《计算机网络教程》第五版谢希仁课后答案.docx
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《计算机网络教程》第五版谢希仁课后答案
《计算机网络教程》
谢希仁
习题参考答案
第一章概述
传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度
发送时延＝数据块长度/信道带宽
总时延＝传播时延＋发送时延＋排队时延
1-01计算机网络的发展可划分为几个阶段？
每个阶段各有何特点？
答：
计算机网络的发展可分为以下四个阶段。
（1）面向终端的计算机通信网：
其特点是计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心
计算机分布在各处，呈分层星型结构，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计
算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分时系统后，则具有交互式处理和
成批处理能力。
（2）分组交换网：
分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共
享通信子网的资源，还可共享资源子网的硬件和软件资源。
网络的共享采用排队方式，即由
结点的分组交换机负责分组的存储转发和路由选择，给两个进行通信的用户断续（或动态）
分配传输带宽，这样就可以大大提高通信线路的利用率，非常适合突发式的计算机数据。
（3）形成计算机网络体系结构：
为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准
化组织ISO提出了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架—开放系统互连基
本参考模型OSI.。
这样，只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也
遵循同一标准的其他任何系统进行通信。
（4）高速计算机网络：
其特点是采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和
智能型网络的兴起。
1-02试简述分组交换的要点。
答：
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。
在分组交换网络中，数据按一定长度分割为许多小段的数据——分组。
以短的分
组形式传送。
分组交换在线路上采用动态复用技术。
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。
在路径上的每个结点，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，
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交互性好。
分组交换网的主要优点是：
①高效。
在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占有。
②灵活。
每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由。
③迅速。
以分组作为传送单位，通信之前可以不先建立连接就能发送分组；网络使用高
速链路。
④可靠。
完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。
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。
1-04为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？
1-05试讨论在广播式网络中对网络层的处理方法。
讨论是否需要这一层？
答：
广播式网络是属于共享广播信道，不存在路由选择问题，可以不要网络层，但从OSI
的观点，网络设备应连接到网络层的服务访问点，因此将服务访问点设置在高层协议与数据
链路层中逻辑链路子层的交界面上，IEEE802标准就是这样处理的。
1-06计算机网络可从哪几个方面进行分类？
答：
从网络的交换功能进行分类：
电路交换、报文交换、分组交换和混合交换；从网络
的拓扑结构进行分类：
集中式网络、分散式网络和分布式网络；从网络的作用范围进行分类：
广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN；从网络的使用范围进行分类：
公用网和专用网。
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1-07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k-1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
x
b
p
?
（k?
1）?
?
kd
b
为了使分组交换比电路交换快，必须：
x
b
p
?
（k?
1）?
?
kd?
s?
b
x
b
?
kd
所以：
s?
（k?
1）
p
b
1-8在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（p+h）（bit），其中p为
分组的数据部分的长度，而此为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。
通信
的两端共经过ｋ段链路。
链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不
计。
若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度Ｐ应取为多大？
答：
所需要的分组总数是x/p，因此总的数据加上头信息交通量为（p+h）x/p位。
源端发送这些位需要时间为：
（p?
h）
x
pb
中间的路由器重传最后一个分组所花的总时间为（k-1）（p+h）/b
因此我们得到的总的延迟为
对该函数求p的导数，得到
令
得到
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因为p＞0，所以
故
时能使总的延迟最小。
1-09计算机网络中的主干网和本地接入同各有何特点？
答：
主干网络一般是分布式的，具有分布式网络的特点：
其中任何一个结点都至少和其
它两个结点直接相连；本地接入网一般是集中式的，具有集中式网络的特点：
所有的信息流
必须经过中央处理设备（交换结点），链路从中央交换结点向外辐射。
1-10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10bit，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2×10m/s。
100kbit/s
传播时延＝1000km=5×10s
2?
10m/s
（2）数据长度为10bit，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2×10m/s。
=1×10s
传播时延＝1000km=5×10s
2?
