计算机通信与网络答案

第二章习题解答

2.01 试给出数据通信系统的基本模型并说明其主要组成构件的作用。 答：

信源(源系统)信号转换设备传输媒体(信道)信号转换设备信宿(目的系统)发送部分传输系统接收部分

1）信源和信宿

信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的设备，在实际应用中，大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备(data terminal equipment，DTE)。

2）信道

信道是通信双方以传输媒体为基础的传输信息的通道，它是建立在通信线路及其附属设备(如收发设备)上的。该定义似乎与传输媒体一样，但实际上两者并不完全相同。一条通信介质构成的线路上往往可包含多个信道。信道本身也可以是模拟的或数字方式的，用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用以传输数字信号的信道叫做数字信道。

3）信号转换设备

其作用是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号，对应不同的信源和信道，信号转换设备有不同的组成和变换功能。发送端的信号转换设备可以是编码器或调制器，接收端的信号转换设备相对应的就是译码器或解调器。

2.02 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，数字数据，数字信号。 答：

数据：通常是指预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合。 信号：信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式。 模拟数据：取值是连续的数据。

模拟信号：是指幅度随时间连续变化的信号。 数字数据：取值是离散的数据。

数字信号：时间上是不连续的、离散性的信号

2.03 什么叫传信速率？什么叫传码速率？说明两者的不同与关系。

答：传信速率又称为比特率，记作Rb，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制

码元的个数，单位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。

传码速率又称为调制速率、波特率，记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（Baud）。

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若是二电平传输，则在一个信号码元中包含一个二进制码元，即二者在数值上是相等的；若是多电平（M电平）传输，则二者在数值上有Rb=NBd×log2 M的关系。

-6

2.04 设数据信号码元长度为833×10秒，若采用16电平传输，试求传码速率和传

信速率。 答：由于T=833×10秒，所以传码速率NBd=1/T≈1200波特

由于传送的信号是16电平，所以，M=16。 则传信速率Rb = NBdlog2 M =4800bit/s。

-6

2.05 异步传输中，假设停止位为1位，无奇偶校验，数据位为8位，求传输效率为

多少？ 答：传输效率=字符的数据位/字符的总长度

则传输效率=8/（1+1+8）×100%=80%

2.06 奈氏准则与香农公式在数据通信中的意义是什么？比特和波特有何区别? 答：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。

比特和波特是两个完全不同的概念，比特是信息量的单位，波特是码元传输的速率单位。但信息的传输速率“比特/每秒” 一般在数量上大于码元的传输速率“波特”，且有一定的关系，若使1个码元携带n比特的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输率为M×n bit/s。

2.07 假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，

则该信道能否可靠的传输速率为64kb/s的数据流？

答：按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：

C=Wlog2(1+S/N)

已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N = 100

C = 3000?log2(1+100)=3000?6.66=19.98 kbit/s

则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流

2.08常用的传输媒体有哪几种?各有何特点?

答：有线传输媒体主要有双绞线、同轴电缆和光缆等，无线传输媒体主要包括无线

电波、地面微波、卫星微波、红外线。特点请参见教材23-27页。

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2.09什么是曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码?其特点如何?

答：在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，

又作数据信号；从高到低跳变表示\，从低到高跳变表示\。差分曼彻斯

特码是差分编码和曼彻斯特编码相结合的一种编码方式，首先按照差分编码的规则变换成差分码，再按照曼彻斯特编码规则进行转换即可。

2.10 数字通信系统具有哪些优点？它的主要缺点是什么？

答：优点：抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可消除噪声积累; 数字

信号易于加密处理，所以数字通信保密性强。其缺点是比模拟信号占带宽。

2.11 带宽为6MHz的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传

输率是多少？假设信道是无噪声的。 答：由奈氏准则，其数据传输率=2Wlog2 M

=2×6 M×log2 4=24Mbit/s

2.12 对于带宽为3kHz、信噪比为20dB的信道，当其用于发送二进制信号时，它的最

大数据传输率是多少？

答：按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为：

C=Wlog2(1+S/N)

已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N = 100

C = 3000?log2(1+100)=3000?6.66=19.98 kbit/s 而奈氏极限值是6 kbit/s，显然，瓶颈是奈氏极限，所以，最大传输速率是6 kbit/s

