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计算机通信与网络课后习题答案

第一章习题解答

1.1什么是计算机网络？

答：

我们可以把计算机网络定义为：

把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。

1.2试分析阐述计算机网络与分布式系统的异同点。

答：

计算机网络是把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，实现资源的共享；分布式系统是在分布式计算机操作系统或应用系统的支持下进行分布式数据处理和各计算机之间的并行工作，分布式系统在计算机网络基础上为用户提供了透明的集成应用环境。

所以，分布式系统和计算机网络之间的区别主要在软件系统。

1.3计算机网络的拓扑结构种类有哪些？

各自的特点是什么？

答：

网络的拓扑（Topology）结构是指网络中各节点的互连构形，也就是连接布线的方式。

网络拓扑结构主要有五种：

星形、树形、总线形、环形和网络形，如图1.1所示。

星形结构的特点是存在一个中心节点，其他计算机与中心节点互连，系统的连通性与中心节点的可靠性有很大的关系。

树形结构的特点是从根节点到叶子节点呈现层次性。

总线形结构的特点是存在一条主干线，所有的计算机连接到主干线上。

环形结构是将所有计算机连接到一个环形的线路，每两个计算机之间有两条线路相连。

网络型是一种不规则的连接，事实上，目前的因特网就是这种拓扑结构。

1.4从逻辑功能上看，计算机网络由哪些部分组成？

各自的内涵是什么？

答：

根据定义我们可以把一个计算机网络概括为一个由通信子网和终端系统组成的通信系统

终端系统：

终端系统由计算机、终端控制器和计算机上所能提供共享的软件资源和数据源（如数据库和应用程序）构成。

计算机通过一条高速多路复用线或一条通信链路连接到通信子网的结点上。

终端用户通常是通过终端控制器访问网络。

终端控制器能对一组终端提供几种控制，因而减少了终端的功能和成本。

通信子网：

通信子网是由用作信息交换的网络结点和通信线路组成的独立的数据通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。

网络结点提供双重作用：

一方面作终端系统的接口，同时也可作为对其他网络结点的存储转发结点。

作为网络接口结点，接口功能是按指定用户的特定要求而编制的。

由于存储转发结点提供了交换功能，故报文可在网络中传送到目的结点。

它同时又与网络的其余部分合作，以避免拥塞并提供网络资源的有效利用。

1.5由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中，共有多少个直接的连接？

对由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中呢？

对由n个结点构成的全连接网络中呢？

答：

在由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中有（n-1）个直接连接。

在由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中有（n）个直接连接。

在由n个结点构成的全连接拓扑结构的网络有（n－1）n/2个直接连接。

1.6在广播式网络中，当多个节点试图同时访问通信通道时，信道将会产生冲突，所有节点都无法发送数据，形成信道容量的浪费。

假设可以把时间分割成时间片，n个节点中每个节点在每个时间片试图使用信道的概率为p，试计算由于冲突而浪费的时间片的百分比。

答：

每个时间片只有一个节点访问的概率为：

即位由于冲突而浪费的时间片百分比。

1.7什么是网络体系结构？

为什么要定义网络的体系结构？

答：

计算机网络体系结构是计算机网络的分层及其服务和协议的集合，也就是它们所应完成的所有功能的定义，是用户进行网络互连和通信系统设计的基础。

因此，体系结构是一个抽象的概念，它只从功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层的具体组成和实现细节。

计算机网络由多个互连的节点组成，节点之间要不断地交换数据和控制信息,要做到有条不紊地交换数据,每个节点就必须遵守一整套合理而严谨的规则，才能实现网络的互连，网络的体系结构包含了各个层次的服务及协议规程，为软件和硬件的具体实现提供了统一的规范。

1.8什么是网络协议？

由哪几个基本要素组成？

答：

简单地说，协议是指通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合，是一套语义和语法规则，用来规定有关功能部件在通信过程中的操作，它定义了数据发送和接收工作中必经的过程。

