计算机网络第四版课后练习+答案解析.docx
《计算机网络第四版课后练习+答案解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络第四版课后练习+答案解析.docx（22页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
计算机网络第四版课后练习+答案解析
第1章概述
1.假设你已经将你的狗Berníe训练成可以携带一箱3盒8mm的磁带,而不是一小
瓶内哇地.<当你的磁盘满了的时候,你可能会认为这是一次紧急事件。
>每盒磁带的窑
最为7GB字节;无论你在哪里,狗跑向你的速度是18km/h。
请问,在什么距离范围内
Berníe的数据传输速率会超过一条数据速率为150Mbps的传输线?
答：
狗能携带21千兆字节或者168千兆位的数据。
18公里/小时的速度等于0.005公里/秒,走过x公里的时间为x/0.005=200x秒,产生的数据传输速度为168/200xGbps或者840/xMbps。
因此,与通信线路相比较,若x<5.6公里,狗有更高的速度。
6.一个客户·服务器系统使用了卫星网络,卫星的高度为40000km.在对一个请求进行响应的时候,最佳情形下的延迟是什么?
答：
由于请求和应答都必须通过卫星,因此传输总路径长度为160,000千米。
在空气和真空中的光速为300,000公里/秒,因此最佳的传播延迟为160,000/300,000秒,约533msec。
9.在一个集中式的二叉树上,有2n-1个路出器相互连接起来:
每个树节点上都布一个路由器。
路由器i为了与路由器j进行通信,它要给树的根发送一条消息。
然后树根将消息送下来给j。
假设所有的路由器对都是等概率出现的,请推导出当n很大时,每条消息的平均跳数的一个近似表达式。
答：
这意味着,从路由器到路由器的路径长度相当于路由器到根的两倍。
若在树中,根深度为1,深度为n,从根到第n层需要n-1跳,在该层的路由器为0.50。
从根到n-1层的路径有router的0.25和n-2跳步。
因此,路径长度l为：
18.OSI的哪一层分别处理以下问题？
答：
把传输的比特流划分为帧——数据链路层
决定使用哪条路径通过子网——网络层.
28.一幅图像的分辨率为1024X768像素,每个像素用3字节来表示。
假设该图像没有被压缩。
请问,通过56kbps的调制解调器信道来传输这幅图像需要多长时间?
通过1Mbps的电缆调制解调器呢?
通过10Mbps的以太网呢?
通过100Mbps的以太网呢?
答：
图像是1024*768*3字节或2359296字节。
这是18874368位。
在56000位/秒,它需要大约337.042秒。
在1000000位/秒,它需要大约18.874秒。
在10000000位/秒,它需要大约1.887秒。
在100000000位/秒,它需要大约0.189秒。
35.ping程序使得你可以给指定的位置发送一个测试分组,并且看一看来回需要多长时间。
请试着用一下ping程序,看一下从你所在的位置到几个已知的地点需要多长时间巳利用这些数据,绘出在Internct上的单向传输时间与距离的函数关系。
最好使用大学作为目标,因为大学的服务器的位置往往可以精确地知道。
例如,berkeley.edu在加州的协rkclcy;mit.edu在麻省的Cambridge;VIl.nl在荷兰的Amsterdam;www.lIsyd.edu.au在澳大利班的悉尼:
www.uct.ac.za在南非的CapeTowno。
答：
在命令提示符下运行ping程序,可得发送测试包到以下指定地点的单向传输时间,分别为:
berkeley.edu:
182msmit.edu:
287ms:
357ms<注:
运行ping程序所得的传输时间与测试包传输时的路由选择网络的运行情况等有关,所以每次测试结果会不同>
第2章物理层
1.计算函数f=t<0≤t≤1>的傅立叶系数。
答：
本题是求周期性函数的傅立叶系数。
而题面中所给出的为信号在一个周期内的解析式。
即；
2.一条无噪声4kHz信道按照每lms一次进行采样,请问最大数据传输率是多少?
答：
无噪声信道最大数据传输率公式：
最大数据传输率=2Hlog2Vb/s。
因此最大数据传输率决定于每次采样所产生的比特数,如果每次采样产生16bits,那么数据传输率可达128kbps；如果每次采样产生1024bits,那么可达8.2Mbps。
注意这是对无噪声信道而言的,实际信道总是有噪声的,其最大数据传输率由香农定律给出。
4.如果在一条3kHz的信道上发送一个二进制信号,该信道的信噪比为20dB,则最大可达到的数据传输率为多少?