2.13 一个每毫秒钟采样一次的4kHz无噪声信道的最大数据传输率是多少？

答：不管采样速率如何，一个无噪声信道都可以运载任意数量的信息，因为每个采

样值都可以发送大量数据。事实上，对于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率来采样是没有意义的。因为本题中每毫秒采样一次，则采样频率为1000次/秒，若每个采样点的值用4bit编码，则速率是4kb/s, 若每个采样点的值用16bit编码，则速率可达16kb/s。

2.14 什么是多路复用？按照复用方式的不同，多路复用技术基本上分为几类？分别

是什么？

答：多路复用技术是指在一条传输信道中传输多路信号，以提高传输媒体利用率的

技术。分为：时分复用、频分复用、码分复用和波分复用四类。

2.15 比较频分多路复用和时分多路复用的异同点。 答：略，见教材41-43页。

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2.16 简述电路交换和分组交换的优缺点。 答：电路交换的优点：

电路交换是一种实时交换，适用于实时要求高的话音通信（ 全程 ≤?200 ms ） 。

缺点：（1）在通信前要通过呼叫，为主、被叫用户建立一条物理的、逻辑的连接。

（2） 电路交换是预分配带宽，话路接通后，即使无信息传送也虚占电路，据

统计，传送数字话音时电路利用率仅为36%。

（3） 在传送信息时，没有任何差错控制措施，不利于传输可靠性要求高的突发性数据业务。

分组交换优点：（1）能够实现不同类型的数据终端设备（含有不同的传输速率、不同的代码、不同的通信控制规程等）之间的通信。

（2）分组多路通信功能。

（3）数据传输质量高、可靠性高。 （4）经济性好。

缺点：（1）由于采用存储—转发方式处理分组，所以分组在网内的平均时延可达几百毫秒

（2）每个分组附加的分组标题，都会需要交换机分析处理，而增加开销，因此分组交换适宜于计算机通信的突发性或断续性业务的需求，而不适合于在实时性要求高、信息量大的环境中应用；

（3）分组交换技术比较复杂，涉及到网络的流量控制、差错控制、代码、速率的变换方法和接口；网络的管理和控制的智能化等。

2.17 在循环冗余校验系统中，利用生成多项式G（x）= x 5 + x 4 +x+1判断接收到的报文010110001101是否正确？并计算100110001的冗余校验码。 答：若收到的报文是1010110001101，则用其去除以生成多项式对应的码组110011，

1 1 0 0 0 1 0 0

110011?1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1

1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

0 1 ≠0

可知结果不是全零，所以肯定是有错的。

当要发送的数据是100110001，根据生成多项式，可知所对应的冗余校验码为5

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位，则在100110001后添加00000，用10011000100000/110011后，所得余数为110，则冗余校验码为00110。

2.18 一码长为n=15的汉明码，监督位应为多少？编码效率为多少？

r

答：因为对于汉明码来说，应满足2 -1≥n 又因为n=15，所以监督位r至少应为4。 编码效率R?

2.19 已知（7，4）汉明码接收码组为0100100，计算其校正子并确定错码在哪一位。 答：因为校正子

S1= c6 ? c5 ? c4 ?c2=0， S2= c6 ? c5 ? c3 ?c1=1， S3= c6 ? c4 ? c3 ?c0=0，

因为三个校正因子不全为0，说明码字有错。

S=S1S2S3=010，说明信息位c1有错，将c1上的0变为1，即可纠正错误。

2.20 常用的差错控制的方法有哪些？各有什么特点？ 答：（1）自动请求重发（ARQ）：接收端检测到接收信息有错时，通过自动要求发

送端重发保存的副本以达到纠错的目的，这种方式需要在发送端把所要发送

的数据序列编成能够检测错误的码，在后面的数据链路层中将会详细介绍这种差错控制的方法。

（2）前向纠错（FEC）：接收端检测到接收信息有错后，通过计算，确定差错的位置，并自动加以纠正，这种方式需要发送端将输入的数据序列变换成能够纠正错误的码。

（3）混合方式：接收端采取纠检错混合（在ATM中应用），即对少量差错予以自动纠正，而超过其纠正能力的差错则通过重发的方法加以纠正。 （4）信息反馈（IRQ）：接收端把收到的数据序列全部由反向信道送回给发送端，发送端比较其发送的数据序列与送回的数据序列，从而发现是否有错误，并把认为错误的数据序列的原始数据再次发送，直到发送端没有发现错误为止，这种方式不需要发送端进行差错控制编码。

