計算機通信與網絡習題解答

第一章習題解答1.1什么是計算機網絡？答：我們可以把計算機網絡定義為：把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機，通過通信設備和線路連接起來，在功能完善的網絡軟件運行下，以實現(xiàn)網絡中資源共享為目標的系統(tǒng)。1.2試分析闡述計算機網絡與分布式系統(tǒng)的異同點。答：計算機網絡是把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機，通過通信設備和線路連接起來，實現(xiàn)資源的共享；分布式系統(tǒng)是在分布式計算機操作系統(tǒng)或應用系統(tǒng)的支持下進行分布式數(shù)據(jù)處理和各計算機之間的并行工作，分布式系統(tǒng)在計算機網絡基礎上為用戶提供了透明的集成應用環(huán)境。所以，分布式系統(tǒng)和計算機網絡之間的區(qū)別主要在軟件系統(tǒng)。1.3計算機網絡的拓撲結構種類有哪些？各自的特點是什么？答：網絡的拓撲（Topology）結構是指網絡中各節(jié)點的互連構形，也就是連接布線的方式。網絡拓撲結構主要有五種：星形、樹形、總線形、環(huán)形和網絡形，如圖1.1所示。圖1.1星形結構的特點是存在一個中心節(jié)點，其他計算機與中心節(jié)點互連，系統(tǒng)的連通性與中心節(jié)點的可靠性有很大的關系。樹形結構的特點是從根節(jié)點到葉子節(jié)點呈現(xiàn)層次性?？偩€形結構的特點是存在一條主干線，所有的計算機連接到主干線上。環(huán)形結構是將所有計算機連接到一個環(huán)形的線路，每兩個計算機之間有兩條線路相連。網絡型是一種不規(guī)則的連接，事實上，目前的因特網就是這種拓撲結構。1.4從邏輯功能上看，計算機網絡由哪些部分組成？各自的內涵是什么？答：根據(jù)定義我們可以把一個計算機網絡概括為一個由通信子網和終端系統(tǒng)組成的通信系統(tǒng)終端系統(tǒng)：終端系統(tǒng)由計算機、終端控制器和計算機上所能提供共享的軟件資源和數(shù)據(jù)源（如數(shù)據(jù)庫和應用程序）構成。計算機通過一條高速多路復用線或一條通信鏈路連接到通信子網的結點上。終端用戶通常是通過終端控制器訪問網絡。終端控制器能對一組終端提供幾種控制，因而減少了終端的功能和成本。通信子網：通信子網是由用作信息交換的網絡結點和通信線路組成的獨立的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它承擔全網的數(shù)據(jù)傳輸、轉接、加工和變換等通信處理工作。網絡結點提供雙重作用：一方面作終端系統(tǒng)的接口，同時也可作為對其他網絡結點的存儲轉發(fā)結點。作為網絡接口結點，接口功能是按指定用戶的特定要求而編制的。由于存儲轉發(fā)結點提供了交換功能，故報文可在網絡中傳送到目的結點。它同時又與網絡的其余部分合作，以避免擁塞并提供網絡資源的有效利用。1.5由n個結點構成的一星型拓撲結構的網絡中，共有多少個直接的連接？對由n個結點構成的環(huán)狀拓撲結構的網絡中呢？對由n個結點構成的全連接網絡中呢？星型結構樹型結構總線型結構環(huán)型結構網絡型結構答：在由n個結點構成的一星型拓撲結構的網絡中有（n-1）個直接連接。在由n個結點構成的環(huán)狀拓撲結構的網絡中有（n）個直接連接。在由n個結點構成的全連接拓撲結構的網絡有（n－1）n/2個直接連接。1.6在廣播式網絡中，當多個節(jié)點試圖同時訪問通信通道時，信道將會產生沖突，所有節(jié)點都無法發(fā)送數(shù)據(jù)，形成信道容量的浪費。假設可以把時間分割成時間片，n個節(jié)點中每個節(jié)點在每個時間片試圖使用信道的概率為p，試計算由于沖突而浪費的時間片的百分比。答：每個時間片只有一個節(jié)點訪問的概率為：p(1-pn-1+p(1-pn-1+….+p(1-pn-1=n*p(1-pn-1從而每個時間片沖突的概率為：1-n*p(1-pn-1即位由于沖突而浪費的時間片百分比。1.7什么是網絡體系結構？為什么要定義網絡的體系結構？答：計算機網絡體系結構是計算機網絡的分層及其服務和協(xié)議的集合，也就是它們所應完成的所有功能的定義，是用戶進行網絡互連和通信系統(tǒng)設計的基礎。因此，體系結構是一個抽象的概念，它只從功能上描述計算機網絡的結構，而不涉及每層的具體組成和實現(xiàn)細節(jié)。計算機網絡由多個互連的節(jié)點組成，節(jié)點之間要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信息,要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù),每個節(jié)點就必須遵守一整套合理而嚴謹?shù)囊?guī)則，才能實現(xiàn)網絡的互連，網絡的體系結構包含了各個層次的服務及協(xié)議規(guī)程，為軟件和硬件的具體實現(xiàn)提供了統(tǒng)一的規(guī)范。1.8什么是網絡協(xié)議？由哪幾個基本要素組成？答：簡單地說，協(xié)議是指通信雙方必須遵循的、控制信息交換的規(guī)則的集合，是一套語義和語法規(guī)則，用來規(guī)定有關功能部件在通信過程中的操作，它定義了數(shù)據(jù)發(fā)送和接收工作中必經的過程。協(xié)議規(guī)定了網絡中使用的格式、定時方式、順序和檢錯。一般說，一個網絡協(xié)議主要由語法、語義和同步三個要素組成。語法：指數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式，確定通信時采用的數(shù)據(jù)格式，編碼及信號電平等。即對所表達內容的數(shù)據(jù)結構形式的一種規(guī)定,也即"怎么講".例如,在傳輸一份數(shù)據(jù)報文時數(shù)據(jù)格式,傳輸一封信函的地址格式等。語義：協(xié)議的語義是指對構成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋,也即"講什么".不同類型的協(xié)議元素規(guī)定了通信雙方所要表達的不同內容(含義.例如,在基本型數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議中規(guī)定,協(xié)議元素SOH的語義表示所傳輸報文的報頭開始;而協(xié)議元素ETX的語義,則表示正文結束等。同步：規(guī)定了事件的執(zhí)行順序.例如在雙方通信時,首先由源站發(fā)送一份數(shù)據(jù)報文,如果目標站收到的是正確的報文,就應遵循協(xié)議規(guī)則,利用協(xié)議元素ACK來回答對方,以使源站知道其所發(fā)出的報文已被正確接收。1.9試分析協(xié)議分層的理由。答：在設計和選擇協(xié)議時，不僅要考慮網絡系統(tǒng)的拓撲結構、信息的傳輸量、所采用的傳輸技術、數(shù)據(jù)存取方式，還要考慮到其效率、價格和適應性等問題。因此，協(xié)議的分層可以將復雜的問題簡單化。通信協(xié)議可被分為多個層次，在每個層次內又可分成若干子層次，協(xié)議各層次有高低之分。每一層和相鄰層有接口，較低層通過接口向它的上一層提供服務，但這一服務的實現(xiàn)細節(jié)對上層是屏蔽的。較高層又是在較低層提供的低級服務的基礎上實現(xiàn)更高級的服務。采用層次化方法的優(yōu)點是：各層之間相互獨立,即不需要知道低層的結構,只要知道是通過層間接口所提供的服務；靈活性好,是指只要接口不變就不會因層的變化(甚至是取消該層而變化；各層采用最合適的技術實現(xiàn)而不影響其他層；有利于促進標準化,是因為每層的功能和提供的服務都已經有了精確的說明。1.10OSI參考模型的層次劃分原則是什么？畫出OSI－RM模型的結構圖，并說明各層次的功能。答：OSI-RM體系結構是一種分層的結構，它遵循協(xié)議分層的原則，具體體現(xiàn)在：(1層次不能太多,也不能太少。太多則系統(tǒng)的描述和集成都有困難,太少則會把不同的功能混雜在同一層次中。(2每一層應該有明確定義的功能,這種功能應在完成的操作過程方面,或者在涉及的技術方面與其他功能層次有明顯不同,因而類似的功能應歸人同一層次。(3每一層的功能要盡量局部化。這樣,隨著軟硬件技術的進展,層次的協(xié)議可以改變,層次的內部結構可以重新設計,但是不影響相鄰層次的接口和服務關系。(4考慮數(shù)據(jù)處理的需要。在數(shù)據(jù)處理過程需要不同的抽象級(例如,詞法,句法,語義等的地方設立單獨的層次。(5每一層只與它的上,下鄰層產生接口,規(guī)定相應的業(yè)務.在同一層內相應子層的接口也適用這一原則。