《计算机网络第四版》习题答案综述.docx

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《计算机网络第四版》习题答案综述

计算机网络

（第四版）

习题答案

第1章概述

1-3Theperformanceofaclient-serversystemisinfluencedbytwonetworkfactors:

thebandwidthofthenetwork（howmanybits/secitcantransport）andthelatency（howmanysecondsittakesforthefirstbittogetfromtheclienttotheserver）.Giveanexampleofanetworkthatexhibitshighbandwidthandhighlatency.Thengiveanexampleofonewithlowbandwidthandlowlatency.

客户-服务器系统的性能会受到两个网络因素的影响：

网络的带宽（每秒可以传输多少位数据）和延迟（将第一个数据位从客户端传送到服务器端需要多少秒时间）。

请给出一个网络的例子，它具有高带宽和高延迟。

然后再给出另一个网络的例子，它具有低带宽和低延迟。

答：

横贯大陆的光纤连接可以有很多千兆位/秒带宽，但是由于光速度传送要越过数千公里，时延将也高。

相反，使用56kbps调制解调器呼叫在同一大楼内的计算机则有低带宽和较低的时延。

1-4Besidesbandwidthandlatency,whatotherparameterisneededtogiveagoodcharacterizationofthequalityofserviceofferedbyanetworkusedfordigitizedvoicetraffic?

除了带宽和延迟以外，针对数字化的语音流量，想要让网络提供很好的服务质量，还需要哪个参数？

声音的传输需要相应的固定时间，因此网络时隙数量是很重要的。

传输时间可以用标准偏差方式表示。

实际上，短延迟但是大变化性比更长的延迟和低变化性更糟。

1-6Aclient-serversystemusesasatellitenetwork,withthesatelliteataheightof40,000km.Whatisthebest-casedelayinresponsetoarequest?

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。

1-9Agroupof2n-1routersareinterconnectedinacentralizedbinarytree,witharouterateachtreenode.Routericommunicateswithrouterjbysendingamessagetotherootofthetree.Therootthensendsthemessagebackdowntoj.Deriveanapproximateexpressionforthemeannumberofhopspermessageforlargen,assumingthatallrouterpairsareequallylikely.

在一个集中式的二叉树上，有2n-1个路由器相互连接起来；每个树节点上都有一个路由器。

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信息。

然后树根将消息送下来给j。

假设所有的路由器都是等概率出现的，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（50%）。

从根到n-1层的路径的路由器为0.25（25%）和n--2跳步。

因此，路径长度l为：

或

表达式归约为l＝n－2，平均的路由器到路由器路径为2n-4。

1-11Whataretworeasonsforusinglayeredprotocols?

请说出使用分层协议的两个理由？

答：

通过协议分层可以把设计问题划分成较小的易于处理的片段。

分层意味着某一层协议的改变不会影响高层或低层的协议。

1-13Whatistheprincipaldifferencebetweenconnectionlesscommunicationandconnection-orientedcommunication?

在无连接通信和面向连接的通信二者之间，最主要的区别是什么？

答：

主要的区别有两条。

其一：

面向连接通信分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。

只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。

接着，当数据传输完毕，必须释放连接。

而无连接通信没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

其二：

面向连接的通信具有数据的保序性，而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。

1-14Twonetworkseachprovidereliableconnection-orientedservice.Oneofthemoffersareliablebytestreamandtheotheroffersareliablemessagestream.Aretheseidentical?

Ifso,whyisthedistinctionmade?

Ifnot,giveanexampleofhowtheydiffer.

两个网络都可以提供可靠的面向连接的服务。

其中一个提供可靠的字节流，另一个提供可靠的报文流。

这二者是否相同？

如果你认为相同的话，为什么要有这样的区别？

如果不相同，请给出一个例子说明它们如何不同。

答：

不相同。

在报文流中，网络保持对报文边界的跟踪；而在字节流中，网络不做这样的跟踪。

例如，一个进程向一条连接写了1024字节，稍后又写了另外1024字节。

那么接收方共读了2048字节。

对于报文流，接受方将得到两个报文。

每个报文1024字节。

而对于字节流，报文边界不被识别。

接收方把全部的2048个字节当作一个整体，在此已经体现不出原先有两个报文的事实。

1-17Insomenetworks,thedatalinklayerhandlestransmissionerrorsbyrequestingdamagedframestoberetransmitted.Iftheprobabilityofaframe'sbeingdamagedisp,whatisthemeannumberoftransmissionsrequiredtosendaframe?

Assumethatacknowledgementsareneverlost.

在有些网络中，数据链路层处理传输错误的做法是，请求重传被损坏的帧。

如果一帧被损坏的概率为p，那么发送一帧所需要的平均传输次数是多少？

假设确认帧永远不会丢失。

帧请求正好是k次的概率Pk，就是起初的k-1次尝试都失败的概率。

pk-1,乘以第k次传输成功的概率。

平均传输次数就是

1-22WhatisthemaindifferencebetweenTCPandUDP?

