《计算机网络教程》第五版-谢希仁-课后答案

计算机网络教程 谢希仁 习题参考答案 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 01 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 答 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断续 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 1 02 试简述分组交换的要点 答 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 在分组交换网络中 数据按一定长度分割为许多小段的数据 分组 以短的分 组形式传送 分组交换在线路上采用动态复用技术 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 在路径上的每个结点 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 信息工程学院 交互性好 分组交换网的主要优点是 高效 在分组传输的过程中动态分配传输带宽 对通信链路是逐段占有 灵活 每个结点均有智能 为每一个分组独立地选择转发的路由 迅速 以分组作为传送单位 通信之前可以不先建立连接就能发送分组 网络使用高 速链路 可靠 完善的网络协议 分布式多路由的通信子网 1 03 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 答 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 1 04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革 1 05 试讨论在广播式网络中对网络层的处理方法 讨论是否需要这一层 答 广播式网络是属于共享广播信道 不存在路由选择问题 可以不要网络层 但从 OSI 的观点 网络设备应连接到网络层的服务访问点 因此将服务访问点设置在高层协议与数据 链路层中逻辑链路子层的交界面上 IEEE 802 标准就是这样处理的 1 06 计算机网络可从哪几个方面进行分类 答 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 的拓扑结构进行分类 集中式网络 分散式网络和分布式网络 从网络的作用范围进行分类 广域网 WAN 局域网 LAN 城域网 MAN 从网络的使用范围进行分类 公用网和专用网 信息工程学院 1 07 试在下列条件下比较电路交换和分组交换 要传送的报文共 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 答 对于电路交换 t s 时电路建立起来 t s x b 时报文的最后 1 位发送完毕 t s x b kd 时报文到达目的地 而对于分组交换 最后 1 位在 t x b 时发送完毕 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 一个分组的所有比特都 接收齐了 才能开始重发 因此最后 1 位在每个中间结点的停滞时间为最后一个分组的发送 时间 所以总的延迟为 x b p k 1 kd b 为了使分组交换比电路交换快 必须 x b p k 1 kd s b x b kd 所以 s k 1 p b 1 8 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 而此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 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 应取为多大 答 所需要的分组总数是 x p 因此总的数据加上头信息交通量为 p h x p 位 源端发送这些位需要时间为 p h x pb 中间的路由器重传最后一个分组所花的总时间为 k 1 p h b 因此我们得到的总的延迟为 对该函数求 p 的导数 得到 令 得到 解 发送时延 10 bit 100s 解 发送时延 10 bit 1 10 bit s 信息工程学院 因为 p 0 所以 故 时能使总的延迟最小 1 09 计算机网络中的主干网和本地接入同各有何特点 答 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 1 10 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 10 7 bit 数据发送速率为 100kb s 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 10 8 m s 7 100 kbit s 传播时延 1000 km 5 10 3 s 2 10 8 m s 2 数据长度为 10 3 bit 数据发送速率为 1Gb s 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 10 8 m s 3 9 1 10 6 s 传播时延 1000 km 5 10 3 s 2 10 8 m s 1 11 计算机网络由哪几部分组成 答 一个计算机网络应当有三个主要的组成部分 