计算机通信习题解答

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1 计算机网络习题解答教材计算机网络谢希仁编著第一章概述习题 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 : 计算机网络的发展过程大致经历了四个阶段 第一阶段 :(20 世纪 60 年代 ) 以单个计算机为中心的面向终端的计算机网络系统 这种网络系统是以批处理信息为主要目的 它的缺点是 : 如果计算机的负荷较重, 会导致系统响应时间过长 ; 单机系统的可靠性一般较低, 一旦计算机发生故障, 将导致整个网络系统的瘫痪 第二阶段 :(20 世纪 70 年代 ) 以分组交换网为中心的多主机互连的计算机网络系统 为了克服第一代计算机网络的缺点, 提高网络的可靠性和可用性, 人们开始研究如何将多台计算机相互连接的方法 人们首先借鉴了电信部门的电路交换的思想 所谓 交换, 从通信资源的分配角度来看, 就是由交换设备动态地分配传输线路资源或信道带宽所采用的一种技术 电话交换机采用的交换技术是电路交换 ( 或线路交换 ), 它的主要特点是 :1 在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽, 即采用的是静态分配策略 ;2 通信双方建立的通路中任何一点出现了故障, 就会中断通话, 必须重新拨号建立连接, 方可继续, 这对十分紧急而重要的通信是不利的 显然, 这种交换技术适应模拟信号的数据传输 然而在计算机网络中还可以传输数字信号 数字信号通信与模拟信号通信的本质区别在于数字信号的离散性和可存储性 这些特性使得它在数据传输过程中不仅可以间断分时发送, 而且可以进行再加工 再处理 3 计算机数据的产生往往是 突发式 的, 比如当用户用键盘输入数据和编辑文件时, 或计算机正在进行处理而未得出结果时, 通信线路资源实际上是空闲的, 从而造成通信线路资源的极大浪费 据统计, 在计算机间的数据通信中, 用来传送数据的时间往往不到 10% 甚至 1% 另外, 由于各异的计算机和终端的传输数据的速率各不相同, 采用电路交换就很难相互通信 为此, 必须寻找出一种新的适应计算机通信的交换技术 1964 年, 巴兰 (Baran) 在美国兰德 (Rand) 公司 论分布式通信 的研究报告中提出了存储转发 (store and forward) 的概念 年, 美国国防部的高级研究计划署 (Advanced Research Projects Agency,ARPA) 和英国的国家物理实验室 (National Physics Laboratory,NPL) 都在对新型的计算机通信技术进行研究 英国 NPL 的戴维德 (David) 于 1966 年首次提出了 分组 (Packet) 这一概念 1969 年 12 月, 美国的分组交换网网络中传送的信息被划分成分组 (packet), 该网称为分组交换网 ARPANET( 当时仅有 4 个交换点投入运行 ) ARPANET 的成功, 标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元 现在大家都公认 ARPANET 为分组交换网之父, 并将分组交换网的出现作为现代电信时代的开始 分组交换网是由若干节点交换机和连接这些交换机的链路组成, 每一结点就是一个小型计算机 它的工作机理是 : 首先将待发的数据报文划分成若干个大小有限的短数据块, 在每个数据块前面加上一些控制信息 ( 即首部 ), 包括诸如数据收发的目的地址 源地址, 数据块的序号等, 形成一个个分组, 然后各分组在交换网内采用 存储转发 机制将数据从源端发送到目的端 由于节点交换机暂时存储的是一个个短的分组, 而不是整个的长报文, 且每一分组都暂存在交换机的内存中并可进行相应的处理, 这就使得分组的转发速度非常快 由此可见, 通信与计算机的相互结合, 不仅为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段, 而且也大大提高了通信网络的各种性能 由此可见, 采用存储转发的分组交换技术, 实质上是在计算机网络的通信过程中动态分配传输线路或信道带宽的一种策略 值得说明的是, 分组交换技术所采用的存储转发原理并不是一个全新的概念, 它是借鉴了电报通信中基于存储转发原理的报文交换的思想 它们的关键区别在于通信对象发生了变化 基于分组交换的数据通信是实现计算机与计算机之间或计算机与人之间的通信, 其通信过程需要定义严格的协 1

2 议 ; 而基于报文交换的电信通信则是完成人与人之间的通信, 因而双方之间的通信规则不必如此严格定义 所以, 分组交换尽管采用了古老的交换思想, 但实际上已变成了一种崭新的交换技术 表 1-1 列出了分组交换网的主要优点 与电路交换相比, 分组交换的不足之处是 : 1 每一分组在经过每一交换节点时都会产生一定的传输延时, 考虑到节点处理分组的能力和分组排队等候处理的时间, 以及每一分组经过的路由可能不等同, 使得每一分组的传输延时长短不一 因此, 它不适用于一些实时 连续的应用场合, 如电话话音 视频图像等数据的传输 ;2 由于每一分组都额外附加一个头信息, 从而降低了携带用户数据的通信容量 ;3 分组交换网中的每一节点需要更多地参与对信息转换的处理, 如在发送端需要将长报文划分为若干段分组, 在接收端必须按序将每个分组组装起来, 恢复出原报文数据等, 从而降低了数据传输的效率 尽管如此, 分组交换技术的出现, 不仅大大推动了当时的计算机网络技术的发展, 而且也是现代计算机网络技术发展的重要基础 第三阶段 :(20 世纪 80 年代 ) 具有统一的网络体系结构, 遵循国际标准化协议的计算机网络 局域网络系统日渐成熟 随着计算机网络的普及和应用推广, 越来越多的用户都希望将自己的计算机连网 然而实现不同系列 不同品牌的计算机互连, 显然并不是一件容易的事情 因为相互通信的计算机必须高度协调工作, 而这种协调是相当复杂的 为了降低网络设计的复杂性, 早在当初设计 ARPANET 时, 就有专家提出了层次模型 分层设计的基本思想就是将庞大而复杂的问题转换为若干个较小的子问题进行分析和研究 随着 ARPANET 的建立, 各个国家甚至大公司都建立了自己的网络体系结构, 如 IBM 公司研制的分层网络体系结构 SNA(System Network Architecture),DEC 公司开发的网络体系结构 DNS(Digital Network Architecture) 这些网络体系结构的出现, 使得一个公司生产的各种类型的计算机和网络设备可以非常方便地进行互连 但是, 由于各个网络体系结构都不相同, 协议也不一致, 使得不同系列 不同公司的计算机网络难以实现互联 这为全球网络的互连 互通带来了困难 20 世纪 80 年代开始, 人们着手寻找统一的网络体系结构和协议的途径 国际标准化组织 ISO(International Standard Organization) 于 1977 年成立了专门机构研究该问题, 并于 1984 年正式颁布了开放系统互连参考模型 OSI-RM(Open Systems Interconnection Reference Model, 简称 OSI) 所谓 开放, 就是指只要遵循 OSI 标准模型的任何系统, 不论位于何地, 都可以进行互连 互通 这一点非常像世界范围的电话和邮政系统 这里的 开放系统, 是指在实际网络系统中与互连有关的各个部分 它也是对当时各个封闭的网络系统而言的 在计算机网络发展的进程中, 另一个重要的里程碑就是出现了局域网络 局域网可使得一个单位或一个校园的微型计算机互连在一起, 互相交换信息和共享资源 由于局域网的距离范围有限 连网的拓扑结构规范 协议简单, 使得局域网连网容易, 传输速率高, 使用方便, 价格也便宜 所以很受广大用户的青睐 因此, 局域网在 20 世纪 80 年代得到了很大的发展, 尤其是 1980 年 2 月份美国电气和电子工程师学会组织颁布的 IEEE802 系列的标准, 对局域网的发展和普及起到了巨大的推动作用 第四阶段 :(20 世纪 90 年代 ) 网络互连与高速网络 自 OSI 参考模型推出后, 计算机网络一直沿着标准化的方向在发展, 而网络标准化的最大体现是 Internet 的飞速发展 Internet 是计算机网络最辉煌的成就, 它已成为世界上最大的国际性计算机互联网, 并已影响着人们生活的各个方面 由于 Internet 也使用分层次的体系结构, 即 TCP/IP 网络体系结构, 使得凡遵循 TCP/IP 的各种计算机网络都能相互通信 进入 20 世纪 90 年代后, 网络进一步向着开放 高速 高性能方向发展 由于 Internet 还存在着技术和功能上的不足, 加上用户数量猛增, 使得现有的 Internet 不堪重负 1993 年美国政府提出了 NGII(Next Generation Internet Initiative) 行动计划, 该计划的目标是 : 开发规模更大 速度更快的下一代网络结构, 使之端到端的数据传输速率超过 100 Mb/s 甚至 10 Gb/s; 提供更为先进 实时性更高的网络应用 2

