南郵《網絡技術與應用》課後作業解析

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第一次作業：（1-2章）

本次作業所有知識點都建立在以前的筆記上：
第1章 計算機網絡概述（發展歷史、基本概念、網絡類型）
第2章 網絡協議與計算機網絡體系結構（OSI參考模型、TCP/IP體系、網絡通信標準化組織）

一、填空題

1. 從邏輯上看，計算機網絡是由 終端系統 和 通信子網 組成。

解析：
計算機網絡是由網絡硬件系統和網絡軟件系統構成的;
從邏輯功能上看,則是由終端系統和通信子網組成的;
從拓撲結構看是由一些網絡節點和通信鏈路構成的。

2. 通信協議的三要素是語法、語義和同步。

3. 按照網絡作用範圍，計算機網絡分爲局域網 、城域網、廣域網、區域個人網和因特網。

4. 在OSI參考模型中，傳輸的基本單位是幀的層次是數據鏈路層，該模型的最高層是應用層。

二、單項選擇題

1. 在OSI參考模型中，自下而上第一個提供端到端服務的層次是（B）。
   （A）數據鏈路層 （B）網絡層 （C） 傳輸層 （D） 應用層

2. 若網絡形狀是由站點和連接站點的鏈路組成的一個閉合環，則稱這種拓撲結構爲（C）。
   （A） 星形拓撲 （B）總線拓撲 （C） 環形拓撲 （D）樹形拓撲

3. 在OSI參考模型中，物理層的主要功能是（B）。
   （A）數據鏈路的訪問控制和管理 （B）透明地傳輸比特流
   （C）在物理實體間傳送數據幀 （D）發送和接收用戶數據報文

4. 下面關於計算機網絡的體系結構和協議的敘述，不正確的是（B）。
   （A）計算機網絡體系結構是計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義
   （B）TCP/IP體系結構中的應用層對應於OSI體系結構中的表示層和應用層
   （C）網絡協議是爲進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準和約定
   （D）網絡協議是“水平”的概念

解析：OSI與TCP/IP比較
B、TCP／IP體系結構中的應用層對應IS0／OSI體系結構的會話層、表示層和應用層。
D、協議是控制對等實體之zd間通信的規則，是水平的。
服務是下層通過層間接口向上層提供的功能，是垂直的。

5. 下列選項中，不屬於網絡體系結構中所描述的內容是（A）。
   （A）協議內部實現細節 （B）網絡層次 （C）每一層使用協議 （D）每層須完成的功能

三、綜合題

1. 什麼是網絡協議？由哪幾個基本要素組成？
   網絡協議的定義：爲計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。
   一個網絡協議至少包括三要素：語法、語義、同步（定時/時序）。
2. 畫出OSI-RM模型的結構圖，並簡要說明各層次的功能。
   
   應用層：用戶與網絡的接口，直接爲用戶的應用進程提供服務。
   表示層：處理流經結點的數據編碼的表示方式問題。
   會話層：管理和協調不同主機上各種進程之間的通信（對話）。
   運輸層：爲兩臺主機中進程之間的通信提供服務。
   網絡層：爲網絡上的不同主機之間提供分組的傳輸服務。
   數據鏈路層：將源計算機網絡層來的數據可靠的傳輸到相鄰節點的目標計算機的網絡層。
   物理層：透明的傳送比特流。

第二次作業：（第3章）

本次作業所有知識點都建立在以前的筆記上：
第3章 數據通信技術基礎（數據通信性能指標、傳輸介質、數據交換技術、差錯控制技術）

一、填空題

1. 碼元週期 T = 1×10^-4 秒，且傳送 16 電平信號，傳碼速率爲10000Bd、傳信速率爲40000 b/s。

例題：【例】求傳碼速率和傳信速率

解析：
傳碼速率 N_bd = 1 / T = 10000波特；
由於傳送16電平信號，M = 16，傳信速率 R_b = N_Bdlog₂^M = 40000 bit/s；

2. 若 AB 兩臺計算機之間的距離爲 1000km，假定在電纜內信號的傳播速度是 2×10⁸m/s，數據塊長度爲 10⁵bit，數據發送速率爲 1Mb/s，則發送時延是 100毫秒，傳播時延是 5毫秒。