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 第 2 章 协议与体系结构 2 01 网络协议的三个要素是什么 各有什么含义 答 在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据 就必须遵守一些事先约定好的规则 这些为进行网络中的数据交换而建立的规则 标准或约定即称为网络协议 一个网络协议主 信息工程学院 要由以下三个要素组成 1 语法 即数据与控制信息的结构或格式 2 语义 即需要发出何种控制信息 完成何种动作以及做出何种应答 3 同步 即事件实现顺序的详细说明 对于非常复杂的计算机网络协议 其结构最好采用层次式的 2 02 试举出对网络协议的分层处理方法的优缺点 答 优点 1 可使各层之间互相独立 某一层可以使用其下一层提供的服务而不需知 道服务是如何实现的 2 灵活性好 当某一层发生变化时 只要其接口关系不变 则这层 以上或以下的各层均不受影响 3 结构上可以分割开 各层可以采用最合适的技术来实现 4 易于实现和维护 5 能促进标准化工作 缺点 层次划分得过于严密 以致不能越层调用下层所提供的服务 降低了协议效率 2 03 试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活 答 2 04 试述具有五层协议的原理网络体系结构的要点 包括各层的主要功能 答 综合 OSI 和 TCP IP 的优点 采用一种原理体系结构 各层的主要功能 物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流 注意 传递信息的物理媒体 如双绞 线 同轴电缆 光缆等 是在物理层的下面 当做第 0 层 物理层还要确定连接电缆插头 的定义及连接法 数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧 frame 为单位的数据 每一帧包括数据和必要的控制信息 网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由 使发送站的运输层所传下来的分组能够 正确无误地按照地址找到目的站 并交付给目的站的运输层 运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端 服务 使它们看不见运输层以下的数据通信的细节 应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务 2 05 试举出日常生活中有关 透明 这种名词的例子 2 06 试将 TCP IP 和 OSI 的体系结构进行比较 讨论其异同之处 答 1 OSI 和 TCP IP 的相同点是二者均采用层次结构 而且都是按功能分层 2 OSI 和 TCP IP 的不同点 OSI 分七层 自下而上分为物理层 数据链路层 网络层 运输 层 会话层 表示层和应用层 而 TCP IP 分四层 网络接口层 网间网层 IP 传输层 TCP 和应用层 严格讲 TCP IP 网间网协议只包括下三层 应用程序不算 TCP IP 的一部分 OSI 层次间存在严格的调用关系 两个 N 层实体的通信必须通过下一层 N 1 层实体 不能 越级 而 TCP IP 可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务 这种层次关系常被 称为 等级 关系 因而减少了一些不必要的开销 提高了协议的效率 OSI 只考虑用一种 信息工程学院 标准的公用数据网 2 07 解释以下名词 协议栈 实体 对等层 协议数据单元 服务访问点 客户 服务器 客户 服务器方式 答 协议栈 协议套件又称为协议栈 因为它由一系列的子层组成 各层之间的关系好像 一个栈 实体 entity 用以表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 对等层与协议 任何两个同样的层次 例如在两个系统的第 4 层 之间 好像将数据 即数据单元加上 控制信息 直接传递给对方 这就是所谓的 对等层 peer layers 之间的通信 我们以前经 常提到的各层协议 实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定 服务访问点 SAP 是相邻两层实体交互的一个逻辑接口 协议数据单元 PDU 各层的数据单元 服务数据单元 SDU 各层之间传递数据的单元 客户 服务器模型 大部分网络应用程序在编写时都假设一端是 客户 另一端是服务器 其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务 可以将这种服务分为两种类型 重复型或并 发型 客户机是主叫方 服务器是被叫方 2 08 面向连接服务与无连接服务各自的特点是什么 答 面向连接服务在数据交换之前必须先建立连接 保留下层的有关资源 数据交换结 束后 应终止这个连接 释放所保留的资源 而对无连接服务 两个实体之间不建立连接就 可以通信 在数据传输时动态地分配下层资源 不需要事先进行预保留 2 09 协议与服务有何区别 有何关系 答 协议是水平的 服务是垂直的 协议是 水平的 即协议是控制对等实体之间的通信的规则 服务是 垂直的 即服 务是由下层向上层通过层间接口提供的 协议与服务的关系 在协议的控制下 上层对下层进行调用 下层对上层进行服务 上下层间用交换原语交 换信息 同层两个实体间有时有连接 