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计算机网络

课后习题参考答案

发布时间:

2009-07-16　　浏览次数:

第一章概述

1-01计算机网络的发展可划分为几个阶段？

每个阶段各有何特点？

答：

1.传统的电路交换，必须经过“建立连接－>通信－>释放连接”三个步骤的面向连接方式，在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽，正在通信的电路被破坏后，必须重新拨号建立连接后才能再进行通信；

2.分组交换，采用存储转发技术，将数据打包成等长的数据报文发送，不需要先建立连接而随时可发送数据的无连接的方式（也可以实用面向连接的方式）

3.因特网时代

1-02简述分组交换的要点

答：

采用存储转发技术，动态分配通信线路。

工作原理是：

首先将待发的数据报文划分成若干个大象有限的端数据快，每个数据库加上一些控制信息（首部），从源端发送到目的端。

分组交换的优点：

1.高效，传输过程中动态分配传输线路带宽

2.灵活，每个结点均有智能，可根据情况决定路由和对数据进行必要的处理。

3.迅速，以分组作为传输单位，在每个结点存储转发，网络使用告诉链路

4.可靠，完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。

分组交换的缺点：

1.每个分组在经过交换结点是都会产生一定的时延。

2.每个分组都附加一个头信息，从而降低了携带用户数据的通信容量

3.在源端需要将报文划分为若干段分组，在接收端需要按序将每个分组组装起来，从而降低了数据传输的效率。

1-03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：

电路交换的特点是：

1.在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路，采用的静态分配策略

2.通信双方建立的通路中任何一点出现故障，就需要重新拨号建立连接才可以继续通话

3.计算机网络中传输的数据往往是突发式的，并且通信时线路上的很多时候都是空闲的，会造成资源的浪费。

另外，由于各异的计算机和终端的传输数据的速率不相同，采用电路交换就很难相互通信。

报文交换特点：

报文交换是以报文为单位的存储转发原理，根据目的地址的不同转发到不同线路上发送，报文交换的时延较长（人工的方式）。

分组交换的特点：

分组交换和电路交换相比，分组交换可以省去重新建立连接所花费的时间，但是其存储转发右产生了时延。

所以分组交换网是否比电路交换网更快地传送数据，还取决于网络中的结点是否能够快速地转发分组；

分组交换网中各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销。

报文交换和分组交换相比，分组交换也是基于存储转发原理，但是由于采用电子计算机并且分组长度不大，完全可放在交换结点的计算机的存储器中进行处理，使得分组的转发非常迅速。

分组交换的优点，见P6表1－1

 1-05讨论在广播式网络中对网络层的处理方法，是否需要这一层？

答：

网络层的任务是将运输层的报文段或用户数据包封装成分组或包进行传送，因而在广播式网络中需要网络层；

网络层另一个任务是选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机，在广播式网络中，源主机不需要选择路由，所有主机均属于目的主机，所以广播式网络中网络层可以简化，甚至取消。

1-06将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。

答：

OSI是7层协议体系结构，

TCP/IP是4层体系结构，包含应用层、运输层、网际层和网络接口层，实质上，由于网络接口层没有什么具体内容，所以只有3层应用层、运输层、网际层。

1-07计算机网络可以从哪些方面进行分类？

答：

1.从网络的交换功能进行分类：

电路交换、报文交换、分组交换和混合交换（在数据网中同时采用电路交换和分组交换）

2.从网络的作用范围进行分类：

广域网、局域网、城域网和接入网（是局域网和城域网之间的桥接区）。

3.从网络的使用者进行分类：

公用网、专用网。

4.按拓扑结构：

有集中式网络、分散式网络、分布式网络。

 1-09计算机网络由哪几部分组成？

答：

应该有3部分组成

1.若干个主机，向用户提供服务

2.一个通信子网，由一些专用的结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成

3.一系列通信协议，为主机之间或主机和子网之间的通信而用的。

 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b（b/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：