如圖所示,OSI七層模型從下到上分別為物理層(PhysicalLayer,數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer,網絡層(NetworkLayer,傳輸層(TransportLayer,會話層(SessionLayer,表示層(PresentationLayer和應用層(ApplicationLayer。各層的功能如下：物理層：利用傳輸介質為通信的網絡結點之間建立、維護和釋放物理連接，實現(xiàn)比特流的透明傳輸，進而為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務。數(shù)據(jù)鏈路層：在物理層提供服務的基礎上，在通信的實體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以幀(frame為單位的數(shù)據(jù)包，并采取差錯控制和流量控制的方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。網絡層：控制著通信子網的運行，為以分組（packet）為單位的數(shù)據(jù)包通過通信子網選擇適當?shù)穆酚?，并實現(xiàn)擁塞控制、網絡互連等功能。傳輸層：向用戶通過可靠的端到端（end-to-end）的數(shù)據(jù)傳輸服務，實現(xiàn)為上層屏蔽低層的數(shù)據(jù)傳輸問題。會話層：負責維護通信中兩個結點之間的會話連接的建立、維護和斷開，以及數(shù)據(jù)的交換。表示層：用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)的加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復等功能。應用層：為應用程序通過網絡服務，它包含了各種用戶普通使用的協(xié)議。圖OSI-RM層次模型1.11在OSI參考模型中各層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU是什么？答：(N+1層實體通過訪問SAP向(N層實體發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(ProtocolDataUnit。PDU由兩部分造成，如(N層PDU的構成如圖1.9所示。一部分為本層用戶的數(shù)據(jù)，記為(N用戶數(shù)據(jù)；另一部分為本層的協(xié)議控制信息，記為(NPCI(ProtocolControlInformation。PCI就是前面講到的每一層傳遞過程中加上的包頭。圖1.9PDU的組成1.10在試比較OSI-RM與TCP/IP模型的異同點。答：它們的相同點主要體現(xiàn)在：1）都參與層次化模型，TCP/IP與OSI-RM都采用層次化體系結構，都按功能分層。其差別主要體現(xiàn)在以下兩方面:1）出發(fā)點不同OSI-RM是作為國際標準而制定的,不得不兼顧各方,考慮各種情況,造成OSI-RM相對比較復雜,協(xié)議的數(shù)量和復雜性都遠高于TCP/IP。早期TCP/IP協(xié)議是為軍用網ARPANET設計的體系結構,一開始就考慮了一些特殊要求,如可用性,殘存性,安全性,網絡互聯(lián)性以及處理瞬間大信息量的能力等。此外,TCP/IP是最早的互聯(lián)協(xié)議,它的發(fā)展順應社會需求,來自實踐,在實踐中不斷改進與完善,有成熟的產品和市場,為人們所廣泛接受。2）對以下問題的處理方法不相同①對層次間的關系。OSI-RM是嚴格按"層次"關系處理的,兩個(N實體通信必須通過下一層的(N—1實體,不能越層.而TCP/IP則不同,它允許越層直接使用更低層次所提供的服務。因此,這種關系實際上是"等級"關系,這種等級關系減少了一些不必要的開銷,提高了協(xié)議的效率。②對異構網互連問題。TCP/IP一開始就考慮對異構網絡的互連，并將互連協(xié)議IP單設一層。但OSI-RM最初只考慮用一個標準的公用數(shù)據(jù)網互聯(lián)不同系統(tǒng),后來認識到互聯(lián)協(xié)議的重要性,才在網絡層中劃出一個子層來完成IP任務。③OSI-RM開始只提供面向連接的服務,而TCP/IP一開始就將面向連接和無連接服務并重,因為無連接的數(shù)據(jù)報服務,對互聯(lián)網中的數(shù)據(jù)傳送和分組話音通信是很方便的。此外,TCP/IP有較好的網絡管理功能,而OSI-RM也是到后來才考慮這個問題。1.11設有一個系統(tǒng)具有n層協(xié)議，其中應用進程生成長度為m字節(jié)的數(shù)據(jù)，在每層都加上長度為h字節(jié)的報頭，試計算傳輸報頭所占用的網絡帶寬百分比。答：若應用層數(shù)據(jù)長度為m字節(jié)，則每一層加h字節(jié)的報頭，經過n層后總數(shù)據(jù)長度為：m+n*h,從而，傳輸報頭所占用的網絡帶寬百分比為：n*h/（m+n*h）第二章習題解答2.01試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型并說明其主要組成構件的作用。答：1）信源和信宿信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的設備；信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的設備，在實際應用中，大部分信源和信宿設備都是計算機或其他數(shù)據(jù)終端設備(dataterminalequipment，DTE。2）信道信道是通信雙方以傳輸媒體為基礎的傳輸信息的通道，它是建立在通信線路及其附屬設備(如收發(fā)設備上的。該定義似乎與傳輸媒體一樣，但實際上兩者并不完全相同。一條通信介質構成的線路上往往可包含多個信道。信道本身也可以是模擬的或數(shù)字方式的，用以傳輸模擬信號的信道叫做模擬信道，用以傳輸數(shù)字信號的信道叫做數(shù)字信道。3）信號轉換設備其作用是將信源發(fā)出的信息轉換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?，對應不同的信源和信道，信號轉換設備有不同的組成和變換功能。發(fā)送端的信號轉換設備可以是編碼器或調制器，接收端的信號轉換設備相對應的就是譯碼器或解調器。2.02試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)，信號，模擬數(shù)據(jù)，模擬信號，數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號。答：數(shù)據(jù)：通常是指預先約定的具有某種含義的數(shù)字、符號和字母的組合。信號：信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波的表示形式。模擬數(shù)據(jù)：取值是連續(xù)的數(shù)據(jù)。模擬信號：是指幅度隨時間連續(xù)變化的信號。數(shù)字數(shù)據(jù)：取值是離散的數(shù)據(jù)。數(shù)字信號：時間上是不連續(xù)的、離散性的信號2.03什么叫傳信速率？什么叫傳碼速率？說明兩者的不同與關系。答：傳信速率又稱為比特率，記作Rb，是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸二進制碼元的個數(shù)，單位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。傳碼速率又稱為調制速率、波特率，記作NBd，是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸信號碼元的個數(shù)，單位是波特（Baud）。若是二電平傳輸，則在一個信號碼元中包含一個二進制碼元，即二者在數(shù)值上是相等的；若是多電平（M電平）傳輸，則二者在數(shù)值上有Rb=NBd×log2M的關系。2.04設數(shù)據(jù)信號碼元長度為833×10-6秒，若采用16電平傳輸，試求傳碼速率和傳信速率。答：由于T=833×10-6秒，所以傳碼速率NBd=1/T≈1200波特由于傳送的信號是16電平，所以，M=16。則傳信速率Rb=NBdlog2M=4800bit/s。2.05異步傳輸中，假設停止位為1位，無奇偶校驗，數(shù)據(jù)位為8位，求傳輸效率為多少？答：傳輸效率=字符的數(shù)據(jù)位/字符的總長度則傳輸效率=8/（1+1+8）×100%=80%2.06奈氏準則與香農公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么？比特和波特有何區(qū)別?