2.21 简述（7，4）汉明码中7和4的含义。

答：7是指一个码组的总长度是7位，4是指一个码组中信息位的长度是4位。

2.22 简述DTE和DCE的概念。

kn?100%?15?415?100%=73.3%

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答：DTE：数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）是泛指智能终端（各类

计算机系统、服务器）或简单终端设备（如打印机），内含数据通信（或传输）控制单元，其又称为计算机系统。

DCE：数据电路终接设备（DCE，Data Circuit Terminating Equipment）是指用于处理网络通信的设备。

2.23 物理层接口标准包含哪方面的特性？每种特性的具体含义是什么？ 答： 包含四个方面的特性：机械特性、电气特性、规程特性和功能特性。

机械特性规定了接插件的几何尺寸和引线排列。

电气特性描述了通信接口的发信器（驱动器）、接收器的电气连接方法及其电气参数，如信号电压（或电流、信号源、负载阻抗等）。

功能特性描述了接口执行的功能，定义接插件的每一引线（针，Pin）的作用。 规程特性描述通信接口上传输时间与控制需要执行的事件顺序。

第三章习题解答

3.1 简述数据链路层的功能。 答：

数据链路层是在物理层提供的比特流传送服务的基础上，通过一系

列的控制和管理，构成透明的、相对无差错的数据链路，向网络层提供可靠、有效的数据帧传送的服务。

其主要功能包括：链路管理，帧定界，流量控制，差错控制，数据和控制信息的识别，透明传输，寻址。

3.2 试解释以下名词：数据电路，数据链路，主站，从站，复合站。 答：

数据电路是一条点到点的，由传输信道及其两端的DCE构成的物理电路段，中间没有交换节点。数据电路又称为物理链路，或简称为链路。

数据链路是在数据电路的基础上增加传输控制的功能构成的。一般来说，通信的收发双方只有建立了一条数据链路，通信才能够有效地进行。

在链路中，所连接的节点称为“站”。发送命令或信息的站称为“主站”，在通信过程中一般起控制作用；接收数据或命令并做出响应的站称为“从站”，在通信过程中处于受控地位。同时具有主站和从站功能的，能够发出命令和响应信息的站称为复合站。

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3.3 数据链路层流量控制的作用和主要功能是什么？ 答：

流量控制简称“流控”，是协调链路两端的发送站、接收站之间的数据流量，以保证双方的数据发送和接收达到平衡的一种技术。

在计算机网络中，由于接收方往往需要对接收的信息进行识别和处理，需要较多的时间，通常发送方的发送速率要大于接收方的接收能力。当接收方的接收处理能力小于发送方的发送能力时，必须限制发送方的发送速率，否则会造成数据的丢失。流量控制就是一种反馈机制，接收方随时向发送方报告自己的接收情况，限制发送方的发送速率。保证接收方能够正常、有序地接收数据。

3.4 在停止-等待协议中，确认帧是否需要序号？为什么？ 答：

在停止-等待协议中，由于每次只确认一个已经发送的帧，确认帧可以不需要序号。但在一些特殊情况下会出现问题。如果发送方在超时

重发一个帧后又收到了迟到的确认，就不能确定该应答是对哪一个帧的确认，并可能导致随后的传送过程重新差错。

3.5 解释为什么要从停止-等待协议发展到连续ARQ协议。 答：

停止—等待协议的优点是控制比较简单；缺点是由于发送方一次只能发送一帧，在信号传播过程中发送方必须处于等待状态，这使得信道的利用率不高，尤其是当信号的传播时延比较长时，传输效率会更低。

导致停止—等待协议信道利用率低的原因，是因为发送方每发送一帧都需要等待接收方的应答，才可以继续发送。如果能允许发送方在等待应答的同时能够连续不断地发送数据帧，而不必每一帧都是接收到应答后才可以发送下一帧，则可以提高传输效率。允许发送方在收到接收方的应答之前可以连续发送多个帧的策略，就是滑动窗口协议。滑动窗口流量控制包括连续ARQ和选择ARQ方式。