电路交换的时间：

tc=d*k+x/b+s

分组交换的时间：

tp=d*k+x/b＋（k-1）*p/b

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

若使令总的时延为最小，其对p的导数等于0，求极值

       p=√hx/（k-1）

1-12网络体系结构中为什么要采用分层次的结构？

举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活？

答：

采用分层次的结构可以带来一些好处：

1.各层之间是独立的。

可以将一个难以处理的问题分解为若干相对较容易的小问题来解决，整个问题的复杂程度就降低了

2.灵活性好。

当某层发生变化时，只要该层的接口没有变化，其它层就不会受到影响。

3.结构上可分割开。

各层都可以采用最适合的技术来实现。

4.易于实现和维护。

5.能醋精标准化工作。

1-13面向连接和无连接服务各自的特点是什么？

答：

面向连接具有建立连接、数据传输和释放连接3个阶段。

传输数据前必须先建立连接，传输后必须释放连接，在传送数据时按序传送。

适合与在一定时间内要传输大量报文到同一目标地址的场景。

无连接情况下，两个通信实体之间不需要预先建立好一个连接，可以将通信资源动态分配；它不需要通信的两个实体同时是活跃的。

无连接的优点是灵活方便和比较迅速，但缺点是不能防止报文的丢失、重复或失序。

 1-14协议和服务有何区别？

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。

协议对上面的用户是透明的。

2.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。

另外并非在每一层中完成的功能都称为服务，只有那些能够被高层看见的功能才称之为服务。

1-15网络协议的3要素是什么，各有什么含义？

答：

1.语法（数据与控制信息的结构或格式）

2.语义（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（事件实现顺序的详细说明）

1-16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。

答：

1.应用层，确定进程（正在运行的程序）之间通信的性质以满足用户需要。

2.运输层，负责主机中两个进程之间的通信。

可以使用面向连接的TCP和无连接的UDP协议。

运输层的传输单位是报文段（TCP时）或用户数据报（UDP时）。

分组交换网内的各个交换结点机都没有运输层。

运输层只能存在于分组交换网外面的主机中。

运输层以上的各层就不用关系信息传输的问题了。

3.网络层，负责为分组交换网上的不同主机提供通信，在发送数据时，网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。

网络层另一个任务就是要选择合适的路由，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，其任务是将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。

每帧包括数据和必要的控制信息。

5.物理层，其任务就是透明地传送比特流（表示经实际电路传送后的比特流没有发生变化，因而比特流就“看不见”这个电路）。

传输的单位是比特。

但传输数据的物理媒体不在物理层以内，而是在物理层下面，有时称物理媒体为第0层。

 1-18解释以下名词：

协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户－服务器方式。

答：

协议栈：

指计算机网络体系结构采用分层模型后，每层的主要功能由对等层协议的运行来实现，因而每层可用一些主要协议来表征，几个层次画在一起很像一个栈的结构。

实体：

任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

对等层：

在网络体系结构中，通信双方实现同样功能的层。

协议数据单元：

对等层实体进行信息交换的数据单位

服务访问点：

在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方。

服务访问点SAP是一个抽象的概念，它实体上就是一个逻辑接口。

客户、服务器：

客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。

客户-服务器方式所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－服务器方式：

描述的是进程之间服务和被服务的关系。

当客户进程需要服务器进程提供服务时就主动呼叫服务进程，服务器进程被动地等待来自客户进程的请求。

1-19什么是计算机网络链路的带宽？

带宽的单位是什么？

什么是数据的发送时延、传播时延、排队时延和往返时延RTT?

答：

带宽，人们习惯上将带宽作为数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语。

带宽的单位就是“比特每秒”或b/s（bit/s）。

发送时延是结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输媒体时所需要的时间。

传播时延是电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

排队时延，结点缓存队列中分组排队所经历的时间，是处理时延的重要组成部分。

往返时延RTT，表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到来自接收端的确认，总共经历的时延，意义在于当发送嘟啊连续发送数据时，在收到对方的确认之前，就已经将这样多的比特发送到链路上了。

