计算机网络第四版课后习题答案谢希仁.docx

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计算机网络第四版课后习题答案谢希仁

计算机网络第四版课后习题-答案-谢希仁

计算机网络第四版（谢希仁编著）

1、计算机网络的发展阶段

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。

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。

它的主要特点是：

①采用的是静态分配策略；②这种交换技术适应模拟信号的数据传输。

③计算机数据的产生往往是“突发式”的。

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。

第四阶段：

（20世纪90年代）网络互连与高速网络。

2、简述分组交换的要点。

（1）报文分组，加首部

（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并

3、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。

（1）电路交换：

端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。

（2）报文交换：

无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。

（3）分组交换：

具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。

4、为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？

答：

融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。

8、计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？

答：

主干网：

提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信。

本地接入网：

主要支持用户的访问本地，实现散户接入，速率低。

9、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。

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）。

从源点到终点共经过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：

线路交换时延：

kd+x/b+s,分组交换时延：

kd+（x/p）*（p/b）+（k-1）*（p/b）

其中（k-1）*（p/b）表示K段传输中，有（k-1）次的储存转发延迟，当s>（k-1）*（p/b）时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当x>>p,相反。

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（b/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：

总时延D表达式，分组交换时延为：

D=kd+（x/p）*（（p+h）/b）+（k-1）*（p+h）/b

D对p求导后，令其值等于0，求得p=[（xh）/（k-1）]^0.5

12、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。

答：

分层的好处：

①各层之间是独立的。

某一层可以使用其下一层提供的服务而不需要知道服务是如何实现的。

②灵活性好。

当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响。

③结构上可分割开。

各层可以采用最合适的技术来实现④易于实现和维护。

⑤能促进标准化工作。

与分层体系结构的思想相似的日常生活有邮政系统，物流系统。

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

3-01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?

答：

数据链路与链路的区别在于数据链路出链路外，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。

“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。

3-02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.

答：

链路管理帧定界流量控制差错控制将数据和控制信息区分开透明传输寻址

可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：

对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。

3-03数据链路层的三个基本问题（帧定界、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？

答：

帧定界是分组交换的必然要求透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆

差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

习题3-03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：

已知：

，其中C为信道容量，或信道速率。

为帧长（以比特为单位）。

所以得帧长bit

习题3-09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：

0123456701234567

全部确认帧收到接收窗口：

0123456701234567

状态2：

发送窗口：

0123456701234567

全部确认帧都没收到接收窗口：

0123456701234567

（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≤2n，所以WT≤2n-1。

习题3-10答：

因WT＋WR≤2n，而WR≤WT，当WR=WT时，WR取最大值，为2n/2。

习题3-11答：

发送端：

01234567012345670

接收端：

01234567012345670

习题3-12答：

发送端：

01234567012345670

接收端：

01234567012345670

习题3-13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。

3-16PPP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？

为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？

答：

简单，提供不可靠的数据报服务，检错，无纠错

不使用序号和确认机制地址字段A只置为0xFF。

地址字段实际上并不起作用。

控制字段C通常置为0x03。

PPP是面向字节的

当PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样），当PPP用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法

PPP适用于线路质量不太差的情况下、PPP没有编码和确认机制

3-17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？

采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

答：

作二进制除法，1101011011000010011得余数1110，添加的检验序列是1110.

作二进制除法，两种错误均可发展

仅仅采用了CRC检验，缺重传机制，数据链路层的传输还不是可靠的传输。

3-18一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。

试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？

答：

7D5EFE277D5D7D5D657D5E7EFE277D7D657D

3-19PPP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？

答：

0110111111111100011011111011111000

000111011111011111011000011101111111111110

4-01局域网的主要特点是什么？

为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？

答：

局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络

从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：

（1）共享传输信道，在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上。

（2）地理范围有限，用户个数有限。

通常局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，如一座楼或集中的建筑群内，一般来说，局域网的覆盖范围越位10m~10km内或更大一些。

从网络的体系结构和传输检测提醒来看，局域网也有自己的特点：

（1）低层协议简单

（2）不单独设立网络层，局域网的体系结构仅相当于相当与OSI/RM的最低两层（3）采用两种媒体访问控制技术，由于采用共享广播信道，而信道又可用不同的传输媒体，所以局域网面对的问题是多源，多目的的连连管理，由此引发出多中媒体访问控制技术在局域网中各站通常共享通信媒体，采用广播通信方式是天然合适的，广域网通常采站点间直接构成格状网。

