111011111000（加上下划线的0是填充的）。

另一个比特串：

删除发送端加入的零比特后变成000111011111-11111-110（连字符表示删除了0）。

第五章

常用的局域网的网络拓扑有哪些种类？

现在最流行的是哪种结构？

为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构，但现在却改为使用星形拓扑结构？

1.常用的局域网的网络拓扑有

（1）总线网

（2）星形网（3）环形网（4）树形网。

现在最流行的是星形网。

当时很可靠的星形拓扑结构较贵。

人们都认为无源的总线结构更加可靠，但是实践证明，连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障，而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星形结构的集线器做得非常可靠。

因此现在的以太网一般都是用星形结构的拓扑结构。

2、试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

10BASE-T：

“10”表示数据率为10Mb/s，“BASE”表示电缆上的信号是基带信号，“T”表示使用双绞线的最大长度是500m

3、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。

设信号在网络上的传播速率为200000km/s。

求能够使用此协议的最短帧长。

对于1km电缆，单程传播时间为1200000=510-6s，即5us，来回路程传播时间为10us。

为了能够按照CSMA/CD工作，最短帧的发射时间不能小于10us。

以1Gb/s速率工作，10us可以发送的比特数等于：

10000。

因此，最短帧是10000位或1250字节长。

4、有10个站连接到以太网上，试计算以下三种情况下每一个站所能得到带宽。

（1）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网集线器；　　

（2）10站点连接到一个100Mbit/s以太网集线器；　　

（3）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网交换机。

（1）10个站共享10Mbit/s；　　

（2）10个站共享100Mbit/s；　　

（3）每一个站独占10Mbit/s。

5、以太网交换机有何特点？

它与集线器有何区别？

以太网交换机实质上是一个多端口网桥。

工作在数据链路层。

以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般工作在全双工方式。

交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样，进行无碰撞地传输数据。

通信完成后就断开连接。

区别：

以太网交换机工作数据链路层，集线器工作在物理层。

集线器只对端口上进来的比特流进行复制转发，不能支持多端口的并发连接

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异同？

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。

7、简述CSMA/CD原理

CSMA/CD载波监听/冲突检测，属于计算机网络以太网的工作类型，即在总线上不段的发出信号去探测线路是否空闲，如果不空闲则随机等待一定时间，在继续探测。

直到发出型号为止。

CSMA/CD工作原理：

在Ethernet中，传送信息是以“包”为单位的，简称信包。

在总线上如果某个工作站有信包要发送，它在向总线上发送信包之前，先检测一下总线是“忙”还是“空闲”，如果检测的结果是“忙”，则发送站会随机延迟一段时间，再次去检测总线，若这时检测总线是“空闲”，这时就可以发送信包了。

而且在信包的发送过程中，发送站还要检测其发到总线上的信包是否与其它站点的信包产生了冲突，当发送站一旦检测到产生冲突，它就立即放弃本次发送，并向总线上发出一串干扰串（发出干扰串的目的是让那些可能参与碰撞但尚未感知到冲突的结点，能够明显的感知，也就相当于增强冲突信号），总线上的各站点收到此干扰串后，则放弃发送，并且所有发生冲突的结点都将按一种退避算法等待一段随机的时间，然后重新竞争发送。

从以上叙述可以看出，CSMA/CD的工作原理可用四个字来表示：

“边听边说”，即一边发送数据，一边检测是否产生冲突。

1、试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP协议的作用。

IP:

网际协议，它是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，IP使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。

无连接的数据报传输.数据报路由。

ARP（地址解析协议），实现地址转换：

将IP地址转换成物理地址。

RARP（逆向地址解析协议），将物理地址转换成IP地址。

ICMP:

Internet控制消息协议，进行差错控制和传输控制，减少分组的丢失。

注：

ICMP协议帮助主机完成某些网络参数测试，允许主机或路由器报告差错和提供有关异常情况报告，但它没有办法减少分组丢失，这是高层协议应该完成的事情。

IP协议只是尽最大可能交付，至于交付是否成功，它自己无法控制

2、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？

如图所示，IP地址在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。

在网络层以上使用的是IP地址，而链路层及以下使用的是硬件地址。

在IP层抽象的互连网上，我们看到的只是IP数据报，路由器根据目的站的IP地址进行选路。

在具体的物理网络的链路层，我们看到的只是MAC帧，IP数据报被封装在MAC帧里面。

MAC帧在不同的网络上传送时，其MAC帧的首部是不同的。

这种变化，在上面的IP层上是看不到的。

每个路由器都有IP地址和硬件地址。

使用IP地址与硬件地址，尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同，但IP层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，并使我们能够使用统一的、抽象的IP地址进行通信。

3、

（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？

（2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？

（3）一A类网络和一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何不同？

（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。

试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？

（5）一Ａ类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否为一个有效的子网掩码？

（6）某个IP地址的十六进制表示为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？

（1）可以代表C类地址对应的子网掩码默认值；也能表示A类和B类地址的掩码,前24位决定网络号和子网号，后8位决定主机号。

（用24bit表示网络部分地址，包括网络号和子网号）

（2）255.255.255.248化成二进制序列为：

11111111111111111111111111111000，根据掩码的定义，后三位是主机号，一共可以表示8个主机号，除掉全0和全1的两个，该网络能够接6个主机。

（3）子网掩码的形式是一样的，都是255.255.255.0；但是子网的数目不一样，前者为65534，后者为254。

（4）255.255.240.0（11111111.11111111.11110000.00000000）是B类地址的子网掩码，主机地址域为12比特，所以每个子网的主机数最多为：

212-2=4094。

（5）子网掩码由一连串的1和一连串的0组成，1代表网络号和子网号，0对应主机号.255.255.0.255变成二进制形式是：

11111111111111110000000011111111.可见，是一个有效的子网掩码，但是不是一个方便使用的解决办法。

（6）用点分十进制表示，该IP地址是194.47.20.129，为C类地址。

（7）有，可以提高网络利用率。

注：

实际环境中可能存在将C类网网络地址进一步划分为子网的情况，需要掩码说明子网号的划分。

C类网参加互连网的路由，也应该使用子网掩码进行统一的IP路由运算。

C类网的子网掩码是255.255.255.0。

4、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

（1）128.36.199.3B类

（2）21.12.240.17A类网

（3）183.194.76.253B类网

（4）192.12.69.248C类网

（5）89.3.0.1A类网

（6）200.3.6.2C类网

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？

好处是数据报每经过一个结点，结点只检查首部的检验和，使结点工作量降低，网络速度加快。

坏处是只检验首部，不包括数据部分，即使数据出错也无法得知，只有到目的主机才能发现。

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？

之所以不要求源站重发，是因为地址子段也有可能出错，从而找不到正确的源站。

数据报每经过一个结点，结点处理机就要计算一下校验和。

不用CRC，就是为了简化计算。

7.什么是最大传送单元MTU？

它和IP数据报的首部中的哪个字段有关系？

IP层下面数据链里层所限定的帧格式中数据字段的最大长度，与IP数据报首部中的总长度字段有关系

在因特网中将IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进