答：
信噪比为20dB即S/N=100.由于log2<1+100>≈6.658,由香农定理,该信道的信道容量为3log2<1+100>=19.98kbps。
又根据乃奎斯特定理,发送二进制信号的3kHz信道的最大数据传输速率为
2*3log22=6kbps。
所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。
7.在lμm波长上,在0.1μm的频段中有多少带宽?
答：
因此,在0.1
的频段中可以有30THz。
8.现在需要在一条光纤上发送一系列计算机屏幕图像。
屏幕的分辨率为480X640像素,每个像素为24位。
每秒钟有60幅屏幕图像。
请问:
需要多少带宽?
在1.30μm波长上,这段
带宽需要多少μm的波长？
答：
数据速率为480×640×24×60bps,即442Mbps。
需要442Mbps的带宽,对应的波长范围是
。
13.一束lmm宽的激光对准了100m开外的建筑物理上的一个检测器。
请问:
若要使该激光点偏离检测器,则激光束必须偏离多大的角度?
答：
如果光束是由1毫米结束时,它错过了探测器。
这等于一个三角形的基础100米和高度0.001米。
角是一个切线,因此是0.00001。
这个角度约为0.00057度。
19．一个区域电话公司有10M个用户。
每部电话通过双绞线连接到一个中心局。
这些双绞线的平均长度为10公里。
请问本地回路中的铜价值多少?
假设每束线的横截面是一个直径为lmm的圆,铜的密度是9.0g/cm3时,并且每kg铜可以卖3$.
答：
双绞线的每一条导线的截面积是
每根双绞线的两条导线在10km长的情况下体积是
即约为15708cm。
由于铜的密度等于9.0g/cm3,每个本地回路的质量为XXX9×15708=141372g,约为141kg。
这样,电话公司拥有的本地回路的总质量等于141×1000×104=1.41×109kg,由于每千克铜的价格是3美元,所以总的价值等于3×1.4×109=4.2×109美元。
27.在图2.30的4扇区LMDS例子中,每个扇区有官自己的36Mbps信道。
根据排队理论,如果一条信道有50%的负载,则排队时间将等于传输时间。
在这些条件下,下载一个5KB的Web页面需要多长时间?
通过1Mbps.的ADSL线路,下载这样的页面需要多长时间?
通过56kbps的调制解调器呢?
答：
5KB网页有40000位。
the下载时间在36兆通道是1.1毫秒。
如果队列算法。
延迟isalso1.1毫秒,总时间是2.2毫秒。
overADSL队列算法。
Thereisnotimeatthe下载延迟,所以1Mbps是40毫秒。
Itisat56Kbps714毫秒。
30.T1线路上额外开销的自分比为多少?
也就是说,1.541Mbps中百分之多少没有被递交给最终用户?
答：
每一帧中,端点用户使用193位中的168〔7*24位,开销占25〔=193-168位,因此开销比例等于25/193=13%。
32.如果一个T1线路系统失去了同步,它试图使用每一帧的第l位来理新获得同步。
请问,平均要检查多少帧才能保证在出错概率为0.001>的情况下重新获得同步。
答：
10个帧。
在数字通道上某些随机比特是0101010101模式的概率是1/1024。
察看10个帧,若每一帧中的第一位形成比特串010*******,则判断同步成功,而误判的概率为1/1024,小于0.001。
50.假设A、B和C通过一个CDMA系统同时传输位0,他们的时间片序列如图2.45所示。
请问结果得到的时间片序列是什么?
答：
结果是否定的A,B和C获得,然后添加三个芯片序列。
另外三个可以添加,然后否定。
Theresultis<+3+1+1~1~3~1~1+1>。
56.一个有线电视公司决定在,一个包含5000户家庭的区域内提供Tnternet访问服务。
该公司使用一根同轴电缆,它的频谱分配方案允许每根电缆有l00Mbps的下行带宽。
为了吸引顾客,该公司决定,保祉每户家庭在任何时候都怪少有2Mbps的下行带宽。
请描述一下该公司需要采取什么措施才能提供这样的保证。
答：
一个2-mbps下行带宽,保证每个房子意味着最多50的房子/同轴电缆。
因此,有线公司需要将现有电缆分成100根同轴电缆,并将它们直接连接到光纤节点上.
第三章
1.一个上层的分组被切分成10帧,每一帧有80%的机会可以元损坏地到盐。
如果数据链路协议没有提供错误控制的话,请问.该报文平均需要发送多少次才能完整地到达接收方?