答：奈氏準則與香農公式的意義在于揭示了信道對數(shù)據(jù)傳輸率的限制，只是兩者作用的范圍不同。奈氏準則給出了每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元的傳輸速率是每秒2個碼元。香農公式則推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率C=Wlog2（1+S/N），其中W為信道的帶寬（以赫茲為單位），S為信道內所傳信號的平均功率，N為信道內部的高斯噪聲功率。比特和波特是兩個完全不同的概念，比特是信息量的單位，波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝弧５畔⒌膫鬏斔俾省氨忍?每秒”一般在數(shù)量上大于碼元的傳輸速率“波特”，且有一定的關系，若使1個碼元攜帶n比特的信息量，則MBaud的碼元傳輸速率所對應的信息傳輸率為M×nbit/s。2.07假設帶寬為3000Hz的模擬信道中只存在高斯白噪聲，并且信噪比是20dB，則該信道能否可靠的傳輸速率為64kb/s的數(shù)據(jù)流？答：按Shannon定理：在信噪比為20db的信道上，信道最大容量為：C=Wlog2(1+S/N已知信噪比電平為20db，則信噪功率比S/N=100C=3000?log2(1+100=3000?6.66=19.98kbit/s則該信道不能可靠的傳輸速率為64kb/s的數(shù)據(jù)流2.08常用的傳輸媒體有哪幾種?各有何特點?答：有線傳輸媒體主要有雙絞線、同軸電纜和光纜等，無線傳輸媒體主要包括無線電波、地面微波、衛(wèi)星微波、紅外線。特點請參見教材23-27頁。2.09什么是曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼?其特點如何?答：在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。差分曼徹斯特碼是差分編碼和曼徹斯特編碼相結合的一種編碼方式，首先按照差分編碼的規(guī)則變換成差分碼，再按照曼徹斯特編碼規(guī)則進行轉換即可。2.10數(shù)字通信系統(tǒng)具有哪些優(yōu)點？它的主要缺點是什么？答：優(yōu)點：抗干擾能力強，尤其是數(shù)字信號通過中繼再生后可消除噪聲積累;數(shù)字信號易于加密處理，所以數(shù)字通信保密性強。其缺點是比模擬信號占帶寬。2.11帶寬為6MHz的電視信道，如果使用量化等級為4的數(shù)字信號傳輸，則其數(shù)據(jù)傳輸率是多少？假設信道是無噪聲的。答：由奈氏準則，其數(shù)據(jù)傳輸率=2Wlog2M=2×6M×log24=24Mbit/s2.12對于帶寬為3kHz、信噪比為20dB的信道，當其用于發(fā)送二進制信號時，它的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？答：按Shannon定理：在信噪比為20db的信道上，信道最大容量為：C=Wlog2(1+S/N已知信噪比電平為20db，則信噪功率比S/N=100C=3000?log2(1+100=3000?6.66=19.98kbit/s而奈氏極限值是6kbit/s，顯然，瓶頸是奈氏極限，所以，最大傳輸速率是6kbit/s2.13一個每毫秒鐘采樣一次的4kHz無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？答：不管采樣速率如何，一個無噪聲信道都可以運載任意數(shù)量的信息，因為每個采樣值都可以發(fā)送大量數(shù)據(jù)。事實上，對于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率來采樣是沒有意義的。因為本題中每毫秒采樣一次，則采樣頻率為1000次/秒，若每個采樣點的值用4bit編碼，則速率是4kb/s,若每個采樣點的值用16bit編碼，則速率可達16kb/s。2.14什么是多路復用？按照復用方式的不同，多路復用技術基本上分為幾類？分別是什么？答：多路復用技術是指在一條傳輸信道中傳輸多路信號，以提高傳輸媒體利用率的技術。分為：時分復用、頻分復用、碼分復用和波分復用四類。2.15比較頻分多路復用和時分多路復用的異同點。答：略，見教材41-43頁。2.16簡述電路交換和分組交換的優(yōu)缺點。答：電路交換的優(yōu)點：電路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信（全程≤200ms）。缺點：（1）在通信前要通過呼叫，為主、被叫用戶建立一條物理的、邏輯的連接。（2）電路交換是預分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也虛占電路，據(jù)統(tǒng)計，傳送數(shù)字話音時電路利用率僅為36%。（3）在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務。分組交換優(yōu)點：（1）能夠實現(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設備（含有不同的傳輸速率、不同的代碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的通信。（2）分組多路通信功能。（3）數(shù)據(jù)傳輸質量高、可靠性高。（4）經濟性好。缺點：（1）由于采用存儲—轉發(fā)方式處理分組，所以分組在網內的平均時延可達幾百毫秒（2）每個分組附加的分組標題，都會需要交換機分析處理，而增加開銷，因此分組交換適宜于計算機通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務的需求，而不適合于在實時性要求高、信息量大的環(huán)境中應用；（3）分組交換技術比較復雜，涉及到網絡的流量控制、差錯控制、代碼、速率的變換方法和接口；網絡的管理和控制的智能化等。2.17在循環(huán)冗余校驗系統(tǒng)中，利用生成多項式G（x）=x5+x4+x+1判斷接收到的報文010110001101是否正確？并計算100110001的冗余校驗碼。答：若收到的報文是1010110001101，則用其去除以生成多項式對應的碼組110011，11000100110011?101011000110111001111000011001111001111001101≠0可知結果不是全零，所以肯定是有錯的。當要發(fā)送的數(shù)據(jù)是100110001，根據(jù)生成多項式，可知所對應的冗余校驗碼為5位，則在100110001后添加00000，用10011000100000/110011后，所得余數(shù)為110，則冗余校驗碼為00110。2.18一碼長為n=15的漢明碼，監(jiān)督位應為多少？編碼效率為多少？答：因為對于漢明碼來說，應滿足2r-1≥n又因為n=15，所以監(jiān)督位r至少應為4。編碼效率100%kRn=?154100%15-=?=73.3%2.19已知（7，4）漢明碼接收碼組為0100100，計算其校正子并確定錯碼在哪一位。答：因為校正子S1=c6⊕c5⊕c4⊕c2=0，S2=c6⊕c5⊕c3⊕c1=1，S3=c6⊕c4⊕c3⊕c0=0，因為三個校正因子不全為0，說明碼字有錯。S=S1S2S3=010，說明信息位c1有錯，將c1上的0變?yōu)?，即可糾正錯誤。2.20常用的差錯控制的方法有哪些？各有什么特點？答：（1）自動請求重發(fā)（ARQ）：接收端檢測到接收信息有錯時，通過自動要求發(fā)送端重發(fā)保存的副本以達到糾錯的目的，這種方式需要在發(fā)送端把所要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列編成能夠檢測錯誤的碼，在后面的數(shù)據(jù)鏈路層中將會詳細介紹這種差錯控制的方法。（2）前向糾錯（FEC）：接收端檢測到接收信息有錯后，通過計算，確定差錯的位置，并自動加以糾正，這種方式需要發(fā)送端將輸入的數(shù)據(jù)序列變換成能夠糾正錯誤的碼。（3）混合方式：接收端采取糾檢錯混合（在ATM中應用），即對少量差錯予以自動糾正，而超過其糾正能力的差錯則通過重發(fā)的方法加以糾正。（4）信息反饋（IRQ）：接收端把收到的數(shù)據(jù)序列全部由反向信道送回給發(fā)送端，發(fā)送端比較其發(fā)送的數(shù)據(jù)序列與送回的數(shù)據(jù)序列，從而發(fā)現(xiàn)是否有錯誤，并把認為錯誤的數(shù)據(jù)序列的原始數(shù)據(jù)再次發(fā)送，直到發(fā)送端沒有發(fā)現(xiàn)錯誤為止，這種方式不需要發(fā)送端進行差錯控制編碼。2.21簡述（7，4）漢明碼中7和4的含義。答：7是指一個碼組的總長度是7位，4是指一個碼組中信息位的長度是4位。