計算機網絡課後習題答案(第一章)(更正)

1.計算機網絡可以向用戶提供哪些服務?
(1)連通服務:指計算機網絡使上網用戶之間可以交換信息,好像這些用戶的計算機可以彼此直接連通一樣。
(2)資源共享:用戶可以共享計算機網絡上的信息資源、軟件資源和硬件資源。 

2.試簡述分組交換的要點。
答:分組交換實質上是在“存儲——轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。分組交換在線路上採用動態複用技術傳送按一定長度分割爲許多小段的數據——分組。每個分組標識後,在一條物理線路上採用動態複用的技術,同時傳送多個數據分組。把來自用戶發端的數據暫存在交換機的存儲器內,接着在網內轉發。到達接收端,再去掉分組頭將各數據字段按順序重新裝配成完整的報文。分組交換比電路交換的電路利用率高,比報文交換的傳輸時延小,交互性好。   
                         
3.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。
答:(1)電路交換就是計算機終端之間通信時,一方發起呼叫,獨佔一條物理線路。當交換機完成接續,對方收到發起端的信號,雙方即可進行通信。在整個通信過程中雙方一直佔用該電路。它的特點是實時性強,時延小,交換設備成本較低。但同時也帶來線路利用率低,電路接續時間長,通信效率低,不同類型終端用戶之間不能通信等缺點。電路交換比較適用於信息量大、長報文,經常使用的固定用戶之間的通信。
(2)報文交換 ,將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中。當所需要的輸出電路空閒時,再將該報文發向接收交換機或終端,它以“存儲——轉發”方式在網內傳輸數據。報文交換的優點是中繼電路利用率高,可以多個用戶同時在一條線路上傳送,可實現不同速率、不同規程(規則流程)的終端間互通。但它的缺點也是顯而易見的。以報文爲單位進行存儲轉發,網絡傳輸時延大,且佔用大量的交換機內存和外存,不能滿足對實時性要求高的用戶。報文交換適用於傳輸的報文較短、實時性要求較低的網絡用戶之間的通信,如公用電報網。
(3)分組交換,分組交換實質上是在“存儲——轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。分組交換在線路上採用動態複用技術傳送按一定長度分割爲許多小段的數據——分組。每個分組標識後,在一條物理線路上採用動態複用的技術,同時傳送多個數據分組。把來自用戶發端的數據暫存在交換機的存儲器內,接着在網內轉發。到達接收端,再去掉分組頭將各數據字段按順序重新裝配成完整的報文。分組交換比電路交換的電路利用率高,比報文交換的傳輸時延小,交互性好。

4.爲什麼說因特網是自印刷術以來人類通信方面最大的變革?
答:因爲因特網正在改變着我們工作和生活的各個方面,它已經給很多國家(尤其是因特網的發源地美國)帶來了巨大的好處,並加速了全球信息革命的進程。

5.因特網的發展大致分爲哪幾個階段?請指出這幾個階段最主要的特點。
答:因特網的發展大致經歷了三個階段。
第一階段是從單個網絡ARPANET向互聯網發展的過程。第一個分組交換網ARPANET最初是一個單個的分組交換網,1983年TCP/IP協議成爲了ARPANET上的標準協議,使得所有用TCP/IP協議的計算機都能利用互連網相互通信。因特網誕生了。
第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。1985年開始,因特網過渡到以美國國家科學基金會網絡NSFNET爲主要組成部分。該網絡分爲主幹網、地區網和校園網三級,覆蓋全美主要大學和研究所。
第三階段的特點是逐漸形成了多層次的ISP結構的因特網。1993年開始,NSFNET逐漸被若干個商用因特網主幹網替代。用戶可通過不同層次的ISP接入因特網。
6.簡述因特網標準制定的幾個階段。
答:因特網的正式標準要經過以下四個階段
(1)因特網草案。因特網草案的有效期是六個月,在這階段還不是RFC文檔
(2)建議標準。從這階段開始就成爲RFC文檔。
(3)草案標準。
(4)因特網標準。

7.小寫和大寫開頭的英文名字 internet和Internet在意思上有何重要的區別?
答:以小寫字母i開始的internet(互聯網或互連網)是一個通用名詞,它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。在這些網絡之間的通信協議(即通信規則)可以是任意的。
 以大寫字母I開始的Internet(因特網)則是一個專用名詞,它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而的特定計算機網絡,它採用TCP/IP協議族作爲通信的規則,且其前身是美國的ARPANET。(Internet是internet中的一個)