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 0 信息工程学院 3 01 物理层要解决哪些问题 物理层的主要特点是什么 答 1 物理层要解决的主要问题 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 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 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 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 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 3 02 物理层的接口有哪几个方面的特性 各包含些什么内容 答 物理层的接口有机械特性 电气特性和功能特性 1 机械特性 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 3 04 奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么 答 奈氏准则指出了 码元传输的速率是受限的 不能任意提高 否则在接收端就无法 正确判定码元是 1 还是 因为有码元之间的相互干扰 奈氏准则是在理想条件下推导出的 在实际条件下 最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值还要小些 电信技术人员的任 务就是要在实际条件下 寻找出较好的传输码元波形 将比特转换为较为合适的传输信号 需要注意的是 奈氏准则并没有对信息传输速率 b s 给出限制 要提高信息传输速率就必 须使每一个传输的码元能够代表许多个比特的信息 这就需要有很好的编码技术 香农公式给出了信息传输速率的极限 即对于一定的传输带宽 以赫兹为单位 和一定 的信噪比 信息传输速率的上限就确定了 这个极限是不能够突破的 要想提高信息的传输 速率 或者必须设法提高传输线路的带宽 或者必须设法提高所传信号的信噪比 此外没有 其他任何办法 至少到现在为止 还没有听说有谁能够突破香农公式给出的信息传输速率的 极限 香农公式告诉我们 若要得到无限大的信息传输速率 只有两个办法 要么使用无限大 的传输带宽 这显然不可能 要么使信号的信噪比为无限大 即采用没有噪声的传输信道或 使用无限大的发送功率 当然这些也都是不可能的 3 05 常用的传输媒体有哪几种 各有何特点 信息工程学院 答 常用的传输媒体有双绞线 同轴电缆 光纤和电磁波 一 双绞线 特点 1 抗电磁干扰 2 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线 二 同轴电缆 特点 同轴电缆具有很好的抗干扰特性 三 光纤 特点 1 传输损耗小 中继距离长 对远距离传输特别经济 2 抗雷电和电磁干扰性能好 3 无串音干扰 保密性好 也不易被窃听或截取数据 4 体积小 重量轻 四 电磁波 优点 1 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 2 微波传输质量较高 3 微波接力通信的可靠性较高 4 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 1 相邻站之间必须直视 不能有障碍物 2 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响 3 与电缆通信系统比较 微波通信的隐蔽性和保密性较差 4 对大量的中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力 3 06 什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 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 是在前一个间隔为高 电平而后一个间隔为低电平 码元 0 则正好相反 从低电平变到高电平 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 差分曼彻斯特编码的规则是若码元为 1 则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个 码元的电平一样 但若码元为 0 则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平 相反 不论码元是 10 或 在每个码元的正中间的时刻 一定要有一次电平的转换 差分曼彻 斯特编码需要较复杂的技术 但可以获得较好的抗干扰性能 3 07 传播时延 发送时延和重发时延各自的物理意义是什么 答 传播时延是指电磁波在信道中传输所需要的时间 它取决于电磁波在信道上的传输 速率以及所传播的距离 发送时延是发送数据所需要的时间 它取决于数据块的长度和数据在信道上的发送速率 信息工程学院 重发时延是因为数据在传输中出了差错就要重新传送 因而增加了总的数据传输时间 3 08 模拟传输系统与数字传输系统的主要特点是什么 答 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 3 09 EIA 232 和 RS 449 接口标准各用在什么场合 答 通常 