南邮计算机通信及网络习题答案.docx

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计算机通信与网络习题答案

1.1什么是计算机网络？

答：

我们可以把计算机网络定义为：

把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。

1.3计算机网络的拓扑结构种类有哪些？

各自的特点是什么？

答：

网络的拓扑（Topology）结构是指网络中各节点的互连构形，也就是连接布线的方式。

网络拓扑结构主要有五种：

星形、树形、总线形、环形和网络形，如图1.1所示。

星型结构树型结构总线型结构环型结构网络型结构

图1.1

星形结构的特点是存在一个中心节点，其他计算机与中心节点互连，系统的连通性与中心节点的可靠性有很大的关系。

树形结构的特点是从根节点到叶子节点呈现层次性。

总线形结构的特点是存在一条主干线，所有的计算机连接到主干线上。

环形结构是将所有计算机连接到一个环形的线路，每两个计算机之间有两条线路相连。

网络型是一种不规则的连接，事实上，目前的因特网就是这种拓扑结构。

1.5由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中，共有多少个直接的连接？

对由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中呢？

对由n个结点构成的全连接网络中呢？

答：

在由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中有（n-1）个直接连接。

在由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中有（n）个直接连接。

在由n个结点构成的全连接拓扑结构的网络有（n－1）n/2个直接连接。

1.6在广播式网络中，当多个节点试图同时访问通信通道时，信道将会产生冲突，所有节点都无法发送数据，形成信道容量的浪费。

假设可以把时间分割成时间片，n个节点中每个节点在每个时间片试图使用信道的概率为p，试计算由于冲突而浪费的时间片的百分比。

答：

每个时间片只有一个节点访问的概率为：

p（1-p）n-1+p（1-p）n-1+….+p（1-p）n-1=n*p（1-p）n-1

从而每个时间片冲突的概率为：

1-n*p（1-p）n-1

即位由于冲突而浪费的时间片百分比。

1.8什么是网络协议？

由哪几个基本要素组成？

答：

简单地说，协议是指通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合，是一套语义和语法规则，用来规定有关功能部件在通信过程中的操作，它定义了数据发送和接收工作中必经的过程。

协议规定了网络中使用的格式、定时方式、顺序和检错。

一般说，一个网络协议主要由语法、语义和同步三个要素组成。

语法：

指数据与控制信息的结构或格式，确定通信时采用的数据格式，编码及信号电平等。

即对所表达内容的数据结构形式的一种规定,也即"怎么讲".例如,在传输一份数据报文时数据格式,传输一封信函的地址格式等。

语义：

协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释,也即"讲什么".不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容（含义）.例如,在基本型数据链路控制协议中规定,协议元素SOH的语义表示所传输报文的报头开始;而协议元素ETX的语义,则表示正文结束等。

同步：

规定了事件的执行顺序.例如在双方通信时,首先由源站发送一份数据报文,如果目标站收到的是正确的报文,就应遵循协议规则,利用协议元素ACK来回答对方,以使源站知道其所发出的报文已被正确接收。

1.12在试比较OSI-RM与TCP/IP模型的异同点。

答：

它们的相同点主要体现在：

1）都参与层次化模型，

TCP/IP与OSI-RM都采用层次化体系结构，都按功能分层。

其差别主要体现在以下两方面:

1） 出发点不同

OSI-RM是作为国际标准而制定的,不得不兼顾各方,考虑各种情况,造成OSI-RM相对比较复杂,协议的数量和复杂性都远高于TCP/IP。

早期TCP/IP协议是为军用网ARPANET设计的体系结构,一开始就考虑了一些特殊要求,如可用性,残存性,安全性,网络互联性以及处理瞬间大信息量的能力等。

此外,TCP/IP是最早的互联协议,它的发展顺应社会需求,来自实践,在实践中不断改进与完善,有成熟的产品和市场,为人们所广泛接受。

2） 对以下问题的处理方法不相同

①对层次间的关系。

OSI-RM是严格按"层次"关系处理的,两个（N）实体通信必须通过下一层的（N—1）实体,不能越层.而TCP/IP则不同,它允许越层直接使用更低层次所提供的服务。