3 服务, 如远程教育 远程医疗 高性能的全球通信 环境监测和预报等,NGII 计划将使用超高速全光网络, 能实现更快速的交换和路径选择 ; 保证网络信息的可靠性和安全性 习题 1-02 试简述分组交换的要点 答 : 采用存储转发的分组交换技术, 实质上是在计算机网络的通信过程中动态分配传输线路或信道带宽的一种策略 它的工作机理是 : 首先将待发的数据报文划分成若干个大小有限的短数据块, 在每个数据块前面加上一些控制信息 ( 即首部 ), 包括诸如数据收发的目的地址 源地址, 数据块的序号等, 形成一个个分组, 然后各分组在交换网内采用 存储转发 机制将数据从源端发送到目的端 由于节点交换机暂时存储的是一个个短的分组, 而不是整个的长报文, 且每一分组都暂存在交换机的内存中并可进行相应的处理, 这就使得分组的转发速度非常快 分组交换网是由若干节点交换机和连接这些交换机的链路组成, 每一结点就是一个小型计算机 基于分组交换的数据通信是实现计算机与计算机之间或计算机与人之间的通信, 其通信过程需要定义严格的协议 ; 分组交换网的主要优点 : 1 高效 在分组传输的过程中动态分配传输带宽 2 灵活 每个结点均有智能, 可根据情况决定路由和对数据做必要的处理 3 迅速 以分组作为传送单位, 在每个结点存储转发, 网络使用高速链路 4 可靠 完善的网络协议; 分布式多路由的通信子网 电路交换相比, 分组交换的不足之处是 :1 每一分组在经过每一交换节点时都会产生一定的传输延时, 考虑到节点处理分组的能力和分组排队等候处理的时间, 以及每一分组经过的路由可能不等同, 使得每一分组的传输延时长短不一 因此, 它不适用于一些实时 连续的应用场合, 如电话话音 视频图像等数据的传输 ;2 由于每一分组都额外附加一个头信息, 从而降低了携带用户数据的通信容量 ; 3 分组交换网中的每一节点需要更多地参与对信息转换的处理, 如在发送端需要将长报文划分为若干段分组, 在接收端必须按序将每个分组组装起来, 恢复出原报文数据等, 从而降低了数据传输的效率 习题 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 : 电路交换, 它的主要特点是 :1 在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽, 即采用的是静态分配策略 ;2 通信双方建立的通路中任何一点出现了故障, 就会中断通话, 必须重新拨号建立连接, 方可继续, 这对十分紧急而重要的通信是不利的 显然, 这种交换技术适应模拟信号的数据传输 然而在计算机网络中还可以传输数字信号 数字信号通信与模拟信号通信的本质区别在于数字信号的离散性和可存储性 这些特性使得它在数据传输过程中不仅可以间断分时发送, 而且可以进行再加工 再处理 3 计算机数据的产生往往是 突发式 的, 比如当用户用键盘输入数据和编辑文件时, 或计算机正在进行处理而未得出结果时, 通信线路资源实际上是空闲的, 从而造成通信线路资源的极大浪费 据统计, 在计算机间的数据通信中, 用来传送数据的时间往往不到 10% 甚至 1% 另外, 由于各异的计算机和终端的传输数据的速率各不相同, 采用电路交换就很难相互通信 分组交换具有高效 灵活 可靠等优点 但传输时延较电路交换要大, 不适用于实时数据业务的传输 报文交换传输时延最大 习题 1-07 计算机网络可从哪几个方面进行分类? 答 :1 按交换方式: 有电路交换 报文交换 分组交换 帧中继交换 信元交换等 2 按拓扑结构: 有集中式网络 分散式网络 分布式网络 其中, 集中式网络的特点是网络信息流必须经过中央处理机或网络交换节点 ( 如星形拓扑结构 ); 分布式网络的特点是任何一个节点都至少和其他两个节点直接相连 ( 如网状形拓扑结构 ), 是主干网常采用的一种结 3

4 构 ; 分散式网络实际上是星形网和网状形网的混合网 3 按作用范围 : 有广域网 (WAN) 局域网 (LAN) 城域网 (MAN) 其中, 广域网的作用范围为几十至几千公里, 又称为远程网 ; 局域网的作用范围常限制在一个单位或一个校园 (1 km) 内, 但数据传输速率高 (10 Mb/s 以 上 ); 城域网常介于广域网和局域网之间, 局限在一个城市 (5~50 km) 内 4 按使用范围 : 有 公用网和专用网 其中, 公用网都是由国家的电信部门建造和控制管理的 ; 专用网是某个单位或部门为本系统的特定业务需要而建造的, 不对单位或部门以外的人员开放 习题 1-09 计算机网络由哪几部分组成? 答 : 一个计算机网络应当有三个主要的组成部分 : (1) 若干个主机, 它们向各用户提供服务 ; (2) 一个通信子网, 它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) 一系列的协议 这些协议是为在主机之间或主机和子网之间的通信而用的 习题 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? x 解 : 采用电路交换 : 端到端时延 : t c = s + + kd b p x 采用分组交换 : 端到端时延 : t p = ( k 1) + + kd, b b 这里假定 x >> p, 即不考虑报文分割成分组后的零头 p 欲使 t p < t c, 必须满足 ( k 1) < s b 习题 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 令其对 p 的导数等于 0, 求极值 p= hx/(k-1) 习题 1-13 面向连接服务与无连接报务各自的特点是什么? 答 : 所谓连接, 就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合 面向连接服务是在数据交换之前, 必须先建立连接 当数据交换结束后, 则应终止这个连接 面向连接服务具有连接建立 数据传输和连接释放这三个阶段 在传送数据时按序传送的 因面面向连接服务提供可靠的数据传输服务 在无连接服务的情况下, 两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接, 因此其下层的有关资源不需要事先进行预留 这些资源在数据传输时动态地进行分配 无连接服务的另一特征是它不需要通信的两个实体同时期是活跃的 ( 即处于激活态 ) 当发送端有实体正在进行发送时, 它才是活跃的 这时接收端的实体并不一定必须是活跃的 只有当接收端的实体正在进行接收时, 它才必须是活跃的 4

5 无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速 但无连接服务不能防止报文的丢失 重复或失序 无连接服务特别适合于传送少量零星的报文 习题 1-14 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 习题 1-15 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 习题 1-16 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 答 : 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 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 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 (user agent), 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-effort delivery. (3) 网络层 5

6 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 习题 1-18 解释下列名词 : 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 : 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 在许多情况下, 实体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 : 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, 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 8 习题 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 2 10 m / s 试计算以下两种情况的发送时延的传播时延 : (1) 数据长度为 10 7 bit, 数据发送速率为 100kb/s (2) 数据长度为 10 3 bit, 数据发送速率为 1Gb/s 7 10 解 :(1) 发送时延 : t s = = s 6 10 传播时延 : t p = = s (2) 发送时延 : t s = = 1μ s 传播时延 : t p = = s

7 第二章物理层习题 2-01 物理层要解决什么问题? 物理层的主要特点是什么? 答 : 物理层考虑的是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的物理设备或具体的传输媒体 现有的网络中物理设备和传输媒体种类繁多, 通信手段也有许多不同的方式 物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异, 使数据链路层感觉不到这些差异, 这样数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务, 而不必考虑网络具体的传输媒体是什么 物理层的重要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性 习题 2-02 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用 答 : 一个数据通信系统可划分为三大部分 : 数据通信系统 正文 数字比特流 模拟信号 模拟信号 数字比特流 正文 公用电话网计算机调制解调器调制解调器计算机 源系统传输系统目的系统 输入信息 源点发送器传输系统接收器终点 输入数据 发送的信号 接收的信号 数据通信系统的模型 输出数据 输出信息 源系统 ( 或发送端 ) 传输系统( 或传输网络 ) 和目的系统( 或接收端 ) 源系统一般包括以下两个部分 : 源点 : 源点设备产生要传输的数据 例如正文输入到 PC 机, 产生输出的数字比特流 发送器 : 通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输 例如, 调制解调器将 PC 机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号 接收器 : 接收传输系统传送过来的信号, 并将其转换为能够被目的设备处理的信息 例如, 调制解调器接收来自传输线路上的模拟信号, 并将其转换成数字比特流 终点 : 终点设备从接收器获取传送过来的信息 习题 2-03 试解释以下名词 : 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 : 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 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 习题 2-04 物理层的接口有哪几个特性? 各包含什么内容? 7