2.22簡述DTE和DCE的概念。答：DTE：數(shù)據(jù)終端設備（DTE，DataTerminalEquipment）是泛指智能終端（各類計算機系統(tǒng)、服務器）或簡單終端設備（如打印機），內含數(shù)據(jù)通信（或傳輸）控制單元，其又稱為計算機系統(tǒng)。DCE：數(shù)據(jù)電路終接設備（DCE，DataCircuitTerminatingEquipment）是指用于處理網絡通信的設備。2.23物理層接口標準包含哪方面的特性？每種特性的具體含義是什么？答：包含四個方面的特性：機械特性、電氣特性、規(guī)程特性和功能特性。機械特性規(guī)定了接插件的幾何尺寸和引線排列。電氣特性描述了通信接口的發(fā)信器（驅動器）、接收器的電氣連接方法及其電氣參數(shù)，如信號電壓（或電流、信號源、負載阻抗等）。功能特性描述了接口執(zhí)行的功能，定義接插件的每一引線（針，Pin）的作用。規(guī)程特性描述通信接口上傳輸時間與控制需要執(zhí)行的事件順序。第三章習題解答3.1簡述數(shù)據(jù)鏈路層的功能。答：數(shù)據(jù)鏈路層是在物理層提供的比特流傳送服務的基礎上，通過一系列的控制和管理，構成透明的、相對無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，向網絡層提供可靠、有效的數(shù)據(jù)幀傳送的服務。其主要功能包括：鏈路管理，幀定界，流量控制，差錯控制，數(shù)據(jù)和控制信息的識別，透明傳輸，尋址。3.2試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)電路，數(shù)據(jù)鏈路，主站，從站，復合站。答：數(shù)據(jù)電路是一條點到點的，由傳輸信道及其兩端的DCE構成的物理電路段，中間沒有交換節(jié)點。數(shù)據(jù)電路又稱為物理鏈路，或簡稱為鏈路。數(shù)據(jù)鏈路是在數(shù)據(jù)電路的基礎上增加傳輸控制的功能構成的。一般來說，通信的收發(fā)雙方只有建立了一條數(shù)據(jù)鏈路，通信才能夠有效地進行。在鏈路中，所連接的節(jié)點稱為“站”。發(fā)送命令或信息的站稱為“主站”，在通信過程中一般起控制作用；接收數(shù)據(jù)或命令并做出響應的站稱為“從站”，在通信過程中處于受控地位。同時具有主站和從站功能的，能夠發(fā)出命令和響應信息的站稱為復合站。3.3數(shù)據(jù)鏈路層流量控制的作用和主要功能是什么？答：流量控制簡稱“流控”，是協(xié)調鏈路兩端的發(fā)送站、接收站之間的數(shù)據(jù)流量，以保證雙方的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收達到平衡的一種技術。在計算機網絡中，由于接收方往往需要對接收的信息進行識別和處理，需要較多的時間，通常發(fā)送方的發(fā)送速率要大于接收方的接收能力。當接收方的接收處理能力小于發(fā)送方的發(fā)送能力時，必須限制發(fā)送方的發(fā)送速率，否則會造成數(shù)據(jù)的丟失。流量控制就是一種反饋機制，接收方隨時向發(fā)送方報告自己的接收情況，限制發(fā)送方的發(fā)送速率。保證接收方能夠正常、有序地接收數(shù)據(jù)。3.4在停止-等待協(xié)議中，確認幀是否需要序號？為什么？答：在停止-等待協(xié)議中，由于每次只確認一個已經發(fā)送的幀，確認幀可以不需要序號。但在一些特殊情況下會出現(xiàn)問題。如果發(fā)送方在超時重發(fā)一個幀后又收到了遲到的確認，就不能確定該應答是對哪一個幀的確認，并可能導致隨后的傳送過程重新差錯。3.5解釋為什么要從停止-等待協(xié)議發(fā)展到連續(xù)ARQ協(xié)議。答：停止—等待協(xié)議的優(yōu)點是控制比較簡單；缺點是由于發(fā)送方一次只能發(fā)送一幀，在信號傳播過程中發(fā)送方必須處于等待狀態(tài)，這使得信道的利用率不高，尤其是當信號的傳播時延比較長時，傳輸效率會更低。導致停止—等待協(xié)議信道利用率低的原因，是因為發(fā)送方每發(fā)送一幀都需要等待接收方的應答，才可以繼續(xù)發(fā)送。如果能允許發(fā)送方在等待應答的同時能夠連續(xù)不斷地發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而不必每一幀都是接收到應答后才可以發(fā)送下一幀，則可以提高傳輸效率。允許發(fā)送方在收到接收方的應答之前可以連續(xù)發(fā)送多個幀的策略，就是滑動窗口協(xié)議?；瑒哟翱诹髁靠刂瓢ㄟB續(xù)ARQ和選擇ARQ方式。3.6對于使用3比特序號的停止-等待協(xié)議、連續(xù)ARQ協(xié)議和選擇ARQ協(xié)議，發(fā)送窗口和接收窗口的最大尺寸分別是多少？答：使用3比特對幀進行編號，可以有0～7，共8種編碼。停止-等待協(xié)議：發(fā)送窗口＝1，接收窗口＝1；連續(xù)ARQ協(xié)議：最大發(fā)送窗口＝7，接收窗口＝1；選擇ARQ協(xié)議：最大發(fā)送窗口＝4，最大接收窗口＝4。3.7信道速率為4kb/s，采用停止等待協(xié)議，單向傳播時延tp為20ms，確認幀長度和處理時間均可忽略，問幀長為多少才能使信道利用率達到至少50%？答：不考慮確認幀發(fā)送時間和雙方的處理時間，則信道利用率＝tF/(2tp+tFtF=L/v，其中L為幀長度，v=4kb/s要使信道利用率達到50％，則tF>=40ms可以得到L>=160bit3.8假設衛(wèi)星信道的數(shù)據(jù)率為1Mb/s，取衛(wèi)星信道的單程傳播時延為250ms，每一個數(shù)據(jù)幀長度是1000bit。忽略誤碼率、確認幀長和處理時間。試計算下列情況下的衛(wèi)星信道可能達到的最大的信道利用率分別是多少？1停止-等待協(xié)議；2）連續(xù)ARQ協(xié)議，WT=7；3）連續(xù)ARQ協(xié)議，WT=127。答：不考慮差錯情況，確認幀發(fā)送時間和雙方的處理時間，則信道利用率＝tF/(2tp+tFtF=L/v，其中L為一個幀長度，v=1Mb/s，則tF=1000/1000000＝0.001s＝1ms1停止-等待協(xié)議：每次只發(fā)送一個幀，信道利用率＝1/（250×2＋1）＝1/5012）連續(xù)ARQ協(xié)議，WT=7：可以連續(xù)發(fā)送7個幀，但后面的6個幀是在等待的同時發(fā)送，信道利用率＝7/（250×2＋1）＝7/5013）連續(xù)ARQ協(xié)議，WT=127：可以連續(xù)發(fā)送127個幀，但后面的126個幀是在等待的同時發(fā)送，而且，當127個幀全部發(fā)送完畢使用了127ms，確認應答還沒有到達，信道利用率＝127/（250×2＋1）＝127/5013.9簡述PPP協(xié)議的組成。答：PPP由以下三個部分組成：（1）在串行鏈路上封裝IP數(shù)據(jù)報的方法：PPP既支持異步鏈路(無奇偶校驗的8比特數(shù)據(jù)，也支持面向比特的同步鏈路。(2鏈路控制協(xié)議(LinkControlProtocol，LCP：用于建立、配置和測試數(shù)據(jù)鏈路連接，通信的雙方可協(xié)商一些選項。(3網絡控制協(xié)議(NetworkControlProtocol，NCP：用于建立、配置多種不同網絡層協(xié)議，如IP，OSI的網絡層，DECnet以及AppleTalk等，每種網絡層協(xié)議需要一個NCP來進行配置，在單個PPP鏈路上可支持同時運行多種網絡協(xié)議。3.10簡述PPP鏈路的建立過程。答：目前大部分家庭上網都是通過PPP在用戶端和運營商的接入服務器之間建立通信鏈路。當用戶撥號接入網絡服務提供商ISP時，路由器的調制解調器對撥號做出應答，并建立一條物理連接。這時，PC機向路由器發(fā)送一系列的LCP分組(封裝成多個PPP幀。這些分組及其響應選擇了將要使用的一些PPP參數(shù)。接著就進行網絡層配置，NCP給新接人的PC機分配一個臨時的IP地址。這樣，計算機就和網絡建立了一個PPP連接，成為Internet上的一個主機了。3.11簡述HDLC信息幀控制字段中的N（S）和N（R）的含義。要保證HDLC數(shù)據(jù)的透明傳輸，需要采用哪種方法？答：HDLC信息幀控制字段中的N（S）表示當前發(fā)送的幀的編號，使接收方能夠正確識別所接收的幀及幀的順序；N（R）表示N(R以前的各幀已正確接收，通知發(fā)送方希望接收下一幀為第N(R幀。要保證HDLC數(shù)據(jù)的透明傳輸，需要避免數(shù)據(jù)和控制序列中出現(xiàn)類似幀標志的比特組合，保證標志F的唯一性，HDLC采用“0”比特插入／刪除法。