計算機網絡-2020年期末複習提綱-習題集

計算機網絡-2020-期末複習提綱-習題集

製作：紀元

本提綱遵循CC-BY-NC-SA協議

(署名-非商業性-相同方式共享)

Monika 鎮樓

第一章：

1-03 試從多個方面比較電路交換、報文交換和分組交換的主要優缺點。

（1）電路交換：

• 優點：對連續傳送大量數據效率高。
• 缺點：線路利用率低

（2）報文交換：

• 優點：不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發數據時可提高整個網絡的信道利用率。
• 缺點：交換時延長

無須預約傳輸帶寬，動態逐段利用傳輸帶寬對突發式數據通信效率高，通信迅速。

（3）分組交換：

• 優點：高效、靈活、迅捷、可靠，不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發數據時可提高整個網絡的信道利用率。
• 缺點：需要排隊，存在時延，攜帶首部，增加開銷

1-05 因特網的發展大致分爲哪幾個階段？請指出這幾個階段的主要特點。

• 從單個網絡APPANET向互聯網發展；
  • TCP/IP協議的初步成型
• 建成三級結構的互聯網；
  • 分爲主幹網、地區網和校園網；
• 形成多層次ISP結構的互聯網；
  • 出現了互聯網服務提供者ISP（Internet Service Provider）。
  • 任何機構和個人只要向某個ISP交納規定的費用，就可從該ISP獲取所需IP地址的使用權，並可通過該ISP接入到互聯網。
  • 根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成爲不同層次的ISP：主幹ISP、地區ISP和本地ISP。

1-10 試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報文共x（bit）。從源點到終點共經過k段鏈路，每段鏈路的傳播時延爲d（s），數據率爲b(b/s)。在電路交換時電路的建立時間爲s(s)。在分組交換時分組長度爲p(bit)，且各結點的排隊等待時間可忽略不計。問在怎樣的條件下，分組交換的時延比電路交換的要小？（提示：畫一下草圖觀察k段鏈路共有幾個結點。）

• 分組交換：

組數：$\frac{x}{p}$

總轉發時延：$(k-1)\times\frac{p}{b}$

總髮送時延：$\frac{x}{b}$

總傳播時延：$kd$

• 電路交換：

發送時延：$\frac{x}{b}$

傳播時延：$kd$

電路建立時延：s

綜上，當s>$(k-1)\times\frac{p}{b}$時，分組交換時延小

​ 當s<$(k-1)\times\frac{p}{b}$時，電路交換時延小

1-13 客戶服務器方式與對等通信方式的主要區別是什麼？有沒有相同的地方？

• 區別：前者嚴格區分服務和被服務者，後者無此區別。
• 聯繫：後者實際上是前者的雙向應用。

1-22 網絡協議的三個要素是什麼？各有什麼含義？

網絡協議：爲進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。由以下三個要素組成：

（1）語法：即數據與控制信息的結構或格式。

（2）語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。

（3）同步：即事件實現順序的詳細說明。

1-24 論述具有五層協議的網絡體系結構的要點，包括各層的主要功能。

綜合OSI 和TCP/IP 的優點。

• 應用層（application layer）
• 運輸層（transport layer）
• 網絡層（network layer）
• 數據鏈路層（data link layer）
• 物理層（physical layer）

第二章

2-06 **數據在信道重的傳輸速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香農公式在數據通信中的意義是什麼？“比特/每秒”和“碼元/每秒”有何區別？ **

碼元傳輸上限遵循奈氏準則，信息傳輸上限遵循香農公式。

在現實情況，信噪比不可能任意提高。

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低於信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。

比特/s是信息傳輸速率的單位，碼元傳輸速率也稱爲調製速率、波形速率或符號速率。一個碼元不一定對應於一個比特。

比特/s是信息傳輸速率的單位碼元傳輸速率也稱爲調製速率、波形速率或符號速率。一個碼元不一定對應於一個比特。

2-07 假定某信道受奈氏準則限制的最高碼元速率爲20000碼元/秒。如果採用振幅調製，把碼元的振幅劃分爲16個不同等級來傳送，那麼可以獲得多高的數據率（b/s）?