3.6 对于使用3比特序号的停止-等待协议、连续ARQ协议和选择ARQ协

议，发送窗口和接收窗口的最大尺寸分别是多少？ 答：

使用3比特对帧进行编号，可以有0～7，共8种编码。 停止-等待协议：发送窗口＝1，接收窗口＝1；

连续ARQ协议：最大发送窗口＝7，接收窗口＝1；

选择ARQ协议：最大发送窗口＝4，最大接收窗口＝4。

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3.7 信道速率为4kb/s，采用停止等待协议，单向传播时延tp为20ms，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：

不考虑确认帧发送时间和双方的处理时间，则 信道利用率＝

tF/(2tp+tF)

tF=L/v， 其中L为帧长度，v=4kb/s 要使信道利用率达到50％，则 tF >= 40 ms 可以得到 L >= 160 bit

3.8 假设卫星信道的数据率为1Mb/s，取卫星信道的单程传播时延为250ms，

每一个数据帧长度是1000bit。忽略误码率、确认帧长和处理时间。试计算下列情况下的卫星信道可能达到的最大的信道利用率分别是多少？

1) 停止-等待协议； 2）连续ARQ协议，WT=7；

3）连续ARQ协议，WT=127。

答：不考虑差错情况，确认帧发送时间和双方的处理时间，则 信道利用

率＝tF/(2tp+tF) tF=L/v， 其中L为一个帧长度，v=1Mb/s，则tF=1000/1000000＝0.001s

＝1ms

1) 停止-等待协议：每次只发送一个帧，信道利用率＝1 /（250×2＋1）

＝1/501

2）连续ARQ协议，WT=7：可以连续发送7个帧，但后面的6个帧是在等待的同时发送，

信道利用率＝7 /（250×2＋1）＝7/501

3）连续ARQ协议，WT=127：可以连续发送127个帧，但后面的126个帧是在等待的同时发送，

而且，当127个帧全部发送完毕使用了127ms，确认应答还没有到达，

信道利用率＝127 /（250×2＋1）＝127/501

3.9 简述PPP协议的组成。 答：

PPP由以下三个部分组成：

（1）在串行链路上封装IP数据报的方法：PPP既支持异步链路(无奇偶校验的8比特数据)，也支持面向比特的同步链路。

(2) 链路控制协议(Link Control Protocol ，LCP)：用于建立、配置和测试数据链路连接，通信的双方可协商一些选项。

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(3) 网络控制协议(Network Control Protocol，NCP)：用于建立、配置多种不同网络层协议，如IP，OSI的网络层，DECnet以及AppleTalk等，每种网络层协议需要一个NCP来进行配置，在单个PPP链路上可支持同时运行多种网络协议。

3.10 简述PPP链路的建立过程。 答：

目前大部分家庭上网都是通过PPP在用户端和运营商的接入服务

器之间建立通信链路。当用户拨号接入网络服务提供商ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出应答，并建立一条物理连接。这时，PC机向路由器发送一系列的LCP分组(封装成多个PPP帧)。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。接着就进行网络层配置，NCP给新接人的PC机分配一个临时的IP地址。这样，计算机就和网络建立了一个PPP连接，成为Internet上的一个主机了。

3.11 简述HDLC信息帧控制字段中的N（S）和N（R）的含义。要保证HDLC

数据的透明传输，需要采用哪种方法？ 答：

HDLC信息帧控制字段中的N（S）表示当前发送的帧的编号，使接

收方能够正确识别所接收的帧及帧的顺序；

N（R）表示N(R)以前的各帧已正确接收，通知发送方希望接收下一帧为第N(R)帧。

要保证HDLC数据的透明传输，需要避免数据和控制序列中出现类似帧标志的比特组合，保证标志F的唯一性，HDLC采用“0”比特插入／删除法。采用这种方法，在F以后出现5个连续的1，其后额外插入一个“0”，这样就不会出现连续6个或6个以上“1”的情况。在接收方，在F之后每出现连续5个“1”后跟随“0”，就自动将其后的“0”删除，还原成原来的比特流，

3.12 若窗口序号位数为3，发送窗口尺寸为2，采用Go back N(出错全部重

发)协议，试画出由初始状态出发相继发生下列事件时的发送及接收窗口图示：发送0号帧；发送1号帧；接收0号帧；接收确认0号帧；发送2号帧；接收1号帧；接收确认1号帧。 答：