8 答 :(1) 机械特性指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 习题 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 : 习题 2-11 基带信号与宽带信号的传输各有什么特点? 答 : 基带信号将数字 1 和 0 直接用两种不同的电压表示, 然后送到线路上传输 宽带信号是将基带信号调制后形成的频分复用模拟信号 采用基带信号传输, 一条电缆只能传输一路数字信号, 而采用宽带信号传输, 一条电缆中可同时传送多路的数字信号, 提高了线路的利用率 习题 kb/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 :56kb/s 的调制解调器没有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 : 用户通过 ISP 从因特网上下载信息的情况下, 下行信道的传输速率为 56kb/s ( 见下图 ) 产生量化噪声 用户环路模拟信号 交换机 1 ISP D/A 计算机调制解调器 2/4 A/D 数字信号 至因特网 ( 数字信号 ) V.90 56kb/s A/D 数字信号 调制解调器 V.90 56kb/s 习题 2-15 试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(frequency division multiplexing) TDM( Time Division Multiplexing) STDM(Statistic Time Division Multiplexing) WDM(Wave Division Multiplexing) DWDM(Dense Wave Division Multiplexing) CDMA(Code Wave Division Multiplexing) SONET(Synchronous Optical Network) 同步光纤网 SDH(Synchronous Digital Hierarchy) 同步数字系列 STM-1(Synchronous Transfer Module) 第 1 级同步传递模块 OC-48(Optical Carrier) 第 48 级光载波 8

9 习题 2-17 共有 4 个站进行码分多址 CDMA 通信 4 个站的码片序列为 : A:( ) B:( ) C:( ) D:( ) 现收到这样的码片序列 :( ) 问哪个站发送数据了? 发送数据的站发送的 1 还是 0? 答 :S A=( )/8=1, A 发送 1 S B=( )/8=-1, B 发送 0 S C=( )/8=0, C 无发送 S D=( )/8=1, D 发送 1 习题 2-18 假定在进行异步通信时, 发送端每发送一个字符就发送 10 个等宽的比特 ( 一个起始比特,8 个比特的 ASCII 码字符, 最后一个结束比特 ) 试问当接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相差 5% 时, 双方能否正常通信? 解 : 设发送端和接收端的时钟周期分别为 X 和 Y 若接收端时钟稍慢, 则最后一个采样必须发生在停止比特结束之前, 即 9.5Y<10X 若接收端时钟稍快, 则最后一个采样必须发生在停止比特开始之后, 即 9.5Y>9X 解出 : ( Y X ) X 1 < 19 = 5.26% 因此收发双方频率相差 5% 是可以正常工作的 9

10 第三章数据链路层习题 3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能? 答 : 数据链路层中的链路控制功能有 :(1) 链路管理 (2) 帧定界 (3) 流量控制 (4) 差错控制 (5) 将数据和控制信息区分开 (6) 透明传输 (7) 寻址 习题 3-03 考察停止等待协议算法 在接收结点, 当执行步骤 (4) 时, 若将 否则转到 (7) 改为 否则转到 (8), 将产生什么结果? 答 : 否则 是指发送方发送的帧的 N(S) 和接收方的状态变量 V(R) 不同 表明发送方没有收到接收方发出的 ACK, 于是重传上次的帧 若 转到 (8), 则接收方要发送 NAK 发送方继续重传上次的帧, 一直这样下去 习题 3-06 信道速率为 4kb/s 采用停止等待协议 传播时延 t p = 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% 解 : 根据下图所示停等协议中的时间关系 : 在确认帧长度和处理时间均可忽略的情况下, 要使信道利用率达到至少 50% 必须使数据帧的发送时间等于 2 倍的单程传播时延 即 : t f = 2t p l f 已知 : t f =, 其中 C 为信道容量, 或信道速率 l f 为帧长 ( 以比 C 特为单位 ) 所以得帧长 l C t C 2 t = = 160 bit f = f p 习题 3-09 试证明 : 当用 n 个比特进行编号时, 若接收窗口的大小为 1, 则只有在发送窗口的大小 WT 2n-1 时, 连续 ARQ 协议才能正确运行 答 :(1) 显然 WT 内不可能有重复编号的帧, 所以 WT 2n 设 WT=2n; (2) 注意以下情况 : 发送窗口 : 只有当收到对一个帧的确认, 才会向前滑动一个帧的位置 ; 接收窗口 : 只有收到一个序号正确的帧, 才会向前滑动一个帧的位置, 且同时向发送端发送对该帧的确认 显然只有接收窗口向前滑动时, 发送端口才有可能向前滑动 发送端若没有收到该确认, 发送窗口就不能滑动 (3) 为讨论方便, 取 n=3 并考虑当接收窗口位于 0 时, 发送窗口的两个极端状态 状态 1: 发送窗口 :

11 全部确认帧收到接收窗口 : 状态 2: 发送窗口 : 全部确认帧都没收到接收窗口 : (4) 可见在状态 2 下, 接收过程前移窗口后有效序列号的新范围和发送窗口的旧范围之间有重叠, 致使接收端无法区分是重复帧还是新帧 为使旧发送窗口和新接收窗口之间序列号不发生重叠, 有 WT+WR 2 n, 所以 WT 2 n -1 习题 3-10 试证明: 对于选择重传 ARQ 协议, 若有 n 比特进行编号, 则接收窗口的最大值受公式 WR 2n/2 的约束 答 : 因 WT+WR 2n, 而 WR WT, 当 WR= WT 时,WR 取最大值, 为 2n/2 习题 3-11 在选择重传 ARQ 协议中, 设编号用 3bit 再设发送窗口 WT=6, 而接收窗口 WR=3 试找出一种情况, 使得在此情况下协议不能正常工作 答 : 发送端 : 接收端 : 习题 3-12 在连续 ARQ 协议中, 设编号用 3bit, 而发送窗口 WT=8, 试找出一种情况, 使得在此情况下协议不能正常工作 答 : 发送端 : 接收端 : 习题 3-13 在什么条件下, 选择重传 ARQ 协议和连续 ARQ 协议在效果上完全一致? 答 : 当选择重传 ARQ 协议 WR=1 时, 或当连续 ARQ 协议传输无差错时 习题 3-15 设卫星信道的数据速率是 1Mbit/s, 取卫星信道的单程传播时延为 0.25 秒 每一个数据帧长为 2000bit, 忽略误码率 确认帧长和处理时间 试计算下列情况下的信道利用率 (1) 采用停 - 等协议 (2) 采用连续 ARQ 协议, 窗口大小 WT=7 (3) 采用连续 ARQ 协议, 窗口大小 WT=127 (4) 采用连续 ARQ 协议, 窗口大小 WT=255 解 : 习题 3-16 试简述 HDLC 帧各字段的意义 HDLC 用什么方法保证数据的透明传输? 答 :HDLC 帧结构如下图 : 1. 标志域 F HDLC 用一种特殊的位模式 作为标志以确定帧的边界 同一个标志既可以作为前一帧的结束, 也可以作为后一帧的开始 链路上所有的站都在不断地探索标志模式, 一旦得到一个标志就开始接收帧 在接收帧的过程中如果发现一个标志, 则认为该帧结束了 11

12 2. 地址域 A 地址域用于标识从站的地址 虽然在点对点链路中不需要地址, 但是为了帧格式的统一, 也保留了地址域 地址通常是 8 位长, 然而经过协商之后, 也可以采用更长的扩展地址 3. 控制域 C HDLC 定义了三种帧, 可根据控制域的格式区分之 信息帧 (I 帧 ) 装载着要传送的数据, 此外还捎带着流量控制和差错控制的信号 4. 信息域 INFO 只有 I 帧和某些无编号帧含有信息域 这个域可含有表示用户数据的任何比特序列, 其长度没有规定, 但具体的实现往往限定了帧的最大长度 5. 帧校验和域 FCS FCS 域中含有除标志域之外的所有其他域的校验序列 通常使用 16 bit 的 CRC-CCITT 标准产生校验序列, 有时也使用 CRC-32 产生 32 位的校验序列 采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流, 或者说, 就可实现数据链路层的透明传输 习题 3-17 HDLC 帧可分为哪几大类? 试简述各类帧的作用 答 : 分三大类 1 信息帧 : 用于数据传输, 还可同时用来对已收到的数据进行确认和执行轮询功能 2 监督帧 : 用于数据流控制, 帧本身不包含数据, 但可执行对数据帧的确认, 请求重发信息帧和请求暂停发送信息帧等功能 3 无编号帧 : 主要用于控制链路本身, 不使用发送或接收帧序号 习题 3-19 PPP 协议的主要特点是什么? 为什么 PPP 不使用帧的编号?PPP 适用于什么情况? 答 : 主要特点 : (1) 点对点协议, 既支持异步链路, 也支持同步链路 (2) PPP 是面向字节的 PPP 不采用序号和确认机制是出于以下的考虑 : 第一, 若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议 ( 如 HDLC), 开销就要增大 在数据链路层出现差错的概率不大时, 使用比较简单的 PPP 协议较为合理 第二, 在因特网环境下,PPP 的信息字段放入的数据是 IP 数据报 假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议, 然而当数据帧在路由器中从数据链路层上升到网络层后, 仍有可能因网络授拥塞而被丢弃 因此, 数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的 第三, PPP 协议在帧格式中有帧检验序列 FCS 安段 对每一个收到的帧,PPP 都要使用硬件进行 CRC 检验 若发现有差错, 则丢弃该帧 ( 一定不能把有差错的帧交付给上一层 ) 端到端的差错检测最后由高层协议负责 因此,PPP 协议可保证无差错接受 PPP 协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况 习题 3-20 要发送的数据为 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? 答 : 添加的检验序列为 1110 ( 除以 10011) 数据在传输过程中最后一个 1 变成了 0, 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, 除以 10011, 余数为 101, 不为 0, 接收端可以发现差错 12