答：
由于每一帧有0.8的概率正确到达,整个信息正确到达的概率为p=0.810=0.107。
为使信息完整的到达接收方,发送一次成功的概率是p,二次成功的概率是<1-p>p,三次成功的概率为<1-p>2p,i次成功的概率为<1-p>i-1p,因此平均的发送次数等于：
5.位串需要在数据链路层上被发远,请问,经过位填充之后
实际被发送出去的是什么?
答：
0000010001000111111000111110000001111110
0111111001000111111000111110000011100000111000000111111001111110
011111100100011111010001111100000001111101001111110
9.假设使用海明码来传输16位的报文。
请问,需要多少个检查位才能确保接收方可以检测并纠正单个位错误?
对于报文,请给出所传输的位模式。
假设在海明码中使用了偶数位。
答：
.
12.检测错误的一种方法是按n行、每行k位来传输数据,并且在每行和每列加上奇偶位,其中右下角是一个检查它所在行和所在列的奇偶位。
这种方案能够检测出所有的
单个错吗?
2位错误呢?
3位错误呢?
答：
单个错误将引起水平和垂直奇偶检查都出错。
两个错误,无论是否同行或者同列,也容易被检测到。
对于有三位错误的情况,就有可能无法检测了。
forexample,ifsomebitisinvertedalongwithitsrowandcolumnparitybits.Eventhecornerbitwillnotcatchthis.
18.一条3000公里伏的Tl骨千线路被用来传输64字节的帧,两端使用了协议5。
如果传输速度为6μs/公.里,则序列号应该有多少位?
答：
为了有效运行,序列空间〔实际上就是发送窗口大小必须足够的大,以允许发送方在收到第一个确认应答之前可以不断发送。
信号在线路上的传播时间为
6×3000=18000
即18ms。
在T1速率,发送64字节的数据帧需花的时间：
64×8÷<1.536×106>=0.33
。
所以,发送的第一帧从开始发送起,18.33ms后完全到达接收方。
确认应答又花了很少的发送时间〔忽略不计和回程的18ms。
这样,加在一起的时间是36.33ms。
发送方应该有足够大的窗口,从而能够连续发送36.33ms。
36.33/0.33=110也就是说,为充满线路管道,需要至少110帧,因此序列号为7位。
29.利用地球向步卫军在一个1Mbps的信道L发送1000位的帧.该信道离开地球的传输延迟为270ms.确认信息总是被捎带在数据帧上,头部非常短,并且使用3位序列号。
在下面的协议中,最大可获得的信道利用率是多少?
停-等协议.
协议5.
协民6.
答：
对应三种协议的窗口大小值分别是1、7和4。
使用卫星信道端到端的典型传输延迟是270ms,以1Mb/s发送,1000bit长的帧的发送时间为1ms。
我们用t=0表示传输开始的时间,那么在t=1ms时,第一帧发送完毕；t=271ms时,第一帧完全到达接收方；t=272ms,对第一帧的确认帧发送完毕；t=542ms,带有确认的帧完全到达发送方。
因此一个发送周期为542ms。
如果在542ms内可以发送k个帧,由于每一个帧的发送时间为1ms,则信道利用率为k/542,因此：
〔ak=1,最大信道利用率=1/542=0.18%
〔bk=7,最大信道利用率=7/542=1.29%
〔ck=4,最大信道利用率=4/542=0.74%
32.一条100公里长的电缆运行线在T1数据速率上。
电缆的传输速度是真空中光速的2/3。
请问电缆中可以容纳多少位?
答：
在该电缆中的传播速度是每秒钟200000km,即每毫秒200km,因此100km的电缆将会在0.5ms内填满。
T1速率125
传送一个193位的帧,0.5ms可以传送4个T1帧,即193*4=772bit。
第四章
1.在这个练习中,请使用本章中的一种规则<方案>,但是在计算之前请先声明这种
规则。
在一个100Mbps的信道上,待传输的帧随机地到达。
如果当一帧到达的时候该信
道正忙,那么它必须排队等待。
帧的长度里指数分布,均值为每帧10000位。
对于下列
每一种帧到达率,请给出平均一帧的延迟,包括排队时间和传输时间。
90帧/秒
900帧/秒
9000帧/秒
答：
TheformulaisthestandardformulaforMarkovqueueinggiveninsection4.1.1,namely,
.HereC=108and
so
sec.Forthethreearrivalrates,weget0.1msec,0.11msec,1msec.Forcaseweareoperatingaqueueingsystemwith
whichgivesthe10×delay.