TCP和UDP之间最主要的区别是什么？

TCP是面向连接的，而UDP是一种数据报服务。

1-25Whenafileistransferredbetweentwocomputers,twoacknowledgementstrategiesarepossible.Inthefirstone,thefileischoppedupintopackets,whichareindividuallyacknowledgedbythereceiver,butthefiletransferasawholeisnotacknowledged.Inthesecondone,thepacketsarenotacknowledgedindividually,buttheentirefileisacknowledgedwhenitarrives.Discussthesetwoapproaches.

当一个文件在两台计算机之间传输的时候，可能会有两种不同的确认策略。

在第一种策略中，该文件被分解成许多个分组，接收方会独立地确认每一个分组，但是文件传输过程作为整体并没有被确认。

在第二种策略中，这些分组并没有被单独地确认，但是当整个文件到达的时候，它会被确认。

请讨论这两种方案。

如果网络容易丢失分组，那么对每一个分组逐一进行确认较好，此时仅重传丢失的分组。

而在另一方面，如果网络高度可靠，那么在不发差错的情况下，仅在整个文件传送的结尾发送一次确认，从而减少了确认的次数，节省了带宽；不过，即使有单个分组丢失，也需要重传整个文件。

1-27Howlongwasabitontheoriginal802.3standardinmeters?

Useatransmissionspeedof10Mbpsandassumethepropagationspeedincoaxis2/3thespeedoflightinvacuum.

在原始的802.3标准中，一位是多长（按米来计算）？

请使用10Mbps的传输速率，并且假设同轴电缆的传播速度是真空中光速的2/3.

波在同轴电缆中的速度是大约200,000km/sec,即200m/μsec.在10Mbps,传输一位需要0.1μsec。

因此,这个位在时间上持续0.1μsec,在此期间传播20meters。

因此，这里的一位是20米。

1-28Animageis1024x768pixelswith3bytes/pixel.Assumetheimageisuncompressed.Howlongdoesittaketotransmititovera56-kbpsmodemchannel?

Overa1-Mbpscablemodem?

Overa10-MbpsEthernet?

Over100-MbpsEthernet?

一幅图像的分辨率为1024×768像素，每个像素用3字节来标识。

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（cablemodem）呢？

通过10Mbps的因特网呢？

通过100Mbps的因特网呢？

图像是1024×768×3bytes或2,359,296bytes.就是18,874,368bits.在56,000bits/sec速度下,传输需要大约337.042sec.在1,000,000bits/sec,需要大约18.874sec.在10,000,000bits/sec,需要大约1.887sec.在100,000,000bits/sec,需要大约0.189sec.

1-30Wirelessnetworksareeasytoinstall,whichmakestheminexpensivesinceinstallationcostsusuallyfarovershadowequipmentcosts.Nevertheless,theyalsohavesomedisadvantages.Nametwoofthem.

无线网络很容易安装，这使得它们并不非常昂贵。

因为安装费用通常会占去整个设备费用的很大比例。

然而，它们也有一些缺点。

请说出两个缺点。

一个缺点是安全性。

每个碰巧在此房屋内的随机发送者都能在网络上监听。

另一个缺点是可靠性。

无线网络造成大量错误。

第三个潜在的问题是电池寿命，因为多数无线设备倾向于可移动性。

1-31Listtwoadvantagesandtwodisadvantagesofhavinginternationalstandardsfornetworkprotocols.

请列举出网络协议国际标准化的两个优点和缺点。

优点1：

如果每个人都使用标准，那么每个人都可以与其他任何人交流；优点2：

广泛使用标准将导致规模经济，比如生产大规模集成电路芯片。

缺点1：

为了取得标准化所需要的政治妥协经常会导致差的标准；缺点2：

一旦标准被广泛采用了，要对它再做改变就会非常困难，即使发现了新的更好的技术或方法，也难以替换。

第2章物理层

2-2Anoiseless4-kHzchannelissampledevery1msec.Whatisthemaximumdatarate?

一条无噪声4kHz信道按照每1ms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。

2-3Televisionchannelsare6MHzwide.Howmanybits/seccanbesentiffour-leveldigitalsignalsareused?

Assumeanoiselesschannel.

电视频道的带宽是6MHz。

如果使用4级数字信号，则每秒钟可以发送多少位？

假设电视频道为无噪声信道。

答：

采样频率12MHz，每次采样2bit，总的数据率为24Mbps。

2-4Ifabinarysignalissentovera3-kHzchannelwhosesignal-to-noiseratiois20dB,whatisthemaximumachievabledatarate?

如果在一条3kHz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log2101≈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。

2-5Whatsignal-to-noiseratioisneededtoputaT1carrierona50-kHzline?