10m/s
1-11计算机网络由哪几部分组成？
答：
一个计算机网络应当有三个主要的组成部分：
（1）若干主机，它们向用户提供服务；
（2）一个通信子网，它由一些专用的结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成的；
（3）一系列协议，这些协议为主机之间或主机和子网之间的通信而用的。
第2章协议与体系结构
2-01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
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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。
对于非常复杂的计算机网络协议，其结构最好采用层次式的。
2-02试举出对网络协议的分层处理方法的优缺点。
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。
2-03试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。
答：
2-04试述具有五层协议的原理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。
2-05试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
2-06试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。
讨论其异同之处。
答：
（1）OSI和TCP/IP的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层。
（2）
OSI和TCP/IP的不同点：
①OSI分七层，自下而上分为物理层、数据链路层、网络层、运输
层、会话层、表示层和应用层，而TCP/IP分四层：
网络接口层、网间网层（IP）、传输层（TCP）
和应用层。
严格讲，TCP/IP网间网协议只包括下三层，应用程序不算TCP/IP的一部分。
②OSI
层次间存在严格的调用关系，两个（N）层实体的通信必须通过下一层（N-1）层实体，不能
越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务（这种层次关系常被
称为“等级”关系），因而减少了一些不必要的开销，提高了协议的效率。
③OSI只考虑用一种
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标准的公用数据网。
2-07解释以下名词：
协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户/服务器方式。
答：
协议栈——协议套件又称为协议栈，因为它由一系列的子层组成，各层之间的关系好像
一个栈。
实体（entity）——用以表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等层与协议：
任何两个同样的层次（例如在两个系统的第4层）之间，好像将数据（即数据单元加上
控制信息）直接传递给对方。
这就是所谓的“对等层”（peerlayers）之间的通信。
我们以前经
常提到的各层协议，实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。
服务访问点SAP——是相邻两层实体交互的一个逻辑接口。
协议数据单元PDU——各层的数据单元
服务数据单元SDU——各层之间传递数据的单元
客户-服务器模型——大部分网络应用程序在编写时都假设一端是客户，另一端是服务器，
其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务。
可以将这种服务分为两种类型：
重复型或并
发型。
客户机是主叫方，服务器是被叫方。
2-08面向连接服务与无连接服务各自的特点是什么？
答：
面向连接服务在数据交换之前必须先建立连接，保留下层的有关资源，数据交换结
束后，应终止这个连接，释放所保留的资源。
而对无连接服务，两个实体之间不建立连接就
可以通信，在数据传输时动态地分配下层资源，不需要事先进行预保留。
2-09协议与服务有何区别？
有何关系？
答：
协议是水平的，服务是垂直的。
协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间的通信的规则。
服务是“垂直的”，即服
务是由下层向上层通过层间接口提供的。
协议与服务的关系
在协议的控制下，上层对下层进行调用，下层对上层进行服务，上下层间用交换原语交
换信息。
同层两个实体间有时有连接。
第3章物理层
标准话路频率（300－3400Hz）
一个标准话路所占带宽4kHz（64kbit/s）
调制的3种方式（调频、调幅和调相）
信道复用技术（频分复用、（统计）时分复用、波分复用和码分复用）
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3-01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。
3-02物理层的接口有哪几个方面的特性？
各包含些什么内容？
答：
物理层的接口有机械特性、电气特性和功能特性。
（1）机械特性说明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置
等等。
（2）电气特性说明在接口电缆的哪条线上出现的电压应为什么范围。
即什么样的电压
表示1或0。
（3）功能特性说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）规程特性说明
对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3-04奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？
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（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）。
3-05常用的传输媒体有哪几种？
各有何特点？
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答：
常用的传输媒体有双绞线、同轴电缆、光纤和电磁波。
一、双绞线
特点：
（1）抗电磁干扰
（2）模拟传输和数字传输都可以使用双绞线
二、同轴电缆
特点：
同轴电缆具有很好的抗干扰特性
三、光纤
特点：