因此,这种关系实际上是"等级"关系,这种等级关系减少了一些不必要的开销,提高了协议的效率。

②对异构网互连问题。

TCP/IP一开始就考虑对异构网络的互连，并将互连协议IP单设一层。

但OSI-RM最初只考虑用一个标准的公用数据网互联不同系统,后来认识到互联协议的重要性,才在网络层中划出一个子层来完成IP任务。

③OSI-RM开始只提供面向连接的服务,而TCP/IP一开始就将面向连接和无连接服务并重,因为无连接的数据报服务,对互联网中的数据传送和分组话音通信是很方便的。

此外,TCP/IP有较好的网络管理功能,而OSI-RM也是到后来才考虑这个问题。

1.13设有一个系统具有n层协议，其中应用进程生成长度为m字节的数据，在每层都加上长度为h字节的报头，试计算传输报头所占用的网络带宽百分比。

答：

若应用层数据长度为m字节，则每一层加h字节的报头，经过n层后总数据长度为：

从而，传输报头所占用的网络带宽百分比为：

1.15/2.2（略）

2.3什么叫传信速率？

什么叫传码速率？

说明两者的不同与关系。

答：

传信速率又称为比特率，记作Rb，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。

传码速率又称为调制速率、波特率，记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（Baud）。

若是二电平传输，则在一个信号码元中包含一个二进制码元，即二者在数值上是相等的；若是多电平（M电平）传输，则二者在数值上有Rb=NBd×log2M的关系

2.4设数据信号码元长度为833×10-6秒，若采用16电平传输，试求传码速率和传信速率。

答：

由于T=833×10-6秒，所以传码速率NBd=1/T≈1200波特

由于传送的信号是16电平，所以，M=16。

则传信速率Rb=NBdlog2M=4800bit/s。

2.7假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，则该信道能否可靠的传输速率为64kb/s的数据流？

答：

按Shannon定理：

在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：

C=Wlog2（1+S/N）

已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N=100

C=3000´log2（1+100）=3000´6.66=19.98kbit/s

则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流

2.11带宽为6MHz的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传输率是多少？

假设信道是无噪声的。

答：

由奈氏准则，其数据传输率=2Wlog2M

=2×6M×log24=24Mbit/s

2.13一个每毫秒钟采样一次的4kHz无噪声信道的最大数据传输率是多少？

答：

不管采样速率如何，一个无噪声信道都可以运载任意数量的信息，因为每个采样值都可以发送大量数据。

事实上，对于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率来采样是没有意义的。

因为本题中每毫秒采样一次，则采样频率为1000次/秒，若每个采样点的值用4bit编码，则速率是4kb/s,若每个采样点的值用16bit编码，则速率可达16kb/s。

2.17在循环冗余校验系统中，利用生成多项式G（x）=x5+x4+x+1判断接收到的报文1010110001101是否正确？

并计算100110001的冗余校验码。

答：

若收到的报文是1010110001101，则用其去除以生成多项式对应的码组110011，

11000100

110011⌡1010110001101

110011

110000

110011

110011

110011

01≠0

可知结果不是全零，所以肯定是有错的。

当要发送的数据是100110001，根据生成多项式，可知所对应的冗余校验码为5位，则在100110001后添加00000，用10011000100000/110011后，所得余数为110，则冗余校验码为00110。

2.19已知（7，4）汉明码接收码组为0100100，计算其校正子并确定错码在哪一位。

答：

因为校正子

S1=c6Åc5Åc4Åc2=0，

S2=c6Åc5Åc3Åc1=1，

S3=c6Åc4Åc3Åc0=0，

因为三个校正因子不全为0，说明码字有错。

S=S1S2S3=010，说明信息位c1有错，将c1上的0变为1，即可纠正错误。

2.22简述DTE和DCE的概念。

答：

DTE：

数据终端设备（DTE，DataTerminalEquipment）是泛指智能终端（各类计算机系统、服务器）或简单终端设备（如打印机），内含数据通信（或传输）控制单元，其又称为计算机系统。

