1、重点课后题及答案1-14 协议与服务有何区别？有何关系？协议与服务在概念上又是很不一样。它们的不同点表现为：（1）服务是下层实体为上层实体提供它们间进行通信的能力，具体是通过原语操作实现的。服务是由下层向上层通过层间接口提供的，上层是服务用户，下层是服务提供者。服务是“垂直”的。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。协议是“水平”的。（2）尽管服务定义了该层能够为它的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是“透明的”。（3）实体利用协议来实现它们的服务定义，但是只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意
2、地改变它们的协议。这样，服务和协议就被完全地分离开来。但它们又是密切相关的，它们的关系表现为：（）两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，必须在本层协议的控制下，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，还需要使用下面一层所提供的服务。1-06 将TCP/IP和OSI网络体系结构进行比较，讨论其异同之处。答：OSI与TCP/IP网络体系结构的比较如下图，其异同之处是：1都采用了层次结构的概念；2在传输层中二者定义了相似的功能。异：1异种网的互连问题。TCP/IP一开始就注意了这一问题，并将网际协议IP作为TCP/IP的重要组成部分，而OSI由于想利用一种标准的公用数据
3、网将异种网互连在一起，没有认识到IP的重要性；2对服务种类的侧重。TCO/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而OSI只强调面向连接的服务，很晚才制定无连接服务的有关标准；3“服务”、“协议”、“接口”的概念。OSI最大的贡献就是将这三个概念之间的区别明确化了，而TCO/IP则没有很清楚地区分开；4通用性。OSI模型产生在协议发明之前，这意味着该模型没有偏向于任何特定的协议，故非常通用，而TCP/IP模型产生在协议之后，很难用它来描述其它种类的协议栈；5层数。OSI有七层，TCP/IP只有四层，而且其网络接口层严格说来不是一个层次而只是一个接口，下面的数据链路层和物理层则根本没有，实际
4、上这两个层次还是很重要的。补充：为什么我们要采用建议的一种层次参考模型？画出它的层次模型图。答：无论是OSI还是TCP/IP都有它成功的一面和不足的一面：OSI由于要照顾各方面的因素，使OSI变得大而全，效率很低，会话层大大多数应用中很少用到，表示层几乎是空的。尽管这样，它的很多研究结果、方法，以及提出的概念对今后网络发展还是有很高的指导意义，但是它并没有流行起来。TCP/IP利用正确的策略，抓住了有利的时机，伴随着Internet的发展而成为目前公认的工业标准，应用广泛，但它的参考模型的研究却很薄弱，其网络接口层严格说来不是一个层次而只是一个接口，下面的数据链路层和物理层则根本没有，实际上这
5、两个层次还是很重要的。为了保证计算机网络教学的科学性和系统性，我们采用了Andrew S. Tanenbaum建议的一种层次参考模型。它吸取了OSI和TCP/IP两者的优点。与OSI相比少了表示层与会话层，用数据链路层与物理层取代了TCP/IP的主机与网络层（网络接口层）。2-1传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？答：传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面。由于物理层是体系结构的第一层，因此有时称物理层为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。也就是说，传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。但物理层由于规定了电气特性，因
6、此能够识别所传送的比特流。 2-5奈氏准则和香农公式的主要区别是什么？这两个公式对数据通信的意义是什么 ？答：奈氏准则定义了理想低通信道的最大码元传输速率，即C=2W baud；理想带通信道的最大码元传输速率为C=W baud;香农公式定义了具有高斯噪声的信道的极限传输速率：C=Wlog2(1+S/N).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0。要提高信息的传输速率，就必须设法使每一个码元携带更多个比特的信息量。这就需要采用多元制（多进制）的调制方法。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
7、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。2-17 共有4个站进行码分多址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？发送数据的站发送的1还是0？答：SA=（11311311）8=1， A发送1SB=（11311311）