1-20收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2X108m/s。

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100kb/s。

2.数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。

答：

1.发送时延：

107/100000=100ms        传播时延：

1000000/200000000=5ms

2.发送时延：

103/1000000000=1μs      传播时延：

1000000/200000000=5ms

 1-21假设信号在媒体上的传播速率为2.3X108m/s。

媒体长度L分别为：

1.10cm（网卡）；2.100m（局域网）；3.100km（城域网）；4.5000km（广域网）

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：

10cm网卡

100m

局域网

100km

城域网

5000km

广域网

1Mb/s

0.1/230000000*1000000000

=0.43478260869565217391304347826087b

434.7b

434782.6b

21739130b

10Gb/s

4.3478kb

4.347Mb

4347.826Mb

217391Mb

1-22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，加上首部和尾部公18字节。

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：

100字节时：

100/（100+20+20+18）=63.3%

1000字节时：

1000/（1000+20+20+18）=94.5%

 第2章物理层

2-01物理层要解决哪些问题，物理层的主要特点是什么？

答：

物理层需要解决怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体物理设备或具体的传输媒体。

物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性。

2-02给出数据通信系统模型并说明其主要各组成构件的作用。

答：

一个数据通信系统可划分为3大部分，即源系统（发送端）、传输系统（传输网络）和目的系统（接收端）。

源系统包括2个部分：

源点，产生输出的数字比特流；发送器，源点产生的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。

传输系统

可能是一个简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统，目的就是将数据从源系统传输到目的系统。

目的系统一般也包括2个部分：

接收器，接收传输系统传送来的信号，并将其转换成能够被目的设备处理的信息；终点，消费数据。

2-03解释以下名词：

数据，信号，模拟数据，模拟信号，数字数据，数字信号，单工通信，半双工通信，全双工通信。

答：

数据：

运送信息的实体

信号：

数据的电气的或电磁的表现

模拟数据：

连续变化的数据。

模拟信号：

连续变化的信号

数字数据：

用取值为不连续数值的数据。

数字信号：

取值为不连续的信号

单工通信：

右称为单向通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

例如，广播等。

半双工通信：

双向交替通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送。

一方发送另一方接收，然后再反过来。

全双工通信：

双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。

2-04物理层的接口有哪些方面的特性？

各包含些什么内容？

答：

1.机械特性，指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。

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种意义。

4.规程功能，指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2-05奈氏准则和香农公式在数据通信中的意义是什么？

比特和波特有何区别？

答：

奈氏准则给出了通信系统中码元的最高传输速率。

香农公式给出了通信系统中信息传输速率。

波特是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。

比特是信息量的单位。

如1bit，8bit等等。

2-06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%？

答：

香农公式为：

C=Wlog2（1+S/N）b/s，W为信道带宽（单位Hz），S/N为信噪比。

由题目知35kb=3100*log2（1+S/N），得S/N约为2500。

若传输速率提高60%，则35000*1.6=3100*log2（1+S/N）,得S/N约为274132，增大到109倍。

若将S/N再增大到10倍，则log（274132*10）/log（274132）=1.1838，大约能提高18.38%的速度。

2-08什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？

其特点如何？

答：

未经编码的二进制基带数字信号就是高电平和低电平不断交替的信号，用0和1分别表示之，出现的问题是当有长串的0或1时，在接手端无法从收到的比特流中提取出位同步信号。

曼彻斯特编码的编码方法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是在前低后高。

缺点是占用的频带宽度比原始的基带信号增加1倍；

差分曼彻斯特编码的编码规则是：

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，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。

不管码元为0还是1,在每个码元的正中间的时刻，一定有一次电平的转换。

2-09模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么？

答：

模拟传输系统：

长途干线主要使用频分服用的传输方式，

数字传输系统：

都是使用脉码调制体制。

由于历史的原因，有北美的T1标准（1.544Mb/s）和欧洲的E1标准（2.048Mb/s）.

2-10EIA-232和RS-449接口标准各用在什么场合？

答：

通常EIA-232用于标准电话线路的物理层接口，而RS-449则用于宽带电路。

2-11基带信号与宽带信号的传输各有什么特点？

答：

基带信号就是将数字信号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。

而宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分服用模拟信号。

2-12有600MB的数据，须要从南京传送到北京。

一种方法是将数据写到磁盘上，然后托人乘火车将这些磁盘捎去。

另一种方法是用计算机通过长途电话线路（速率是2.4kb/s）传送此数据。

比较两种方法的优劣。

。

若信息传送速率为33.6kb/s，其结果又如何？

答：

乘火车从南京到北京约12个小时。

600MB的数据用2.4kb的速度传送须要600*1000000*8/2400=550小时左右。

比火车慢多了！

如果用33.6kb的速度传送须要39小时左右。

2-1356kb/s的调制解调器是否已突破了香农的信道极限传输速率？

这种调制解调器的使用条件是怎样的？

答：

根据香农公式，只要信噪比无线提高，传输的速率是可以增大的。

56kb/s的调制解调器是用在用户到ISP之间传送数字信号的，由于ISP端不需要A/D转换才提高的速度。

如果两个用户各使用一个56kb/s的调制解调器互相传送数据，则速率是达不到56kb/s的，只有33.6kb/s。

2-14在2.3.1节介绍双绞线时，说“在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比特，则传输距离可达几公里”但目前我们使用调制解调器与ISP相连时，数据的传输速率最高只能达到56kb/s,与几兆相距甚远。