例題：【例】計算髮送時延和傳播時延

解析：
發送時延 = 數據塊長度 / 信號帶寬 = 10⁵bit / 1Mb/s = 100ms
傳播時延 = 信道長度 / 信號的傳播速度 = 1000km / (2 x 10⁸m/s) = 5ms

3. 在常用的有線的傳輸媒體中，主要有雙絞線、同軸電纜和光纖。

解析：有線的傳輸介質

4. 信道複用技術包括頻分複用、時分複用、波分複用和碼分複用。

解析：多路複用技術

二、單項選擇題

1. 在一個帶寬爲 4KHz、沒有噪聲的信道，採用16相調製技術傳輸二進制信號時能夠達到的極限數據傳輸率爲（C）。
   （A）8 Kbps （B）24 Kbps （C）32 Kbps （D）64 Kbps

例題： 【例】奈氏準則求信道容量、香農公式求最大信息傳輸速率
香農定理：信道的極限信息傳輸速率（信道容量）C = Wlong₂(1 + S/N)；
W 爲信道的帶寬（以 Hz 爲單位），S / N爲信道內信號和噪聲的功率之比；

解析：
本題中，帶寬 W = 4000Hz，M = 16，log₂M = 4比特，
則信道容量 C = 2Wlog₂M = 2 = 2 x 4000 x 4 = 32kbit/s

2. 與電路交換相比，分組交換最大的缺點是（A）。
   （A）控制開銷高
   （B）不能實現鏈路共享
   （C）不能實現速率轉換
   （D）不能滿足實時應用要求

解析： 分組交換介紹與特點

3. CDMA系統中使用的多路複用技術是（D）。
   （A）時分多路 （B）波分多路 （C）空分多址 （D）碼分多址

解析： 碼分複用 CDM（Code Division Multiplexing）

4. 在 9600bit/s 的線路上，進行一小時的連續傳輸，測試結果爲有 150 比特的差錯，問該數據通信系統的誤碼率是（A）。
   （A）4.34 × 10^-6 （B）4.34 × 10^-2 （C）8.68 × 10^-2 （D）8.68 × 10^-6

例題： 【例】求誤碼率

解析：
本題注意審題，“一小時的連續傳輸”，誤碼率 p_e = 150 / (9600 x 60 x 60) = 4.34 x 10^-6

三、綜合題

1. 假設帶寬爲3000Hz的模擬信道中只存在高斯白噪聲，並且信噪比是20dB，則該信道能否可靠的傳輸速率爲64kb/s的數據流？
   答：該信道不能可靠的傳輸速率爲64kb/s的數據流。

解析：已知帶寬W = 3000Hz，根據信噪比20dB，公式 dB = 10log₁₀S/N，可知噪功率之比 S/N = 100；
香農公式 C = Wlong₂(1 + S/N) = 3000 x log₂(1 + 100) = 19.98kbit/s < 64kb/s；
則該信道不能可靠的傳輸速率爲64kb/s的數據流。

2. 帶寬爲 6MHz 的電視信道，如果使用量化等級爲4的數字信號傳輸，則其數據傳輸率是多少？假設信道是無噪聲的。
   答：數據傳輸率是 24Mbps。

解析：注意是數字信號，使用奈奎斯特公式，根據奈奎斯特定理，帶寬W = 6MHz 表示可以每秒採樣12M（2W）次；量化級爲4意味着每次採樣提供2（log₂⁴）比特。
數據傳輸率 = 2 x 6M x log₂⁴ = 24Mbps。

3. 簡述三種基本的交換技術及其特點。
   答：
   （1）電路交換
   在數據傳送之前必須先設置一條通路。在線路釋放之前，該通路將由一對用戶獨佔。
   （2）報文交換
   報文從源點傳送到目的地採用存儲轉發的方式，在傳送報文時，同時只佔用一段通道。在交換節點中需要緩衝存儲，報文需要排隊。因此，報文交換不能滿足實時通信的要求。
   （3）分組交換
   交換方式和報文交換方式類似，但報文被分成分組傳送，並規定了最大的分組長度。在數據報分組交換中，目的地需要重新組裝報文；在虛電路分組交換中，在數據傳送之前必須通過虛呼叫設置一條虛電路。分組交換技術是在數據網絡中使用最廣泛的一種交換技術。