在50kHz的线路上使用T1线路需要多大的信噪比？

答：

为发送T1信号，我们需要

所以，在50kHz线路上使用T1载波需要93dB的信噪比。

2-7Howmuchbandwidthistherein0.1micronofspectrumatawavelengthof1micron?

在1μm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。

2-8Itisdesiredtosendasequenceofcomputerscreenimagesoveranopticalfiber.Thescreenis480x640pixels,eachpixelbeing24bits.Thereare60screenimagespersecond.Howmuchbandwidthisneeded,andhowmanymicronsofwavelengthareneededforthisbandat1.30microns?

现需要在一条光纤发送一系列计算机屏幕图像，屏幕的分辨率为480×640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

。

2-18Asimpletelephonesystemconsistsoftwoendofficesandasingletollofficetowhicheachendofficeisconnectedbya1-MHzfull-duplextrunk.Theaveragetelephoneisusedtomakefourcallsper8-hourworkday.Themeancalldurationis6min.Tenpercentofthecallsarelong-distance（i.e.,passthroughthetolloffice）.Whatisthemaximumnumberoftelephonesanendofficecansupport?

（Assume4kHzpercircuit.）

一个简单的电话系统包括两个端局和一个长途局，每个端局通过一条1MHz全双工干线连接到长途局。

在每8小时的工作日中，平均每部电话有4次呼叫，每次呼叫平均6分钟，10%的呼叫是长途（即通过长途局）。

请问一个端局能够支持最多多少部电话？

（假设每条线路为4kHz）

答：

每部电话每小时做0.5次通话，每次通话6分钟。

因此一部电话每小时占用一条电路3分钟，60/3=20，即20部电话可共享一条线路。

由于只有10%的呼叫是长途，所以200部电话占用一条完全时间的长途线路。

局间干线复用了1000000/4000=250条线路，每条线路支持200部电话，因此，一个端局可以支持的电话部数为200*250=50000。

2-22AmodemconstellationdiagramsimilartoFig.2-25hasdatapointsatthefollowingcoordinates:

（1,1）,（1,-1）,（-1,1）,and（-1,-1）.Howmanybpscanamodemwiththeseparametersachieveat1200baud?

一个类似于图2.25的调制解调器星座图有以下几个坐标点（1，1）、（1，-1）、（-1，1）、（-1，-1）。

请问一个具备这些参数的调制解调器在1200波特上可以达到多少bps？

每个波特有4个合法值，因此比特率是波特率的两倍。

对应于1200波特，数据速率是2400bps。

2-28Tensignals,eachrequiring4000Hz,aremultiplexedontoasinglechannelusingFDM.Howmuchminimumbandwidthisrequiredforthemultiplexedchannel?

Assumethattheguardbandsare400Hzwide.

有10个信号，每个都要求4000Hz，现在用FDM将它们复用在一条信道上。

对于被复用的信道，最小要求多少带宽？

假设防护频段为400Hz宽。

有10个4000Hz信号。

我们需要9个防护频段来避免干扰。

最小带宽需求是4000×10+400×9=43,600Hz.

2-29WhyhasthePCMsamplingtimebeensetat125µsec?

答：

125

的采样时间对应于每秒8000次采样。

一个典型的电话通道为4kHz。

根据奈奎斯特定理，为获取一个4kHz的通道中的全部信息需要每秒8000次的采样频率。

（实际上额定带宽稍有些少，截止点并不清晰）

2-30WhatisthepercentoverheadonaT1carrier;thatis,whatpercentofthe1.544Mbpsarenotdeliveredtotheenduser?

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%。

2-33Whatisthedifference,ifany,betweenthedemodulatorpartofamodemandthecoderpartofacodec?

（Afterall,bothconvertanalogsignalstodigitalones.）

答：

有。

编码器接受任意的模拟信号，并从它产生数字信号。

而解调器仅仅接受调制了的正弦（或余弦）波，产生数字信号。

2-34Asignalistransmitteddigitallyovera4-kHznoiselesschannelwithonesampleevery125µsec.Howmanybitspersecondareactuallysentforeachoftheseencodingmethods?

（a）CCITT2.048Mbpsstandard.（b）DPCMwitha4-bitrelativesignalvalue.（c）Deltamodulation.

答：

a．CCITT2.048Mbps标准用32个8位数据样本组成一个125

的基本帧，30个信道用于传信息，2个信道用于传控制信号。

在每一个4kHz信道上发送的数据率就是

8*8000=64kbps。

b．差分脉码调制（DPCM）是一种压缩传输信息量的方法，它发送的不是每一次抽样的二进制编码值，而是两次抽样的差值的二进制编码。

现在相对差值是4位，所以对应每个4kHz信道实际发送的比特速率为4*8000=32bps。

c．增量调制的基本思想是：

当抽样时间间隔st很短时，模拟数据在两次抽样之间的变化很小，可以选择一个合适的量化值?

作为阶距。

把两次抽