8、8=1， B发送0SC=（11311311）8=0， C无发送SD=（11311311）8=1， D发送1补充：某一个用于发送二进制信号的3kHz信道，其信噪比为20dB，可以取得的最大数据速率是多少？（注：log2101取6.66） 解：2010lg(s/n) s/n=100 香农极限是3log2(1+100)=3*6.66=19.98kb/s奈氏准则极限是3k*2=6kb/s显然瓶颈是奈氏准则，最大数据速率是6kb/s. 补充：控制字符SYN的ASCII编码为0010110，请画出SYN的FSK、ASK、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码四种编码方法的信号波形。3-6:信道速率为4kbit/s
9、。采用停止等待协议。传播时延tp=20ms。确认帧长度和处理时间可忽略。问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%？答： t发 1 50% , 得t发40ms，则帧长L40ms4kbit/s=160bit t发+2tp 3-09试证明：当用n个比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小WT2n-1时，连续ARQ协议才能正确运行。证明: 从两个方面证明1、Wt = 2n每发送完2n个帧以后,发送序号就开始循环,考虑,发端所发的数据帧虽然都能正确传送到收端,但收端所发出的全部确认帧却都丢失了.此时,发端发送完2n个帧后,没有收到02n 1的确认帧,经过Tout后,发端重发原来已经
10、发送过的0,1,2n 1号帧.收端已将上次接收到的2n个帧转发出去,准备接收的下一帧序号为0,这样收端就无法判断发端所发送的0,1,.2n 1号帧是新数据帧还是重发的数据帧.由此可见,发送窗口Wt = 2n将导致协议失败.2、Wt = 2n 1每发送完2n - 1个帧以后,发送序号就开始循环,考虑,发端所发的数据帧虽然都能正确传送到收端,但收端所发出的全部确认帧却都丢失了.此时,发端发送完2n - 1个帧后,没有收到02n 2的确认帧,经过Tout后,发端重发原来已经发送过的0,1,2n 2号帧.收端已将上次接收到的2n -1个帧转发出去,准备接收的下一帧序号为2n - 1, 这样收端就可以判
11、断发端所发送的0,1,.2n 2号帧是重发的数据帧。所以,当接收窗口大小为1时,则只有在发送窗口的大小Wt 1。这说明发送方还没有发送完所有的255个帧，第1帧的确认就收到了。即传播时间延迟比发送时间延迟短，第一帧已经到达而最后一帧还没有发送完毕，这时整个信道中充满数据帧，因此得到U1。这种情况下的U = 1，不可能大于1。3-20要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(x)=x4+x+1 。1.试求应添加在数据后面的余数。2.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？3.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？ 答：添加的检验序列为111
12、0 （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。3-23有一比特串0110111111111100用HDLC协议传送。经过零比特填充后变成怎样的比特串?若接收端收到的HDLC帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串?补充：在HDLC的帧格式中，其信息字段I=11111110，地址字段 A
13、=10001000，控制字段C=00111011，试问其CRC校验码为什么？此帧在线路上传输的全部二进制代码是什么？4-04数据率为10Mbit/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少波特？答：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波特。4-08有10个站连接在以太网上。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
14、享10Mb/s。每个站获得带宽=10 /当时接入的站数N（Mb/s）。（2）10个站共享100Mb/s。每个站获得带宽=100 /当时接入的站数N（Mb/s）。（3）每个站独占10Mb/s。4-09 100个站分布在4km长的总线上。协议采用CSMA/CD。总线速率为5Mb/s，帧的平均长度为1000bit。试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。传播时延为5s/km。答：实际环境下只要有10几个站，信道的利用率就能达到理想的极限值Smax。一个帧的发送时间T0为T0=1000bit/(5Mb/s)=0.2ms 端到端的传播时延为 =(5s/km)*(4km/100)=20s 归一化传播时延