C=W * Log2（16）=20000b/s * 4=80000b/s

2-08 假定要用3KHz帶寬的電話信道傳送64kb/s的數據（無差錯傳輸），試問這個信道應具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來表示？這個結果說明什麼問題？）

代入公式：

64=3 * Log2(1+S/N)

得S/N=2^(64/3)-1=(640/3)* lg2≈64.2197(db)

說明該線不適合傳輸該類數據。

2-09 用香農公式計算一下，假定信道帶寬爲爲3100Hz，最大信道傳輸速率爲35Kb/ｓ，那麼若想使最大信道傳輸速率增加６０％，問信噪比Ｓ/Ｎ應增大到多少倍？如果在剛纔計算出的基礎上將信噪比Ｓ/Ｎ再增大到十倍，問最大信息速率能否再增加２０％？

$N1=\frac{2^{\frac{350\times1.6}{31}}}{2^{\frac{350}{31}}}=2^{\frac{350\times0.6}{31}}≈109.45$

$N2=\frac{\log_2^{(1+\frac{10S}{N})}}{\log_2^{(1+\frac{S}{N})}}≈18.5$

2-11假定有一種雙絞線的衰減是0.7dB/km(在 1 kHz時)，若容許有20dB的衰減，試問使用這種雙絞線的鏈路的工作距離有多長？如果要雙絞線的工作距離增大到100公里，試 應當使衰減降低到多少？

$d=\frac{20}{0.7}=28.57(km)$

$N=\frac{20}{100}=0.2(db/km)$

2-12 試計算工作在1200nm到1400nm之間以及工作在1400nm到1600nm之間的光波的頻帶寬度。假定光在光纖中的傳播速率爲2*10e8m/s.

$d1=c/l1-c/l2=23.809(Thz)$

$d2=c/l3-c/l4=17.8571(Thz)$

2-16 共有4個站進行碼分多址通信。4個站的碼片序列爲

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）

現收到這樣的碼片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。問哪個站發送數據了？發送數據的站發送的是0還是1？

S•A=$\frac{（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）}{8}=1$， A發送1

S•B=$\frac{（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）}{8}=－1$， B發送0

S•C=$\frac{（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）}{8}=0$， C無發送

S•D=$\frac{（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）}{8}=1$， D發送1

第三章

**3-01 數據鏈路(即邏輯鏈路)與鏈路(即物理鏈路)有何區別? **

“電路接通了”與”數據鏈路接通了”的區別何在?

數據鏈路相較於物理鏈路多了控制的軟件和硬件，以實現通信。

電路接通表示線路兩端均開機且通暢，可以傳數據，數據鏈路接通指可以進行相關的糾錯等功能，使數據傳輸可靠。

3-06 PPP協議的主要特點是什麼？

爲什麼PPP不使用幀的編號？

PPP適用於什麼情況？

爲什麼PPP協議不能使數據鏈路層實現可靠傳輸？

1. 簡單
   封裝成幀
   透明性
   多種網絡層協議
   多種類型鏈路
   差錯檢測
   檢測連接狀態
   最大傳送單元
   網絡層地址協商
   數據壓縮協商
2. 地址字段A只置爲0xFF。地址字段實際上並不起作用。
3. 在數據鏈路層出現差錯的概率不大時。
   幀檢驗序列FCS字段可保證無差錯接受。
4. 在因特網環境下，PPP的信息字段放入的數據是IP數據報。數據鏈路層的可靠傳輸並不能夠保證網絡層的傳輸也是可靠的。

3-07 要發送的數據爲1101011011。採用CRC的生成多項式是 $P（X）=X^4+X+1$ 。試求應添加在數據後面的餘數。

數據在傳輸過程中最後一個1變成了0，問接收端能否發現？

若數據在傳輸過程中最後兩個1都變成了0，問接收端能否發現？

採用CRC檢驗後，數據鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？

設n=3，被除數1101011011000，除數P:1001，由二進制除法得餘數爲011

設n=3，被除數1101011010000，除數P:1001，由二進制除法得餘數爲100

設n=3，被除數1101011000000，除數P:1001，由二進制除法得餘數爲011

只能檢測，不能重傳，因此依舊不可靠。

3-09 一個PPP幀的數據部分（用十六進制寫出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。試問真正的數據是什麼（用十六進制寫出）？

7E FE 27 7D 7D 65 7D

3-19 以太網使用的CSMA/CD協議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統的時分複用TDM相比優缺點如何？

傳統的時分複用TDM是靜態時隙分配，均勻高負荷時信道利用率高，低負荷或符合不均勻時資源浪費較大，

CSMA/CD可動態使用空閒新到資源，低負荷時信道利用率高，但控制複雜，高負荷時信道衝突大。

3-27 假定一個以太網上的通信量中的80%是在本局域網上進行的，而其餘的20%的通信量是在本局域網和因特網之間進行的。另一個以太網的情況則反過來。這兩個以太網一個使用以太網集線器，而另一個使用以太網交換機。你認爲以太網交換機應當用在哪一個網絡？