采用這種方法，在F以后出現(xiàn)5個連續(xù)的1，其后額外插入一個“0”，這樣就不會出現(xiàn)連續(xù)6個或6個以上“1”的情況。在接收方，在F之后每出現(xiàn)連續(xù)5個“1”后跟隨“0”，就自動將其后的“0”刪除，還原成原來的比特流，3.12若窗口序號位數(shù)為3，發(fā)送窗口尺寸為2，采用出錯全部重發(fā)協(xié)議，試畫出由初始狀態(tài)出發(fā)相繼發(fā)生下列事件時的發(fā)送及接收窗口圖示：發(fā)送0號幀；發(fā)送1號幀；接收0號幀；接收確認0號幀；發(fā)送2號幀；接收1號幀；接收確認1號幀。答：3.13請用HDLC協(xié)議，給出主站A與從站B以異步平衡方式，采用選擇ARQ流量控制方案，按以下要求實現(xiàn)鏈路通信過程：1）A站有6幀要發(fā)送給B站，A站可連續(xù)發(fā)3幀；2）A站向B站發(fā)的第2、4幀出錯；幀表示形式規(guī)定為：（幀類型：地址，命令，發(fā)送幀序號N（S），接收幀序號N（R），探詢/終止位P/F）答：AB3.14在面向比特同步協(xié)議的幀數(shù)據(jù)段中，出現(xiàn)如下信息：1010011111010111101（高位在左低位在右），則采用“0”比特填充后的輸出是什么？答：“0”比特自動插入/刪除技術是在信息序列中連續(xù)5個“1”后自動加入一個“0”比特，則以下信息序列采用“0”比特插入后為：信息序列：1010011111010111101“0”比特插入后：3.15HDLC協(xié)議中的控制字段從高位到低位排列為11010001，試說明該幀是什么幀，該控制段表示什么含義？答：HDLC協(xié)議中的控制字段從高位到低位排列為11010001，即最低兩位（b1b0）為“01”，表示是監(jiān)督幀。其控制字段b3b2為“00”，表示是“RR”，接收準備好，可以繼續(xù)發(fā)送。P/F＝1，N（R）＝110，表示對第5號幀及以前各幀確認，希望下一次接收第6號幀。3.16HDLC協(xié)議的幀格式中的第三字段是什么字段？若該字段的第一比特為“0”，則該幀為什么幀？答：HDLC協(xié)議的幀格式中的第三字段是控制（C）字段。若該字段的第一比特（最低位LSB）為“0”，則該幀為信息幀。3.17試比較非堅持型、1-堅持型和P-堅持型CSMA的優(yōu)缺點。答：根據(jù)監(jiān)聽后的策略，CSMA有三種不同的方法：非堅持型、1—堅持型、P—堅持型。三種方法各自優(yōu)缺點如下：（1）非堅持型在監(jiān)聽到信道忙時，不堅持監(jiān)聽，而是延遲一個隨機時間再次監(jiān)聽，準備發(fā)送。這種方法控制簡單，減少了沖突發(fā)生的概率。但再次監(jiān)聽之前可能信道早已空閑，這就造成一定的時間浪費，效率較低。（2）1—堅持型方法在監(jiān)聽到信道忙時，一直堅持監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到信道空閑，以概率1立即發(fā)送。這種策略能夠及早發(fā)送數(shù)據(jù)，但當有兩個或以上的站同時在監(jiān)聽和準備發(fā)送時，信道由忙至空閑的狀態(tài)轉換就起了同步的作用，造成兩個或多個站同時發(fā)送，就會發(fā)生沖突，反而降低了效率。（3）P—堅持型采用了一種折中方案，當監(jiān)聽到總線空閑時，以P的概率發(fā)送，而以1—P的概率延遲一個時間單位后再監(jiān)聽，準備發(fā)送。這種方法減少了發(fā)送沖突的可能性，但退避也可能造成信道浪費。3.18CSMA控制方案包括哪三種算法？簡述三種算法的算法思想。答：載波監(jiān)聽多路訪問(CarriesSenseMultipleAccess，CSMA是每個站在發(fā)送幀之前監(jiān)聽信道上是否有其他站點正在發(fā)送數(shù)據(jù)，即檢查一下信道上是否有載波，或者說信道是否忙。如果信道忙，就暫不發(fā)送，否則就發(fā)送。這種方法稱為“先聽后說”，減少了發(fā)生沖突的概率。根據(jù)監(jiān)聽后的策略，有三種不同的協(xié)議，即：非堅持型、1—堅持型、P—堅持型。（1）非堅持型非堅持型的工作原理是當監(jiān)聽到信道空閑時，則立即發(fā)送；當監(jiān)聽到信道忙時，不堅持監(jiān)聽，而是延遲一個隨機時間再次監(jiān)聽，準備發(fā)送。當然，再次監(jiān)聽之前可能信道早已空閑，這就造成一定的時間浪費，但減少了沖突發(fā)生的概率。（2）1—堅持型1—堅持型的工作原理是在監(jiān)聽到信道忙時，一直堅持監(jiān)聽，直到監(jiān)聽到信道空閑，以概率1立即發(fā)送。這種策略是爭取及早發(fā)送數(shù)據(jù)，但當有兩個或以上的站同時在監(jiān)聽和準備發(fā)送時，信道由忙至空閑的狀態(tài)轉換就起了同步的作用，兩個或多個站同時發(fā)送，就會發(fā)生沖突。（3）P—堅持型為了降低1—堅持型的沖突概率，又減少非堅持型造成的介質時間浪費，采用了一種折中方案，這就是P—堅持型CSMA。這種方案的特點是當監(jiān)聽到總線空閑時，以P的概率發(fā)送，而以1—P的概率延遲一個時間單位。時間單位等于最大端—端傳播延時τ。然后再監(jiān)聽，如果監(jiān)聽到信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，直到空閑。上述三種方案都不能避免沖突發(fā)生，無非沖突的概率不同。一旦有沖突發(fā)生，則要延遲隨機個τ時間片再重復監(jiān)聽過程。3.19簡單比較一下純ALOHA和時隙ALOHA協(xié)議。答：ALOHA是最基本的隨機訪問技術，其又分為純ALOHA和時隙ALOHA。它們的區(qū)別在于是否將時間分成離散的時隙以便所有的幀都必須同步到時隙中。純ALOHA不要求全局的時間同步，而時隙ALOHA則需要。由于采用純ALOHA技術的系統(tǒng)中，任何站點可以在任意時刻發(fā)送幀。在一個站發(fā)送分組過程中的任何時刻都可能發(fā)生沖突。這樣相鄰的兩沖突分組都必須重發(fā)。需要重發(fā)的分組各自延遲一個隨機時間后再重發(fā)，直至成功。采用時隙ALOHA技術，只要發(fā)送幀的長度小于時隙長度，如果在幀開始時沒有沖突，則在這個時隙內就不會出現(xiàn)沖突，幀就能發(fā)送成功。與純ALOHA相比，時隙ALOHA沖突的危險區(qū)時間由2個T0變?yōu)橐粋€T0，在同等條件下沖突的可能性減小。時隙ALOHA的最大信道利用率是純ALOHA的2倍，但需要全系統(tǒng)同步，增加了控制開銷。3.20簡述CSMA/CD協(xié)議的工作原理。答：CSMA／CD的工作原理歸納如下；（1）載波監(jiān)聽任一站要發(fā)送信息時，首先要監(jiān)測總線，用來判決介質上有否其他站的發(fā)送信號．如果介質呈忙，則繼續(xù)檢測，直到發(fā)現(xiàn)介質空閑。如果檢測介質為空閑，則可以立即發(fā)送。由于通道存在傳播時延，采用載波監(jiān)聽的方法仍避免不了兩站點在傳播時延期間發(fā)送的幀會產生沖突。（2）沖突檢測每個站在發(fā)送幀期間，同時具有檢測沖突的能力。一旦檢測到沖突，就立即停止發(fā)送，并向總線上發(fā)一串阻塞信號，通報總線上各站已發(fā)生沖突。（3）多路訪問檢測到沖突并在發(fā)完阻塞信號后，發(fā)送站退回等待。為了降低再次沖突的概率，需要等待一個隨機時間(沖突的各站可不相等，然后再用CSMA算法重新發(fā)送。3.21假設某個4Mb/s的令牌環(huán)的令牌保持計時器的值是10ms。則在該環(huán)上可以發(fā)送的最長幀是多少？答：在令牌環(huán)網中，為了保證不會因為令牌丟失而使網絡不能正常工作，需要對令牌監(jiān)測。令牌保持計時器的值是10ms，就表示監(jiān)控站必須在10ms內監(jiān)測到網絡中有令牌幀傳送，否則會進入令牌丟失處理過程。因此要求網絡中傳輸一個數(shù)據(jù)幀的時間不能超過10ms。此令牌環(huán)網絡的數(shù)據(jù)速率4Mb/s，則10ms可以傳送數(shù)據(jù)40000bit，即最長的幀為40000bit。實際上，考慮必要的控制開銷和傳播時延、節(jié)點延遲，實際應用的幀長度會更小一些，數(shù)據(jù)部分更短。3.22簡述CSMA/CA協(xié)議的工作原理。答：欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道，通過收到的相對信號強度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當源站發(fā)送它的第一個MAC幀時，若檢測到信道空閑，則在等待—段DIFS時間后就可發(fā)送。