15、为 =/ T0=20/0.2=0.1则网络最大归一化吞吐量（即在T0内发送的平均帧数的最大值） Smax =1/（1+4.44）=1/（1+0.444）=0.693则网络每秒钟发送的平均帧数的最大值为Smax /T0=0.693/0.0002=3455(个)则每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值为3455/100【 3455/100 】34(个)修改：每个帧发送的时延：NR*2t+t0+t S/帧 取倒数即为帧每秒4-11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。答：对于1km电缆，单程端到端传播时延为：
16、=1200000=510-6s=5s，端到端往返时延为： 2=10s为了能按照CSMA/CD工作，最小帧的发送时延不能小于10s，以1Gb/s速率工作，10s可发送的比特数等于：1010-61109=10000bit=1250字节。4-07 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？在帧的长度方面需要有什么改变？为什么？传输媒体应当有什么改变？答：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
17、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9.6s，改为0.96s。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。4-18以太网交换机有何特点？它与集
18、线器有何区别？答：以太网交换机实质上是一个多端口网桥。工作在数据链路层。以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样，进行无碰撞地传输数据。通信完成后就断开连接。 区别：以太网交换机工作数据链路层，集线器工作在物理层。集线器只对端口上进来的比特流进行转发，不能支持多端口的并发连接，也不能进行帧过滤。4-19网桥的工作原理和特点是什么？网桥与集线器以及以太网交换机有何异同？答：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
19、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，而集线器工作在物理层；（2）网桥不像集线器转发所有的帧，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，即具有帧过滤功能。（3）集线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）网桥和集线器都有扩展局域网的作用，但网
20、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，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。4-23现有五个站分别连接在三个局域网上，并且用两个透明网桥连接起来，如下图所示。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
21、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。试将有关数据填写在下表中解：发送的帧网桥1的转发表网桥2的转发表网桥1的处理（转发？丢弃？登记？）网桥2的处理（转发？丢弃？登记？）站地址端口站地址端口H1H5MAC11MAC11转发，写入转发表转发，写入转发表H3H2MAC32MAC31转发，写入转发表转发，写入转发表H4H3MAC42MAC42写入转发表，丢弃不转发转发，写入转发表H2H1MAC21写入转发表，丢弃不转发接收不到这个帧习题4-24 无线局域网的MAC协议有哪些特点？为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议而必须使用CSMA/CA
22、？说明RTS和CTS的作用。 答：1、无线局域网MAC的主要特点：采用CSMA/CA协议，通过在发送数据帧前对信道的预约，避免冲突的发生。数据预约通过发送RTS（请求发送帧）和返回CTS（允许发送帧）实现。可以选用三种不同的预约方式：采用预约、数据帧超长时采用预约或不采用预约。包括PCF、DCF两个子层，在PCF子层提供无争用服务，在DCF子层提供争用服务。可选用三种不同长短的帧间隔时间IFS 1050s，以获得不同的优先级。2、在无线局域网中不能采用冲突检测协议的原因是： 冲突检测一般通过对信号幅度变化的检测来判断冲突发生与否，但无线电信号由于传输条件的特殊，信号强度的变化范围非常大。此外，
23、无线局域网还存在隐蔽站和暴露站的问题，也不宜使用冲突检测。3、 RTS帧用于请求发送，并说明将要发送的帧长，以实现信道的预约。CTS帧用于应答客户的RTS帧，对其预约进行确认。5-01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：虚电路服务和数据报服务的区别可由下表归纳：对比的方面虚电路数据报连接的建立必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有目的站的全地址路由选择在虚电路连接建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由当路由器出故障所有通过了出故障的路由器的虚电路均不能工作出故障的路由器可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按