DCE：

数据电路终接设备（DCE，DataCircuitTerminatingEquipment）是指用于处理网络通信的设备。

3.2试解释以下名词：

数据电路，数据链路，主站，从站，复合站。

答：

数据电路是一条点到点的，由传输信道及其两端的DCE构成的物理电路段，中间没有交换节点。

数据电路又称为物理链路，或简称为链路。

数据链路是在数据电路的基础上增加传输控制的功能构成的。

一般来说，通信的收发双方只有建立了一条数据链路，通信才能够有效地进行。

在链路中，所连接的节点称为“站”。

发送命令或信息的站称为“主站”，在通信过程中一般起控制作用；接收数据或命令并做出响应的站称为“从站”，在通信过程中处于受控地位。

同时具有主站和从站功能的，能够发出命令和响应信息的站称为复合站。

3.6对于使用3比特序号的停止-等待协议、连续ARQ协议和选择ARQ协议，发送窗口和接收窗口的最大尺寸分别是多少？

答：

使用3比特对帧进行编号，可以有0～7，共8种编码。

停止-等待协议：

发送窗口＝1，接收窗口＝1；

连续ARQ协议：

最大发送窗口＝7，接收窗口＝1；

选择ARQ协议：

最大发送窗口＝4，最大接收窗口＝4。

3.7信道速率为4kb/s，采用停止等待协议，单向传播时延tp为20ms，确认帧长度和处理时间均可忽略，问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%？

答：

不考虑确认帧发送时间和双方的处理时间，则信道利用率＝tF/（2tp+tF）tF=L/v，其中L为帧长度，v=4kb/s要使信道利用率达到50％，则tF>=40ms可以得到L>=160bit

3.8假设卫星信道的数据率为1Mb/s，取卫星信道的单程传播时延为250ms，每一个数据帧长度是1000bit。

忽略误码率、确认帧长和处理时间。

试计算下列情况下的卫星信道可能达到的最大的信道利用率分别是多少？

1）停止-等待协议；

2）连续ARQ协议，WT=7；

3）连续ARQ协议，WT=127。

答：

不考虑差错情况，确认帧发送时间和双方的处理时间，则信道利用率＝tF/（2tp+tF）

tF=L/v，其中L为一个帧长度，v=1Mb/s，则tF=1000/1000000＝0.001s＝1ms

1）停止-等待协议：

每次只发送一个帧，信道利用率＝1/（250×2＋1）＝1/501

2）连续ARQ协议，WT=7：

可以连续发送7个帧，但后面的6个帧是在等待的同时发送，信道利用率＝7/（250×2＋1）＝7/501

3）连续ARQ协议，WT=127：

可以连续发送127个帧，但后面的126个帧是在等待的同时发送，而且，当127个帧全部发送完毕使用了127ms，确认应答还没有到达，信道利用率＝127/（250×2＋1）＝127/501

3.9简述PPP协议的组成。

答：

PPP由以下三个部分组成：

（1）在串行链路上封装IP数据报的方法：

PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。

（2）链路控制协议（LinkControlProtocol，LCP）：

用于建立、配置和测试数据链路连接，通信的双方可协商一些选项。

（3）网络控制协议（NetworkControlProtocol，NCP）：

用于建立、配置多种不同网络层协议，如IP，OSI的网络层，DECnet以及AppleTalk等，每种网络层协议需要一个NCP来进行配置，在单个PPP链路上可支持同时运行多种网络协议。