EIA 232 用于标准电话线路 一个话路 的物理层接口 而 RS 449 则用于宽 待电路 一般是租用电路 3 10 基带信号与宽带信号的传输各有什么特点 答 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 3 11 有 600 MB 兆字节 的数据 需要从南京传送到北京 一种方法是将数据写到磁 盘上 然后托人乘火车将这些磁盘捎去 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 4 kb 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 33 6 kb s 其结果又如何 答 假定连续传送且不出错 若用 2 4Kb s 速率 传输 600MB 需要 24 3 天 600 1048576 8 5033164800 bit 若用 33 6Kb s 速率传送 则需时间 1 73 天 比托人乘 火车捎去要慢 且更贵 3 12 56 kb s 的调制解调器是否已突破了香农的信道极限传输速率 这种调制解调器的 使用条件是怎样的 答 56Kb s 的调制解调器主要用于用户与 ISP 的通信 这时从用户到 ISP 之间只需经过 一次 A D 转换 比两个用户之间使用的 33 6Kb s 调制解调器的量化噪声要小 所以信噪比进 一步提高 虽然 33 6Kb s调制解调器的速率基本已达到香农的信道极限传输速率 但是 56Kb s 的调制解调器的使用条件不同 它提高了信噪比 它没有突破香农极限传输速率的公式 56Kb s 的调制解调器的使用条件是 ISP 也使用这种调制解调器 这里是为了进行数字信号不 同编码之间的转换 而不是数模转换 并且在 ISP 与电话交换机之间是数字信道 若 ISP 使 用的只是 33 6Kb s 调制解调器 则用户端的 56Kb s 的调制解调器会自动降低到与 33 6Kb s 调制解调器相同的速率进行通信 3 13 在 3 3 1 小节介绍双绞线时 我们说 在数字传输时 若传输速率为每秒几个兆比 特 则传输距离可达几公里 但目前我们使用调制解调器与 ISP 相连时 数据的传输速率最 信息工程学院 高只能达到 56 kb s 与每秒几个兆比特相距甚远 这是为什么 答 在数字传输时 若传输速率为每秒几个兆比特 则传输距离可达几公里 这是指 使用数字线路 其两端的设备并没有带宽的限制 当我们使用调制解调器与 ISP 相连时 使 用的是电话的用户线 这种用户线进入市话交换机处将带宽限制在 3400Hz 以下 与数字线 路的带宽相差很大 3 15 码分复用 CDMA 为什么可以使所有用户在同样地时间使用同样的频带进行通信而 不会互相干扰 这种复用方法有何有缺点 3 16 有 4 个站进行码分复用 CDMA 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 1 1 3 1 1 3 1 1 问哪个站发送数据了 发 送的代码是什么 答 只须计算 4 个常规的内积 1 1 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 1 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 1 1 1 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 3 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8 1 结果是 A 和 D 发送比特 1 B 发送比特 0 而 C 未发送数据 第 4 章 数据链路层 4 01 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 答 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 4 02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能 答 数据链路层中的链路控制包括链路管理 帧同步 流量控制 差错控制 将数据和 控制信息分开 透明传输 寻址等功能 4 03 考察停止等待协议算法 在接收结点 当执行步骤 4 时 若将 否则转到 7 改为 否则转到 8 将产生什么结果 信息工程学院 答 步骤 4 中 若 表明发送结点队上一帧的确认发送结点没有正确收到 发送结点 重传了上一帧 此时接收结点的做法应当是 丢弃该重复帧 并重发对该帧的确认 若改为 转 到 8 接收结点发送否认帧 则接收结点以为该帧传输错误 则一直重发该帧 4 04 在停止等待协议算法中 在接收站点 当执行步骤 3 时 若将 否则 转到 6 改为 否则 转到 2 将产生什么结果 答 4 05 在停止等待协议算法中 若不使用帧的序号将出现什么后果 答 4 06 一个信道速率为 4 kb s 采用停止等待协议 传播时延为 20 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 当发送一帧的时间等于信道的传播时延的 2 倍时 信道利用率是 50 或者说当发 送一帧的时间等于来回路程的传播时延时 效率将是 50 即 20ms 2 40ms 现在发送速 率是每秒 4000bit 即发送一位需 0 25ms 则帧长 40 0 25 160bit 4 07 在停止等待协议中 确认帧是否需要序号 请说明理由 