知識點：數據交換技術（電路交換、報文交換、分組交換）

4. 一個報文的比特序列爲 1101011011 通過數據鏈路傳輸，採用 CRC 進行差錯檢測，如所用的生成多項式爲 g(X) ＝X⁴＋X＋1，試解答下列問題：
   （1）寫出生成多項式 G(X) = X⁴ + X + 1 對應的二進制序列；
   （2）計算報文的比特序列的循環冗餘校驗碼；
   （3）簡述CRC碼的檢測
   答：
   （1）多項式對應的二進制序列：10011
   （2）報文的比特序列的循環冗餘校驗碼：11010110111110
   （3）CRC碼的檢測：接收端計算 T(X) / G(X)，餘數爲 0 則無差錯，不爲 0 則有差錯。

例題：【例】循環冗餘碼編碼示例

解析：由題可知比特序列 ：1101011011（k =10）生成多項式對應比特序列：10011（r = 4）
根據模2除法：11010110110000 / 10011 = 1110，實際發送的數據序列：11010110111110

第三次作業（第4章）

本次作業所有知識點都建立在以前的筆記上：
第4章 局域網原理與技術（局域網概述、以太網技術、高速以太網、虛擬局域網、無線局域網）

一、填空題

1. CSMA/CD協議中的CD是指衝突檢測（collision detected），
   CSMA/CA協議中的CA是指衝突避免（Collision Avoidance）。
2. 若有10臺計算機連到了一臺10Mbps的集線器上，則每臺計算機的平均帶寬爲 1Mbps。
   若該10臺計算機接到了10Mb/s的以太網交換機上，則每臺計算機的平均帶寬爲 10Mbps。
3. 以太網10BASE-T標準中10指的是10Mb/s，T指的是雙絞線。
4. 以太網交換機的三種轉發幀的方式分別是存儲方式、直通交換方式和無碎片交換方式。

二、單項選擇題

1. 使用集線器的以太網在物理上和邏輯上的拓撲結構分別是（B）。
   （A）星型，環型 （B）星型，總線型 （C）總線型，星型 （D）樹型，總線型

2. 一個總線式以太網中兩個站之間的最長距離爲2公里，傳播速度爲2×10⁵km/s，兩個站需要經過（C）才能肯定本次發送沒有發生衝突。
   （A）5 us （B）10 us （C）20 us （D）40 us

3. 下列工作在數據鏈路層的網絡設備是（B）。
   （A）轉發器 （B）網橋 （C）路由器 （D）網關

4. 下列有關虛擬局域網VLAN概念描述中，說法錯誤的是（A）。
   （A）VLAN是一種新型的局域網
   （B）建立VLAN需要使用交換機
   （C）VLAN以軟件方式來實現邏輯工作組的劃分與管理
   （D）邏輯工作組中的節點組成不受物理位置的限制

5. 若以太交換機採用無碎片方式轉發幀時，一旦檢測到幀的長度小於（B）字節，立即丟棄，不做任何處理。
   （A）46 （B）64 （C）1500 （D）1518

6. 下列選項中，對正確接收到的數據幀進行確認的MAC協議是（D）。
   （A）CDMA （B）CSMA （C）CSMA/CD （D）CSMA/CA

三、綜合題

1. 試述以太網的介質訪問控制CSMA/CD原理。
   答：
   （1）載波監聽是指每個計算機在發送數據之前先要檢測總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不發送數據，以減少發生衝突的機會。
   （2）多點接入是指在總線式局域網中，有多臺計算機連接在一根總線上，共享總線的信道資源。
   （3）衝突檢測是指發送數據的計算機在發送數據的同時，還必須監聽傳輸媒體，判斷是否發生了衝突。

2. 假設在一個採用CSMA/CD 協議的網絡中，傳輸介質是一根長度爲 1000m 長的完整電纜，傳輸速率爲 100Mbit/s，電纜中的信號傳播速度是 200000 km/s。
   （1）求能夠使用此協議的最短幀長。
   （2）若最小數據幀長度減少 40 比特，最遠的兩個站點間距離至少需要增加還是減少？具體變化多少米？
   答：
   （1）1000bit；
   （2）需要減少，減少40m