在信道空閑時還要再等待，主要是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送，則該站發(fā)送自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經過時間間隔SIFS后，向發(fā)送站回送確認幀ACK。若發(fā)送站在規(guī)定時間內沒有收到確認幀ACK(由重傳計時器控制這段時間，就必須重傳此幀，直到收到確認為止，或者，經過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。當某個想發(fā)送數(shù)據(jù)的站使用退避算法選擇了爭用窗口中的某個時隙后，就根據(jù)該時隙的位置設置一個退避計時器(backofftimer。當退避計時器的時間減小到零時，就開始發(fā)送數(shù)據(jù)。也可能當退避計時器的時間還未減小到零時而信道又轉變?yōu)槊B(tài)，這時就凍結退避計時器的數(shù)值，重新等待信道變?yōu)榭臻e，再經過時間DIFS后，繼續(xù)啟動退避計時器(從剩下的時間開始。這種規(guī)定有利于繼續(xù)啟動退避計時器的站更早地接入到信道中。第四章練習題答案4.01局域網標準的多樣性體現(xiàn)在四個方面的技術特性，請簡述之。答：局域網技術一經提出便得到了廣泛應用，各計算機和網絡設備生產廠商紛紛提出自己的局域網標準，試圖搶占和壟斷局域網市場。因此，局域網標準一度呈現(xiàn)出特有的多樣性。局域網標準的多樣性體現(xiàn)在局域網的四個技術特性：(1傳輸媒體傳輸媒體指用于連接網絡設備的介質類型，常用的有雙絞線、同軸電纜、光纖，以及微波、紅外線和激光等無線傳輸媒體。目前廣泛應用的傳輸媒體是雙絞線。隨著無線局域網的廣泛應用，無線正得到越來越多的應用。(2傳輸技術傳輸技術指借助傳輸媒體進行數(shù)據(jù)通信的技術，常用的有基帶傳輸和寬帶傳輸兩種。傳輸技術主要包括信道編碼、調制解調以及復用技術等，屬于物理層研究的范疇。(3網絡拓撲網絡拓撲指組網時計算機和通信線纜連接的物理結構和形狀。常用的有星形、總線形和環(huán)形。不同的網絡拓撲需要采用不同的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收方式。(4媒體訪問控制方法訪問控制方法指多臺計算機對傳輸媒體的訪問控制方法，這里的訪問，是指通過傳輸媒體發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。常用的有隨機爭用、令牌總線和令牌環(huán)等訪問控制方法。目前局域網中廣泛采用的是一種受控的隨機爭用方法，即載波監(jiān)聽多點接入/沖突檢測(CSMA/CD方法。4.02邏輯鏈路控制（LLC）子層有何作用？為什么在目前的以太網網卡中沒有LLC子層的功能？答：在局域網發(fā)展的早期，有多種類型的局域網，如802.4令牌總線網、802.5令牌環(huán)網等。為了使數(shù)據(jù)鏈路層能更好地適應多種局域網標準，IEEE802委員會在局域網的數(shù)據(jù)鏈路層定義了兩個子層，即邏輯鏈路控制LLC(LogicalLinkControl子層和媒體接入控制MAC(MediumAccesscontrol子層。與接入傳輸媒體有關的內容放在MAC子層，而與傳輸媒體無關的鏈路控制部分放在LLC子層。這樣可以通過LLC子層來屏蔽底層傳輸媒體和訪問控制方法的異構性，實現(xiàn)多種類型局域網之間的互操作。隨著以太網技術的發(fā)展，以太網得到了越來越廣泛的應用。到了20世紀90年代后，以太網在局域網市場中取得了壟斷地位。實際應用的局域網類型日趨單一化，因此LLC子層的作用已經不大了，很多廠商生產的網卡上僅實現(xiàn)了MAC協(xié)議。4.03簡述以太網CSMA/CD的工作原理。答：CSMA/CD采用分布式控制方法，總線上的各個計算機通過競爭的方式，獲得總線的使用權。只有獲得總線使用權的計算機才能向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，而發(fā)送的數(shù)據(jù)能被連在總線上的所有計算機接收到。CSMA/CD的具體含義解釋如下：（1）載波監(jiān)聽是指每個計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先要檢測總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)，如果有，則暫時不發(fā)送數(shù)據(jù)，以減少發(fā)生沖突的機會。（2）多點接入是指在總線式局域網中，有多臺計算機連接在一根總線上，共享總線的信道資源。（3）沖突檢測是指發(fā)送數(shù)據(jù)的計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，還必須監(jiān)聽傳輸媒體，判斷是否發(fā)生了沖突。因為如果存在多個計算機都在發(fā)送數(shù)據(jù)，就會形成信號的疊加，即沖突，從而造成接收方無法接收到正確的數(shù)據(jù)。一旦檢測到沖突，發(fā)送方應立即停止發(fā)送，等待一個隨機時間間隔后重發(fā)。4.04以太網中爭用期有何物理意義？其大小有哪幾個因素決定？答：我們將總線式局域網的端到端往返時延τ2稱為爭用期，也稱為沖突窗口?？偩€式局域網中，一臺計算機從開始發(fā)送數(shù)據(jù)起，最多要經過τ2時間就可確知是否發(fā)生了沖突。如果數(shù)據(jù)幀長度過短，在爭用期2τ時間內即可發(fā)送完畢，那么，發(fā)送方和接收方都無法正確判別此次發(fā)送的數(shù)據(jù)是否發(fā)生了沖突。因為在0～2τ時間內，極有可能發(fā)生了沖突。爭用期，端到端往返時延2τ，其物理意義在于：提供了設計總線式局域網中最小有效幀長的計算依據(jù)。爭用期的大小由總線式局域網的總線長度以及電磁波的傳播速率決定。4.05有10個站連接到以太網上。試計算以下三種情況下每一個站所能得到的帶寬。(110個站都連接到一個10Mb/s以太網集線器；(210個站都連接到一個100Mb/s以太網集線器；(310個站都連接到一個10Mb/s以太網交換機。答：(110個站共享10Mb/s帶寬(210個站共享100Mb/s帶寬(3每個站獨享10Mb/s帶寬4.06100個站分布在4km長的總線上。協(xié)議采用CSMA/CD?？偩€速率為5Mb/s，幀平均長度為1000bit。試估算每個站每秒鐘發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值。信號傳播速率為2×108m/s。答：由題意，N=1001max11-?????-=NANP＝0.369731.010*5/100010*2/10*4//6830====ClvlTafτ=-+=-12(111APaη0.693993697每個站每秒鐘發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值為：==1000*10070.69399369*10*5**6flNCη34.7(幀/秒/站4.07簡述網橋的工作原理及特點。網橋、轉發(fā)器以及以太網交換機三者異同點有哪些？答：網橋的工作原理：當連接多個不同類型的局域網時，就需要在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網，使用的設備為網橋。網橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù)MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到—個幀時，并不是向所有的端口轉發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個端口。網橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，轉發(fā)器工作在物理層，以太網交換機又叫多端口網橋。4.08為什么需要虛擬局域網（VLAN）？簡述劃分VLAN的方法。答：虛擬局域網VLAN(VirtualLAN是在現(xiàn)有局域網上提供的劃分邏輯組的一種服務，由IEEE802.1Q標準進行了規(guī)定。虛擬局域網VLAN是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求，如同在一個項目組。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發(fā)送這個幀的工作站是屬于哪一個VLAN。利用以太網交換機可以很方便地實現(xiàn)虛擬局域網VLAN，其優(yōu)點是每個VLAN屬于一個單獨的沖突域。4.09廣域網與互聯(lián)網在概念上有何不同？