8.計算機網絡都有哪些類別?各種類別的網絡都有哪些特點?
答:1、不同作用範圍的網絡:
(1)廣域網WAN(wide):廣域網的作用範圍通常爲幾十到幾千公里。
(2)城域網MAN(metropolitan):城域網的作用範圍一般是一個城市,可跨越幾個街區甚至整個城市,其作用距離約爲5~50km。
(3)局域網LAN(local):局域網一般用微型計算機或工作站通過高速通信線路相連,但地理上則侷限在較小的範圍(如1km左右)。
(4)個人區域網PAN(personal):個人區域網就是在個人工作地方把屬於個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網絡,其範圍大約在10m左右。
2、不同使用者的網絡:
(1)公用網:這是指電信公司出資建造的大型網絡。
(2)專用網:這是某個部門爲本單位的特殊業務工作的需要而建造的網絡。
3、用來把用戶接入到因特網的網絡
  接入網是用戶與因特網連接的“橋樑”。

9.計算機網絡中的主幹網和本地接入網的主要區別是什麼?
答:主幹網絡一般是分佈式的,具有分佈式網絡的特點:其中任何一個結點都至少和其它兩個結點直接相連;而本地接入網一般是集中式的,具有集中式網絡的特點:所有的信息流必須經過中央處理設備(交換結點),鏈路從中央交換結點向外輻射。


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),從源站到目的站共經過k段鏈路,每段鏈路的傳播時延爲d(s),數據率爲b(bit/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?
電路交換:總時延=s+x/b+k*d
分組交換:當t=x/b,發送完最後一bit;爲到達目的地,最後一個分組需經過k-1個分組交換機的轉發,每次轉發的時間爲p/b,總時延= x/b+(k-1)p/b+k*d。
所以當分組交換的時延小於電路交換時: s+x/b+k*d >x/b+(k-1)p/b+k*d
                                       s>(k-1)*p
11.在上題的分組交換網中,設報文長度和分組長度分別爲x和(p+h)(bit),其中p爲分組的數據部分的長度,而h爲每個分組所帶的控制信息固定長度,與p的大小無關。通信的兩端共經過k段鏈路。鏈路的數據率爲b(bit/s),但傳播時延和結點的排隊時間均可忽略不計。若打算使總的時延爲最小,問分組的數據部分長度p應取爲多大?
分組個數=x/p
 傳輸的總比特數=(p+h)x/p
源發送時延=(p+h)x/pb
中間發送時延=(k-1)(p+h)/b
總時延=(p+h)x/pb+(k-1)(p+h)/b+kd
對p求導數=√(hx/(bp^2 )+(k-1)/b)=0  

 

p=√(hx/(k-1))

12.因特網的兩大組成部分(邊緣部分與核心部分)的特點是什麼?它們的工作方式各有什麼特點?
答:(1)邊緣部分:由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的,用來進行通信(傳送數據、音頻或視頻)和資源共享。在網絡邊緣的端系統中運行的程序之間的通信方式爲客戶服務器方式和對等方式。
(2)核心部分:由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是爲邊緣部分提供服務的(提供連通性和交換)。核心部分主要通過路由器實現分組交換。

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?
答:主要區別在於客戶服務器描述的是進程之間的服務與被服務的關係,客戶是服務請求方,服務器是服務;而對等通信方式並不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方,只要兩個主機都運行了對等連接軟件,就可以進行平等的、對等連接通信。
相同的地方:客戶服務器方式和對等通信方式都是端系統運行的程序之間的通信方式。對等連接方式從本質上看仍然是使客戶服務器方式,只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。

14.假定網絡的利用率到達了90%。試估算一下現在的網絡時延是它的最小值的多少倍?
答:D0/D=1-U=1-90%=0.1。
D/D0=10。
所以現在的網絡時延是它的最小值的10倍。

15.計算機通信網有哪些非性能特徵?非性能特徵與性能指標有什麼區別?
答:計算機通信網的非性能特徵有:費用,質量,標準化,可靠性,可擴展性和可升級性,易於管理和維護。
性能指標是從不同的方面來直接度量計算機網絡的性能,而非性能特徵雖然與性能指標有很大的關係,對計算機網絡的性能也有很大的影響,但不是直接用來度量網絡性能的。

16.假設信號在媒體上的傳播速率爲2.3×108m/s。媒體長度l分別爲:
(1)10cm(網卡)
(2)100m(局域網)
(3)100km(城域網)
(4)5000km(廣域網)
試計算當帶寬爲1Mb/s和10Gb/s時在以上媒體中正在傳輸的比特數。(時延帶寬積)
媒體長度l 傳播時延 媒體中的比特數
數據率= 1Mb/s 數據率= 10Gb/s
(1)0.1m 4.35×10-10s 4.35×10-4 4.35
(2)100m 4.35×10-7s 0.435 4.35×103
(3)100km 4.35×10-4s 4.35×102 4.35×106
(4)5000km 0.0217s 2.17×104 2.17×108

