计算机网络第4版习题答案简化版.docx
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计算机网络第4版习题答案简化版
ANDREWS.TANENBAUM
COMPUTERNETWORKS
FOURTHEDITION
习题答案
韶关学院信息工程学院骆耀祖
第1章概述
1.假设你已经将你的狗训练成可以携带一箱3盒8mm磁带,每盒磁带的容量是7GB字节,狗的速度是18km/h,在什么距离范围内,狗的数据传输速度会超过一条数据速率位150Mbps的传输线?
答:
狗能携带21千兆字节或者168千兆位的数据。
18公里/小时的速度等于0.005公里/秒,走过x公里的时间为x/0.005=200x秒,产生的数据传输速度为168/200xGbps或者840/xMbps。
因此,与通信线路相比较,若x<5.6公里,狗有更高的速度。
2.使用局域网模型可以容易地增加节点。
如果局域网只是一条长的电缆,且不会因个别的失效而崩溃(例如采用镜像服务器)的情况下,使用局域网模型会更便宜。
使用局域网可提供更多的计算能力和更好交互式接口。
3.答:
横贯大陆的光纤连接可以有很多千兆位/秒带宽,但是由于光速度传送要越过数千公里,时延将也高。
相反,使用56kbps调制解调器呼叫在同一大楼内的计算机则有低带宽和较低的时延。
4.声音的传输需要相应的固定时间,因此网络时隙数量是很重要的。
传输时间可以用标准偏差方式表示。
实际上,短延迟但是大变化性比更长的延迟和低变化性更糟。
5.答:
不,传送.速度为200,000公里/秒或200米/微秒。
信号在10微秒中传送了2千米,每个交换机相当于增加额外的2公里电缆。
如果客户和服务器之间的距离为5000公里,平均通过50个交换机给那些总道路只增加100公里,只是2%。
因此,交换延迟不是这些情形中的主要因素。
6.答:
由于请求和应答都必须通过卫星,因此传输总路径长度为160,000千米。
在空气和真空中的光速为300,000公里/秒,因此最佳的传播延迟为160,000/300,000秒,约533msec。
7.显而易见,在这里没有正确的独立的答案。
但下列问题好像相关:
目前的系统有它的很多惯性(检测和平衡)。
当新的团体掌握权力的时候,这惯性可保持法律、经济和社会制度的稳定。
此外,很多人对社会问题没有真的知道事情的真相,但却具有很强烈的、引起争论的意见。
将不允许讲道理的观点写进法律也许不合适。
还必须考虑某些专业组织有影响的宣传活动。
另一主要问题是安全。
黑客可能侵入系统和伪造结果。
8.答:
将路由器称为A,B,C,D和E.:
则有10条可能的线路;AB,AC,AD,AE,BC,BD,BE,CD,CE,和DE。
每条线路有4种可能性(3种速度或者不是线路),这样,拓扑的总数为410=1,048,576。
检查每个拓扑需要100ms,全部检查总共需要104,857.6秒,或者稍微超过29个小时。
9.答:
这意味着,从路由器到路由器的路径长度相当于路由器到根的两倍。
若在树中,根深度为1,深度为n,从根到第n层需要n-1跳,在该层的路由器为0.50。
从根到n-1层的路径有router的0.25和n--2跳步。
因此,路径长度l为:
或
Thisexpressionreducestol=n-2,这意味着,router-router路径为2n-4。
10.区分n-2事件。
事件1到n由主机成功地、没有冲突地使用这条信道的事件组成。
这些可能性的事件的概率为p(1-p)n-1。
事件n+1是一个空闲的信道,其概率为(1-p)n。
事件n+2是一个冲突。
由于事件n+2互斥,它们可能发生的事件必须统一合计。
冲突的可能性等于那些小部分的槽的浪费,只是
11.答:
通过协议分层可以把设计问题划分成较小的易于处理的片段。
分层意味着某一层的协议的改变不会影响高层或低层的协议。
12.答:
不.,在ISO协议模型中,物理通讯只在最低的层里进行,不在每个层里。
13.无连接通信和面向连接通信的最主要区别是什么?