13 第四章局域网 4-03 一个 7 层楼, 每层有一排共 15 间办公室 每个办公室的楼上设有一个插座, 所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网的结点 设任意两个插座之间都允许连上电缆 ( 垂直 水平 斜线 均可 ) 现要用电缆将它们连成(1) 集线器在中央的星形网 ;(2) 总线式以太网 试计算每种情况下所需的电缆长度 答 :(1) 假定从下往上把 7 层楼编号为 1-7 层 按楼层高 4 米计算 在星形网中, 集线器放在 4 层中间位置 ( 第 8 间房 ) 电缆总程度等于: Σ Σ (i-4)2+(j-8)2=1832(m) i=1 j=1 (2) 对于总线式以太网 ( 如 10BASE2), 每层需 4 14=56(m) 水平电缆, 垂直电缆需 4 6=24(m), 所以总长度等于 =416(m) 4-04 数据率为 10Mbit/s 的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少波特? 答 : 以太网使用曼彻斯特编码, 这就意味着发送的每一位都有两个信号周期 标准以太网的数据速率是 10Mb/s, 因此波特率是数据率的两倍, 即 20M 波特 4-06 试说明 10BASE5,10BASE2,10BASE-T,1BASE-5,10BROAD36 和 FOMAU 所代表的意思 答 :10BASE5,10BASE2,10BASE-T 分别表示以太网的三种不同的物理层 10 表示数据率是 10Mb/s,BASE 表示电缆上的信号是基带信号, 采用曼彻斯特编码 5 表示粗缆, 每一段电缆的最大长度是 500 米 2 代表细缆, 每一段电缆的最大长度是 185 米 T 表示双绞线 10BROAD36: 10 表示数据率为 10Mbit/s, BROAD 表示电缆上的信号是宽带信号, 36 表示网络的最大跨度是 3600m FOMAU : (Fiber Optic Medium Attachment Unit) 光纤媒介附属单元 Mbit/s 以太网升级到 100Mbit/s 和 1Gbit/s 甚至 10Gbit/s 时, 需要解决哪些技术问题? 在帧的长度方面需要有什么改变? 为什么? 传输媒体应当有什么改变? 答 : 以太网升级时, 由于数据传输率提高了, 帧的发送时间会按比例缩短, 这样会影响冲突的检测 所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度, 使参数 a 保持为较小的值, 才能有效地检测冲突 在帧的长度方面, 几种以太网都采用 标准规定的以太网最小最大帧长, 使不同速率的以太网之间可方便地通信 100bit/s 的以太网采用保持最短帧长 (64byte) 不变的方法, 而将一个网段的最大电缆长度减小到 100m, 同时将帧间间隔时间由原来的 9.6 μs, 改为 0.96μs 1Gbit/s 以太网采用保持网段的最大长度为 100m 的方法, 用 载波延伸 和 分组突法 的办法使最短帧仍为 64 字节, 同时将争用字节增大为 512 字节 传输媒体方面,10Mbit/s 以太网支持同轴电缆 双绞线和光纤, 而 100Mbit/s 和 1Gbit/s 以太网支持双绞线和光纤,10Gbit/s 以太网只支持光纤 4-08 有 10 个站连接在以太网上 试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽 (1) 10 个站都连接到一个 10Mb/s 以太网集线器 (2) 10 个站都连接到一个 100Mb/s 以太网集线器 (3) 10 个站都连接到一个 10Mb/s 以太网交换机 答 :(1)10 个站共享 10Mb/s (3) 10 个站共享 100Mb/s (3) 每个站独占 10Mb/s 个站分布在 4km 长的总线上 协议采用 CSMA/CD 总线速率为 5Mb/s, 帧的平均长度为 1000bit 试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值 传播时延为 5µs/km 解 : 发送一个帧所需的平均时间为 : 13

14 T av =2τN R +T 0 +τ, 其中 N R =(1-A)/A,A 是某个站发送成功的概率, 1 N 1 A max = (1 ),N=100 时,A max =0.369 N T l f = = = 2 10 s 6 C = T av = = ms ms, τ = 4 5μs = 20μs = 0. 02ms 1 总线上每秒发送成功的最大帧数 : = 3472, 则得每个站每秒发送的平均帧数 T av 为 3400/100= 在以下条件下, 分别重新计算上题, 并解释所得结果 (1) 总线长度减小到 1km (2) 总线速度加倍 (3) 帧长变为 10000bit 答 : 设 a 与上题意义相同 (1) a1=a/4=0.025,smax1= 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 =45 总线长度减小, 端到端时延就减小, 以时间为单位的信道长度与帧长的比也减小, 信道给 比特填充得更满, 信道利用率更高, 所以每站每秒发送的帧更多 (2) a2=2a=0.2,smax2= 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 =53 总线速度加倍, 以时间为单位的信道长度与帧长的比也加倍, 信道利用率 减小 ( 但仍比原来的 1/2 大 ), 所以最终每站每秒发送的帧比原来多 (3)a3=a/10=0.01,Smax3= 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 =4.8 帧长加长 10 倍, 信道利用率增加, 每秒在信道上传输的比特增加 ( 但没有 10 倍 ), 所以 最终每站每秒发送的帧比原来少 4-11 假定 1km 长的 CSMA/CD 网络的数据率为 1Gbit/s 设信号在网络上的传播速率为 km/s 求能够使用此协议的最短帧长 答 : 对于 1km 电缆, 单程端到端传播时延为 :τ= =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 : =10000bit=1250 字节 4-12 有一个使用集线器的以太网, 每个站到集线器的距离为 d, 数据发送速率为 C, 帧长为 字节, 信号在线路上的传播速率为 m / s, 距离 d 为 25m 或 2500m, 发送速 率为 10Mb/s 或 10Gb/s 这样就有四种不同的组合 试利用公式(4-9) 分别计算这 4 种不同情况下参数 α 的数值, 并作简单讨论 解 : 公式 (4-9) 为 : 其中 τ 为传播时延, τ τ τc α = = = T L C L T 0 0 为数据帧的发送时间 14

15 计算结果 : 距离 d=25m d=2500m 发送速率 C=10Mb/s C=10Gb/s C=10Mb/s C=10Gb/s α 讨论 :α 越大, 信道利用率就越小 4-15 假定一个以太网上的通信量中的 80% 是在本局域网上进行的, 而其余的 20% 的通信量是在本局域网和因特网之间进行的 另一个以太网的情况则反过来 这两个以太网一个使用以太网集线器, 另一个使用以太网交换机 你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上? 答 : 以太网交换机用在这样的网络, 其 20% 通信量在本局域网而 80% 的通信量到因特网 4-16 以太网使用的 CSMA/CD 协议是以争用方式接入到共享信道 这与传统的时分复用 TDM 相比优缺点如何? 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 4-17 使用 CSMA/CD 协议时, 若线路长度为 100m, 信号在线路上传播速率为 2 108m/s 数据的发送速率为 1Gbit/s 试计算帧长度为 512 字节 1500 字节和 字节时的参数 a 的数值, 并进行简单讨论 答 :a=τ/t0=τc/l=100 (2 108) 1 109/L=500/L, 信道最大利用率 Smax =1/(1+4.44a), 最大吞吐量 Tmax=Smax 1Gbit/s 帧长 512 字节时,a=500/(512 8)=0.122, Smax =0.6486,Tmax=648.6 Mbit/s 帧长 1500 字节时,a=500/(1500 8)=0.0417,Smax =0.8438,Tmax=843.8 Mbit/s 帧长 字节时,a=500/( )= ,Smax =0.9957,Tmax=995.7 Mbit/s 可见, 在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下, 帧长度越大, 信道利用率越大, 信道的最大吞吐量就越大 4-18 以太网交换机有何特点? 它与集线器有何区别? 答 : 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 4-19 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? 答 : 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 15