集線器爲物理層設備，模擬了總線這一共享媒介共爭用，成爲局域網通信容量的瓶頸。交換機則爲鏈路層設備，可實現透明交換局域網，通過路由器與因特網相連。

當本局域網和因特網之間的通信量佔主要成份時，形成集中面向路由器的數據流，使用集線器衝突較大，採用交換機能得到改善。

當本局域網內通信量佔主要成份時，採用交換機改善對外流量不明顯

綜上，80%在本地的應用集線器，80%在非本地的應用交換機。

第四章

4-1.網絡層向上提供的服務有哪兩種？是比較其優缺點。

“面向連接”服務、“無連接”服務

• 面向連接服務

  優點：

  ​ 可靠通信應當由網絡來保證。必須有連接的建立。終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號。分組轉發時，屬於同一條虛電路的分組均按照同一路由進行轉發。出故障時，所有通過出故障的結點的虛電路均不能工作。數據包總是按發送順序到達終點。差錯處理和流量控制可以由網絡負責，也可以由用戶主機負責

  缺點：

  ​ 路由器複雜，運行方式不如無連接靈活。

• 無連接服務

  優點：

  網絡的造價大大降低，運行方式靈活，能夠適應多種應用。

  缺點：

  不能保證通訊有效性

4-3.作爲中間設備，轉發器、網橋、路由器和網關有何區別？

中間設備又稱爲中間系統或中繼(relay)系統。
物理層中繼系統：轉發器(repeater)。
數據鏈路層中繼系統：網橋或橋接器(bridge)。
網絡層中繼系統：路由器(router)。
網橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。
網絡層以上的中繼系統：網關(gateway)。

4-9.（1）子網掩碼爲255.255.255.0代表什麼意思？

可能是A類網的子網掩碼，

​ 前8位表示網絡號，後24位表示主機號，使用子網掩碼255.255.255.0表示前8位爲網絡號，中間16位用於子網段的劃分，最後8位爲主機號。

也可能是B類網的子網掩碼，

​ 前16位表示網絡號，後16位表示主機號，使用子網掩碼255.255.255.0表示前16位爲網絡號，中間8位用於子網段的劃分，最後8位爲主機號。

也可能是C類網的子網掩碼，即C類網的默認子網掩碼。

（2）一網絡的現在掩碼爲255.255.255.248，問該網絡能夠連接多少個主機？

化爲2進制不難發現末尾只有3個0，除去全0全1不用以外可用$2^3-2=6$臺主機。

（3）一A類網絡和一B網絡的子網號subnet-id分別爲16個1和8個1，問這兩個子網掩碼有何不同？

A類網絡子網掩碼：11111111 11111111 11111111 00000000

B類網絡子網掩碼 11111111 11111111 11111111 00000000

均爲255.255.255.0

區別在於子網數目不同，a類子網數目爲$2^{16}-2=65534$個子網，$2^{8}-2=254$個子網。

（4）一個B類地址的子網掩碼是255.255.240.0。試問在其中每一個子網上的主機數最多是多少？

子網掩碼：11111111.11111111.11110000.00000000

不難發現末尾有12個0，主機數最大爲$2^12-2=4094$個

（5）一A類網絡的子網掩碼爲255.255.0.255；它是否爲一個有效的子網掩碼？

化二進制爲 11111111 11111111 00000000 11111111

由於末尾不全爲0所以無效

（6）某個IP地址的十六進制表示C2.2F.14.81，試將其轉化爲點分十進制的形式。這個地址是哪一類IP地址？

11000010.00101111.00010100.10000001 根據前三位爲110判斷爲C類地址

（7）C類網絡使用子網掩碼有無實際意義？爲什麼？

有意義，因爲c類網絡地址仍有$2^8-2=254$個主機，如果使用子網掩碼有利於進一步劃分網絡。

4-17. 一個3200位長的TCP報文傳到IP層，加上160位的首部後成爲數據報。下面的互聯網由兩個局域網通過路由器連接起來。但第二個局域網所能傳送的最長數據幀中的數據部分只有1200位。因此數據報在路由器必須進行分片。試問第二個局域網向其上層要傳送多少比特的數據（這裏的“數據”當然指的是局域網看見的數據）?