4.10000个航线预定站正在竞争使用一个分槽的ALOHA信道。
这些站平均每小时发出18次请求。
时槽为125μS.总的信道载荷大约是多少?
答：
每个终端每200〔=3600/18秒做一次请求,总共有10000个终端,因此,总的负载是200秒做10000次请求。
平均每秒钟50次请求。
每秒钟8000个时隙,所以平均每个时隙的发送次数为50/8000=1/160。
5.一大群ALOHA用户每秒钟产生50个请求,包括原始的请求和重传的请求。
时槽单位为40ms.
首次发送成功的几率是多少?
恰好k次冲突之后成功的概率是多少?
所需传送次数的期望值是多少?
答：
〔a在任一帧时间内生成k帧的概率服从泊松分布
生成0帧的概率为e-G
对于纯的ALOHA,发送一帧的冲突危险区为两个帧时,在两帧内无其他帧发送的概率是e-G×e–G=e-2G
对于分隙的ALOHA,由于冲突危险区减少为原来的一半,任一帧时内无其他帧发送的概率是e-G。
现在时隙长度为40ms,即每秒25个时隙,产生50次请求,所以每个时隙产生两个请求,G=2。
因此,首次尝试的成功率是：
e-2=1/e2
〔b
〔c尝试k次才能发送成功的概率〔即前k-1次冲突,第k次才成功为：
那么每帧传送次数的数学期望为
17.画出位流0001110101的曼彻斯特编码。
答：
该信号是一个正方形波具有两个值,高〔H和低〔L。
模式LHLHLHHLHLHLLHHLLHHL。
18.画出上一个问题中的位流的差分曼彻斯特编码。
假设线路的初始状态为低电压。
答：
ThepatternthistimeisHLHLHLLHHLLHLHHLHLLH.
21.考虑在一条lkm长的电缆<无中继器>上建立一个lGbps速率的CSMA/CD网
络。
信号在电缆中的速度为200000km/s。
请问最小的帧长度为多少?
答：
对于1km电缆,单程传播时间为1/200000=5×10-6s,即5
来回路程传播时间为2t=10
。
为了能够按照CSMA/CD工作,最小帧的发射时间不能小于10
。
以1Gb/s速率工作,10
可以发送的比特数等于：
因此,最小帧是10000bit或1250字节长。
26.千兆以太网每秒钟能够处理多少帧?
请仔细想一想,并考虑所有有关的情形。
提示:
请考虑干兆位以太同的实质。
答：
最小的以太网帧为512位,所以在1Gbps的得到1953125或200万帧/秒。
然而,这仅适用于帧爆裂操作时。
没有帧爆裂,短帧填充到4096位,在这种情况下的最大数目是244140。
对于最大的帧〔12144位,可以有多达82345帧/秒。
29.假设一个l1Mbps的802.1]bLAN正在通过无线电信道传送一批连续的64字节的帧,位错误率为10-7。
请问平均每秒钟将有多少帧被损坏?
答：
每秒传送的帧数:
11*106÷<64*8>=19531<帧>
每秒出错的概率：
p=64×8×10-7=512×10-7
每秒损坏的帧数;r=n×p=1<帧>
40.一个专门为了用于快速以太网而设计的交换机有一块可以传送10Gbps的底板。
请问在最差情况下,它每秒钟可以处理多少帧?
答：
最坏的情况是64字节〔512位帧的无限流.。
如果背板可以处理109个基点,它可以处理的帧的数目是109/512。
这是1953125帧/秒。
第五章
2.请问有没有可能发生这样的情形：
面向连接的服务也会<或者至少应该>以乱序的方式递交分组?
请解释原因。
答：
有。
中断信号应该跳过在它前面的数据,进行不遵从顺序的投递。
典型的例子是当一个终端用户键入退出〔或kill健时。
由退出信号产生的分组应该立即发送,并且应该跳过当前队列中排在前面等待程序处理的任何数据〔即已经键入但尚未被程序读取的数据。
5.请考虑以下涉及到实现虚电路服务的设计问题。
如果在子网内部使用虚电路,那么,每个数据分组必须有一个3字节的头,每台路由器必须提供8字节的存储空间用于电路标识。
如果子网内部使用数据报,那么,每个数据分组需要一个15字节的头,但是不要求路由器的表宅间。
假设每一跳每106字节的传输开销为1美分。
快速路由器内存的价格是每字节1美分,2年以后就贬值了,这里假设每周的工作时间为40小时。
平均每个会话的持续时间为1000秒,在这段时间中平均传输200个分组。
平均每个分组要求4跳。
请问哪种实现方法更加便宜,便宜多少?