答 在一般情况下 确认帧不需要序号 但如果超时时间设置短了一些 则可能会出现 问题 即有时发送方会分不清对哪一帧的确认 4 08 试写出连续 ARQ 协议的算法 答 连续 ARQ 协议的工作原理如图所示 连续 ARQ 协议在简单停止等待协议的基础上 允许连续发送若干帧 在收到相应 ACK 后继续发送若干帧 用以提高传输效率 这时 ACK 及 NAK 也必须有对应的帧序号 才能够 一一对应起来 在发生差错时丢弃原已发送的所有后续帧 重发差错发生以后的所有帧 相当于完全返 回重传 信道较差时 连续 ARQ 协议传输效率不高 信息工程学院 4 09 试证明 当用 n 个比特进行编号时 若接收窗口的大小为 则只有在发送窗口 的大小 Wt504 故信 道利用率为 1 4 16 试简述 HDLC 帧各字段的意义 HDLC 用什么方法保证数据的透明传输 答 1 HDLC 帧的格式 信息字段 长度可变 为数据链路层的数据 它就是从网络 层传下来的分组 在信息字段的两端是 24bit 的帧头和帧尾 HDLC 帧两端的标志字段用来界定一个帧的边界 地址字段是用来填写从站或应答站的 地址信息 帧校验序列 FCS 用来对地址 控制和信息字段组成的比特流进行校验 控制字段 最复杂 用来实现许多主要功能 2 采用零比特填充法来实现链路层的透明传输 即在两个标志字段之间不出现 6 个连 续 1 具体做法是在发送端 当一串比特流尚未加上标志字段时 先用硬件扫描整个帧 只 要发现 5 个连续的 1 则在其后插入 1 个 0 而在接收端先找到 F 字段以确定帧的边界 接 着再对其中的比特流进行扫描 每当发现 5 个连续的 1 就将这 5 个连续 1 后的 1 个 0 删除 以还原成原来的比特流 4 17 HDLC 帧可分为哪几个大类 试简述各类帧的作用 答 在 HDLC 中 帧被分为三种类型 1 信息帧用于传输数据的帧 具有完全的控制 顺序 2 监控帧用于实现监控功能的帧 包括接收准备好 接收未准备好 请求发送 选 择发送等监控帧 主要完成回答 请求传输 请求暂停等功能 3 无编号帧用于提供附加 的链路控制功能的帧 该帧没有信息帧编号 因此可以表示各种无编号的命令和响应 一般 情况下 各种命令和响应都是有编号的 以扩充主站和从站的链路控制功能 4 18 HDLC 规定 接收序号 R 表示序号为 N R 1 mod8 的帧以及在这以前 信息工程学院 的各帧都已正确无误地收妥了 为什么不定义 N R 表示序号为 N R mod8 的帧以及 在这以前的各帧都已正确无误地收妥了 答 因为帧的初始序号为 0 4 19 PPP 协议的主要特点是什么 它适用在什么情况下 答 点对点协议 PPP 它有三个组成部分 1 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 2 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 3 一套网络控制协议 NCP 支持不同的网络层协议 点对点协议 PPP 适用于在 PSTN 拨号的情况 第 5 章 局域网 5 01 局域网的主要特点是什么 为什么说局域网是一个通信网 答 局域网是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络 1 特点 高数据速率 0 1Mbps 100Mbps 短距离 0 1km 25km 低误码率 10 8 10 11 2 局域网络是一个通信网络 因为从协议层次的观点看 它包含着下三层的功能 在 OSI 的体系结构中 一个通信子网只有最低的三层 而局域网的体系结构也只有 OSI 的下三层 没有第四层以上的层次 所以说局域网只是一种通信网 5 02 IEEE 802 局域同参考模型与 OSI 参考模型有何异同之处 答 0SI 体系结构指 7 层开放式互连标准参考模型 IEEE802 是国际电子与电气工程师 协会发布的关于办公自动化和轻工业局域网体系结构的一系列标准文件 该标准基本上对应 于 0SI 模型的物理层和数据链路层 这个标准使网络的物理连接和访问方法规范化 已被 IS0 陆续接收为标准 相同 IEEE802 局域网遵循 OSI 模型 包括物理层 数据链路层和网络层 不同 对应 OSI 模型的数据链路层分成两个子层 介质访问控制子层和逻辑链路控制子 层 一般不单独设置网络层 局域网的参考模型只相当于 OSI 参考模型的最低两层 且两者的物理层和数据链路层之 间也有很大差别 在 IEEE802 系列标准中各个子标准的物理层和媒体访问控制 MAC 子层是 有区别的 而逻辑链路控制 LLC 子层是相同的 也就是说 LLC 子层实际上是高层协议与 任何一种 MAC 子层之间的标准接口 5 03 一个 7 层楼 每层有一排共 15 间办公室 每个办公室的楼上设有一个插座 所 有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网的结点 设任意两个插座之间都允许 信息工程学院 连上电缆 垂直 水平 斜线 均可 现要用电缆将它们连成 1 集线器在中央的 星形同 2 以太网 试计算每种情况下所需的电缆长度 答 1 假定从下往上把 7 层楼分别编号为 1 7 层 在星形网中 路由器放在 4 层中间 位置 到达 7 15 1 104 个场点中的每一个场点都需要有电缆 因此电缆的总长度等于 2 对于以太网 10BASE5 每一层都需要 56m 水平电缆 再加上 24m 4 6 垂 直方向电缆 所以总长度等于 56 7 24 