协议规定了网络中使用的格式、定时方式、顺序和检错。

一般说，一个网络协议主要由语法、语义和同步三个要素组成。

语法：

指数据与控制信息的结构或格式，确定通信时采用的数据格式，编码及信号电平等。

即对所表达内容的数据结构形式的一种规定,也即"怎么讲".例如,在传输一份数据报文时数据格式,传输一封信函的地址格式等。

语义：

协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释,也即"讲什么".不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容（含义）.例如,在基本型数据链路控制协议中规定,协议元素SOH的语义表示所传输报文的报头开始;而协议元素ETX的语义,则表示正文结束等。

同步:

规定了事件的执行顺序.例如在双方通信时，首先由源站发送一份数据报文，如果目标站收到的是正确的报文，就应遵循脚议规则，利用脚议元素ACK来回答对方，以使源站知道其所发出的报文已被正确接收。

1.9试分析协议分层的理由。

答：

在设计和选择协议时，不仅要考虑网络系统的拓扑结构、信息的传输量、所采用的传输技术、数据存取方式，还要考虑到其效率、价格和适应性等问题。

因此，协议的分层可以将复杂的问题简单化。

通信协议可被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。

每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。

较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。

采用层次化方法的优点是：

各层之间相互独立,即不需要知道低层的结构,只要知道是通过层间接口所提供的服务；灵活性好,是指只要接口不变就不会因层的变化（甚至是取消该层）而变化；各层采用最合适的技术实现而不影响其他层；有利于促进标准化,是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明。

1.10OSI参考模型的层次划分原则是什么？

画出OSI－RM模型的结构图，并说明各层次的

功能。

答：

OSI-RM体系结构是一种分层的结构，它遵循协议分层的原则，具体体现在：

（1）层次不能太多,也不能太少。

太多则系统的描述和集成都有困难,太少则会把不同的功能混杂在同一层次中。

（2）每一层应该有明确定义的功能,这种功能应在完成的操作过程方面,或者在涉及的技术方面与其他功能层次有明显不同,因而类似的功能应归人同一层次。

（3）每一层的功能要尽量局部化。

这样,随着软硬件技术的进展,层次的协议可以改变,层次的内部结构可以重新设计,但是不影响相邻层次的接口和服务关系。

（4）考虑数据处理的需要。

在数据处理过程需要不同的抽象级（例如,词法,句法,语义等）的地方设立单独的层次。

（5）每一层只与它的上,下邻层产生接口,规定相应的业务.在同一层内相应子层的接口也适用这一原则。

如图所示,OSI七层模型从下到上分别为物理层（PhysicalLayer）,数据链路层（DataLinkLayer）,网络层（NetworkLayer）,传输层（TransportLayer）,会话层（SessionLayer）,表示层（PresentationLayer）和应用层（ApplicationLayer）。

各层的功能如下：

物理层：

利用传输介质为通信的网络结点之间建立、维护和释放物理连接，实现比特流的透明传输，进而为数据链路层提供数据传输服务。

数据链路层：

在物理层提供服务的基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以帧（frame）为单位的数据包，并采取差错控制和流量控制的方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

网络层：

控制着通信子网的运行，为以分组（packet）为单位的数据包通过通信子网选择适当的路由，并实现拥塞控制、网络互连等功能。

传输层:

向用户通过可靠的端到端（end-to-end）的数据传输服务，实现为上层屏蔽低层的数据传输问题。

会话层:

负责维护通信中两个结点之间的会话连接的建立、维护和断开，以及数据的交换。

表示层:

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据的加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

应用层:

为应用程序通过网络服务，它包含了各种用户普通使用的协议。

11在OSI参考模型中各层的协议数据单元（PDU）是什么?