16 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 4-23 现有五个站分别连接在三个局域网上, 并且用两个透明网桥连接起来, 如下图所示 每一个网桥的两个端口号都标明在图上 在一开始, 两个网桥中的转发表都是空的 以后有以下各站向其他的站发送了数据帧, 即 H1 发送给 H5,H3 发送给 H2,H4 发送给 H3, H2 发送给 H1 试将有关数据填写在下表中 B 1 B H 1 H 2 H 3 H 4 H 5 解 : MAC1 MAC2 MAC3 MAC4 MAC5 发送的帧 网桥 1 的转发表 网桥 2 的转发表 站地址端口站地址端口 网桥 1 的处理 ( 转发? 丢弃? 登记?) 网桥 2 的处理 ( 转发? 丢弃? 登记?) H1 H5 MAC1 1 MAC1 1 H3 H2 MAC3 2 MAC3 1 H4 H3 MAC4 2 MAC4 2 H2 H1 MAC2 1 转发, 写入转发表转发, 写入转发表写入转发表, 丢弃不转发写入转发表, 丢弃不转发 转发, 写入转发表转发, 写入转发表转发, 写入转发表接收不到这个帧 16

17 第五章广域网 5-01 试从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点 答 : 虚电路服务和数据报服务的区别可由下表归纳 : 对比的方面 虚电路 数据报 连接的建立 必须有 不要 目的站地址 仅在连接建立阶段使用, 每个分组使用短的虚电路号 每个分组都有目的站的全地址 路由选择 在虚电路连接建立时进行, 所 每个分组独立选择路由 有分组均按同一路由 当路由器出故障 所有通过了出故障的路由器的虚电路均不能工作 出故障的路由器可能会丢失分组, 一些路由可能会发生变化 分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 到达目的站时可能不按发送顺序 端到端的差错处理 由通信子网负责 由主机负责 端到端的流量控制 由通信子网负责 由主机负责 从占用通信子网资源方面看 : 虚电路服务将占用结点交换机的存储空间, 而数据报服务对每个其完整的目标地址独立选径, 如果传送大量短的分组, 数据头部分远大于数据部分, 则会浪费带宽 从时间开销方面看 : 虚电路服务有创建连接的时间开销, 对传送小量的短分组, 显得很浪费 ; 而数据报服务决定分组的去向过程很复杂, 对每个分组都有分析时间的开销 从拥塞避免方面看 : 虚电路服务因连接起来的资源可以预留下来, 一旦分组到达, 所需的带宽和结点交换机的容量便已具有, 因此有一些避免拥塞的优势 而数据报服务则很困难 从健壮性方面看 : 通信线路的故障对虚电路服务是致命的因素, 但对数据报服务则容易通过调整路由得到补偿 因此虚电路服务更脆弱 5-03 设有一分组交换网 若使用虚电路, 则每一分组必须有 3 字节的分组首部, 而每个网络结点必须为虚电路保留 8 字节的存储空间来识别虚电路 但若使用数据报, 则每个分组需有 15 字节的分组首部, 而结点就不需要保留转发表的存储空间 设每段链路每传 1MB 需 0.01 元 购买结点存储器的代价为每字节 0.01 元, 而存储器的寿命为 2 年工作时间 ( 每周工作 40 小时 ) 假定一条虚电路的每次平均时间为 1000s, 而在此时间内发送 200 分组, 每个分组平均要经过 4 段链路 试问采用哪种方案 ( 虚电路或数据报 ) 更为经济? 相差多少? 答 : 每个分组经过 4 段链路意味链路上包括 5 个分组交换机 虚电路实现方案 : 需在 1000 秒内固定分配 5 8=40bytes 存储空间, 存储器使用的时间是 2 年, 即 = sec 每字节每秒的费用 =0.01/( )= 元总费用, 即 1000 秒 40 字节的费用 = = 元数据报实现方案 : 比上述虚电路实现方案需多传 (15-3) 4 200=9600bytes, 每字节每链路的费用 =0.01/10 6 =10-8 元总费用, 即 9600 字节每链路的费用 = = 元 =6.9 毫分可见, 本题中采用虚电路实现方案更为经济, 在 1000 秒的时间内便宜 6.9 毫分 17

18 5-03 假定分组交换网中所有结点的处理机和主机均正常工作, 所有的软件也正常无误 试问一个分组是否可能被投送到错误的目的结点 ( 不管这个概率有多小?) 如果一个网络中所有链路的数据链路层协议都能正确工作, 试问从源结点到目的结点之间的端到端通信是否一定也是可靠的 ( 见 5-11)? 答 : 有可能 大的突发噪声可能破坏分组 使用 k 位的效验和, 差错仍然有 2 -k 的概率被漏检 如果分组的目的地址字段或虚电路的标识号被改变, 分组会被投递到错误的目的地, 并可能被接收为正确的分组 换句话说, 偶然的突发噪声可能把送往一个目的地的完全合法的分组改变成送往另一个目的地的也是完全合法的分组 即使所有的数据链路层协议都工作正常, 端到端的通信不一定可靠 ( 见 5-11) 5-04 广域网中的主机为什么采用层次结构方式进行编址? 答 : 层次结构方式进行编址就是把一个用二进制数表示的主机地址分为前后两部分 前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号, 而后一部分的二进制数表示所连接的分组交换机的端口号, 或主机的编号 采用两个层次的编址方案可使转发分组时只根据分组和第一部分的地址 ( 交换机号 ), 即在进行分组转发时, 只根据收到的分组的主机地址中的交换机号 只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时, 交换机才检查第二部分地址 ( 主机号 ), 并通过合适的低速端口将分组交给目的主机 采用这种方案可以减小转发表的长度, 从而减少了查找转发表的时间 5-05 一个数据报分组交换网允许各结点在必要时将收到的分组丢弃 设结点丢弃一个分组的概率为 p 现有一个主机经过两个网络结点与另一个主机以数据报方式通信, 因此两个主机之间要经过 3 段链路 当传送数据报时, 只要任何一个结点丢弃分组, 则源点主机最终将重传此分组 试问 : (1) 每一个分组在一次传输过程中平均经过几段链路? (2) 每一个分组平均要传送几次? (3) 目的主机每收到一个分组, 连同该分组在传输时被丢弃的传输, 平均需要经过几段链路? 答 :(1) 从源主机发送的每个分组可能走 1 段链路 ( 主机 - 结点 ) 2 段链路 ( 主机 - 结点 - 结点 ) 或 3 段链路 ( 主机 - 结点 - 结点 - 主机 ) 走 1 段链路的概率是 p, 走 2 段链路的概率是 p(1-p), 走 3 段链路的概率是 (1-p) 2 则, 一个分组平均通路长度的期望值是这 3 个概率的加权和, 即等于 L=1 p+2 p(1-p)+3 (1-p) 2 = p 2-3 p+3 注意, 当 p=0 时, 平均经过 3 段链路, 当 p=1 时, 平均经过 1 段链路, 当 0<p<1 时, 可能需要多次发送 (2) 一次传送成功的概率 =(1-p) 2, 令 α=(1-p) 2, 两次传送成功的概率 =(1-α)α, 三次传送成功的概率 =(1-α) 2 α, 因此每个分组平均传送次数 T=α+2α(1-α)+3α(1-α) 2 + =[α/(1-α)][(1-α)+2(1-α) 2 +3(1-α) 3 + ] 因为 kq k = q/(1-q) 2 k=1 所以 T=[α/(1-α)] (1-α)/[1-(1-α)] 2 =1/α=1/(1-p) 2 18