416 m 5 04 数据率为 10Mb s 的以太网的码元传输速率是多少 答 码元传输速率即为波特率 10Mb s 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 因此波特率是数据率的两倍 即 20M 波特 5 05 有 10 个站连接到以太网上 试计算以下三种情况下每个站所能得到的带宽 答 1 10 个站共享 10Mbit s 10 10 1mbps 2 10 个站共享 100Mbit s 100 10 10 mbps 3 每站独占 10Mbps 连接到以太网交换机上的每台计算机都享有 10mbps 的带宽 5 06 试说明 10BASE5 10BASE2 10BASE T 10BASE F 1BASE5 10BROAD36 和 FOMAU 所代表的意思 答 10BASE5 10 表示数据率为 10Mbit s BASE 表示电缆上的信号是基带信号 5 表示每一段电缆的最大长度是 500m 10BASE2 10 表示数据率为 10Mbit s BASE 表示电缆上的信号是基带信号 2 表示每一段电缆的最大长度是 185m 10BASE T 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 10BROAD36 10 表示数据率为 10Mbit s BROAD 表示电缆上的信号是宽带信号 36 表示网络的最大跨度是 3600m FOMAU Fiber Optic Medium Attachment Unit 光纤媒介附属单元 用以连接扩展以太 网的转发器之间的光纤链路 FOIRL Fiber Optic Inter Repeater Link 5 07 10Mb s 以太网升级到 100Mb s 和 1Gb s 时 需要解决哪些技术问题 答 欲保持 10M 100M 1G 的 MAC 协议兼容 要求最小帧长的发送时间大于最长的 冲突检测时间 因而千兆以太网采用载波扩充方法 而且为了避免由此带来的额外开销过大 当连续发送多个短帧时采用帧突发技术 而 100M 以太网采用的则是保持帧长不变但将最大 电缆长度减小到 100m 其它技术改进 1 采用专用的交换集线器 缩小冲突域 2 发 送 接收 冲突检测传输线路独立 降低对媒体带宽要求 3 为使用光纤 双绞线媒体 采用新的信号编码技术 5 08 100 个站点分布在 4km 长的总线上 协议采用 CSMA CD 总线速率为 5Mbps 帧 平均长度为 1000 比特 传播时延为 5 s km 试估算每个站每秒钟发送的平均帧数最大值 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 信息工程学院 答案一 因传播时延为 5 s km 则传播速度为 2 10 8 m 100 个站点时 每站发送成功的概率为 A 1 1 100 100 1 0 369 信道利用率最大值 Smax 1 1 0 1 2 0 369 1 0 693 因总线速率为 5Mbps 且 100 个站点的 100 个帧的总长度为 100000 比特 所以每个站 每秒钟发送的平均帧数最大值为 34 65 答案二 a T0 C L 5 s km 4km 5Mbit s 1000bit 0 1 当站点数较大时 信道利用率最大值 Smax 接近 1 1 4 44a 0 6925 信道上每秒发送的帧的最大值 Smax C L 0 6925 5Mbit s 1000bit 3462 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 3462 100 34 5 09 在以下条件下 重新计算每个站每秒钟发送的平均帧数最大值 1 总线长度减小为 1km 2 总线速率加倍 3 帧长变为 10000 比特 答 设 a 与上题意义相同 当改变条件时 答案如下 1 a1 a 4 0 025 Smax1 0 9000 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 45 总线长度减小 端到端时延就减小 以时间为单位的信道长度与帧长的比也减小 信道给 比特填充得更满 信道利用率更高 所以每站每秒发送的帧更多 2 a2 2a 0 2 整个总线网的吞吐率 Smax2 0 5296 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 53 总线速度加倍 以时间为单位的信道长度与帧长的比也加倍 信道利用率减小 但仍比 原来的 1 2 大 所以最终每站每秒发送的帧比原来多 3 a3 a 10 0 01 整个总线网的吞吐率 Smax3 0 9574 每个站每秒种发送的平均帧数的最大值 4 8 帧长加长 10 倍 信道利用率增加 每秒在信道上传输的比特增加 但没有 10 倍 所以 最终每站每秒发送的帧比原来少 5 10 假定 1km 长的 CSMA CD 网络的数据率为 1Gb 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 答 对于 1km 电缆 单程传播时间为 即 5 s 来回路程传播时间为 10 s 为了能够按 照 CSMA CD 工作 最小帧的发射时间不能小于 10 s 以 1Gb s 速率工作 10 s 可以发送的 比特数等于 因此 最短帧长 10000 比特或 1250 字节 5 11 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 