答：
虚电路实现需要在1000秒内固定分配5*8=40字节的存储器。
数据报实现需要比虚电路实现多传送的头信息的容量等于<15-3>×4×200＝9600字节-跳段。
现在的问题就变成了40000字节-秒的存储器对比9600字节-跳段的电路容量。
如果存储器的使用期为两年,即3600×8×5×52×2=1.7×107秒,一个字节-秒的代价为1/<1.5×107>=6.7×10-8分,那么40000字节-秒的代价为2.7毫分。
另一方面,1个字节-跳段代价是10-6分,9600个字节-跳段的代价为10-6×9600=9.6×10-3分,即9.6毫分,即在这1000秒内的时间内便宜大约6.9毫分。
7.请考虑图S.7中的网络,但是忽略线路上的权值。
假设宫使用扩散法作为路也算法。
如果一个从A发向D的分组的最大跳计数值为3,请列出它将要走的所有路径。
同时也说明官需要消挺多少跳带宽。
答：
它将遵循下列路线:
ABCD,ABCF,ABEF,ABEG,AGHD,AGHF,AGEB,andAGEF.使用的跳数为24。
9.考虑图5.13中的子网。
该子网使用了距离矢量路由算法,下面的矢量刚刚到达路由器C:
来自B的矢量为<5,0,8,12,6,2>;
来自D的矢量为<16,12,6,0,9,10>;
来自E的矢量<7,6,3,9,0,4>。
经测量,到B、D和E的延迟分别为6、3和5。
请问C的新路由表将会怎么样?
清给出将使用的输出线路以及期望的延迟。
答：
通过B给出〔11,6,14,18,12,8
通过D给出〔19,15,9,3,12,13
通过E给出〔12,11,8,14,5,9
取到达每一目的地的最小值〔C除外得到：
〔11,6,0,3,5,8
输出线路是：
〔B,B,-,D,E,B
12.对于4800台路由器的三层次分级路由,请问应该选择多大的区域和群才可以将路由表的尺寸降低到最小?
一个好的起点是,假设在方案中k台路由器构成一个区域,k个区域构成一个群,并且总共有k个群,这样的方案接近于最优的方案。
这意味着k大约是4800的立方根<约等于16>。
请试验所在这三个参数在16附近的各种组合。
答：
所谓分级路由,就是将路由器按区〔REGION进行划分,每个路由器只须知道在自己的区内如何为分组选择路由到达目的地的细节,而不用知道其他区的内部结构。
对于大的网络,也许两级结构是不够的,还可以把区组合成簇〔CLUSTER,把簇再组合成域〔ZONE,对于等级式路由,在路由表中对应所有的本地路由器都有一个登录项,所有其他的区〔本簇内、簇〔本域内和域都缩减为单个路由器,因此减少了路由表的尺寸。
在本题中,4800=15*16*20。
当选择15个簇、16个区,每个区20个路由器时〔或等效形式,例如20个簇、16个区,每个区15个路由器,路由表尺寸最小,此时的路由表尺寸为15+16+20=51。
Theminimumoccursat15clusters,eachwith16regions,eachregionhaving20routers,oroneoftheequivalentforms,e.g.,20clustersof16regionsof15routers.Inallcasesthetablesizeis15+16+20=51.
16.如图5.72的子网所示,一个组的成员分布在路由器A、B、C、D、E、F、I和K上,
请计算路由器C的多播生成树。
答：
多生成树是可能的。
它们中的一个是：
27.在一个6Mbps的网络上,有一台主机通过一个令牌桶进行流量调整。
令牌桶的填充速率为1Mbps。
初始时候它被填充到8Mb的容量.请问该计算机以6Mbps的全速率可以传输多长时间?
答：
本题乍看起来,似乎以6Mb/s速率发送用4/3秒的时间可以发送完桶内8Mb的数据,使漏桶变空。
然而,这样回答是错误的,因为在这期间,已有更多的令牌到达。
正确的答案应该使用公式S＝C/,这里的S表示以秒计量的突发时间长度,M表示以每秒字节计量的最大输出速率,C表示以字节计的桶的容量,P表示以每秒字节计量的令牌到达速率。
则：
因此,计算机可以用完全速率6Mb/s发送1.6s的时间。
35.一台路由器往外发送大量的总投度<数据+头>为102
升级会员 