19 (3) 每个接收到的分组平均经过的链路数 H H=L T=(p 2-3 p+3)/(1-p) 一个分组交换网其内部采用虚电路服务, 沿虚电路共有 n 个结点交换机, 在交换机中每一个方向设有一个缓存, 可存放一个分组 在交换机之间采用停止等待协议, 并采用以下措施进行拥塞控制 结点交换机在收到分组后要发回确认, 但条件是 :1 接收端已成功收到了该分组 ;2 有空闲的缓存 设发送一个分组需 T 秒 ( 数据或确认 ), 传输的差错可忽略不计, 主机和结点交换机之间的数据传输时延也可忽略不计 试问 : 交付给目的主机的速率最快为多少? 答 : 对时间以 T 秒为单位分槽 在时槽 1, 源结点交换机发送第 1 个分组 在时槽 2 的开始, 第 2 个结点交换机收到了分组, 但不能应答 在时槽 3 的开始, 第 3 个结点交换机收到了分组, 但也不能应答 这样, 此后所有的路由器都不会应答 仅当目的主机从目的地结点交换机取得分组时, 才会发送第 1 个应答 现在确认应答开始往回传播 在源结点交换机可以发送第 2 个分组之前, 需两次穿行该子网, 需要花费的时间等于 2(n-1)T 所以, 源结点交换机往目的主机投递分组的速度是每 2(n-1)T 秒 1 个分组 显然这种协议的效率是很低的 5-11 有 AB 和 BC 两条链路 A 经过 B 向 C 发送数据 若 B 收到 A 发来的数据时, 可以先向 C 转发再向 A 发确认, 也可以把这顺序反过来 也就是说,B 要做的三件事的顺序是 : 按收数据 - 转发 - 发确认, 或 : 接收数据 - 发确认 - 转发 现假定 B 在做完第二件事后处理机出现故障, 存储器中所存信息全部丢失, 但很快又恢复了工作 试证明 : 只有采用端到端发确认信息的方法 ( 即从 C 向 A 发确认信息 ), 才能保证在任何情况下数据都能从 A 经 B 正确无误地交付到 C 答 : 情形 1: 如 B 采用按收数据 - 转发 - 发确认顺序工作, 在把 A 的数据转发给 C 后 ( 随后 C 接收到该数据 ), 处理机出现故障, 存储器中所存信息全部丢失, 无法发确认给 A;A 在重发计时器到时后仍未收到确认, 就会重发, 这时 B 已恢复工作, 再转发给 C, 则 C 收到两个重复的数据 情形 2: 如 B 采用接收数据 - 发确认 - 转发顺序工作, 在向 A 发送完确认后 ( 随后 A 收到确认, 认为该数据已成功交付 ), 处理机出现故障, 存储器中所存信息全部丢失, 无法转发给 C, 而 A 认为该数据已成功交付, 导致数据丢失 因此就算所有的数据链路层协议都工作正常, 端到端的通信不一定可靠 如果采用端到端发确认信息的方法, 情形 1 中 C 在收到数据后, 会给 A 发送确认,A 收到后不会重发数据 在情形 2 中,C 未收到数据, 没有给 A 发送确认,A 在重发计时器到时后未收到确认, 就重发数据, 不会造成数据的丢失 所以只有采用端到端发确认信息的方法, 才能保证在任何情况下数据都能从 A 经 B 正确无误地交付到 C 19

20 第六章网络互连 6-03 作为中间系统 转发器 网桥 路由器和网关有何区别? 答 : 转发器 : 是物理层中间设备 主要作用是在物理层中实现透明的二进制比特复制, 以补偿信号衰减 网桥 : 是数据链路层的中间设备 主要作用是根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发 网桥具有过滤帧的功能 路由器 : 网络层的中间设备 作用是在互连网中完成路由选择的功能 网关 : 网络层以上的中间系统 作用是在高层进行协议的转换以连接两个不兼容的系统 6-04 试简单说明下列协议的作用 :IP ARP RARP 和 ICMP 答 :IP 协议 : 实现网络互连 使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络 ARP 协议 : 完成 IP 地址到 MAC 地址的映射 RARP: 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址 ICMP: 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告 从而提高 IP 数据报交付成功的机会 6-09(1) 子网掩码为 代表什么意思? (2) 一网络的子网掩码为 , 问该网络能够连接多少台主机? (3) 一 A 类网络和一 B 类网络的子网号 subnet-id 分别为 16bit 的 8bit, 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 试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少? (5) 一个 A 类地址的子网掩码为 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是 C22F1481, 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? 答 : (1) C 类地址对应的子网掩码值 但也可以是 A 类或 B 类地址的掩码, 即主机号由最后的 8 位决定 而路由器寻找网络由前 24 位决定 (2) 6 个主机 (3) 子网掩码一样, 但子网数目不同 (4) 最多可有 4094 个 ( 不考虑全 0 和全 1 的主机号 ) (5) 有效 但不推荐这样使用 (6) C 类 (7) 有 对于小网络这样做还可进一步简化路由表 6-10 试辨认以下 IP 地址的网络类别 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 答 :(1)B 类 (2)A 类 (3)B 类 (4)C 类 (5)A 类 (6)C 类 6-14 一个 3200bit 长的 TCP 报文传到 IP 层, 加上 160bit 的首部后成为数据报 下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来 但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据 20

21 部分只有 1200bit, 因此数据报在路由器必须进行分片 试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据 ( 这里的 数据 当然指局域网看见的数据 )? 答 : 第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有 1200bit, 即每个 IP 数据片的数据部分 < (bit), 由于片偏移是以 8 字节即 64bit 为单位的, 所以 IP 数据片的数据部分最大不超过 1024bit, 这样 3200bit 的报文要分 4 个数据片, 所以第二个局域网向上传送的比特数等于 ( ), 共 3840bit 6-16 设某路由器建立了如下路由表 ( 这三列分别是目的网络 子网掩码和下一跳路由器, 若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出去 ): 接口 接口 R R3 *( 默认 ) R4 现共收到 5 个分组, 其目的站 IP 地址分别为 : (1) (2) (3) (4) (5) 试分别计算其下一跳 解 :(1) 分组的目的站 IP 地址为 : 先与子网掩码 相与, 得 , 可见该分组经接口 0 转发 (2) 分组的目的 IP 地址为 : 与子网掩码 相与得 , 不等于 与子网掩码 相与得 , 经查路由表可知, 该项分组经 R2 转发 (3) 分组的目的 IP 地址为 : , 与子网掩码 相与后得 , 与子网掩码 相与后得 , 经查路由表知, 该分组转发选择默认路由, 经 R4 转发 (4) 分组的目的 IP 地址为 : 与子网掩码 相与后得 与子网掩码 相与后得 , 经查路由表知, 该分组经 R3 转发 (5) 分组的目的 IP 地址为 : , 与子网掩码 相与后得 与子网掩码 相与后得 , 经查路由表知, 该分组转发选择默认路由, 经 R4 转发 6-17 某单位分配到一个 B 类 IP 地址, 其 net-id 为 该单位有 4000 台机器, 平均分布在 16 个不同的地点 如选用子网掩码为 , 试给每一地点分配一个子网号码, 并计算出每个地点主机号码的最小值和最大值 答 :4000/16=250, 平均每个地点 250 台机器 如选 为掩码, 则每个网络所连主机数 =28-2=254>250, 共有子网数 =28-2=254>16, 能满足实际需求 可给每个地点分配如下子网号码地点 : 子网号 (subnet-id) 子网网络号主机 IP 的最小值和最大值 1: :

22 3: : : : : : : : : : : : : : 一具数据报长度为 4000 字节 ( 固定首部长度 ) 现在经过一个网络传送, 但此网络能 够传送的最大数据长度为 1500 字节 试问应当划分为几个短些的数据报片? 各数据报片的 数据字段长度 片偏移字段和 MF 标志应为何数值? 答 :IP 数据报固定首部长度为 20 字节 总长度 ( 字节 ) 数据长度 ( 字节 ) MF 片偏移 原始数据报 数据报片 数据报片 数据报片 分两种情况 ( 使用子网掩码和使用 CIDR) 写出因特网的 IP 层查找路由的算法 6-24 一个自治系统有 5 个局域网, 其连接图如图 6-61 所示 LAN2 至 LAN5 上的主机数分别为 :91,150,3 和 15 该项自治系统分配到的 IP 地址块为 /23 试给出每一个局域网的地址块 ( 包括前缀 ) 解 : 分配网络前缀时应先分配地址数较多的前缀 地址块 /23 可写成 /23 写成二进制表示 : 掩码 LAN3 有 150 个主机加一个路由器地址为 151 个地址 地址块 * ******** 分配地址块 ******** 即 /24 LAN2 有 91 个主机加一个路由器地址为 92 个地址 分配地址块 ******* 即 /25 LAN5 有 15 个主机加一个路由器地址为 16 个地址 需要 /27 地址块, 可分配 /26 地址块 分配地址块 ****** 即 /26 LAN4 有 3 个主机加一个路由器地址为 4 个地址 至少需要 /29 地址块分配地址块 *** 22