答:
主要的区别有两条。
其一:
面向连接通信分为三个阶段,第一是建立连接,在此阶段,发出一个建立连接的请求。
只有在连接成功建立之后,才能开始数据传输,这是第二阶段。
接着,当数据传输完毕,必须释放连接。
而无连接通信没有这么多阶段,它直接进行数据传输。
其二:
面向连接的通信具有数据的保序性,而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。
14.答:
不相同。
在报文流中,网络保持对报文边界的跟踪;而在字节流中,网络不做这样的跟踪。
例如,一个进程向一条连接写了1024字节,稍后又写了另外1024字节。
那么接收方共读了2048字节。
对于报文流,接受方将得到两个报文。
每个报文1024字节。
而对于字节流,报文边界不被识别。
接收方把全部的2048个字节当作一个整体,在此已经体现不出原先有两个报文的事实。
15.答:
协商就是要让双方就在通信期间将使用的某些参数或数值达成一致。
最大分组长度就是一个例子。
16.服务是由k层向k+1层提供的。
服务必须由下层k提供,即,对层k的服务是由k-1层提供的。
17.Theprobability,Pk,ofaframerequiringexactlyktransmissionsistheprobabilityofthefirstk-1attemptsfailing,pk-1,timestheprobabilityofthek-thtransmissionsucceeding,(1-p).Themeannumberoftransmissionisthen
just
18.OSI的哪一层分别处理以下问题?
答:
把传输的比特流划分为帧——数据链路层
决定使用哪条路径通过子网——网络层.
19.答:
帧封装包。
当一个包到达数据链路层时,整个数据包,包括包头、数据及全部内容,都用作帧的数据区。
或者说,将整个包放进一个信封(帧)里面,(如果能装入的话)。
20.一个有n层协议的系统,应用层生成长度为m字节的报文,在每层都加上h字节报头,那么网络带宽中有多大百分比是在传输各层报头?
hn/(hn+m)*100%
[注意:
题中已说明每层都要附加报头,不要考虑实际的OSI或者TCP/IP协议]
21.试将TCP/IP与ISO/OSI七层模型相比较。
答:
相似点:
都是独立的协议栈的概念;层的功能也大体相似。
不同点:
OSI更好的区分了服务、接口和协议的概念,因此比TCP/IP具有更好的隐藏性,能够比较容易的进行替换;OSI是先有的模型的概念,然后再进行协议的实现,而TCP/IP是先有协议,然后建立描述该协议的模型;层次数量有差别;TCP/IP没有会话层和表示层,OSI不支持网络互连。
OSI在网络层支持无连接和面向连接的通信,而在传输层仅有面向连接的通信,而TCP/IP在网络层仅有一种通信模式(无连接),但在传输层支持两种模式。
22.TCP与UDP之间最主要的区别是什么。
答:
TCP是面向连接的,而UDP是一种数据报服务。
23.如果3枚炸弹炸毁与右上角那2个节点连接的3个节点,可将那2个节点与其余的节点拆开。
系统能经得住任何两个节点的损失。
25.如果网络容易丢失分组,那么对每一个分组逐一进行确认较好,此时仅重传丢失的分组。
而在另一方面,如果网络高度可靠,那么在不发差错的情况下,仅在整个文件传送的结尾发送一次确认,从而减少了确认的次数,节省了带宽;不过,即使有单个分组丢失,也需要重传整个文件。
31.优点1:
如果每个人都使用标准,那么每个人都可以与其他任何人交流;优点2:
广泛使用标准将导致规模经济,比如生产大规模集成电路芯片。
缺点1:
为了取得标准化所需要的政治妥协经常会导致差的标准;缺点2:
一旦标准被广泛采用了,要对它再做改变就会非常困难,即使发现了新的更好的技术或方法,也难以替换。
32.具有国际标准的系统的例子包括CD播放器和CD盘片,随声听和录音磁带,照相机和35mm胶卷等。
缺乏国际标准的领域包括合适录像机和录像带(美国是NTSCVHS,欧洲是PAL),手提电话,电灯和灯泡(不同的国家使用不同的电压),影印机和纸(美国为8.5*11英寸,其他地方为A4)等。
第2章物理层
1.