24、发送顺序到达目的站到达目的站时可能不按发送顺序端到端的差错处理由通信子网负责由主机负责端到端的流量控制由通信子网负责由主机负责从占用通信子网资源方面看：虚电路服务将占用结点交换机的存储空间，而数据报服务对每个 其完整的目标地址独立选径，如果传送大量短的分组，数据头部分远大于数据部分，则会浪费带宽。从时间开销方面看：虚电路服务有创建连接的时间开销，对传送小量的短分组，显得很浪费；而数据报服务决定分组的去向过程很复杂，对每个分组都有分析时间的开销。从拥塞避免方面看：虚电路服务因连接起来的资源可以预留下来，一旦分组到达，所需的带宽和结点交换机的容量便已具有，因此有一些避免拥塞的优势。而数据报服务则很
25、困难。从健壮性方面看：通信线路的故障对虚电路服务是致命的因素，但对数据报服务则容易通过调整路由得到补偿。因此虚电路服务更脆弱。5-04广域网中的主机为什么采用层次结构方式进行编址?答：广域网中，分组往往要经过许多结点交换机的存储转发才能到达目的地。每个结点交换机都有一转发表，结点交换机根据转发表决定该如何转发分组，如果转发表里存放了到达每一主机的路由，显然广域网中的主机数越多，查找转发表就越费时间，为了减少查找转发表所花费的时间，广域网采用层次结构的地址。层次结构方式进行编址就是把一个用二进制数表示的主机地址分为前后两部分。前一部分的二进制数表示该主机所连接的分组交换机的编号，而后一部分的二进
26、制数表示所连接的分组交换机的端口号，或主机的编号。这样转发表可简化为两个内容：分组要发往的目的站的交换机号，以及下一跳交换机号。采用两个层次的编址方案可使转发分组时只根据分组和第一部分的地址（交换机号），即在进行分组转发时，只根据收到的分组的主机地址中的交换机号。只有当分组到达与目的主机相连的结点交换机时，交换机才检查第二部分地址（主机号），并通过合适的低速端口将分组交给目的主机。采用这种方案可以减小转发表的长度，从而减少了查找转发表的时间。5-08流量控制在网络工作中具有何意义?流量控制与拥塞控制有何异同之处?答：流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。流量控制的意义在
27、于通过抑制发送端发送数据的速率使接收端来得及接收数据。 不同点：拥塞控制：必须确保通信子网能够传送待传送的数据，是一个全局性问题，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。 流量控制：只与某发送端和接收端之间的点对点通信量有关，其任务是使发送方发送数据的速率不能快得让接收方来不及接收。相同点：某些拥塞控制算法是向发送端发送控制报文，并告诉发送端，网络已出现麻烦，必须放慢发送速率，这和流量控制很相似。5-12为什么X25分组交换网会发展到帧中继?帧中继有什么优点?试从层次结构上以及结点交换机需要进行的处理过程进行讨论。答：随着需求的发展，许多应用都迫切要求增加分组交换
28、服务的速率。但X.25网络的体系结构并不适合于高速交换，又因为网络传输设备从高误码的模拟电话线路发展到低误码的数字光纤网，可见需要研制一种支持高速交换的网络体系结构。在这种情况下帧中继网络产生了，于是从X.25网络发展到了帧中继网络。（1） 帧中继采用了一种减少结点处理时间的技术，即只要一知道帧的目的地址就立即转发该帧。帧在中间结点的数据链路层就转发而不进入网络层，从而减少了帧处理时间，因而各分组通过网络的时延减少，结点对分组的处理能力也增大了。（2） 帧中继的呼叫控制信令是在与用户数据分开的另一个逻辑连接上传送的，且其逻辑连接的复用和交换在数据链路层处理，这样既能提高传输效率，又可使多条逻辑
29、连接到复用一条物理连接上，减少接入费用。帧中继是一种减少结点处理时间的技术，它具有如下几方面的优点。（1）减少了网络互联的代价。当使用专用震中继网络时，将不同的源站产生的通信量服用到专用的主干网上，可以减少在广域网中使用的电路数。多条逻辑连接复用到一条物理连接上可以减少接入代价。（2）网络的复杂性减少了但性能却提高了。于X.25相比，震中继只有两层，由于网络结点的处理量减少，由于更加有效地利用高速数据传输线路，震中继明显改善了网络的性能和响应时间。（3）由于使用了国际标准，增加了互操作性。震中继的简化的链路协议实现起来不难。接入设备通常只需要一些软件修改或简单的硬件改动就可支持口标准。（4）协议的独立性。震中继可以很容易地配置成容纳多种不同的网络协议的通信量。可以用震中继作为公共的主干网，这样可统一所使用的硬件，也更加便于进行网络管理。5-14 帧中继的拥塞控制是怎样进行的？承诺的信息速率CIR在拥塞控制中起何作用？答：帧中继的拥塞控制实际上是网络和用户共同负责来实现的。网络能够非常清楚地监视全网的拥塞程度，而用户则在限制通信量方面是最有效的。帧中继使用的拥塞控制方法有以下三种：（1）丢弃策略。当
