课后习题要求解析.docx
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课后习题要求解析
1-03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。
答：
（1）电路交换电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。
当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。
在整个通信过程中双方一直占用该电路。
它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。
但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。
电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。
（2）报文交换将用户的报文存储在交换机的存储器中。
当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以“存储——转发”方式在网内传输数据。
报文交换的优点是中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规程的终端间互通。
但它的缺点也是显而易见的。
以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。
报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。
（3）分组交换分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。
它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组。
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。
把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。
分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
1-10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）。
从源站到目的站共经过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：
对于电路交换，t=s时电路建立起来；t=s+x/b时报文的最后1位发送完毕；t=s+x/b+kd时报文到达目的地。
而对于分组交换，最后1位在t=x/b时发送完毕。
为到达最终目的地，最后1个分组必须被中间的路由器重发k1次，每次重发花时间p/b（一个分组的所有比特都
接收齐了，才能开始重发，因此最后1位在每个中间结点的停滞时间为最后一个分组的发送时间），所以总的延迟为
1-13客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？
有没有相同的地方？
答：
主要区别：
客户服务器方式主要特征是客户是服务请求方，服务器是服务提供方，但是对等通信方式是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
相同点：
实际上，对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。
1-17试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：
（1）数据长度为107bit，数据发送速率为100kb/s，收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。
（2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gb/s。
收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。
1-19长度为100字节的应用层数据交给运输层传送，需加上20字节的TCP首部。
再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。
最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共18字节。
试求数据的传输效率。
数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。
若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少
1-20网络体系结构为什么要采用分层次的结构？
是举出一些与分层次体系结构的思想相似的日常生活。
答：
优点：
（1）可使各层之间互相独立，某一层可以使用其下一层提供的服务而不需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）结构上可以分割开，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。
缺点：
层次划分得过于严密，以致不能越层调用下层所提供的服务，降低了协议效率。
1-22网络协议的三个要素是什么？
各有什么含义？
答：
在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。
这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即称为网络协议。
一个网络协议主要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应答；
（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。
1-24试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
答：
综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种原理体系结构。
各层的主要功能：
物理层物理层的任务就是透明地传送比特流。
（注意：
传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0层。
）物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
数据链路层数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。
每一帧包括数据和必要的控制信息。
网络层网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
运输层运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
应用层应用层直接为用户的应用进程提供服务。
2-01物理层要解决哪些问题？
物理层的主要特点是什么？
答：
（1）物理层要解决的主要问题：
①物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。
②给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力。
为此，物理层应解决物理连接的建立、维持和释放问题。
③在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。
（2）物理层的主要特点：
①由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用。
加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。
②由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。
2-04名词解释
数据：
数据是运送消息的实体
信号：
信号则是数据的电气的或电磁的表现
模拟数据也称为模拟量，相对于数字量而言，指的是取值范围是连续的变量或者数值
模拟信号（连续信号）：
代表消息的参数的取值是连续的
基带信号来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）
带通信号经过载波调制后的信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）
数字数据也称为数字量，相对于模拟量而言，指的是取值范围是离散的变量或者数值
数字信号（离散信号）：