答;本题是求周期性函数的傅立叶系数。
而题面中所给出的为信号在一个周期内的解析式。
即;
2.答:
无噪声信道最大数据传输率公式:
最大数据传输率=2Hlog2Vb/s。
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。
注意这是对无噪声信道而言的,实际信道总是有噪声的,其最大数据传输率由香农定律给出。
3.答:
采样频率12MHz,每次采样2bit,总的数据率为24Mbps。
4.答:
信噪比为20dB即S/N=100.由于log2101≈6.658,由香农定理,该信道的信道容量为3log2(1++100)=19.98kbps。
又根据乃奎斯特定理,发送二进制信号的3kHz信道的最大数据传输速率为
2*3log22=6kbps。
所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。
5.答:
为发送T1信号,我们需要
所以,在50kHz线路上使用T1载波需要93dB的信噪比。
6.答:
无源星没有电子器件,来自一条光纤的光照亮若干其他光纤。
有源中继器把光信号转换成电信号以作进一步的处理。
7.答:
因此,在0.1
的频段中可以有30THz。
8.现在要在光纤上发送一个计算机屏幕图象序列。
屏幕大小为480x640象素,每个象素24位,每秒60幅屏幕图象。
问需要多大的带宽?
假定每赫兹调制一个比特,那么对于中心波长为1.30μm的波段,这个带宽所对应的波长范围有多大?
答:
数据速率为480×640×24×60bps,即442Mbps。
需要442Mbps的带宽,对应的波长范围是
。
9.奈魁斯特定理适用于光纤吗?
还是仅适用于铜线?
答:
奈奎斯特定理是一个数学性质,不涉及技术处理。
该定理说,如果你有一个函数,它的傅立叶频谱不包含高于f的正弦和余弦,那么以2f的频率采样该函数,那么你就可以获取该函数所包含的全部信息。
因此奈奎斯特定理适用于所有介质。
10.答:
3个波段的频率范围大约相等,根据公式
小的波段⊿
也小,才能保持⊿f大约相等。
顺便指出,3个带宽大致相同的事实是所使用的硅的种类的一个碰巧的特性反映。
11.答:
12.答:
1GHz微波的波长是30cm。
如果一个波比另一个波多行进15cm,那么它们到达时将180异相。
显然,答案与链路长度是50km的事实无关。
18.答:
每部电话每小时做0.5次通话,每次通话6分钟。
因此一部电话每小时占用一条电路3分钟,60/3=20,即20部电话可共享一条线路。
由于只有10%的呼叫是长途,所以200部电话占用一条完全时间的长途线路。
局间干线复用了1000000/4000=250条线路,每条线路支持200部电话,因此,一个端局可以支持的电话部数为200*250=50000。
19.答:
双绞线的每一条导线的截面积是
,每根双绞线的两条导线在10km长的情况下体积是
,即约为15708cm3。
由于铜的密度等于9.0g/cm3,每个本地回路的质量约为141kg。
这样,电话公司拥有的本地回路的总质量等于141×1000×104=1.41×109kg,由于每千克铜的价格是3美元,所以总的价值等于4.2×109美元。
21.通常在物理层对于在线路上发送的比特不采取任何差错纠正措施。
在每个调制解调器中都包括一个CPU使得有可能在第一层中包含错误纠正码,从而大大减少第二层所看到的错误率。
由调制解调器做的错误处理可以对第二层完全透明。
现在许多调制解调器都有内建的错误处理功能。
22.每个波特有4个合法值,因此比特率是波特率的两倍。
对应于1200波特,数据速率是2400bps。
23.相位总是0,但使用两个振幅,因此这是直接的幅度调制。
29.答:
125
的采样时间对应于每秒8000次采样。
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。
(Actuallythenominalbandwidthissomewhatless,butthecutoffisnotsharp.)
30.每一帧中,端点用户使用193位中的168(7*24)位,开销占25(=193-168)位,因此开销比例等于25/193=13%。
31.答:
比较使用如下方案的无噪声4kHz信道的最大数据传输率:
(a)每次采样2比特的模拟编码——16kbps
(b)T1PCM系统——56kbps
Inbothcases8000samples/secarepossible.Withdibitencoding,twobitsaresentpersample.WithT1,7bitsaresentperperiod.Therespectivedataratesare16kbpsand56kbps.