3.11简述HDLC信息帧控制字段中的N（S）和N（R）的含义。

要保证HDLC数据的透明传输，需要采用哪种方法？

答：

HDLC信息帧控制字段中的N（S）表示当前发送的帧的编号，使接收方能够正确识别所接收的帧及帧的顺序；

N（R）表示N（R）以前的各帧已正确接收，通知发送方希望接收下一帧为第N（R）帧。

要保证HDLC数据的透明传输，需要避免数据和控制序列中出现类似帧标志的比特组合，保证标志F的唯一性，HDLC采用“0”比特插入／删除法。

采用这种方法，在F以后出现5个连续的1，其后额外插入一个“0”，这样就不会出现连续6个或6个以上“1”的情况。

在接收方，在F之后每出现连续5个“1”后跟随“0”，就自动将其后的“0”删除，还原成原来的比特流。

3.14在面向比特同步协议的帧数据段中，出现如下信息：

1010011111010111101（高位在左低位在右），则采用“0”比特填充后的输出是什么？

答：

“0”比特自动插入/删除技术是在信息序列中连续5个“1”后自动加入一个“0”比特，则以下信息序列采用“0”比特插入后为：

信息序列：

1010011111010111101

“0”比特插入后：

10100111110010111101

3.15HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，试说明该帧是什么帧，该控制段表示什么含义？

答：

HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，即最低两位（b1b0）为“01”，表示是监督帧。

其控制字段b3b2为“00”，表示是“RR”，接收准备好，可以继续发送。

P/F＝1，N（R）＝110，表示对第5号帧及以前各帧确认，希望下一次接收第6号帧。

3.16HDLC协议的帧格式中的第三字段是什么字段？

若该字段的第一比特为“0”，则该帧为什么帧？

答：

HDLC协议的帧格式中的第三字段是控制（C）字段。

若该字段的第一比特（最低位LSB）为“0”，则该帧为信息帧。

3.17试比较非坚持型、1-坚持型和P-坚持型CSMA的优缺点。

答：

根据监听后的策略，CSMA有三种不同的方法：

非坚持型、1—坚持型、P—坚持型。

三种方法各自优缺点如下：

（1）非坚持型在监听到信道忙时，不坚持监听，而是延迟一个随机时间再次监听，准备发送。

这种方法控制简单，减少了冲突发生的概率。

但再次监听之前可能信道早已空闲，这就造成一定的时间浪费，效率较低。

（2）1—坚持型方法在监听到信道忙时，一直坚持监听，直到监听到信道空闲，以概率1立即发送。

这种策略能够及早发送数据，但当有两个或以上的站同时在监听和准备发送时，信道由忙至空闲的状态转换就起了同步的作用，造成两个或多个站同时发送，就会发生冲突，反而降低了效率。

（3）P—坚持型采用了一种折中方案，当监听到总线空闲时，以P的概率发送，而以1—P的概率延迟一个时间单位后再监听，准备发送。

这种方法减少了发送冲突的可能性，但退避也可能造成信道浪费。

3.18CSMA控制方案包括哪三种算法？

简述三种算法的算法思想。

答：

载波监听多路访问（CarriesSenseMultipleAccess，CSMA）是每个站在发送帧之前监听信道上是否有其他站点正在发送数据，即检查一下信道上是否有载波，或者说信道是否忙。