代表消息的参数的取值是离散的
码元在使用时间域（或简称时域）的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就称为码元
单工通信（单向通信）即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
半双工通信（双向交替通信）即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接受）
全双工通信（双向同时通信）即通信的双方可以同时发送和接受消息
串行传输数据的传输在一条信号线路上按位进行的传输方式
并行传输在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输
2-06数据在信道中的传输速率受到哪些因素的限制？
信噪比能否任意提高？
香农公式在数据通信中的意义是什么？
“比特\每秒”和“码元\每秒”有何区别？
答：
奈氏准则指出了：
码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则在接收端就无法正确判定码元是1还是0（因为有码元之间的相互干扰）。
奈氏准则是在理想条件下推导出的。
在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些。
电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
需要注意的是，奈氏准则并没有对信息传输速率（b/s）给出限制。
要提高信息传输速率就必须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息。
这就需要有很好的编码技术。
香农公式给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（以赫兹为单位）和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
这个极限是不能够突破的。
要想提高信息的传输
速率，或者必须设法提高传输线路的带宽，或者必须设法提高所传信号的信噪比，此外没有其他任何办法。
至少到现在为止，还没有听说有谁能够突破香农公式给出的信息传输速率的极限。
香农公式告诉我们，若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法：
要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能），要么使信号的信噪比为无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（当然这些也都是不可能的）。
一个码元不一定对应于一个比特
2-08假定要用3kHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示？
这个结果说明什么问题？
）
S/N=64.2dB是个信噪比很高的信道
2-09用香农公式计算一下，假设信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想是最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/N应增大到多少倍：
如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到10倍，问最大信息速率能否再增加20%？
信噪比应增加到约100倍。
如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍，最大信息速率只能再增加18.5%左右
2-13为什么要使用信道复用技术？
常用的信道复用技术有哪些？
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
2-14试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。
FDM频分复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
TDM时分复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。
时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度。
STDM统计时分复用（StatisticTimeDivisionMultiplexing）是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。
WDM波分复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）是光的频分复用。
DWDM密集波分复用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）一根光纤上复用80路或更多路数的光载波信号。
CDMA码分多址（CDMA，CodeDivisionMultiplexingAccess）
SONET同步光纤网（SynchronousOpticalNetwork）数字传输标准
SDH同步数字系列（SynchronousDigitalHierarchy）
STM-1第1级同步传递模块（SynchronousTransferModule）SDH的基本速率（155.52Mb/s）
OC-48第48级光载波（OpticalCarrier）（SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构）
2-16有4个站进行码分复用CDMA通信。
4个站的码片序列为：
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）
现收到这样的码片序列：
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。
问哪个站发送数据了？
发送的代码是什么？
答：
只须计算4个常规的内积：
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）∙（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1）/8=1
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）∙（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）/8=－1
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）∙（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1）/8=0
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）∙（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）/8=1
结果是A和D发送比特1，B发送比特0，而C未发送数据。
3-03网络适配器的作用是什么？
网络适配器工作在哪一层？
答：
在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，而网络适配器正是用来实现这些协议的硬件和软件。
工作在数据链路层和物理层。
3-04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?
3-07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？
添加的检验序列是1110.出现的两种差错都可以发现。
仅仅采用了CRC检验，数据链路层的传输是还不是可靠的传输
3-08要发送的数据为101110.采用CRC的生成多项式是P（X）=X+1.试求应添加在数据后面的余数。
余数是001
3-09一个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）？
7EFE277D7D657E
3-15什么叫做传统以太网？
以太网有哪两个主要标准？
答：
“传统以太网”表示最早流行的10Mb/s速率的以太网
两个主要标准:
DIXEthernetV2和IEEE的802.3标准
3-16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？
每秒20兆码元
3-18试说明10BASE-T中的“10”“BASE”“T”所代表的意思
“10”代表10Mb/s的数据率BASE表示连接线上的信号是基带信号T代表双绞线