32.答:
10个帧。
在数字通道上某些随机比特是0101010101模式的概率是1/1024。
察看10个帧,若每一帧中的第一位形成比特串010*******,则判断同步成功,而误判的概率为1/1024,小于0.001。
33.答:
有。
编码器接受任意的模拟信号,并从它产生数字信号。
而解调器仅仅接受调制了的正弦(或余弦)波,产生数字信号。
34.一个信号在4kHz的无噪声信道上以数字方式进行传输,每125
采样一次,请问;按照以下的编码方法,每秒钟实际发送多少位?
a.CCITT2.048Mbps标准
b.差分脉码调制(DPCM)
c.增量调制。
答:
a.CCITT2.048Mbps标准用32个8位数据样本组成一个125
的基本帧,30个信道用于传信息,2个信道用于传控制信号。
在每一个4kHz信道上发送的数据率就是
8*8000=64kbps。
b.差分脉码调制(DPCM)是一种压缩传输信息量的方法,它发送的不是每一次抽样的二进制编码值,而是两次抽样的差值的二进制编码。
现在相对差值是4位,所以对应每个4kHz信道实际发送的比特速率为4*8000=32bps。
c.增量调制的基本思想是:
当抽样时间间隔st很短时,模拟数据在两次抽样之间的变化很小,可以选择一个合适的量化值?
作为阶距。
把两次抽样的差别近似为不是增加一个?
就是减少一个?
。
这样只需用1bit二进制信息就可以表示一次抽样结果,而不会引入很大误差。
因此,此时对应每个4kHz信道实际发送的数据速率为1*8000=8kHz。
35.答:
在波的1/4周期内信号必须从0上升到A。
为了能够跟踪信号,在T/4的时间内(假定波的周期是T)必须采样8次,即每一个全波采样32次,采样的时间间隔是1/x,因此波的全周期必须足够的长,使得能包含32次采样,即T>32/x,或fmax=x/32。
36.答:
10-9的漂移意味着109秒中的1秒,或1秒中的10-9秒。
对于OC-1速率,即51.840Mbps,取近似值50Mbps,大约一位持续20ns。
这就说明每隔20秒,时钟就要偏离1位。
这就说明,时钟必须每隔10秒或更频繁地进行同步,才能保持不会偏离太大。
37.答:
基本的SONET帧是每125
产生810字节。
由于SONET是同步的,因此不论是否有数据,帧都被发送出去。
每秒8000帧与数字电话系统中使用的PCM信道的采样频率完全一样。
810字节的SONET帧通常用90列乘以9行的矩形来描述,每秒传送51.84Mbps,即8×810×8000=51840000bps。
这就是基本的SONET信道,它被称作同步传输信号STS-1,所有的SONET干线都是由多条STS-1构成。
每一帧的前3列被留作系统管理信息使用,前3行包含段开销,后6行包含线路开销。
剩下的87列包含87×9×8×8000=50112000bps。
被称作同步载荷信封的数据可以在任何位置开始。
线路开销的第一行包含指向第一字节的指针。
同步载荷信封(SPE)的第一列是通路开销。
通路开销不是严格的SONET结构,它在嵌入在载荷信封中。
通路开销端到端的流过网络,因此把它与端到端的运载用户信息的SPE相关联是有意义的。
然而,它确实从可提供给端点用户的50.112Mbps中又减去1×9×8×8000=576000bps,即0.576Mbps,使之变成49.536Mbps。
OC-3相当于3个OC-1复用在一起,因此其用户数据传输速率是49.546×3=148.608Mbps。
40.答:
当一条线路(例如OC-3)没有被多路复用,而仅从一个源输入数据时,字母c(表示conactenation,即串联)被加到名字标识的后面,因此,OC-3表示由3条单独的OC-1线路复用成155.52Mbps,而OC-3c表示来自单个源的155.52Mbps的数据流。
OC-3c流中所包含的3个OC-1流按列交织编排,首先是流1的第1列,流2的第1列,流3的第1列,随后是流1的第2列,流2的第2列,⋯⋯以此类推,最后形成270列宽9行高的帧。
OC-3c流中的用户实际数据传输速率比OC-3流的速率略高(149.760Mbps和148.608Mbps),因为通路开销仅在SPE中出现一次,而不是当使用3条单独OC-1流时出现的3次。
换句话说,OC-3c中270列中的260列可用于用户数据,而在OC-3中仅能使用258列。
更高层次的串联帧(如OC-12c)也存在。
OC-12c帧有12*90=1080列和9行。
其中段开销和线路开销占12*3=36列,这样同步载荷信封就有1080-36=1044列。