（1）传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济；
（2）抗雷电和电磁干扰性能好；
（3）无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据；
（4）体积小，重量轻。
四、电磁波
优点：
（1）微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；
（2）微波传输质量较高；
（3）微波接力通信的可靠性较高；
（4）微波接力通信与相同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少，见效快。
当然，微波接力通信也存在如下的一些缺点：
（1）相邻站之间必须直视，不能有障碍物。
（2）微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；
（3）与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；
（4）对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
3-06什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？
其特点如何？
答：
曼彻斯特编码是将每一个码元再分成两个相等的间隔。
码元1是在前一个间隔为高
电平而后一个间隔为低电平。
码元0则正好相反，从低电平变到高电平。
这种编码的好处是
可以保证在每一个码元的正中间出现一次电平的转换，这对接收端的提取位同步信号是非常
有利的。
缺点是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
差分曼彻斯特编码的规则是若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个
码元的电平一样；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平
相反。
不论码元是10或，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。
差分曼彻
斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。
3-07传播时延、发送时延和重发时延各自的物理意义是什么？
答：
传播时延是指电磁波在信道中传输所需要的时间。
它取决于电磁波在信道上的传输
速率以及所传播的距离。
发送时延是发送数据所需要的时间。
它取决于数据块的长度和数据在信道上的发送速率。
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重发时延是因为数据在传输中出了差错就要重新传送，因而增加了总的数据传输时间。
3-08模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么？
答：
模拟传输：
只能传模拟信号，信号会失真。
数字传输：
可传模拟与数字信号，噪声不累计，误差小。
3-09EIA-232和RS-449接口标准各用在什么场合？
答：
通常EIA-232用于标准电话线路（一个话路）的物理层接口，而RS-449则用于宽
待电路（一般是租用电路）
3-10基带信号与宽带信号的传输各有什么特点？
答：
（1）基带信号是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上
去传输。
（2）宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。
基带信号进行调制
后，其频谱移到较高的频率处。
由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段上，因此合
在一起后并不会互相干扰。
这样做可以在一条线路中同时传送许多路的数字信号，因而提高
了线路的利用率。
3-11有600MB（兆字节）的数据，需要从南京传送到北京。
一种方法是将数据写到磁
盘上，然后托人乘火车将这些磁盘捎去。
另一种方法是用计算机通过长途电话线路（设信息
传送的速率是2.4kb/s）传送此数据。
试比较这两种方法的优劣。
若信息传送速率为33.6kb/s，
其结果又如何？
答：
假定连续传送且不出错。
若用2.4Kb/s速率，传输600MB需要24.3天
（）。
若用33.6Kb/s速率传送，则需时间1.73天。
比托人乘
火车捎去要慢，且更贵。
3-1256kb/s的调制解调器是否已突破了香农的信道极限传输速率？
这种调制解调器的
使用条件是怎样的？
答：
56Kb/s的调制解调器主要用于用户与ISP的通信，这时从用户到ISP之间只需经过
一次A/D转换，比两个用户之间使用的33.6Kb/s调制解调器的量化噪声要小，所以信噪比进
一步提高。
虽然33.6Kb/s调制解调器的速率基本已达到香农的信道极限传输速率，但是56Kb/s
的调制解调器的使用条件不同，它提高了信噪比，它没有突破香农极限传输速率的公式。
56Kb/s的调制解调器的使用条件是ISP也使用这种调制解调器（这里是为了进行数字信号不
同编码之间的转换，而不是数模转换），并且在ISP与电话交换机之间是数字信道。
若ISP使
用的只是33.6Kb/s调制解调器，则用户端的56Kb/s的调制解调器会自动降低到与33.6Kb/s
调制解调器相同的速率进行通信。
3-13在3.3.1小节介绍双绞线时，我们说：
“在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比
特，则传输距离可达几公里。
”但目前我们使用调制解调器与ISP相连时，数据的传输速率最
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高只能达到56kb/s，与每秒几个兆比特相距甚远。
这是为什么？
答：
“在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比特，则传输距离可达几公里。
”这是指
使用数字线路，其两端的设备并没有带宽的限制。
当我们使用调制解调器与ISP相连时，使
用的是电话的用户线。
这种用户线进入市话交换机处将带宽限制在3400Hz以下，与数字线
路的带宽相差很大。
3-15码分复用CDMA为什么可以使所有用户在同样地时间使用同样的频带进行通信而
不会互相干扰？
这种复用方法有何有缺点？
3-16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
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