3-20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，即5μs，来回路程传播时间为10μs。
为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10μs。
以1Gb/s速率工作，10μs可以发送的比特数等于，因此，最短帧长10000比特或1250字节。
3-22假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r=100。
试问这个站需要等待多长时间后才能在此发送数据？
如果是100Mb/s的以太网呢？
对于10Mb/s的以太网，等待时间是5.12ms
对于100Mb/s的以太网，等待时间是512um
3-28有10个站连接到以太网上，试计算以下三种情况下每个站所能得到的带宽？
答：
（1）10个站连接到一个10Mb/s以太网集线器
10个站共享10Mbit/s；10/10=1mbps
（2）10个站连接到一个100Mb/s以太网集线器
10个站共享100Mbit/s；100/10=10mbps
（3）10个站连接到一个10Mb/s以太网交换机
每站独占10Mbps。
连接到以太网交换机上的每台计算机都享有10mbps的带宽。
3-22图3-35表示有五个站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中。
发送的帧
B1的转发表
B2的转发表
B1的处理
B2的处理
地址
接口
地址
接口
A->E
A
1
A
1
转发，写入转发表
转发，写入转发表
C->B
C
2
C
1
转发，写入转发表
转发，写入转发表
D->C
D
2
D
2
写入转发表，丢弃不转发
转发，写入转发表
B->A
B
1
写入转发表，丢弃不转发
接收不到这个帧
4-01网络层向上提供的服务有哪两种？
是比较其优缺点。
答：
虚电路服务、数据报服务
（1）在传输方式上，虚电路服务在源、目的主机通信之前，应先建立一条虚电路，然后才能进行通信，通信结束应将虚电路拆除。
数据报无需；
（2）从地址设置看，虚电路每个分组含有一个短的虚电路号，数据报有完整地址；
（3）从路由选择及影响来看，虚电路建好时，路由就已确定，所有分组都经过此路由，数据报的每个分组独立选择路由。
路由器失败时，所有经过路由器的虚电路都将被终止，数据报服务则除了崩溃时全丢失分组外，无其他影响；
（4）关于分组顺序：
虚电路服务能保证分组按发送顺序到达目的主机。
数据报服务不能保证数据报按序列到达目的主机。
（5）可靠性与适应性：
虚电路服务比数据报服务的可靠性高。
数据报服务的适应性比虚电路服务强。
（6）在拥塞控制方面，若有足够的缓冲区分配给已经建立的每条虚电路，拥塞较容易控制，而数据报服务难以控制拥塞。
（7）关于平衡网络流量：
数据报服务既平衡网络中的信息流量，又可使数据报得以更迅速地传输。
而在虚电路服务中，一旦虚电路建立后，中继结点是不能根据流量情况来改变分组的传送路径的。
综上所述，虚电路服务适用于交互作用，不仅及时、传输较为可靠，而且网络开销小。
数据报服务适用于传输单个分组构成的、不具交互作用的信息以及对传输要求不高的场合。
4-03作为中间系统，转发器、网桥、路由器和网关都有何区别？
答：
1）转发器、网桥、路由器、和网关所在的层次不同。
转发器是物理层的中继系统。
网桥是数据链路层的中继系统。
路由器是网络层的中继系统。
在网络层以上的中继系统为网关。
2）当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为仍然是一个网络。
路由器其实是一台专用计算机，用来在互连网中进行路由选择。
一般讨论的互连网都是指用路由器进行互连的互连网络。
4-04试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP协议的作用。
答：
IP:
网际协议，它是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，IP使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。
无连接的数据报传输数据报路由。
ARP（地址解析协议），实现地址转换：
将IP地址转换成物理地址
RARP（逆向地址解析协议），将物理地址转换成IP地址
ICMP:
Internet控制消息协议，进行差错控制和传输控制，减少分组的丢失。
注：
ICMP协议帮助主机完成某些网络参数测试，允许主机或路由器报告差错和提供有关异常情况报告，但它没有办法减少分组丢失，这是高层协议应该完成的事情。
IP协议只是尽最大可能交付，至于交付是否成功，它自己无法控制。
4-05IP地址分为几类？
各如何表示？
IP地址的主要特点是什么？
答：
IP地址共分5类，分类情况如下所示：
IP地址是32位地址，其中分为netid（网络号），和hostid（主机号）。
特点如下：
IP地址不能反映任何有关主机位置的物理信息；
一个主机同时连接在多个网络上时，该主机就必须有多个IP地址；
由转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络；
所有分配到网络号（netid）的网络都是平等的；
IP地址可用来指明一个网络的地址。
4-07试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
答：
如上图所示，IP地址在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层以上使用的是IP地址，而链路层及以下使用的是硬件地址。
在IP层抽象的互连网上，我们看到的只是IP数据报，路由器根据目的站的IP地址进行选路。
在具体的物理网络的链路层，我们看到的只是MAC帧，IP数据报被封装在MAC帧里面。
MAC帧在不同的网络上传送时，其MAC帧的首部是不同的。
这种变化，在上面的IP层上是看不到的。
每个路由器都有IP地址和硬件地址。
使用IP地址与硬件地址，尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同，但IP层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，并使我们能够使用统一的、抽象的IP地址进行通信。
4-09
（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？
（2）某网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？
（3）某一A类网络和一B类网络的子网号subnetid分别为16bit和8bit的1，问这两个网络的子网掩码有何不同？
（4）某Ａ类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否为一个有效的子网掩码？
（5）一A类子网掩码为255.255.0.255，它是否为一个有效的子网掩码？
（6）某个IP的十六进制表示是C2.2F.14.81,是将其转换为点分十进制的形式。
这个地址是哪一类IP地址？
（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？
为什么？
答：
（1）可以代表C类地址对应的子网掩码默认值；也能表示A类和B类地址的掩码,前24位决定网络号和子网号，后8位决定主机号.（用24bit表示网络部分地址，包括网络号和子网号）
（2）255.255.255.248化成二进制序列为：
11111111111111111111111111111000，根据掩码的定义，后三位是主机号，一共可以表示8个主机号，除掉全0和全1的两个，该网络能够接6个主机.
（3）子网掩码的形式是一样的，都是255.255.255.0；但是子网的数目不一样，前者为65534，后者为254.
（4）子网掩码由一连串的1和一连串的0组成，1代表网络号和子网号，0对应主机号.255.255.0.255变成二进制形式是：
11111111111111110000000011111111.可见，是一个有效的子网掩码，但是不是一个方便使用的解决办法.
（5）有效，但不推荐这样使用。
（6）194.47.20.129C类
（7）有。
对于小网络这样做还可进一步简化路由表。
4-10试辨认以下IP地址的网络类别：
（1）128.36.199.3
（2）21.12.240.17
（3）183.194.76.253
（4）192.12.69.24
（5）89.3.0.1
（６）200.3.6.2
答：
（2）和（5）是A类，
（1）和（3）是B类，（4）和（6）是C类。
解题思路：
A类地址以1-126开始，B类地址以12
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