17.長度爲100字節的應用層數據交給運輸層傳送,需加上20字節的TCP首部。再交給網絡層傳送,需加上20字節的IP首部。最後交給數據鏈路層的以太網傳送,加上首部和尾部18字節。試求數據的傳輸效率。數據的傳輸效率是指發送的應用層數據除以所發送的總數(即應用數據加上各種首部和尾部的額外開銷)。若應用層數據長度爲1000字節,數據的傳輸效率是多少?
       長度爲100字節時,傳輸效率=100/(100+20+20+18)=0.63
       長度爲1000字節時,傳輸效率=1000/(1000+20+20+18)=0.95

18.小寫和大寫開頭的英文名字 internet和Internet在意思上有何重要的區別?
答:以小寫字母i開始的internet(互聯網或互連網)是一個通用名詞,它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。在這些網絡之間的通信協議(即通信規則)可以是任意的。
 以大寫字母I開始的Internet(因特網)則是一個專用名詞,它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而的特定計算機網絡,它採用TCP/IP協議族作爲通信的規則,且其前身是美國的ARPANET。(Internet是internet中的一個)

19.試解釋everything over IP和IP over everything的含義。
答:everything over IP指IP協議可以爲各式各樣的應用提供服務。
    IP over everything指允許IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行。

20.假定要在網絡上傳送1.5MB的文件。設分組長度爲1KB,往返時間RTT=80ms。傳送數據之前還需要有建立TCP連接的時間,這需要2XRTT = 160ms。試計算在以下幾種情況下接收方收到該文件的最後一個比特所需的時間。
 (1)數據發送速率爲10Mb/s,數據分組可以連續發送。
 (2)數據發送速率爲10Mb/s,但每發送完一個分組後要等待一個RTT時間才能在發送下一個分組。
 (3)數據發送率極快,可以不考慮發送數據 所需要的時間。但規定每一個RTT往返時間內只能發送20個分組。
 (4)數據發送速率極快,可以不考慮發送數據所需的時間。但在第一個RTT往返時間內只能發送一個分組,在第二個RTT內可發送兩個分組,在三個RTT內可發送4個分組(即23-1 = 4個分組)。
答(1)發送時間 = 12582912bit/10Mbps =1.258s
       最後一個分組的傳播時間 = 0.5RTT=40ms
       總時間 = 2RTT+1.258s+40ms = 1.458s
 (2)需要劃分的分組數 = 1.5MB/1KB = 1536
      等待時間 = 1535RTT = 122.8s
      總時間 = 1.458s + 122.8s = 124.258s
(3)每一個RTT時間內只能發送20個分組。1536個分組,需要76個RTT,76X20=1520,最後剩下16個分組,一次發送完。最後發送分組到達對方需要0.5RTT
           總時間 = 76.5RTT + 2RTT = 6.12 + 0.16 = 6.28s
(4)經過n個RTT後發送分組爲:
1+2+4+…+2^n=2^(n+1)-1個分組, n=9,發送分組=2^10-1=1023,可見9個RTT不夠。   
n=10,發送分組=2^11-1=2047     總時間 = (2+10+0.5)RTT = 1s
21.爲什麼一個網絡協議必須把各種不利的情況都考慮到?
答:因爲協議必須保證數據在網絡中能有條不紊地交換,而不允許出現死鎖等現象,因此,協議不能假定一切都是正常的和非常理想的,不能只看在正常情況下是否正確,而是必須非常仔細地檢查這個協議能否應付各種異常情況。
22.考慮一條長度爲50Km 的點到點鏈路,對一個100 字節的分組,帶寬爲多大時其傳播延遲(速度爲2*108m/s)等於發送延遲?對於512 字節的分組,情況又如何?
解:傳播時延:50*103m/(2*108m/s)=25*10-5s=250us
100字節時帶寬=100bit*8/250us=3.2Mb/s
512字節時帶寬=512bit*8/250us=16384Kb/s

23.收發兩端之間的傳輸距離爲1000km,信號在媒體上的傳播速率爲2*108m/s。試問以下情況的發送時延和傳播時延。通過計算,能夠得出什麼結論?
(1)數據長度爲107比特,數據發送速率爲100kb/s
(2)數據長度爲103比特,數據發送速率爲1Gb/s
   答(1)發送時延=107bit/100kb/s=100s
          傳播時延=1000km/2*108m/s=5ms
     (2)發送時延=103bit/1Gb/s=1um
          傳播時延=1000km/2*108m/s=5ms
發送時延與傳輸信道的長度沒有任何關係,傳播時延與信號的發送速率無關。

 

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