4-03数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？

答：

码元传输速率即为波特率，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

4-04以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了碰撞。

于是按截断二进制指数退避算法进行重传。

重传次数记为i，i=1，2，3,…..。

试计算第1次重传失败的概率、第2次重传的概率、第3次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。

答：

将第i次重传成功的概率记为pi。

显然第一次重传失败的概率为0.5，第二次重传失败的概率为0.25，第三次重传失败的概率为0.125.平均重传次数I=1.637

4-0610Mb/s以太网升级到100Mb/s、1Gb/S和10Gb/s时，都需要解决哪些技术问题？

为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？

答：

技术问题：

使参数a保持为较小的数值，可通过减小最大电缆长度或增大帧的最小长度

在100mb/s的以太网中采用的方法是保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆的度减小到100m，帧间时间间隔从原来9.6微秒改为现在的0.96微秒

吉比特以太网仍保持一个网段的最大长度为100m，但采用了“载波延伸”的方法，使最短帧长仍为64字节（这样可以保持兼容性）、同时将争用时间增大为512字节。

并使用“分组突发”减小开销

10吉比特以太网的帧格式与10mb/s，100mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同

吉比特以太网还保留标准规定的以太网最小和最大帧长，这就使用户在将其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。

由于数据率很高，吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体，它使用长距离（超过km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广

4-07有10个站连接到以太网上。

试计算一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个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器：

10mbs

（2）10个站都连接到一个100mb/s以太网集线器：

100mbs（3）10个站都连接到一个10mb/s以太网交换机：

10mbs

4-08解：

发送一个帧所需的平均时间为：

Tav=2τNR+T0+τ，其中NR=（1-A）/A，A是某个站发送成功的概率，，N＝100时，Amax=0.369,总线上每秒发送成功的最大帧数：

，则得每个站每秒发送的平均帧数为3400/100=34.7

4-09

（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=0.9000

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=0.5296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=0.9574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。

4-10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。

答：

对于1km电缆，单程传播时间为1/200000=5为微秒，来回路程传播时间为10微秒，为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于10*10^-6/1*10^-9=10000,因此，最短帧是10000位或1250字节长

4-11解：

公式（4-9）为：

其中为传播时延，为数据帧的发送时间。

计算结果：

距离d=25md=2500m发送速率C=10Mb/sC=10Gb/sC=10Mb/sC=10Gb/s

讨论：

越大，信道利用率就越小。

4-12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是星形拓扑结构，但现在却改为使用星形拓扑结构？

答：

星形网，总线网，环形网，树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芯片的使用可以讲星形结构的集线器做的非常可靠，因此现在的以太网一般都使用星形结构的拓扑。

4-13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，而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？

答：

集线器为物理层设备，模拟了总线这一共享媒介共争用，成为局域网通信容量的瓶颈。

交换机则为链路层设备，可实现透明交换局域网通过路由器与因特网相连

当本局域网和因特网之间的通信量占主要成份时，形成集中面向路由器的数据流，使用集线器冲突较大，采用交换机能得到改善。

当本局域网内通信量占主要成份时，采用交换机改善对外流量不明显

4-14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：

传统的时分复用TDM是静态时隙分配，均匀高负荷时信道利用率高，低负荷或符合不均匀时资源浪费较大，CSMA/CD课动态使用空闲新到资源，低负荷时信道利用率高，但控制复杂，高负荷时信道冲突大。

4-15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=648.6Mbit/s

帧长1500字节时，a=500/（1500×8）=0.0417，Smax=0.8438，Tmax=843.8Mbit/s

帧长64000字节时,a=500/（64000×8）=0.000977,Smax=0.9957，Tmax=995.7Mbit/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。

4-16以太网交换机有何特点？

用它怎样组成虚拟局域网？

答：

以太网交换机则为链路层设备，可实现透明交换

虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

这些网段具有某些共同的需求。

虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记（tag），用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。

4-17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：

网桥工作在数据链路层，它根据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。

当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口转发器工作在物理层，它仅简单地转发信号，没有过滤能力

以太网交换机则为链路层设备，可视为多端口网桥

4-19图3-35表示有五个站点分别连接在三个局域网上，并且用网桥B1和B2连接起来。

每一个网桥都有两个接口（1和2）。

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：

A发送给E，C发送给B，D发送给C，B发送给A。

试把有关数据填写在表3-2中。

发送的帧B1的转发表B2的转发表B1的处理

（转发？

丢弃？

登记？

）B2的处理

（转发？

丢弃？

登记？

）

地址接口地址接口

A→EA1A1转发，写入转发表转发，写入转发表

C→BC2C1转发，写入转发表转发，写入转发表

D→CD2D2写入转发表，丢弃不转发转发，写入转发表

B→AB1写入转发表，丢弃不转发接收不到这个帧

5-01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，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由

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。

5-02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2×52×40×3600=1.5×107sec

每字节每秒的费用=0.01/（1.5×107）=6.7×10-10元

总费用，即1000秒40字节的费用=1000×40×6.7×10-10=2.7×10-5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=0.01/106=10-8元

总费用，即9600字节每链路的费用=9600×10-8=9.6×10-5元

9.6-2.7=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。

5-03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