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发送窗口012340发送窗口初始状态接收窗口01234发送0号帧1234接收窗口01234发送窗口＝001234发送窗口＝001234发送1号帧接收窗口01234接收0号帧接收窗口＝001234发送窗口＝001234发送窗口确认0号帧0接收窗口1234收到0号帧确认01234接收窗口01234发送窗口＝0012340发送窗口＝01234发送2号帧0接收窗口1234接收1号帧0接收窗口＝01234发送窗口＝001234发送窗口确认1号帧01接收窗口234收到1号帧确认01234接收窗口01234

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3.13 请用HDLC协议，给出主站A与从站B以异步平衡方式，采用选择ARQ

流量控制方案，按以下要求实现链路通信过程：

1）A站有6帧要发送给B站，A站可连续发3帧； 2）A站向B站发的第2、4帧出错；

帧表示形式规定为：（帧类型：地址，命令，发送帧序号N（S），接收帧序号N（R），探询/终止位P/F） 答：

AU，B，SABM，P＝0U，B，UA，P＝0I，B，0，0，P＝0I，B，1，0，P＝0I，B，2，0，P＝0S，B，SREJ，2，P＝0I，B，2，0，P＝0I，B，3，0，P＝0I，B，4，0，P＝0S，B，SREJ，4，P＝0I，B，4，0，P＝0I，B，5，0，P＝0S，B，RR，6，P＝0B

3.14 在面向比特同步协议的帧数据段中，出现如下信息：

1010011111010111101（高位在左低位在右），则采用“0”比特填充后的输出是什么？ 答：

“0”比特自动插入/删除技术是在信息序列中连续5个“1”后自动加入一

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个“0”比特，则以下信息序列采用“0”比特插入后为： 信息序列： 1010011111010111101 “0”比特插入后：10100111110010111101

3.15 HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，试说明该帧是

什么帧，该控制段表示什么含义？ 答：

HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，即最低两位

（b1b0）为“01”，表示是监督帧。其控制字段b3b2为“00”，表示是

“RR”，接收准备好，可以继续发送。P/F＝1，N（R）＝110，表示对第5号帧及以前各帧确认，希望下一次接收第6号帧。

3.16 HDLC协议的帧格式中的第三字段是什么字段？若该字段的第一比特

为“0”，则该帧为什么帧？ 答：

HDLC协议的帧格式中的第三字段是控制（C）字段。若该字段的第一比特（最低位LSB）为“0”，则该帧为信息帧。

3.17 试比较非坚持型、1-坚持型和P-坚持型CSMA的优缺点。 答：

根据监听后的策略，CSMA有三种不同的方法：非坚持型、1—坚持型、P—坚持型。三种方法各自优缺点如下：

（1）非坚持型在监听到信道忙时，不坚持监听，而是延迟一个随机时间再次监听，准备发送。这种方法控制简单，减少了冲突发生的概率。但再次监听之前可能信道早已空闲，这就造成一定的时间浪费，效率较低。 （2）1—坚持型方法在监听到信道忙时，一直坚持监听，直到监听到信道空闲，以概率1立即发送。这种策略能够及早发送数据，但当有两个或以上的站同时在监听和准备发送时，信道由忙至空闲的状态转换就起了同步的作用，造成两个或多个站同时发送，就会发生冲突，反而降低了效率。

（3）P—坚持型采用了一种折中方案，当监听到总线空闲时，以P的概率发送，而以1—P的概率延迟一个时间单位后再监听，准备发送。这种方法减少了发送冲突的可能性，但退避也可能造成信道浪费。

3.18 CSMA控制方案包括哪三种算法？简述三种算法的算法思想。 答：

载波监听多路访问(Carries Sense Multiple Access，CSMA)是每个站在发送帧之前监听信道上是否有其他站点正在发送数据，即检查一下信道

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上是否有载波，或者说信道是否忙。如果信道忙，就暂不发送，否则就发送。这种方法称为“先听后说”，减少了发生冲突的概率。

根据监听后的策略，有三种不同的协议，即：非坚持型、1—坚持型、P—坚持型。 （1）非坚持型

非坚持型的工作原理是当监听到信道空闲时，则立即发送；当监听到信道忙时，不坚持监听，而是延迟一个随机时间再次监听，准备发送。当然，再次监听之前可能信道早已空闲，这就造成一定的时间浪费，但减少了冲突发生的概率。 （2）1—坚持型