23 即 /29 LAN1 至少有 3 个 IP 地址供路由器用 也分一个 /29 地址块 分配地址块 *** 即 / 试找出可产生以下数目的 A 类子网的子网掩码 ( 采用连续掩码 ) (1)2,(2)6,(3)20,(4)62,(5)122,(6)250 答 :(3)20+2=22<25( 加 2 即将不能作为子网号的全 1 和全 0 的两种, 所以子网号占用 5bit, 所以网络号加子网号共 13bit, 子网掩码为前 13 个 1 后 19 个 0, 即 依此方法 : (1) ,(2) ,(4) ,(5) ,(6) 以下有四个子网掩码, 哪些是不推荐使用的? (1) ,(2) ,(3) ,(4) 答 : 只有 (4) 是连续的 1 和连续的 0 的掩码, 是推荐使用的 6-22 有如下的四个 /24 地址块, 试进行最大可能的聚合 /24, / /24, /24 答 :212=( )2,56=( )2 132=( ) 2, 133=( ) 2 134=( ) 2, 135=( ) 2 所以共同的前缀有 22 位, 即 , 聚合的 CIDR 地址块是 : / 有两个 CIDR 地址块 /11 和 /22 是否有哪一个地址块包含了另一地 址块? 如果有, 请指出, 并说明理由 答 : /11 的前缀为 : /22 的前缀为 : , 它的前 11 位与 /11 的前缀是 一致的, 所以 /11 地址块包含了 /22 这一地址块 6-31 IGP 和 EGP 这两类协议的主要区别是什么? 6-34 假定网络中的路由器 B 的路由表有如下的项目 ( 这三列分别表示 目的网络 距离 和 下一跳路由器 ) N 1 7 A N 2 2 C N 6 8 F N 8 4 E N 9 4 F 现在 B 收到从 C 发来的路由信息 ( 这两列分别表示 目的网络 和 距离 ): N 2 4 N 3 8 N 6 4 N 8 3 N 9 5 试求出路由器 B 更新后的路由表 解 : 路由器 B 更新后的路由表如下 : N1 7 A 无新信息, 不改变 23

24 N2 5 C 相同的下一跳, 更新 N3 9 C 新的项目, 添加进来 N6 5 C 不同的下一跳, 距离更短, 更新 N8 4 E 不同的下一跳, 距离一样, 不改变 N9 4 F 不同的下一跳, 距离更大, 不改变 6-35 假定网络中的路由器 A 的路由表有如下的项目 ( 这三列分别表示 目的网络 距离 和 下一跳路由器 ) N 1 4 B N 2 2 C N 3 1 F N 4 5 G 现在 A 收到从 C 发来的路由信息 ( 这两列分别表示 目的网络 和 距离 ): N 1 2 N 2 1 N 3 3 试求出路由器 A 更新后的路由表 解 : 路由器 A 更新后的路由表如下 : N1 3 C 不同的下一跳, 距离更短, 改变 N2 2 C 不同的下一跳, 距离一样, 不变 N3 1 F 不同的下一跳, 距离更大, 不改变 N4 5 G 无新信息, 不改变 24

25 第七章运输层 7-01(1) 试说明运输层的作用 网络层提供数据报或虚电路服务对上面的运输层有何影响? (2) 当应用程序使用面向连接的 TCP 和无连接的 IP 时, 这种传输是面向连接的还是面向 连接的? (3) 接收端收到有差错的 UDP 用户数据报时应如何处理? 答 :(1) 从通信和信息处理的角度来看, 运输层向它上面的应用层提供通信服务 运输层为 应用进程之间提供端到端的逻辑通信 (2) 都是 这要从不同层次来看 在运输层是面向连接的, 在网络层则是无连接的 (3) 丢弃 7-04 解释为什么突然释放运输连接就可能丢失用户数据而使用 TCP 的连接释放方法就可保 证不丢失数据 答 : 当主机 1 和主机 2 之间连接建立后, 主机 1 发送了一个 TCP 数据段并正确抵达主机 2, 接着主机 1 发送另一个 TCP 数据段, 这次很不幸,, 主机 2 在收到第二个 TCP 数据段之前 发出了释放连接请求, 如果就这样突然释放连接, 显然主机 1 发送的第二个 TCP 报文段会 丢失 而使用 TCP 的连接释放方法, 主机 2 发出了释放连接的请求, 那么即使收到主机 1 的确认后, 只会释放主机 2 到主机 1 方向的连接, 即主机 2 不再向主机 1 发送数据, 而仍然 可接收主机 1 发来的数据, 所以可保证不丢失数据 7-05 试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三次握手 说明如不这样做可能会 出现什么情况 答 : 我们知道,3 次握手完成两个重要的功能, 既要双方做好发送数据的准备工作 ( 双方都 知道彼此已准备好 ), 也要允许双方就初始序列号进行协商, 这个序列号在握手过程中被发送和确认 现在把三次握手改成仅需要两次握手, 死锁是可能发生的 作为例子, 考虑计算机 A 和 B 之间的通信, 假定 B 给 A 发送一个连接请求分组,A 收到了这个分组, 并发送了确认应答分组 按照两次握手的协定,A 认为连接已经成功地建立了, 可以开始发送数据分组 可是,B 在 A 的应答分组在传输中被丢失的情况下, 将不知道 A 是否已准备好, 不知道 A 建议什么样的序列号,B 甚至怀疑 A 是否收到自己的连接请求分组 在这种情况下,B 认为连接还未建立成功, 将忽略 A 发来的任何数据分组, 只等待连接确认应答分组 而 A 在发出的分组超时后, 重复发送同样的分组 这样就形成了死锁 7-06 一个 TCP 报文段的数据部分最多为多少字节? 为什么? 如果用户要传送的数据的字节长度超过 TCP 报文段中的序号字段可能编出的最大序号, 问还能否用 TCP 来传送? 答 :65495 字节 此数据部分加上 TCP 首部的 20 字节, 再加上 IP 数据报的首部的 20 字节, 正好是 IP 数据报的最大长度 当然,IP 首部包含了选择, 则 IP 首部长度超过 20 字节, 这时 TCP 报文段的数据部分的长度将小于 字节 7-10 设 TCP 使用的最大窗口为 64KB, 即 64*1024 字节 而传输信道貌岸然的带宽可认为是不受限制的 若报文段的平均时延为 20ms, 问所能得到的最大的吞吐量是多少? 答 : 可见在报文段平均往返时延 20ms 内, 发送方最多能发送 比特, 所以最大的吞吐量为 = ( )= bit/s=26.21Mbit/s 7-11 试计算一个包括 5 段链路的运输连接的单程端到端时延 5 段链路程中有 2 段是卫星链路 每条卫星链路又由上行链路和下行链路两部分组成 可以取这两部分的传播时延之和为 250ms, 每一个广域网的范围为 1500km, 其传播时延可按 km/s 来计算 各数据链路数率为 48kbit/s, 帧长为 960bit 答 :5 段链路的传播时延 =250 2+(1500/150000) =530ms 5 段链路的发送时延 =960 ( ) =100ms 25

26 所以 5 段链路单程端到端时延 = =630ms 7-13 用 TCP 传送 512 字节的数据, 设窗口为 100 字节, 而 TCP 报文段每次也是传送 100 字节的数据 再设发送端和接收端的起始序号分别选为 100 和 200 试画出类似于图 7-15 的工作示意图, 从连接建立阶段到连接释放都要画上 解 : 主机 A SYN,SEQ=100,WIN=100 主机 B SYN,ACK,SEQ=200,ACK=101 ACK,SEQ=101,ACK=201 SEQ=101 SEQ=101 ACK=301 SEQ=301 SEQ=401 ACK=501 SEQ=501 ACK=513 FIN,SEQ=513 ACK,SEQ=201,ACK=514 FIN,ACK,SEQ=201,ACK=514 ACK,SEQ=514,ACK= 一个 UDP 用户数据报的数据字段为 8192 字节 要使用以太网来传送 试问应当划分为几个数据报片? 说明每一个数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值 答 :6 个 数据字段的长度 : 前 5 个是 1480 字节, 最后一个是 800 字节 片偏移字段的值分别是 :0,185,370,555,740 和 在 TCP 的拥塞控制中, 什么是慢开始 拥塞避免 快重传和快恢复算法? 这里每一种算法各起什么作用? 乘法减少 和 加法增大 各用在什么情况下? 答 : 慢开始 : 在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口 cwnd 设置为一个最大报文段 MSS 的数值 在每收到一个对新的报文段的确认后, 将拥塞窗口增加至多一个 MSS 的数值 用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd, 可以使分组注入到网络的速率更加合理 拥塞避免 : 当拥塞窗口值大于慢开始门限时, 停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法 拥塞避免算法使发送端的拥塞窗口每经过一个往返时延 RTT 就增加一个 MSS 的大小 快重传算法规定, 发送端只要一连收到三个重复的 ACK 即可断定有分组丢失了, 就应立即重传丢失的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时 快恢复算法 :(1) 当发送端收到连续三个重复的 ACK 时, 就重新设置慢开始门限 ssthresh (2) 与慢开始不同之处是拥塞窗口 cwnd 不是设置为 1, 而是设置为 ssthresh + 3 *MSS 26