答:

（N十1}层实体通过访问SAP向（N）层实体发送协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）。

PDU由两部分造成，如（N}层PDU的构成如图1.3所;:

。

一部分为本层用户的数据，记为（N）用户数据;另一部分为本层的协议控制信息，记为（N）PCI（ProtocolControlInformation）。

PCI就是前而讲到的每一层传递过程中加上的包头。

图1.3PDU的组成

12试比较OSI-RM与TCP/IP模型的异同点。

答:

它们的相同点主要体现在:

1）都参与层次化模型，TCP/IP与OSI-RM都采用层次化体系结构，都按功能分层。

其差别主要体现在以下两方面：

1）出发点不同

OSI-RM是作为国际标准而制定的,不得不兼顾各方,考虑各种情况,造成OSI-RM相对比较复杂,协议的数量和复杂性都远高于TCP/IP。

早期TCP/IP协议是为军用网ARPANET设计的体系结构,一开始就考虑了一些特殊要求,如可用性,残存性,安全性,网络互联性以及处理瞬间大信息量的能力等。

此外,TCP/IP是最早的互联协议,它的发展顺应社会需求,来自实践,在实践中不断改进与完善,有成熟的产品和市场,为人们所广泛接受。

2）对以下问题的处理方法不相同

①对层次间的关系。

OSI-RM是严格按"层次"关系处理的,两个（N）实体通信必须通过下一层的（N—1）实体,不能越层.而TCP/IP则不同,它允许越层直接使用更低层次所提供的服务。

因此,这种关系实际上是"等级"关系,这种等级关系减少了一些不必要的开销,提高了协议的效率。

②对异构网互连问题。

TCP/IP一开始就考虑对异构网络的互连，并将互连协议IP单设一层。

但OSI-RM最初只考虑用一个标准的公用数据网互联不同系统,后来认识到互联协议的重要性,才在网络层中划出一个子层来完成IP任务。

③OSI-RM开始只提供面向连接的服务,而TCP/IP一开始就将面向连接和无连接服务并重,因为无连接的数据报服务,对互联网中的数据传送和分组话音通信是很方便的。

此外,TCP/IP有较好的网络管理功能,而OSI-RM也是到后来才考虑这个问题。

1.13设有一个系统具有n层协议，其中应用进程生成长度为m字节的数据，在每层都加上长度为h字节的报头，试计算传输报头所占用的网络带宽百分比。

答：

若应用层数据长度为m字节，则每一层加h字节的报头，经过n层后总数据长度为：

m+n×h,

从而，传输报头所占用的网络带宽百分比为：

nh/（m+n×h）

第二章习题解答

2.01试给出数据通信系统的基本模型并说明其主要组成构件的作用。

答：

1）信源和信宿

信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的设备，在实际应用中，大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备（dataterminalequipment，DTE）。

2）信道

信道是通信双方以传输媒体为基础的传输信息的通道，它是建立在通信线路及其附属设备（如收发设备）上的。

该定义似乎与传输媒体一样，但实际上两者并不完全相同。

一条通信介质构成的线路上往往可包含多个信道。

信道本身也可以是模拟的或数字方式的，用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用以传输数字信号的信道叫做数字信道。

3）信号转换设备

其作用是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号，对应不同的信源和信道，信号转换设备有不同的组成和变换功能。

发送端的信号转换设备可以是编码器或调制器，接收端的信号转换设备相对应的就是译码器或解调器。

2.02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。

答：

数据：

通常是指预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合。

信号：

信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。

模拟数据：

取值是连续的数据。

模拟信号：

是指幅度随时间连续变化的信号。

数字数据：

取值是离散的数据。

数字信号：

时间上是不连续的、离散性的信号

2.03什么叫传信速率？

什么叫传码速率？

说明两者的不同与关系。

答：

传信速率又称为比特率，记作Rb，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。

传码速率又称为调制速率、波特率，记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（Baud）。

若是二电平传输，则在一个信号码元中包含一个二进制码元，即二者在数值上是相等的；若是多电平（M电平）传输，则二者在数值上有Rb=NBd×log2M的关系。

2.04设数据信号码元长度为833×10-6秒，若采用16电平传输，试求传码速率和传信速率。

答：

由于T=833×10-6秒，所以传码速率NBd=1/T≈1200波特

由于传送的信号是16电平，所以，M=16。

则传信速率Rb=NBdlog2M=4800bit/s。

2.05异步传输中，假设停止位为1位，无奇偶校验，数据位为8位，求传输效率为多少？

答：

传输效率=字符的数据位/字符的总长度

则传输效率=8/（1+1+8）×100%=80%

2.06奈氏准则与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：

奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。

奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。

香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。

但信息的传输速率“比特/每秒”一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×nbit/s。

2.07假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，则该信道能否可靠的传输速率为64kb/s的数据流？

答：

按Shannon定理：

在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：

C=Wlog2（1+S/N）

已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N=100

C=3000log2（1+100）=30006.66=19.98kbit/s

则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流

2.08常用的传输媒体有哪几种?

