计算机网络教程第二版习题答案.docx
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计算机网络教程第二版习题答案
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、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？
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段续（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。
2、试简述分组交换的要点。
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。
3、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。
（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。
8、计算机网络可从哪几个方面进行分类？
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；
从网络的作用范围进行分类：
广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN、接入网AN；
从网络的使用者进行分类：
公用网和专用网。
9、计算机网络中的主干网和本地接入网各有何特点？
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。
10、计算机网络有哪几部分组成？
（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。
11、试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传达的报文共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？
对于电路交换，t=s时电路建立起来；
t=
时报文的最后1位发送完毕；
t=
时报文到达目的地。
对于分组交换，t=x/b时报文的最后1位发送完毕；
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
所以总的延迟为
为了使分组交换比电路交换快，令
，
12、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h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？
总时延T＝传播时延＋发送时延＋排队时延
对p取导，令导数为0：
，解得
16、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。
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100kbit/s。
（2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gbit/s。
（1）发送延迟=107/（100×1000）=100s
传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms
（2）发送延迟=103/（109）=10-6s=1µs
传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms
第2章计算机网络的协议与体系结构
2、协议与服务有何区别？
有何关系？
（1）协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。
服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。
（2）协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。
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）
1、物理层要解决哪些问题？
物理层的主要特点是什么？
（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。
4、物理层的接口有哪些方面的特性？
各包含什么内容？
（1）机械特牲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。
5、奈氏准则与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？
奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。
奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。
香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N），其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。
信息的传输速率“比特/每秒”一般在数量上大于码元的传输速率，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则MBaud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×nbit/s。
6、常见的传输媒体有哪几种？
各有何特点？
（1）双绞线：
抗电磁干扰；模拟传输和数字传输都可以使用双绞线
（2）同轴电缆：
同轴电缆具有很好的抗干扰特性
（3）光纤：
传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据；体积小，重量轻。
（4）电磁波：
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；微波传输质量较高；微波接力通信的可靠性较高；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：
相邻站之间必须直视，不能有障碍物。
微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
7、什么是曼彻斯特编码？
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是在前一个间隔为低电平而后一个间隔为高电平。
码元0则正好相反，从高电平变到低电平。
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。
8、模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么？
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。
10、什么场合使用EIA-232接口标准？
通常EIA-232用于标准电话线路（一个话路）的物理层接口
11、基带信号和宽带信号的传输各有什么特点？
（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。
12、有600MB（兆字节）的数据，需要从南京传送到北京。
一种方法是将数据可录到一张光盘上，然后托人乘火车将这光盘捎去。
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2.4kbit/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56kbit/s，其结果又如何？
假定连续传送且不出错。
若用2.4kbit/s速率，传600MB（=600×1048576×8=5033164800 bit）需要24.3天。
若用56kbit/s速率传送，则需时间1.21天。
实际上还不止这个数值。
因为在网络上传送数据时各层协议都有不同的开销。
因此这样做比托人乘火车捎去要慢，且更贵。
15、共有4个站进行码分多址通信。
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S：
（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。
问哪个站发送数据了？
发送数据的站发送的是1，还是0？
S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A发送1
S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B发送0
S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，C无发送
S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1，D发送1
第4章点对点信道的数据链路层
1、数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？
“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？
（1）数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输。
因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
（2）“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了。
但是，数据传输并不可靠。
在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”。
此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传等功能，才使不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输。
当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。
5、PPP协议的特点是什么？
它适用在什么情况下？
PPP协议是点对点线路中的数据链路层协议；它由三部分组成：
一个将IP数据报封装到串行链路的方法，一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP，一套网络控制协议；PPP是面向字节的，处理差错检测，支持多种协议；PPP不使用序号和确认机制，因此不提供可靠传输的服务。
它适用在线路质量不太差的情况下。
6、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？
添加的检验序列为1110（11010110110000除以10011）
数据在传输过程中最后一个1变成了0，11010110101110除以10011，余数为011，不为0，接收端可以发现差错。
数据在传输过程中最后两个1都变成了0，11010110001110除以10011，余数为101，不为0，接收端可以发现差错。
第5章局域网
3、数据传输速率为10Mbit/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？