27 (3) 若收到的重复的 ACK 为 n 个 (n > 3), 则将 cwnd 设置为 ssthresh + n * MSS (4) 若发送窗口值还容许发送报文段, 就按拥塞避免算法继续发送报文段 (5) 若收到了确认新的报文段的 ACK, 就将 cwnd 缩小到 ssthresh 乘法减小 是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段, 只要出现一次超时 ( 即出现一次网络拥塞 ), 就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5 当网络频繁出现拥塞时,ssthresh 值就下降得很快, 以大大减少注入到网络中的分组数 加法增大 是指执行拥塞避免算法后, 当收到对所有报文段的确认就将拥塞窗口 cwnd 增加一个 MSS 大小, 使拥塞窗口缓慢增大, 以防止网络过早出现拥塞 7-28 网络允许的最大报文段长度为 128 字节, 序号用 8bit 表示, 报文段在网络中的生存时间为 30 秒 试求每一条 TCP 连接所能达到的最高数据率 答 : 具有相同编号的 TCP 报文段不应该同时在网络中传输, 必须保证, 当序列号循环回来重复使用的时候, 具有相同序列号的 TCP 报文段已经从网络中消失 现在存活时间是 30 秒, 那么在 30 秒的时间内发送发送的 TCP 报文段的数目不能多于 255 个 =8704 b/s 所以每条 TCP 连接所能达到的最高速率是 kb/s 7-30 一个 TCP 连接下面使用 256kbit/s 的链路, 其端到端时延为 128ms 经测试, 发现吞吐量只有 120kbit/s 试问发送窗口是多少? 答 : 来回路程的时延 =128 2=256ms 设发送窗口为 X 字节, 假定一次最大发送量等于窗口值, 那么, 每发送一次都得停下来等待得到本窗口的确认, 以得到新的发送许可, 这样 8X 8X = , X=7228 字节 一 UDP 用户数据报的首部十六进制表示是 : C E2 17 试求源端口号 目的端口号 用户数据报的总长度 数据部分长度 这个用户数据报是从客户发送给服务器还是从服务器发送给客户? 使用 UDP 的这个服务器程序是什么? 答 : 源端口这 1554, 目的端口为 69,UDP 数据报总长度 28 字节, 数据部分长度为 20 字节 此 UDP 用户数据报是从客户发给服务器, 服务器程序是 TFTP 27

28 第八章应用层 8-02 域名系统的主要功能是什么? 域名系统中的根服务器和授权服务器有何区别? 授权服 务器与管辖区有何关系? 答 : 域名系统的主要功能 : 将域名解析为主机能识别的 IP 地址 因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层次来安排的 每一个域名服务器都只对域 名体系中的一部分进行管辖 共有三种不同类型的域名服务器 即本地域名服务器 根域名服务器 授权域名服务器 当一个本地域名服务器不能立即回答某个主机的查询时, 该本地域名服务器就以 DNS 客户的身份向某一个根域名服务器查询 若根域名服务器有被查询主机的信息, 就发送 DNS 回答报文给本地域名服务器, 然后本地域名服务器再回答发起查询的主机 但当根域名服务器没有被查询的主机的信息时, 它一定知道某个保存有被查询的主机名字映射的授权域名服务器的 IP 地址 通常根域名服务器用来管辖顶级域 根域名服务器并不直接对顶级域下面所属的所有的域名进行转换, 但它一定能够找到下面的所有二级域名的域名服务器 每一个主机都必须在授权域名服务器处注册登记 通常, 一个主机的授权域名服务器就是它的主机 ISP 的一个域名服务器 授权域名服务器总是能够将其管辖的主机名转换为该主机的 IP 地址 因特网允许各个单位根据本单位的具体情况将本域名划分为若干个域名服务器管辖区 一般就在各管辖区中设置相应的授权域名服务器 8-04 文件传送协议 FTP 的主要工作过程是怎样的? 主进程和从属进程各起什么作用? 答 :FTP 使用客户服务器方式 一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务 FTP 的服务器进程由两大部分组成 : 一个主进程, 负责接受新的请求 ; 另外有若干个从属进程, 负责处理单个请求 主进程的工作步骤 : 1 打开熟知端口( 端口号为 21), 使客户进程能够连接上 2 等待客户进程发出连接请求 3 启动从属进程来处理客户进程发来的请求 从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止, 但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程 4 回到等待状态, 继续接受其他客户进程发来的请求 主进程与从属进程的处理是并发地进行 FTP 使用两个 TCP 连接 控制连接在整个会话期间一直保持打开,FTP 客户发出的传送请求通过控制连接发送给服务器端的控制进程, 但控制连接不用来传送文件 实际用于传输文件的是 数据连接 服务器端的控制进程在接收到 FTP 客户发送来的文件传输请求后就创建 数据传送进程 和 数据连接, 用来连接客户端和服务器端的数据传送进程 数据传送进程实际完成文件的传送, 在传送完毕后关闭 数据传送连接 并结束运行 8-07 试述电子邮件的最主要的组成部件 用户代理 UA 的作用是什么? 没有 UA 行不行? 答 : 电子邮件系统的最主要组成部件 : 用户代理 邮件服务器 以及电子邮件使用的协议 UA 就是用户与电子邮件系统的接口 用户代理使用户能够通过一个很友好的接口来发送和接收邮件 没有 UA 不行 因为并非所有的计算机都能运行邮件服务器程序 有些计算机可能没有足够的存储器来运行允许程序在后台运行的操作系统, 或是可能没有足够的 CPU 能力来运行邮件服务器程序 更重要的是, 邮件服务器程序必须不间断地运行, 每天 24 小时都必须不间断地连接在因特网上, 否则就可能使很多外面发来的邮件丢失 这样看来, 让用户的 PC 机运行邮件服务器程序显然是很不现实的 28

29 8-08 电子邮件的信封和内容在邮件的传送过程中起什么作用? 和用户的关系如何? 答 : 一个电子邮件分为信封和内容两大部分 电子邮件的传输程序根据邮件信封上的信息 ( 收信人地址 ) 来传送邮件 RFC822 只规定了邮件内容中的首部格式, 而对邮件的主体部分则让用户自由撰写 用户填写好首部后, 邮件系统将自动地将所需的信息提取出来并写在信封上 8-09 电子邮件的地址格式是怎样的? 请说明各部分的意思 答 :TCP/IP 体系的电子邮件系统规定电子邮件地址的格式如下 : 读作 at, 表示 在 的意思 例如, 电子邮件地址 xiexiren@tsinghua.org.cn 8-10 试简述 SMTP 通信的三个阶段的过程 答 :1. 连接建立 : 连接是在发送主机的 SMTP 客户和接收主机的 SMTP 服务器之间建立的 SMTP 不使用中间的邮件服务器 2. 邮件传送 3. 连接释放 : 邮件发送完毕后,SMTP 应释放 TCP 连接 8-11 试简述邮局协议 POP 的工作过程 在电子邮件中, 为什么必须使用 POP 和 SMTP 这两个协议?IMAP 与 POP 有何区别? 答 : 8-18 解释下列名词, 各英文缩写词的原文是什么? WWW URL URI HTTP HTML CGI 浏览器 超文本 超媒体 超链 页面 表单 活动文档 搜索引擎 8-20 当使用鼠标点取一个万维网文档时, 若该文档除了有文本外, 还有一个本地.gif 图像和两个远地.gif 图像 试问 : 需要使用哪个应用程序, 以及需要建立几次 UDP 连接和几次 TCP 连接? 答 : 使用 HTTP 需要建立 0 次 UDP 连接 4 次 TCP 连接 8-25 某页面的 URL 为 此页面中有一个网络拓扑结构简图 (map.gif) 和一段简单的解释文字 我们希望能够从这张简图或者从这段文字中的 网络拓扑 链接到该网络拓扑的详细情况的主页 : 试写出两种相应的 HTML 语句 答 : (1) 链接的起点是文字时, 对应的 HTML 语句 : <A HREF= > 网络拓扑 </A> (2 ) 链接的起点是图片时, 对应的 HTML 语句 : <A HREF= ><IMG SRC= map.gif > </A> 29