各有何特点?

答：

有线传输媒体主要有双绞线、同轴电缆和光缆等，无线传输媒体主要包括无线电波、地面微波、卫星微波、红外线。

特点请参见教材23-27页。

2.09什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码?

其特点如何?

答：

在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。

差分曼彻斯特码是差分编码和曼彻斯特编码相结合的一种编码方式，首先按照差分编码的规则变换成差分码，再按照曼彻斯特编码规则进行转换即可。

2.10数字通信系统具有哪些优点？

它的主要缺点是什么？

答：

优点：

抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可消除噪声积累;数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强。

其缺点是比模拟信号占带宽。

2.11带宽为6MHz的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传输率是多少？

假设信道是无噪声的。

答：

由奈氏准则，其数据传输率=2Wlog2M

=2×6M×log24=24Mbit/s

2.12对于带宽为3kHz、信噪比为20dB的信道，当其用于发送二进制信号时，它的最大数据传输率是多少？

答：

按Shannon定理：

在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：

C=Wlog2（1+S/N）

已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N=100

C=3000log2（1+100）=30006.66=19.98kbit/s

而奈氏极限值是6kbit/s，显然，瓶颈是奈氏极限，所以，最大传输速率是6kbit/s

2.13一个每毫秒钟采样一次的4kHz无噪声信道的最大数据传输率是多少？

答：

不管采样速率如何，一个无噪声信道都可以运载任意数量的信息，因为每个采样值都可以发送大量数据。

事实上，对于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率来采样是没有意义的。

因为本题中每毫秒采样一次，则采样频率为1000次/秒，若每个采样点的值用4bit编码，则速率是4kb/s,若每个采样点的值用16bit编码，则速率可达16kb/s。

2.14什么是多路复用？

按照复用方式的不同，多路复用技术基本上分为几类？

分别是什么？

答：

多路复用技术是指在一条传输信道中传输多路信号，以提高传输媒体利用率的技术。

分为：

时分复用、频分复用、码分复用和波分复用四类。

2.15比较频分多路复用和时分多路复用的异同点。

答：

略，见教材41-43页。

2.16简述电路交换和分组交换的优缺点。

答：

电路交换的优点：

电路交换是一种实时交换，适用于实时要求高的话音通信（全程≤200ms）。

缺点：

（1）在通信前要通过呼叫，为主、被叫用户建立一条物理的、逻辑的连接。

（2）电路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也虚占电路，据统计，传送数字话音时电路利用率仅为36%。

（3）在传送信息时，没有任何差错控制措施，不利于传输可靠性要求高的突发性数据业务。

分组交换优点：

（1）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等）之间的通信。

（2）分组多路通信功能。

（3）数据传输质量高、可靠性高。

（4）经济性好。

缺点：

（1）由于采用存储—转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒

（2）每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用；

（3）分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等。

2.17在循环冗余校验系统中，利用生成多项式G（x）=x5+x4+x+1判断接收到的报文010*********是否正确？

并计算100110001的冗余校验码。

答：

若收到的报文是1010110001101，则用其去除以生成多项式对应的码组110011，

11000100

110011⌡1010110001101

110011

110000

110011

110011

110011

01≠0

可知结果不是全零，所以肯定是有错的。

当要发送的数据是100110001，根据生成多项式，可知所对应的冗余校验码为5位，则在100110001后添加00000，用10011000100000/110011后，所得余数为110，则冗余校验码为00110。