9 分别计算 4 种不同 情况下 a 的数值 并进行简单讨论 答 a T0 C L d 2 5 108 C 12500 8 4 10 14 d C 信息工程学院 分析 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 补充题 为什么在 CSMA CD 协议中参数 a 必须很小 用什么方法可以保证 a 的值很小 答 在 CSMA CD 协议中参数 a 很小 可以使线路利用率和整个网络系统吞吐率保持较 高水平 限制网络传输媒体长度 提高总线速率或增加帧长度都是保证 a 值很小的有效方法 5 13 帧中继的数据链路连接标识符 DLCI 的用途是什么 什么是 本地意义 答 DLCI 作地址信息用 用于 FR 交换机沿着虚电路向下一节点转发帧 所谓 本地意义 是指帧包含的 DLCI 只标识帧所经过的这段链路 而不标识上一段 下 一段或其它链路 该帧前进时其 DLCI 在每段链路上都可变化 另外 一条新建虚电路在某 链路上 DLCI 值的选取 只要求在本段链路上与其它虚电路彼此不同 即只要局部不同 不 要求跟别的链路段不同 全局不同 5 14 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 答 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 5 15 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 答 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 5 16 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 答 a T0 C L 100 2 108 1 109 L 500 L 信道最大利用率 Smax 1 1 4 44a 最大吞吐量 Tmax Smax 1Gbit s 帧长 512 字节时 a 500 512 8 0 122 Smax 0 6486 Tmax 648 6 Mbit s 帧长 1500 字节时 a 500 1500 8 0 0417 Smax 0 8438 Tmax 843 8 Mbit s 帧长 64000 字节时 a 500 64000 8 0 000977 Smax 0 9957 Tmax 995 7 Mbit 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 信息工程学院 5 17 100VG 局域网有哪些特点 和以太网相比 优缺点各有哪些 100VG AnyLAN 也是一种使用集线器的 100 Mb s 高速局域网 它综合了现有以太网和 令牌环的优点 IEEE 也制定其标准 802 12 100VG AnyLAN 常简写为 100VG VG 代表 Voice Grade 而 Any 则表示它能使用多种传输媒体 并可支持 IEEE 802 3 和 802 5 的数 据帧 100VG 是一种无冲突局域网 能更好地支持多媒体传输 在网络上可获得高达 95 的 吞吐量 在媒体接入控制 MAC 子层运行一种新的协议 叫做需求优先级 demand priority 协议 各工作站有数据要发送时 要向集线器发出请求 每个请求都标有优先级别 一般的 数据为低优先级 而对时间敏感的多媒体应用的数据 如话音 活动图像 则可定为高优先 级 集线器使用一种循环仲裁过程来管理网络的结点 它对各结点的请求连续进行快速的循 环扫描 检查来自结点的服务请求 集线器维持两个指针 高优先级指针和低优先级指针 高优先级的请求可在低优先级请求之前优先接入网络 因而可保证对时间敏感的一些应用提 供所需的实时服务 集线器接收输入的数据帧并只将其导向具有匹配目的地址的端口 从而 提供了固有的网络数据安全性 优先级的标记由高层应用软件完成 标记信息作为帧信息的 一部分被送往媒体接人控制 MAC 子层 100VG 使用 4 对 UTP 3 类线 4 类线或 5 类线 以半双工方式传送数据 因此每 对 UTP 的数据率只有 25 Mb s 100VG 采用 5B6B 编码来传输数据 这种编码方法是先 将数据流划分为每组 5 bit 然后按编码规则将其转换为 6 bit 因此每对 UTP 上 30 MBaud 的信号速率可以获得 25 Mb s 的数据率 5 bit 共有 32 种组合 但在 6 bit 的 64 种组合 中只有 20 种是其中的 1 和 0 一样多 当每组中具有相同数量的 1 和 0 可使直流分量为 零 因此有 12 种输入组合所对应的输出就一定有直流分量 编码规则使这 12 种输入中的 每一种对应于两种不同的输出 一种叫 方式 2 输出 它包含 2 个 1 和 4 个 0 另一 种叫 方式 4 输出 它包含 4 个 1 和 2 个零 当这 12 种输入中的某一种出现时 对应 的输出就使 方式 2 输出 和 方式 4 输出 交替出现 这样就可使输出数据流中的直流分量 最小 100VG 还支持 10BASE T 和令牌环的网络拓扑 因此现有的 10BASE T 以太网和令牌 环可很方便地移植成 100 Mb s 的速率 100VG 还可通过 FDDI 或 ATM 与广域网相连 5 18 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 答 网桥从端口接收网段上传送的各种帧 