答：廣域網是用來實現(xiàn)長距離傳輸數(shù)據(jù)的網絡，由節(jié)點交換機和鏈路構成。廣域網中的結點交換機一般采用存儲轉發(fā)方式，而廣域網中的鏈路一般采用點到點鏈路。廣域網指的是單個網絡，它與用路由器互聯(lián)起來的互聯(lián)網具有很大的區(qū)別。4.10試從多個方面比較虛電路和數(shù)據(jù)報這兩種服務的優(yōu)缺點。答：4.11廣域網中的主機為什么采用層次結構的編址方式？答：為了便于實現(xiàn)高效率的尋址。4.12試分析X.25、幀中繼和ATM的技術特點，簡述其優(yōu)缺點。答：CCITT在上個世紀70年代制訂了公用分組交換網接口的建議，即X.25標準。遵循X.25標準設計的網絡為X.25分組交換網，簡稱X.25網。X.25標準規(guī)定了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和分組層三個層次的內容。其體系結構層次如圖所示。X.25層次體系結構幀中繼(FrameRelay采用快速分組交換技術，是對X.25網絡的改進，被稱為第二代的X.25，于1992年問世。幀中繼的快速分組交換的基本原理是，當幀中繼交換機收到一個幀的首部時，只要一查出幀的目的地址就立即開始轉發(fā)該幀，邊接收邊轉發(fā)，從而提高了交換結點即幀中繼交換機的吞吐率。當幀中繼交換機接收完一幀時，再進行差錯校驗，如果檢測到有誤碼，結點要立即中止這次傳輸。當中止傳輸?shù)闹甘镜竭_下個結點后．下個結點也立即中止該幀的傳輸，并丟棄該幀。異步傳遞方式ATM(AsynchronousTransferMode是建立在電路交換和分組交換的基礎上的—種面向連接的快速分組交換技術，它采用定長分組作為傳輸和交換的單位。其中，這種定長分組叫做信元(cell。“異步”的含義是指ATM信元可“異步插入”到同步的SDH比特流中。ATM采用的定長信元長度為53字節(jié)，信元首部為5字節(jié)，有利于用硬件實現(xiàn)高速交換。ATM標準主要由ITU-T、ATM論壇(ATMForum以及IETF等參與制訂，ATM標準規(guī)定了ATM網絡的協(xié)議參考模型。如圖4-37所示。321ATM物理媒體相關子層傳輸匯聚子層拆裝子層匯聚子層4.13為什么X.25不適合高帶寬、低誤碼率的鏈路環(huán)境？試從層次結構上以及結點交換機的處理過程進行討論。答：X.25網的分組層向高層提供面向連接的虛電路服務，能保證服務質量。在網絡鏈路帶寬不高、誤碼率較高的情況下，X.25網絡具有很大的優(yōu)勢。隨著通信主干線路大量使用光纖技術，鏈路帶寬大大增加，誤碼率大大降低，X.25復雜的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和分組層協(xié)議的功能顯得冗余。同時，端系統(tǒng)PC機的大量使用，使得原來由網絡中間結點處理的流量控制和差錯控制功能有可能放到端系統(tǒng)主機中處理，從而簡化中間結點的處理，提高網絡分組轉發(fā)的效率。4.14為什么局域網采用廣播通信方式而廣域網不采用呢？答：因為廣域網是為了實現(xiàn)長距離傳輸數(shù)據(jù)，覆蓋范圍大，如果采用廣播通信方式，同時要實現(xiàn)雙向通信功能，必然要引入CSMA/CD，或令牌環(huán)等信道訪問控制方式，則長時延將導致低效率。第五章練習題答案5.1網絡互連有何實際意義？進行網絡互連時，有哪些共同的問題需要解決？答：網絡互連使得相互連接的網絡中的計算機之間可以進行通信，也就是說從功能上和邏輯上看，這些相互連接的計算機網絡組成了一個大型的計算機網絡。網絡互連可以使處于不同地理位置的計算機進行通信，方便了信息交流，促成了當今的信息世界。需要解決的問題有：不同的尋址方案；不同的最大分組長度；不同的網絡介入機制；不同的超時控制；不同的差錯恢復方法；不同的狀態(tài)報告方法；不同的路由選擇技術；不同的用戶接入控制；不同的服務（面向連接服務和無連接服務）；不同的管理與控制方式；等等。注：網絡互連使不同結構的網絡、不同類型的機器之間互相連通，實現(xiàn)更大范圍和更廣泛意義上的資源共享。5.2轉發(fā)器、網橋和路由器都有何區(qū)別？答：1）轉發(fā)器、網橋、路由器、和網關所在的層次不同。轉發(fā)器是物理層的中繼系統(tǒng)。網橋是數(shù)據(jù)鏈路層的中繼系統(tǒng)。路由器是網絡層的中繼系統(tǒng)。在網絡層以上的中繼系統(tǒng)為網關。2）當中繼系統(tǒng)是轉發(fā)器或網橋時，一般并不稱之為網絡互連，因為仍然是一個網絡。路由器其實是一臺專用計算機，用來在互連網中進行路由選擇。一般討論的互連網都是指用路由器進行互連的互連網絡。5.3試簡單說明IP、ARP、RARP和ICMP協(xié)議的作用。答：IP：網際協(xié)議，TCP/IP體系中兩個最重要的協(xié)議之一，IP使互連起來的許多計算機網絡能夠進行通信。無連接的數(shù)據(jù)報傳輸.數(shù)據(jù)報路由。ARP（地址解析協(xié)議）實現(xiàn)地址轉換，將IP地址映射成物理地址。RARP（逆向地址解析協(xié)議）將物理地址映射成IP地址。ICMP：Internet控制消息協(xié)議，進行差錯控制和傳輸控制，減少分組的丟失。注：ICMP協(xié)議幫助主機完成某些網絡參數(shù)測試，允許主機或路由器報告差錯和提供有關異常情況報告，但它沒有辦法減少分組丟失，這是高層協(xié)議應該完成的事情。IP協(xié)議只是盡最大可能交付，至于交付是否成功，它自己無法控制。5.4分類IP地址共分幾類？各如何表示？單播分類IP地址如何使用？答：IP地址共分5類，分類情況如下所示：A類0NetidHostid（24比特）B類10NetidHostid（16比特）C類110NetidHostid（8比特）D類1110組播地址E類11110保留為今后使用IP地址是32位地址，其中分為netid（網絡號），和hostid（主機號）。根據(jù)IP地址第一個字節(jié)的數(shù)值，能夠判斷IP地址的類型。單播分類IP地址用于表示主機的網絡連接。5.5試說明IP地址與硬件地址的區(qū)別，為什么要使用這兩種不同的地址？答：網絡層及以上使用IP地址；鏈路層及以下使用硬件地址。IP地址在IP數(shù)據(jù)報的首部，而硬件地址則放在MAC幀的首部。在網絡層以上使用的是IP地址，而鏈路層及以下使用的是硬件地址。在IP層抽象的互連網上，我們看到的只是IP數(shù)據(jù)報，路由器根據(jù)目的站的IP地址進行選路。在具體的物理網絡的鏈路層，我們看到的只是MAC幀，IP數(shù)據(jù)報被封裝在MAC幀里面。MAC幀在不同的網絡上傳送時，其MAC幀的首部是不同的。這種變化，在上面的IP層上是看不到的。每個路由器都有IP地址和硬件地址。使用IP地址與硬件地址，盡管連接在一起的網絡的硬件地址體系各不相同，但IP層抽象的互連網卻屏蔽了下層這些很復雜的細節(jié)，并使我們能夠使用統(tǒng)一的、抽象的IP地址進行通信。5.6簡述以太網主機何時如何通過ARP查詢本地路由器的物理地址。答：本地主機與目的主機通信之前，先判斷目的主機是否在本地網絡上，如果不是，則要將IP包先發(fā)給本地路由器，此時如果本地主機不知道本地路由器的物理地址，則廣播發(fā)送一個ARP請求報文詢問，路由器收到后發(fā)送ARP響應報文告知自己的物理地址，本地主機收到ARP響應后再真正發(fā)送目的地址為目的主機的IP包給路由器，由它進行轉發(fā)。5.7試辨認以下IP地址的網絡類別：（1）3（2）9（3）2（4）2答：（2）是A類，（1）和（4）是B類，（3）是C類。解題思路：A類地址以1-126開始，B類地址以128-191開始，C類地址以192-223開始。5.8IP數(shù)據(jù)報中的首部檢驗和并不檢驗數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)，這樣做的最大好處是什么？壞處是什么？答：在首部中的錯誤比在數(shù)據(jù)中的錯誤更嚴重。例如，一個壞的地址可能導致分組被投寄到錯誤的主機。許多主機并不檢查投遞給它們的分組是否確實是要投遞給它們的。它們假定網絡從來不會把本來是要前往另一主機的分組投遞給它們。有的時候數(shù)據(jù)不參與檢驗和的計算，因為這樣做代價大，上層協(xié)議通常也做這種檢驗工作，從而引起重復和多余。因此，這樣做可以加快分組的轉發(fā)，但是缺點是數(shù)據(jù)部分出現(xiàn)差錯時不能及早發(fā)現(xiàn)。5.9當某個路由器發(fā)現(xiàn)一數(shù)據(jù)報的檢驗和有差錯時。為什么采取丟棄的辦法而不是要求源站重傳此數(shù)據(jù)報？計算首部檢驗和為什么不采用CRC檢驗碼？答：之所以不要求源站重發(fā)，是因為地址字段也有可能出錯，從而找不到正確的源站。