片位移爲8位即數據幀最大長度爲$2^8=1024$位。即一共要4個數據幀，多出4個首部。

比特總數爲3200+160*4=3840比特。

4-20.設某路由器建立了如下路由表：

---

目的網絡 子網掩碼 下一跳

128.96.39.0 255.255.255.128 接口m0

128.96.39.128 255.255.255.128 接口m1

128.96.40.0 255.255.255.128 R2

192.4.153.0 255.255.255.192 R3

*（默認） —— R4

---

現共收到5個分組，其目的地址分別爲：

（1）128.96.39.10

（2）128.96.40.12

（3）128.96.40.151

（4）192.153.17

（5）192.4.153.90

（1）分組的目的IP地址爲：128.96.39.10。

① 與子網掩碼255.255.255.128相與得128.96.39.0，與接口0相等，經接口0轉發。

（2）分組的目的IP地址爲：128.96.40.12。

① 與子網掩碼255.255.255.128相與得128.96.40.0，與接口R2相等，經R2轉發。

（3）分組的目的IP地址爲：128.96.40.151。

① 與子網掩碼255.255.255.128相與後得128.96.40.128，查表得無相等。

② 與子網掩碼255.255.255.192相與後得128.96.40.215，查表得無相等，該分組轉發選擇默認路由，經R4轉發。

（4）分組的目的IP地址爲：192.4.153.17。

① 與子網掩碼255.255.255.128相與後得192.4.153.0。查表得無相等。

② 與子網掩碼255.255.255.192相與後得192.4.153.0，與接口R3相等，經R3轉發。

（5）分組的目的IP地址爲：192.4.153.90，

① 與子網掩碼255.255.255.128相與後得192.4.153.0。查表得無相等。

② 與子網掩碼255.255.255.192相與後得192.4.153.218，查表得無相等，該分組轉發選擇默認路由，經R4轉發。

4-26.有如下的4個/24地址塊，試進行最大可能性的聚合。

---

212.56.132.0/24

212.56.133.0/24

212.56.134.0/24

212.56.135.0/24

---

212=（11010100）

56=（00111000）

以上前16字節均相等

132=（10000100）

133=（10000101）

134=（10000110）

135=（10000111）

以上只有6字節相等

所以共同的前綴有16+6=22位，即11010100 00111000 100001，聚合的CIDR地址塊是： 212.56.132.0/22

4-31.以下地址中的哪一個和86.32/12匹配：請說明理由。

（1）86.33.224．123：（2）86.79.65.216；（3）86.58.119.74; (4) 86.68.206.154。

86.32/12 化爲二進制： 86.00100000 即第二字節前四位爲0010才匹配。

化給定地址前4位分別爲：0010 ，0100 ，0011，0100。

綜上，（1）匹配。

4-41. 假定網絡中的路由器B的路由表有如下的項目（這三列分別表示“目的網絡”、“距離”和“下一跳路由器”）

---

​ N1 7 A

​ N2 2 C

​ N6 8 F

​ N8 4 E

​ N9 4 F

---

現在B收到從C發來的路由信息（這兩列分別表示“目的網絡”“距離”）：

---

​ N2 4

​ N3 8

​ N6 4

​ N8 3

​ N9 5

---

試求出路由器B更新後的路由表（詳細說明每一個步驟）。

路由器B更新後的路由表如下：

---

N1　　　7　　 A　　　　無新信息，不改變

N2　　　5　　C　　　　相同的下一跳，更新並+1

N3　　　9　　C　　　　新項目，添加進路由表

N6　　　5　　C　　　　不同的下一跳，距離更短，更新

N8　　　4　　E　　　　不同的下一跳，距離相等，不改變

N9　　　4　　F　　　　不同的下一跳，距離更大，不改變

---

第五章

5—01 試說明運輸層在協議棧中的地位和作用，運輸層的通信和網絡層的通信有什麼重要區別？爲什麼運輸層是必不可少的？

地位與作用：運輸層處於面向通信部分的最高層，同時也是用戶功能中的最低層，向它上面的應用層提供服務 運輸層爲應用進程之間提供端到端的邏輯通信，

與網絡層區別：網絡層是爲主機之間提供邏輯通信（面向主機，承擔路由功能，即主機尋址及有效的分組交換）。

必不可少的原因：各種應用進程之間通信需要“可靠或盡力而爲”的兩類服務質量，必須由運輸層以複用和分用的形式加載到網絡層。

5—05 試舉例說明有些應用程序願意採用不可靠的UDP，而不用採用可靠的TCP。

舉例：VOIP

原因：由於語音信息具有一定的冗餘度，人耳對VOIP數據報損失由一定的承受度，但對傳輸時延的變化較敏感。 有差錯的UDP數據報在接收端被直接拋棄，TCP數據報出錯則會引起重傳，可能帶來較大的時延擾動。