每当收到一个帧时 就先存放在其缓存中 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 则通过查找网桥中生成的 站表 将收到的帧送往对应的端口转发出去 否则 就丢弃该帧 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 但网桥转发前需先缓存并查找站表 连接不同 MAC 子层的网段 时需耗时修改某些字段内容 增加了时延 无流量控制 以致产生丢帧 当网桥连接的用户 过多时易产生较大广播风暴 网桥与转发器相比 主要有以下异同点 1 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 转发器的数目 受限 而网桥从理论上讲 扩展的局域网范围是无限制的 2 都能实现网段的互连 但网 信息工程学院 桥工作在数据链路层 而转发器工作在物理层 转发器只通过按比特转发信号实现各网段物 理层的互连 网桥在 MAC 层转发数据帧实现数据链路层的互连 而且网桥能互连不同物理 层甚至不同 MAC 子层的网段 3 互连的各网段都在同一广播域 但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 网桥将网段隔离 为不同的冲突域 而转发器则无隔离信号作用 4 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 网桥与以太网交换机相比 主要有以下异同点 1 以太网交换机实质上是一个多端口 的网桥 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 2 网桥的端口一般连接到局域网 而以太网交换机的每个接口都直接与主机相连 3 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 4 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 5 19 以太网交换机有何特点 用它怎样组成虚拟局域网 答 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 5 20 无线局域网 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 答称之为 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制以及工作于其上的一个可选的集中式控制 该集中式控制算法称为点 协调功能 PCF DCF 采用争用算法为所有通信量提供接入 PCF 提供无争用的服务 并 利用了 DCF 特性来保证它的用户可靠接入 PCF 采用类似轮询的方法将发送权轮流交给各 站 从而避免了冲突的产生 对于分组语音这样对于时间敏感的业务 就应提供 PCF 服务 由于无线信道信号强度随传播距离动态变化范围很大 不能根据信号强度来判断是否发生冲 突 因此不适用有线局域网的的冲突检测协议 CSMA CD 802 11 采用了 CSMA CA 技术 CA 表示冲突避免 这种协议实际上是在发送数据帧前需对信道进行预约 这种 CSMA CA 协议通过 RTS 请求发送 帧和 CTS 允许发送 帧来实现 源站在发 送数据前 先向目的站发送一个称为 RTS 的短帧 目的站收到 RTS 后向源站响应一个 CTS 短帧 发送站收到 CTS 后就可向目的站发送数据帧 5 21 IEEE802 11 标准的 MAC 协议中的 SIFS PIFS 和 DIFS 的作用是什么 答 SIFS 是一种最短的帧间间隔 用于 PCF 中对轮询的响应帧 CSMA CA 协议中预约 信息工程学院 信道的 RTS 帧和 CTS 帧 目的站收到自己的数据帧后给发送站的确认帧等短帧的场合 PIFS 是中等的帧间间隔 用于 PCF 方式中轮询 DIFS 是最长的帧间间隔 用于 DCF 方式中所有 普通的通信量 补充题 解释 CSMA CD 和它的用途 在 802 项目的哪个部分中使用到 CSMA CD 答 CSMA CD 是用于以太网 802 3 的接入机制 如果站点想发送数据到网上 必须 首先监听线路上存在的通信量 如果没有检测到通信量 则认为线路是空闲的并开始发送 站点在发送数据后继续监听 如果检测到冲突 站点停止当前的发送并等待某个时间量直到 线路干净 然后再从头开始这一切 第 6 章 广域网 6 01 试从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点 答 1 在传输方式上 虚电路服务在源 目的主机通信之前 应先建立一条虚电路 然后才能进行通信 通信结束应将虚电路拆除 数据报无需 2 从地址设置看 虚电路每个分组含有一个短的虚电路号 数据报有完整地址 3 从路由选择及影响来看 虚电路建好时 路由就已确定 所有分组都经过此路由 数据报的每个分组独立选择路由 路由器失败时 所有经过路由器的虚电路都将被终止 数 据报服务则除了崩溃时全丢失分组外 无其他影响 4 关于分组顺序 虚电路服务能保证分组按发送顺序到达目的主机 数据报服务不能 保证数据报按序列到达目的主机 5 可靠性与适应性 虚电路服务比数据报服务的可靠性高 数据报服务的适应性比虚 电路服务强 6 在拥塞控制方面 若有足够的缓冲区分配给已经建立的每条虚电路 拥塞较容易控 制 而数据报服务难以控制拥塞 7 关于平衡网络流量 数据报服务既平衡网络中的信息流量 又可使数据报