以太网使用曼彻斯特编码，这就意味着发送的每一位都有两个信号周期。
标准以太网的数据速率是10Mb/s，因此波特率是数据率的两倍，即20M码元/秒。
4、试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。
“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是基带信号，“T”表示使用双绞线作为传输媒体。
5、10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s时，需要解决哪些技术问题？
以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按比例缩短，这样会影响冲突的检测。
所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，使参数a保持为较小的值，才能有效地检测冲突。
在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3标准规定的以太网最小最大帧长，使不同速率的以太网之间可方便地通信。
100bit/s的以太网采用保持最短帧长（64byte）不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m，同时将帧间间隔时间由原来的9.6μs，改为0.96μs。
1Gbit/s以太网采用保持网段的最大长度为100m的方法，用“载波延伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64字节，同时将争用字节增大为512字节。
传输媒体方面，10Mbit/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mbit/s和1Gbit/s以太网支持双绞线和光纤，10Gbit/s以太网只支持光纤。
6、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带宽。
（1）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网集线器；
（2）10站点连接到一个100Mbit/s以太网集线器；
（3）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网交换机。
（1）10个站共享10Mbit/s；
（2）10个站共享100Mbit/s；
（3）每一个站独占10Mbit/s。
7、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/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。
对于1km电缆，单程端到端传播时延为：
τ=1÷200000=5×10-6s=5μs，
端到端往返时延为：
2τ=10μs
为了能按照CSMA/CD工作，最小帧的发送时延不能小于10μs，以1Gb/s速率工作，10μs可发送的比特数等于：
10×10-6×1×109=10000bit=1250字节。
8、有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d，数据发送率为C，帧长为12500字节，信号在线路上的传播速率为2.5×108m/s。
距离d为25m和2500m，发送速率为10Mbit/s或10Gbit/s。
这样就有4种不同的组合。
试利用公式（5-1）分别计算4种不同情况下a的数值，并进行简单讨论。
d=25m
d=2500m
C=10Mbit/s
C=10Gbit/s
C=10Mbit/s
C=10Gbit/s
a
10-5
10-2
10-3
1
a越小，信道利用率越大
站点到集线器距离一定的情况下，数据发送率越高，信道利用率越低。
数据发送率相同的情况下，站点到集线器的距离越短，信道利用率越高。
9、为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不是用星型拓扑结构，但现在却改为使用星型拓扑结构？
当时很可靠的星型拓扑结构较贵。
人们都认为无源的总线结构更加可靠。
但实践证明，连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障，而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星型结构的集线器做得非常可靠。
因此现在的以太网一般都是用星型结构的拓扑。
10、假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。
另一个以太网的情况则反过来。
这两个以太网一个使用以太网集线器，另一个使用以太网交换机。
你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上。
以太网交换机用在这样的网络，其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网。
11、以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。
这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？
CSMA/CD是一种动态的媒体随机接入共享信道方式，而传统的时分复用TDM是一种静态的划分信道，所以对信道的利用，CSMA/CD是用户共享信道，更灵活，可提高信道的利用率，不像TDM，为用户按时隙固定分配信道，即使当用户没有数据要传送时，信道在用户时隙也是浪费的；也因为CSMA/CD是用户共享信道，所以当同时有用户需要使用信道时会发生碰撞，就降低信道的利用率，而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。
对局域网来说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较宽，如果使用TDM方式，用户在自己的时隙内没有数据发送的情况会更多，不利于信道的充分利用。
对计算机通信来说，突发式的数据更不利于使用TDM方式。
12、使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100m，信号在线路上传播速率为2×108m/s。
数据的发送速率为1Gbit/s。
试计算帧长度为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。
信道最大利用率Smax=1/（1+4.44a），最大吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s
帧长
512字节
1500字节
64000字节
a
0.122
0.0417
0.000977
Smax
0.6486
0.8438
0.9957
Tmax
648.6Mbit/s
843.8Mbit/s
995.7Mbit/s
可见，在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下，帧长度越大，信道利用率越大，信道的最大吞吐量越大。
13、以太网交换机有何特点？
用它怎样组成虚拟局域网？
特点：
以太网交换机实质就是一个多端口的的网桥，它工作在数据链路层上。
每一个端口都直接与一个主机或一个集线器相连，并且是全双工工作。
它能同时连通多对端口，使每一对通信能进行无碰撞地传输数据。
在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽。
以太网交换机支持存储转发方式，而有些交换机还支持直通方式。
但要应当注意的是：
用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段（减少了冲突域），但同一台交换机的各个网段仍属于同一个广播域。
因此，在需要时，应采用具VLAN能力的交换机划分虚拟网，以减少广播域（802.1q协议）。
14、网桥的工作原理和特点是什么？
网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？
网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传送的各种帧。
每当收到一个帧时，就先暂存在其缓冲中。
若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。
若该帧出现差错，则丢弃此帧。
网桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。
但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太大的局域网不适合。
网桥与转发器不同，
（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；
（2）网桥不像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；（3）转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法；（4）网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效率并连接不同MAC子层和不同速率局域网的作用。
以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2-4个端口；它们都工作在数据链路层；网桥的端口一般连接到局域网，而以太网的每个接口都直接与主机相连，交换机允许多对计算机间能同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。
所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥，连到交换机上的每台计算机就像连到网桥的一个局域网段上。
网桥采用存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转发。
以太网交换机采用了专用的交换机构芯片，转发速度比网桥快。
15、现有5个站分别连接在三个局域网上，并且用两个网桥连接起来（下图）。
每一个网桥的两个端口号都标明在图上。
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，即H1发送给H5，H3发送给H2，H4发送给H3，H2发送给H1。
试将有关数据填入下表中。
发送的帧
网桥1的转发表
网桥2的转发表
网桥1的处理的
（转发?
丢弃?
登记?
）
网桥2的处理的
（转发?
丢弃?
登记?
）
站地址
端口
站地址
端口
H1→H5
MAC1
1
MAC1
1
转发，写入转发表
转发，写入转发表
H3→H2
MAC3
2
MAC3
1
转发，写入转发表
转发，写入转发表
H4→H3
MAC4
2
MAC4
2
写入转发表，丢弃不转发
转发，写入转发表
H2→H1
MAC2
1
写入转发表，丢弃不转发
接收不到这个帧
16、WLAN的IEEE802.11标准的MAC协议有哪些特点？
为什么WLAN中不能使用冲突检测协议？
试说明RTS帧和CTS帧的作用。
称之为DFWMAC的无线局域网MAC协议提供了一个名为分布式协调功能（DCF）的分布式接入控制机
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