答：之所以不要求源站重發(fā)，是因為地址字段也有可能出錯，從而找不到正確的源站。CRC檢驗碼需要使用多項式除法，逐站使用代價太高。數(shù)據(jù)報每經過一個結點，結點處理機就要計算一下校驗和。不用CRC，就是為了簡化計算。5-105.10在因特網中分片傳送的數(shù)據(jù)報在哪兒進行組裝，這樣做的優(yōu)點是什么？在因特網中分片傳送的IP數(shù)據(jù)報在哪兒進行組裝這樣做的優(yōu)點是什么？數(shù)據(jù)報在哪兒進行組裝，答：在目的站組裝，這樣做的優(yōu)點是：（1）路由器處理數(shù)據(jù)報簡單些；（2）并非所有的數(shù)據(jù)報片都經過同樣的路由器，因此在每一個中間的路由器進行組裝可能總會缺少幾個數(shù)據(jù)報片（3）也許分組后面還要經過一個網絡，它還要給這些數(shù)據(jù)報片劃分成更小的片。如果在中間的路由器進行組裝就可能會組裝多次。5-115.11假設互聯(lián)網由兩個局域網通過路由器連接起來。第一個局域網上某主機有一個字節(jié)長的假設互聯(lián)網由兩個局域網通過路由器連接起來。第一個局域網上某主機有一個400字節(jié)長的TCP報文傳到層，加上字節(jié)的首部后成為數(shù)據(jù)報，要發(fā)向第二個局域網。但第二個局域網所能傳送報文傳到IP層加上20字節(jié)的首部后成為數(shù)據(jù)報，要發(fā)向第二個局域網。字節(jié)的首部后成為IP數(shù)據(jù)報報文傳到的最長數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分只有150字節(jié)。因此數(shù)據(jù)報在路由器處必須進行分片。試問第二個局域網向其的最長數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分只有字節(jié)。因此數(shù)據(jù)報在路由器處必須進行分片。字節(jié)上層要傳送多少字節(jié)的數(shù)據(jù)？上層要傳送多少字節(jié)的數(shù)據(jù)？答：進入本機IP層時TCP報文長度為400字節(jié),進入第1個局域網IP數(shù)據(jù)報長度為400+20=420B；在第二個局域網，報文要進行分片，已知最長數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)部分只有150B，由于3*130<400，所以共分成4片，故第二個局域網向上傳送400+4*20=480字節(jié)(TCP報文長度+4個IP首部長度的數(shù)據(jù)。5-125.12一個數(shù)據(jù)報長度為一個數(shù)據(jù)報長度為4000字節(jié)（包含固定長度的首部）?，F(xiàn)在經過一個網絡傳送，但此網絡能字節(jié)（）?，F(xiàn)在經過一個網絡傳送字節(jié)包含固定長度的首部）。現(xiàn)在經過一個網絡傳送，夠傳送的最大數(shù)據(jù)長度為1500字節(jié)。試問應當劃分為幾個短些的數(shù)據(jù)報片？各數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)字段長度、字節(jié)。夠傳送的最大數(shù)據(jù)長度為字節(jié)試問應當劃分為幾個短些的數(shù)據(jù)報片？各數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)字段長度、片偏移字段和MF標志應為何數(shù)值？標志應為何數(shù)值？片偏移字段和標志應為何數(shù)值答：4000-20=3980字節(jié)。3片；第一片：數(shù)據(jù)字段長度1480、片偏移是0，MF是1；第二片：數(shù)據(jù)字段長度1480、片偏移是185，MF是1；1480/8=185第三片：數(shù)據(jù)字段長度1020、片偏移是370和MF是0；1480*2/8=3705-135.13如何利用如何利用ICMP報文實現(xiàn)路徑跟蹤？報文實現(xiàn)路徑跟蹤？如何利用報文實現(xiàn)路徑跟蹤答：（1）源站向目的站發(fā)送TTL=1的ICMPechorequest報文，然后第1個路由器將返回ICMP超時報文，從IP數(shù)據(jù)報首部即可以得到第1個路由器的IP地址；（2）將TTL增1，源站向目的站發(fā)送ICMPechorequest報文，將依次收到ICMP超時報文，如果返回的是ICMPechoreply報文，則說明探包已經到達了目的站。5-145.14劃分子網有何意義？子網掩碼為代表什么意思？某網絡的現(xiàn)在掩碼為48，問該網絡能夠連接多少臺主機？某一類網絡和一類網絡的子網號分別類網絡和一B類網絡的子網號分別，問該網絡能夠連接多少臺主機？某一A類網絡和一類網絡的子網號分別占16比特和8比特，問這兩個網絡的子網掩碼有何不同？答：子網掩碼為表示IP地址的前24bit表示網絡地址，包括網絡號和子網號，后8位表示主機號?？梢源鞢類地址對應的子網掩碼默認值。子網掩碼為48，根據(jù)掩碼的定義，后三位是主機號，一共可以表示8個主機號，除掉全0和全1的兩個，該網絡能夠連接6臺主機。5-155.15設某路由器建立了如下表所示的路由表設某路由器建立了如下表所示的路由表:目的網絡28子網掩碼2828289221下一跳接口0接口1R2R3帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的*（默認）（默認）－R4此路由器可以直接從接口0和接口轉發(fā)分組也可通過相鄰的路由器R2、和進行轉發(fā)進行轉發(fā)。此路由器可以直接從接口和接口1轉發(fā)分組，也可通過相鄰的路由器、R3和R4進行轉發(fā)。和接口轉發(fā)分組，現(xiàn)共收到5個分組其目的站IP地址分別為個分組，地址分別為：現(xiàn)共收到個分組，其目的站地址分別為：（1）0）（2）2）（3）51）（4）7）（5）0）試分別計算其下一站。試分別計算其下一站。答：（1）接口0，（2）R2，（3）R4，（4）R3，（5）R4。5-165.16某單位分配到一個類IP地址，其網絡號為某單位分配到一個B類地址其網絡號為。該單位有地址，臺機器，。該單位有4000臺機器，平均分布在臺機器16個不同的地點。如選用子網掩碼為，試給每一個地點分配一個子網號碼，并算出每個地點個不同的地點。如選用子網掩碼為，試給每一個地點分配一個子網號碼，主機號碼的最小值和最大值。主機號碼的最小值和最大值。答：一種答案：每一個地點分配其中一個子網號碼：129.250.1~16.0，每個地點主機號碼的最小值為1，最大值為254。5-175.17設某設某ISP（因特網服務提供者）擁有地址塊/16。先后有四所大學（A、B、（因特網服務提供者）擁有CIDR地址塊地址塊。先后有四所大學（、、C、D）向該分別申請大小為4000、2000、4000、8000個IP地址的地址塊，試為地址的地址塊，、）向該ISP分別申請大小為分別申請大小為、、、個地址的地址塊試為ISP給這四所大學分配給這四所大學分配地址塊。地址塊。答：A：/20（2^12=4096）;B：202.192.000100002/21（2^11=2048）；C：202.192.00100000/20（2^12=4096）;D：202.192.010000002/19（2^13=8096）。5-185.18簡述采用無分類編址時的數(shù)據(jù)報轉發(fā)算法。簡述采用無分類編址時的IP數(shù)據(jù)報轉發(fā)算法數(shù)據(jù)報轉發(fā)算法。從數(shù)據(jù)報DG中取出目的IP地址ID;for表T中的每一表項do將ID與表項中的子網掩碼按位相“與”，結果為N;ifN等于該表項中的目的網絡地址,則【與直連網絡的匹配也可以放在for外】if下一跳指明應直接交付,則把DG直接交付給目的站(包括解析ID得到對應的物理地址,將DG封裝入幀并發(fā)送;else把DG發(fā)往本表項指明的下一跳地址(包括完成下一跳地址到物理地址的映射,將DG封裝入幀并發(fā)送;return.for_end5-195.19試簡述試簡述RIP、OSPF和BGP路由選擇協(xié)議的主要特點。路由選擇協(xié)議的主要特點。、和路由選擇協(xié)議的主要特點答：如下表所示：主要特點網關協(xié)議路由表內容最優(yōu)通路依據(jù)算法傳送方式RIP內部目的網，下一站，距離跳數(shù)距離向量運輸層UDP簡單、但效率其他低跳數(shù)16為不可達22帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的帶格式的:項目符號和編號格式的OSPF內部目的網，下一站，距離代價鏈路狀態(tài)IP數(shù)據(jù)報效率高路由器頻繁交換信息，難