例題：【例題】最短有效幀長

解析：
（1）爭用期 2τ = 2 x 100 / (2 x10⁸m/s) = 10^-5s，最短幀長爲爭用期內傳輸的比特數，即 L_min = 2τ x C = 10^-5 x 10^-8 = 1000 bit
（2）若最短幀長減少，而數據傳輸速率不變，則需要使衝突域的最大距離變短來實現爭用期的減少。因此假設需要減少的最小距離爲 s，單位是 m，則可以得到下式： 2 x [s /（2×10⁸）]=40 /（1×10⁸），因此可得 s = 40，即最遠的兩個站點之間的距離最少需要減少 40m。

3. 簡述以太網交換機轉發幀的方式及其特點。
   答：
   （1）直通方式
   直通方式在接收到數據幀的同時就立即按照數據幀的目的MC地址對幀進行轉發。
   （2）存儲轉發方式
   存儲轉發方式則需要將幀完全接收和緩存下來，然後根據幀頭中的目的MAC地址進行轉發。
   （3）無碎片交換方式
   無碎片交換方式要求交換機只有在收到64字節以後纔開始以直通方式轉發幀。

4. 有 5 個站連接到以太網上。試計算以下三種情況下每一個站所能得到的帶寬。
   （1）連接到一個10Mb/s以太網集線器；
   （2）連接到一個100Mb/s以太網集線器；
   （3）連接到一個10Mb/s以太網交換機。
   答案：
   （1）由於是集線器，5個站共享10Mb/s 的帶寬。
   （2）由於是集線器，5個站共享100Mb/s 的帶寬。
   （3）由於是交換機，每個站獨佔 10Mb/s 的帶寬。

第四次作業（第5章）

本次作業所有知識點都建立在以前的筆記上：
第5章 Internet原理與技術（IP地址、IP數據報、ARP協議、ICMP協議、子網編址、無分類編址與CIDR、IP分組的轉發）

一、 填空題

1. IPv4 中， IP 地址是 32位， 分組頭部固定部分爲 20字節。
2. IP 數據報中 TTL 字段稱爲生存時間， 該字段的意義在於跳數限制。
3. ARP 協議的功能是實現從 IP地址 到 MAC地址 的映射。
4. ICMP 報文分爲 差錯報告報文 和 提供信息的報文 兩種類型。
5. 路由器結構可劃分爲兩大部分：路由選擇 部分和 分組轉發 部分。
6. 現 VPN 的兩種基本技術是：隧道傳輸技術 和 加密技術 。
7. 一般來講， IPV6數據報的目的地址常用的三種地址類型分別是單播、任播和組播 。

二、 單項選擇題

1. 設有兩個子網 202.118.133.0/24 和 202.118.132.0/24， 如果進行路由匯聚， 得到的網絡地址是（D）。
   （A） 202.118.128.0/21
   （B） 202.118.128.0/22
   （C） 202.118.130.0/22
   （D）202.118.132.0/23
2. 下列網絡設備中， 能夠抑制網絡風暴的是（C） 。
   （A） 中繼器 （B） 集線器 （C） 路由器 （D） 網橋
3. IP 數據報首部的校驗和字段， 用於校驗（A）。
   （A） IP 首部 （B） 整個數據報 （C） 數據部分 （D） 僞首部和數據部分
4. 常用的 ping 程序使用了 ICMP 的（B） 報文， 用於探測目標主機的可達性。
   （A） 地址掩碼請求與應答
   （B） 回送請求與應答
   （C） 路由器詢問和通告
   （D） 時間戳請求與應答
5. 給定的 IP 地址爲 192.55.12.116， 子網掩碼是： 255.255.255.240， 那麼其主機號是（A）。
   （A） 4 （B） 24 （C） 120 （D） 127
6. 使用專用網地址的用戶通過（C） 實現對公共 Internet 的訪問。
   （A） DNS （B） DHCP （C） NAT （D） SMTP
7. IPv6 地址 FF02:3::5:1 中的“::” 代表了（D） 個比特位 0。
   （A） 16 （B） 32 （C） 48 （D） 64