5—09 端口的作用是什麼？爲什麼端口要劃分爲三種？

端口作用：端口的作用是對TCP/IP體系的應用進程進行統一的標誌，使運行不同操作系統的計算機的應用進程能夠互相通信。

劃分作用：

熟知端口指派給了TCP/IP最爲重要度的一些應用程序。
登記端口是版爲了沒有熟知端口的應用程序使用的。
短暫端口是留給客戶進程選擇暫時使用。
這樣既保證了通信權準確、高效，避免衝突。

5—14 UDP用戶數據報的首部十六進制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17.試求源端口、目的端口、用戶數據報的總長度、數據部分長度。這個用戶數據報是從客戶發送給服務器發送給客戶？使用UDP的這個服務器程序是什麼？

源端口1586 目的端口69

UDP用戶數據報總長度28字節

數據部分長度20字節

此UDP用戶數據報是從客戶發給服務器（因爲目的端口號<1023，是熟知端口）

服務器程序是TFFTP。

5—23 主機A向主機B連續發送了兩個TCP報文段，其序號分別爲70和100。試問：

（1） 第一個報文段攜帶了多少個字節的數據？

（2） 主機B收到第一個報文段後發回的確認中的確認號應當是多少？

（3） 如果主機B收到第二個報文段後發回的確認中的確認號是180，試問A發送的第二個報文段中的數據有多少字節？

（4） 如果A發送的第一個報文段丟失了，但第二個報文段到達了B。B在第二個報文段到達後向A發送確認。試問這個確認號應爲多少？

答：

（1）第一個報文段的數據序號是70到99，共30字節的數據。

（2）確認號應爲100.（3）80字節.（4）70

5—24 一個TCP連接下面使用256kb/s的鏈路，其端到端時延爲128ms。經測試，發現吞吐量只有120kb/s。試問發送窗口W是多少？（提示：可以有兩種答案，取決於接收等發出確認的時機）。

設發送窗口= W (bit)。發送端連續發送完窗口內的數據所需的時間= T。有以下情況
(a)接收端在收完一批數據的最後才發出確認，因此發送端經過(256 ms + T)後才能發送下一個窗口的數據。
W= 57825.88 bit,約爲7228字節。
(b)接收端每收到一個很小的報文段後就發回確認，因此發送端經過比256 ms略多一些的時間即可再發送數據。因此每經過256 ms就能發送一個窗口的數據。
W= 30720 bit= 3840 B

5—39 TCP的擁塞窗口cwnd大小與傳輸輪次n的關係如下所示：

（1）試畫出如圖5-25所示的擁塞窗口與傳輸輪次的關係曲線。

（2）指明TCP工作在慢開始階段的時間間隔。

（3）指明TCP工作在擁塞避免階段的時間間隔。

（4）在第16輪次和第22輪次之後發送方是通過收到三個重複的確認還是通過超市檢測到丟失了報文段？

（5）在第1輪次，第18輪次和第24輪次發送時，門限ssthresh分別被設置爲多大？

（6）在第幾輪次發送出第70個報文段？

（7）假定在第26輪次之後收到了三個重複的確認，因而檢測出了報文段的丟失，那麼擁塞窗口cwnd和門限ssthresh應設置爲多大？

答：

（1）擁塞窗口與傳輸輪次的關係曲線如圖所示：

（2） 慢開始時間間隔：【1，6】和【23，26】

（3） 擁塞避免時間間隔：【6，16】和【17，22】

（4） 在第16輪次之後發送方收到三個重複的確認檢測到丟失的報文段。在第22輪次之後發送方是通過超時檢測到丟失的報文段。

（5）

在第1輪次發送時，門限ssthresh被設置爲32

在第18輪次發送時，門限ssthresh被設置爲發生擁塞時的一半，即21.

在第24輪次發送時，門限ssthresh是第18輪次發送時設置的21

（6） 累加計算，第70個報文段在第7輪次發送出。

（7） 擁塞窗口cwnd和門限ssthresh都應設置爲8的一半，即4.