SPE中仅1列用于通路开销,结果就是1043列用于用户数据。
由于每列9个字节,因此一个OC-12c帧中用户数据比特数是8×9×1043=75096。
每秒8000帧,得到用户数据速率75096×8000=600768000bps,即600.768Mbps。
所以,在一条OC-12c连接中可提供的用户带宽是600.768Mbps。
41.答:
Thethreenetworkshavethefollowingproperties:
星型:
最好为2,最差为2,平均为2;
环型:
最好为1,最差为n/2,平均为n/4
如果考虑n为奇偶数,
则n为奇数时,最坏为(n-1)/2,平均为(n+1)/4
n为偶数时,最坏为n/2,平均为n2/4(n-1)
全连接:
最好为1,最差为1,平均为1。
42.对于电路交换,t=s时电路建立起来;t=s++x/d时报文的最后一位发送完毕;t==s++x/b+kd时报文到达目的地。
而对于分组交换,最后一位在t=x/b时发送完毕。
为到达最终目的地,最后一个分组必须被中间的路由器重发k-1次,每次重发花时间p/b,所以总的延迟为
为了使分组交换比电路交换快,必须:
所以:
43.答:
所需要的分组总数是x/p,因此总的数据加上头信息交通量为(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
对该函数求p的导数,得到
令
得到
因为p>0,所以
故
时能使总的延迟最小。
54.答:
可以,每部电话都能够有自己到达端局的线路,但每路光纤都可以连接许多部电话。
忽略语音压缩,一部数字PCM电话需要64kbps的带宽。
如果以64kbps为单元来分割10Gbps,我们得到每路光缆串行156250家。
现今的有线电视系统每根电缆串行数百家。
55.答:
它既像TDM,也像FDM。
100个频道中的每一个都分配有自己的频带(FDM),在每个频道上又都有两个逻辑流通过TDM交织播放(节目和广告交替使用频道)。
第3章数据链路层
1.答:
由于每一帧有0.8的概率正确到达,整个信息正确到达的概率为p=0.810=0.107。
为使信息完整的到达接收方,发送一次成功的概率是p,二次成功的概率是(1-p)p,三次成功的概率为(1-p)2p,i次成功的概率为(1-p)i-1p,因此平均的发送次数等于:
6.答:
可能。
假定原来的正文包含位序列01111110作为数据。
位填充之后,这个序列将变成01111010。
如果由于传输错误第二个0丢失了,收到的位串又变成01111110,被接收方看成是帧尾。
然后接收方在该串的前面寻找检验和,并对它进行验证。
如果检验和是16位,那么被错误的看成是检验和的16位的内容碰巧经验证后仍然正确的概率是1/216。
如果这种概率的条件成立了,就会导致不正确的帧被接收。
显然,检验和段越长,传输错误不被发现的概率会越低,但该概率永远不等于零。
7.答:
如果传播延迟很长,例如在探测火星或金星的情况下,需要采用前向纠错的方法。
还有在某些军事环境中,接收方不想暴露自己的地理位置,所以不宜发送反馈信号。
如果错误率足够的低,纠错码的冗余位串不是很长,又能够纠正所有的错误,前向纠错协议也可能是比较合理和简单的。
12.答:
单个错误将引起水平和垂直奇偶检查都出错。
两个错误,无论是否同行或者同列,也容易被检测到。
对于有三位错误的情况,就有可能无法检测了。
forexample,ifsomebitisinvertedalongwithitsrowandcolumnparitybits.Eventhecornerbitwillnotcatchthis.
13.答:
用n行k列的矩阵来描述错误图案,在该矩阵中,正确的位用0表示,不正确的位用1表示。
由于总共有4位传输错误,每个可能的错误矩阵中都恰有4个1。
则错误矩阵的个数总共有Cnk4个。
而在错误矩阵中,当4个1正好构成一个矩形的4个顶点的时候,这样的错误是检测不出来的。
则检测不出来的错误矩阵的个数为C2n×C2k
所以,错误不能检测的概率是:
即;
14.答:
如所列的除式,所得的余数为x2+x+1。
.
16.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。
17.答:
当发送一帧的时间等于信道的传播延迟的2倍时,信道的利用率为50%。
或者说,当发送一帧的时间等于来回路程的传播延迟时,效率将是50%。
而在帧长满足发送时间大于延迟的两倍时,效率将会高于50%。
现在发送速率为4Mb/s,发送一位需要0.25
。
只有在帧长不小于160kb时