如果信道忙，就暂不发送，否则就发送。

这种方法称为“先听后说”，减少了发生冲突的概率。

根据监听后的策略，有三种不同的协议，即：

非坚持型、1—坚持型、P—坚持型。

（1）非坚持型

非坚持型的工作原理是当监听到信道空闲时，则立即发送；当监听到信道忙时，不坚持监听，而是延迟一个随机时间再次监听，准备发送。

当然，再次监听之前可能信道早已空闲，这就造成一定的时间浪费，但减少了冲突发生的概率。

（2）1—坚持型

1—坚持型的工作原理是在监听到信道忙时，一直坚持监听，直到监听到信道空闲，以概率1立即发送。

这种策略是争取及早发送数据，但当有两个或以上的站同时在监听和准备发送时，信道由忙至空闲的状态转换就起了同步的作用，两个或多个站同时发送，就会发生冲突。

（3）P—坚持型

为了降低1—坚持型的冲突概率，又减少非坚持型造成的介质时间浪费，采用了一种折中方案，这就是P—坚持型CSMA。

这种方案的特点是当监听到总线空闲时，以P的概率发送，而以1—P的概率延迟一个时间单位。

时间单位等于最大端—端传播延时τ。

然后再监听，如果监听到信道忙，则继续监听，直到空闲。

上述三种方案都不能避免冲突发生，无非冲突的概率不同。

一旦有冲突发生，则要延迟随机个τ时间片再重复监听过程。

3.19简单比较一下纯ALOHA和时隙ALOHA协议。

答：

ALOHA是最基本的随机访问技术，其又分为纯ALOHA和时隙ALOHA。

它们的区别在于是否将时间分成离散的时隙以便所有的帧都必须同步到时隙中。

纯ALOHA不要求全局的时间同步，而时隙ALOHA则需要。

由于采用纯ALOHA技术的系统中，任何站点可以在任意时刻发送帧。

在一个站发送分组过程中的任何时刻都可能发生冲突。

这样相邻的两冲突分组都必须重发。

需要重发的分组各自延迟一个随机时间后再重发，直至成功。

采用时隙ALOHA技术，只要发送帧的长度小于时隙长度，如果在帧开始时没有冲突，则在这个时隙内就不会出现冲突，帧就能发送成功。

与纯ALOHA相比，时隙ALOHA冲突的危险区时间由2个T0变为一个T0，在同等条件下冲突的可能性减小。

时隙ALOHA的最大信道利用率是纯ALOHA的2倍，但需要全系统同步，增加了控制开销。

3.21假设某个4Mb/s的令牌环的令牌保持计时器的值是10ms。

则在该环上可以发送的最长帧是多少？

答：

在令牌环网中，为了保证不会因为令牌丢失而使网络不能正常工作，需要对令牌监测。

令牌保持计时器的值是10ms，就表示监控站必须在10ms内监测到网络中有令牌帧传送，否则会进入令牌丢失处理过程。

因此要求网络中传输一个数据帧的时间不能超过10ms。

此令牌环网络的数据速率4Mb/s，则10ms可以传送数据40000bit，即最长的帧为40000bit。

实际上，考虑必要的控制开销和传播时延、节点延迟，实际应用的帧长度会更小一些，数据部分更短。

4.3简述以太网CSMA/CD的工作原理。

答：

CSMA/CD采用分布式控制方法，总线上的各个计算机通过竞争的方式，获得总线的使用权。

只有获得总线使用权的计算机才能向总线上发送数据，而发送的数据能被连在总线上的所有计算机接收到。

CSMA/CD的具体含义解释如下：

（1）载波监听是指每个计算机在发送数据之前先要检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，以减少发生冲突的机会。

（2）多点接入是指在总线式局域网中，有多台计算机连接在一根总线上，共享总线的信道资源。

（3）冲突检测是指发送数据的计算机在发送数据的同时，还必须监听传输媒体，判断是否发生了冲突。

因为如果存在多个计算机都在发送数据，就会形成信号的叠加，即冲突，从而造成接收方无法接收到正确的数据。

一旦检测到冲突，发送方应立即停止发送，等待一个随机时间间隔后重发。

4.4以太网中争用期有何物理意义？

其大小有哪几个因素决定？

答：

我们将总线式局域网的端到端往返时延称为争用期，也称为冲突窗口。

总线式局域网中，一台计算机从开始发送数据起，最多要经过时间就可确知是否发生了冲突。

如果数据帧长度过短，在争用期2t时间内即可发送完毕，那么，发送方和接收方都无法正确判别此次发送的数据是否发生了冲突。

因为在0～2t时间内，极有可能发生了冲突。

争用期，端到端往返时延2t，其物理意义在于：

提供了设计总线式局域网中最小有效帧长的计算依据。

争用期的大小由总线式局域网的总线长度以及电磁波的传播速率决定。

4.5有10个站连接到以太网上。

试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

（1）10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器；

（2）10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器；

（3）10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。

答：

（1）10个站共享10Mb/s带宽

（2）10个站共享100Mb/s带宽

（3）每个站独享10Mb/s带宽

4.6100个站分布在4km长的总线上。

协议采用CSMA/CD。

总线速率为5Mb/s，帧平均长度为1000bit。

试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。

信号传播速率为2×108m/s。

答：

由题意，N=100

＝0.36973

0.693993697

每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值为：

34.7（帧/秒/站）

4.7简述网桥的工作原理及特点。

网桥、转发器以及以太网交换机三者异同点有哪些？

答：

网桥的工作原理：

当连接多个不同类型的局域网时，就需要在数据链路层扩展局域网，使用的设备为网桥。

网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

网桥具有过滤帧的功能。

当网桥收到—个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。

网桥工作在数据链路层，转发器工作在物理层，以太网交换机又叫多端口网桥。

4.11广域网中的主机为什么采用层次结构的编址方式？

答：

为了便于实现高效率的寻址。

5.2转发器、网桥和路由器都有何区别？

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。

5.3试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP协议的作用。

答：

IP：

网际协议，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地址映射成物理地址。

RARP（逆向地址解析协议）将物理地址映射成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。

5.5试说明IP地址与硬件地址