为什么？

答：

由于双绞线在数字传输时不需要A/D转换，因而速度较快；而调制解调器须要A/D转换，大大增加了线路的噪音，所以传输速度收到影响。

 2-15写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。

FDM     TDM     STDM   WDM    DWDM CDMA  SONET SDH      STM-1   OC-48 DTE       DCE      EIA      ITU-T    CCITT  ISO

答：

FDM      TDM      STDM    WDM    DWDM  CDMA   SONET  SDH      STM-1   OC-48

DTE             DCE      EIA       ITU-T    CCITT   ISO

2-16码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的事件使用同样的频带进行通信而不会互相干扰？

这种服用方法有何优缺点？

答：

由于任何一个站点和其他站点的码片序列的内积都是0,和自己的码片序列的内积是1。

所以可以将多个站点的数据公用一个通信频带，接收端如果须要接收某个站点的数据，则用该站点的码片序列和接收到数据进行相乘，即可过滤掉其他站点的数据。

2-17共有4个站进行码分多址CDMA通信。

4个站点的码片序列为：

A：

（-1-1-1+1+1-1+1+1）B：

（-1-1+1-1+1+1+1-1）

C：

（-1+1-1+1+1+1-1-1）D：

（-1+1-1-1-1-1+1-1）

现收到这样的码片序列：

（-1+1-3+1-1-3+1+1）。

问哪个站发送数据了？

发送数据的站发送的是1还是0?

答：

设接收到的码片序列为X=（-1+1-3+1-1-3+1+1）

A*X=（1-1+3+1-1+3+1+1）/8=1

B*X=（1-1-3-1-1-3+1-1）/8=-1

C*X=（1+1+3+1-1-1-1-1）/8=0.25

D*X=（1+1+3-1+1+3+1-1）/8=1

A,D站发送1,B站发送0,C站没有发送数据。

2-18假定在进行异步通信时，发送端每发送一个字符就要发送10个等宽的比特（一个启示比特，8个比特的ASCII码字符，最后一个结束比特）。

问当接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相差5%时，双发能否正常通信？

答：

在异步通信时，当接收端的时钟不太准确时，只要狗保证正确接收这10个比特就行了。

5%×9=45%，采样点的移动没有超过半个比特的宽度，

 第3章数据链路层

3-02数据链路层中的链路控制包括哪些功能？

答：

1.链路管理

包括：

数据链路的建立、维持和释放

2.帧定界

数据链路层的数据传送单位是帧。

帧定界也可称为帧同步，指的是接收方应当能够从收到的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束在什么地方。

3.流量控制

发送方发送数据的速率必须使得收方来得及接收。

当收方来不及接收时，就必须及时控制发送方发送数据的速率，这就是流量控制。

4.差错控制

由于链路一般都有极低的差错率，所以一般采用编码技术，编码技术有2类：

一是前向纠错，即接收方收到有差错的数据帧时，能够自动将差错改正过来。

这种方法开销较大，不太适合计算机通信；另一类是差错检测，即收方可以检测到收到帧有差错（不知道哪个帧错）。

然后可以不进行任何处理，或者可以由数据链路层负责重新传送该帧。

5.将数据和控制信息区分开

多数情况下，数据和控制信息处于同一帧中，因此一定要有相应的措施使收方能够将它们区分开来。

6.透明传输

透明传输是指不管传输的数据是什么样的比特组合，都可以在链路上传送；当传送的数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全相同时，必须有可靠的措施，是收方不会将这种比特组合的数据误以为是某种控制信息。

7.寻址

必须保证每一帧都能送到正确的目的站。

收方也应该知道发放是哪个站。

3-03考察停止等待协议算法。

在接收结点，当执行步骤（3）时，若将“否则转到（6）”改为“否则转到

（2）”，将产生什么结果？

答：

如果收到直接转到

（2），那么就是说收到重复发来的数据帧后，直接丢弃，不进行任何处理。

那么发送结点会以为接收结点仍然没有收到这个数据帧，会再重发发送这个数据帧，造成浪费。

 3-06信道速率为4kb/s。

采用停止等待协议。

传播时延tp=20ms.确认帧长度和处理时间均可忽略。

问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%？

答：

当发送一帧的时间等于信道的传播时延的2倍时，信道利用率是50％，或者说当发送一帧的时间等于来回路程的传播时延时，效率将是50％。

即20ms*2=40ms。

现在发送速率是每秒