三、 綜合題

1. 試說明IP地址與硬件地址的區別， 爲什麼要使用這兩種不同的地址？
   答：
   區別：物理地址即硬件地址，由48bit構成；IP地址由32bit組成，是邏輯地址。
   使用原因：在通信中兩種地址工作在協議的不同層次。所以，需要使用這兩種地址。

2. 一個數據報長度爲 4000 字節（包含固定長度的首部）。現在經過一個網絡傳送，但此網絡能夠傳送的最大數據長度爲 1500 字節。 試問應當劃分爲幾個短些的數據報片？ 各數據報片的數據字段長度、 片偏移字段和MF標誌應爲何數值？
   答：劃分爲 3 片。
   第一片：數據字段長度 1480、片偏移 0，MF = 1；
   第二片：數據字段長度 1480、片偏移 185，MF =1；
   第三片：數據字段長度 1020、片偏移 370，MF = 0；

例題：【例】IP數據報的分片

解析：
由於數據報首部爲 20 字節，因此實際分片後的數據部分長度爲 4000- 20 = 3980；分片個數爲 3980 / 1500 = 3。
片偏移字段表示該分片的數據部分的的第一個字節原數據報中數據部分的偏移量，該字段是以8個字節爲單位來計算偏移量的，因此分片1的片偏移爲 0 / 8 = 0；分片2的片偏移爲 1480/ 8 = 185；分片3的片偏移爲 2960/ 8 = 370。
MF 標誌表示是否有後序分片，明顯分片1和分片2的 MF 位爲 1，分片3的 MF 爲 0。

3. 某單位分配到一個地址塊 136.23.12.64/26。 現在需要進一步劃分爲 4 個一樣大的子網（包括全 0 和全1 的子網）， 並且每個子網規模儘可能的大。 請問：
   （1） 採用了 CIDR 技術， 如何進行路由選擇？
   （2） 每一個子網的網絡前綴有多長（多少個比特位）？
   （3） 每一個子網的地址塊是多少？ 請寫出 4 個地址塊。
   （4）每一個子網可分配給主機使用的最小地址和最大地址是什麼？
   答：
   （1）CIDR技術，在查找路由的時候選擇具有最長網絡前綴的路由，即最長前綴匹配。
   （2）每個子網的網絡前綴爲 28 位。
   （3）136.23.12.64/28、136.23.12.80/28、136.23.12.96/28、136.23.12.112/28
   （4）
   136.23.12.01000001 - 136.23.12.01001110 = 136.23.12.65 - 136.23.12.78
136.23.12.01010001 - 136.23.12.01011110 = 136.23.12.81 - 136.23.12.94
136.23.12.01100001 - 136.23.12.01101110 = 136.23.12.97 - 136.23.12.110
136.23.12.01110001 - 136.23.12.01111110 = 136.23.12.113 - 136.23.12.126

解析：看筆記裏的例題就行。。

4. 設有 A、 B、 C、 D 四臺主機都處於同一個物理網絡中， 其 IP 地址分別是 192.0.1.112，192.0.1.120，192.0.1.161，192.0.1.222， 共同的子網掩碼是 255.255.255.224。 請問：
   （1） 這四臺主機哪些可以直接通信， 哪些需要通過路由器才能通信？
   （2） 若要加入第五臺主機 E， 使其能與主機 D 直接通信， 則主機 E 的 IP 地址範圍是什麼？
   答：
   （1）AB之前可以直接通信，AC、AD、BC、BD、CD需要路由器。
   （2）192.0.1.192 ~ 192.0.1.223

例題：【例】判斷直接交付與間接交付。
解析：
（1）直接交付不需要使用路由器，但間接交付就必須使用路由器；
對於進行了子網劃分或者無分類編址的網絡，也是類似，仍然是根據目的IP地址、源IP地址分別和源主機所在的子網的子網掩碼相與的結果是否相等來判斷。
A：192.0.1.112 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.0
B：192.0.1.120 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.0
C：192.0.1.161 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.40
D：192.0.1.222 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.200
由此可知，AB之前可以直接通信，AC、AD、BC、BD、CD需要路由器。
（2）只要 E 的 IP 地址 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.200 即可；
因此答案是 192.0.1.192 ~ 192.0.1.223