2.18一码长为n=15的汉明码，监督位应为多少？

编码效率为多少？

答：

因为对于汉明码来说，应满足2r-1≥n

又因为n=15，所以监督位r至少应为4。

编码效率

=73.3%

2.19已知（7，4）汉明码接收码组为0100100，计算其校正子并确定错码在哪一位。

答：

因为校正子

S1=c6c5c4c2=0，

S2=c6c5c3c1=1，

S3=c6c4c3c0=0，

因为三个校正因子不全为0，说明码字有错。

S=S1S2S3=010，说明信息位c1有错，将c1上的0变为1，即可纠正错误。

2.20常用的差错控制的方法有哪些？

各有什么特点？

答：

（1）自动请求重发（ARQ）：

接收端检测到接收信息有错时，通过自动要求发送端重发保存的副本以达到纠错的目的，这种方式需要在发送端把所要发送的数据序列编成能够检测错误的码，在后面的数据链路层中将会详细介绍这种差错控制的方法。

（2）前向纠错（FEC）：

接收端检测到接收信息有错后，通过计算，确定差错的位置，并自动加以纠正，这种方式需要发送端将输入的数据序列变换成能够纠正错误的码。

（3）混合方式：

接收端采取纠检错混合（在ATM中应用），即对少量差错予以自动纠正，而超过其纠正能力的差错则通过重发的方法加以纠正。

（4）信息反馈（IRQ）：

接收端把收到的数据序列全部由反向信道送回给发送端，发送端比较其发送的数据序列与送回的数据序列，从而发现是否有错误，并把认为错误的数据序列的原始数据再次发送，直到发送端没有发现错误为止，这种方式不需要发送端进行差错控制编码。

2.21简述（7，4）汉明码中7和4的含义。

答：

7是指一个码组的总长度是7位，4是指一个码组中信息位的长度是4位。

2.22简述DTE和DCE的概念。

答：

DTE：

数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment）是泛指智能终端（各类计算机系统、服务器）或简单终端设备（如打印机），内含数据通信（或传输）控制单元，其又称为计算机系统。

DCE：

数据电路终接设备（DCE，DataCircuitTerminatingEquipment）是指用于处理网络通信的设备。

2.23物理层接口标准包含哪方面的特性？

每种特性的具体含义是什么？

答：

包含四个方面的特性：

机械特性、电气特性、规程特性和功能特性。

机械特性规定了接插件的几何尺寸和引线排列。

电气特性描述了通信接口的发信器（驱动器）、接收器的电气连接方法及其电气参数，如信号电压（或电流、信号源、负载阻抗等）。

功能特性描述了接口执行的功能，定义接插件的每一引线（针，Pin）的作用。

规程特性描述通信接口上传输时间与控制需要执行的事件顺序。

第三章习题解答

3.1简述数据链路层的功能。

答：

数据链路层是在物理层提供的比特流传送服务的基础上，通过一系列的控制和管理，构成透明的、相对无差错的数据链路，向网络层提供可靠、有效的数据帧传送的服务。

其主要功能包括：

链路管理，帧定界，流量控制，差错控制，数据和控制信息的识别，透明传输，寻址。

3.2试解释以下名词：

数据电路，数据链路，主站，从站，复合站。

答：

数据电路是一条点到点的，由传输信道及其两端的DCE构成的物理电路段，中间没有交换节点。

数据电路又称为物理链路，或简称为链路。

数据链路是在数据电路的基础上增加传输控制的功能构成的。

一般来说，通信的收发双方只有建立了一条数据链路，通信才能够有效地进行。

在链路中，所连接的节点称为“站”。

发送命令或信息的站称为“主站”，在通信过程中一般起控制作用；接收数据或命令并做出响应的站称为“从站”，在通信过程中处于受控地位。

同时具有主站和从站功能的，能够发出命令和响应信息的站称为复合站。

3.3数据链路层流量控制的作用和主要功能是什么？

答：

流量控制简称“流控”，是协调链路两端的发送站、接收站之间的数据流量，以保证双方的数据发送和接收达到平衡的一种技术。

在计算机网络中，由于接收方往往需要对