1—坚持型的工作原理是在监听到信道忙时，一直坚持监听，直到监听到信道空闲，以概率1立即发送。这种策略是争取及早发送数据，但当有两个或以上的站同时在监听和准备发送时，信道由忙至空闲的状态转换就起了同步的作用，两个或多个站同时发送，就会发生冲突。 （3）P—坚持型

为了降低1—坚持型的冲突概率，又减少非坚持型造成的介质时间浪费，采用了一种折中方案，这就是P—坚持型CSMA。这种方案的特点是当监听到总线空闲时，以P的概率发送，而以1—P的概率延迟一个时间单位。时间单位等于最大端—端传播延时τ。然后再监听，如果监听到信道忙，则继续监听，直到空闲。

上述三种方案都不能避免冲突发生，无非冲突的概率不同。一旦有冲突发生，则要延迟随机个τ时间片再重复监听过程。

3.19 简单比较一下纯ALOHA和时隙ALOHA协议。 答：

ALOHA是最基本的随机访问技术，其又分为纯ALOHA和时隙ALOHA。它们的区别在于是否将时间分成离散的时隙以便所有的帧都必须同步到时隙中。纯ALOHA不要求全局的时间同步，而时隙ALOHA则需要。

由于采用纯ALOHA技术的系统中，任何站点可以在任意时刻发送帧。在一个站发送分组过程中的任何时刻都可能发生冲突。这样相邻的两冲突分组都必须重发。需要重发的分组各自延迟一个随机时间后再重发，直至成功。

采用时隙ALOHA技术，只要发送帧的长度小于时隙长度，如果在帧开始时没有冲突，则在这个时隙内就不会出现冲突，帧就能发送成功。与纯ALOHA相比，时隙ALOHA冲突的危险区时间由2个T0变为一个T0，在同等条件下冲突的可能性减小。时隙ALOHA的最大信道利用率是纯ALOHA的2倍，但需要全系统同步，增加了控制开销。

3.20 简述CSMA/CD协议的工作原理。

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答：

CSMA／CD的工作原理归纳如下；

（1）载波监听

任一站要发送信息时，首先要监测总线，用来判决介质上有否其他站的发送信号．如果介质呈忙，则继续检测，直到发现介质空闲。如果检测介质为空闲，则可以立即发送。由于通道存在传播时延，采用载波监听的方法仍避免不了两站点在传播时延期间发送的帧会产生冲突。 （2）冲突检测

每个站在发送帧期间，同时具有检测冲突的能力。一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，通报总线上各站已发生冲突。

（3）多路访问

检测到冲突并在发完阻塞信号后，发送站退回等待。为了降低再次冲突的概率，需要等待一个随机时间(冲突的各站可不相等)，然后再用CSMA算法重新发送。

3.21 假设某个4Mb/s的令牌环的令牌保持计时器的值是10ms。则在该环上可

以发送的最长帧是多少？ 答：

在令牌环网中，为了保证不会因为令牌丢失而使网络不能正常工

作，需要对令牌监测。令牌保持计时器的值是10ms，就表示监控站必须在10ms内监测到网络中有令牌帧传送，否则会进入令牌丢失处理过程。因此要求网络中传输一个数据帧的时间不能超过10ms。

此令牌环网络的数据速率4Mb/s，则10ms可以传送数据40000bit，

即最长的帧为40000bit。实际上，考虑必要的控制开销和传播时延、节点延迟，实际应用的帧长度会更小一些，数据部分更短。

3.22 简述CSMA/CA协议的工作原理。 答：

欲发送数据的站先检测信道，通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。当源站发送它的第一个MAC帧时，若检测到信道空闲，则在等待—段DIFS时间后就可发送。

在信道空闲时还要再等待，主要是考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。如有，就要让高优先级帧先发送。

假定没有高优先级帧要发送，则该站发送自己的数据帧。目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔SIFS后，向发送站回送确认帧ACK。若发送站在规定时间内没有收到确认帧ACK(由重传计时器控制这段时

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间)，就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者，经过若干次的重传失败后放弃发送。

当某个想发送数据的站使用退避算法选择了争用窗口中的某个时隙后，就根据该时隙的位置设置一个退避计时器(back off timer)。当退避计时器的时间减小到零时，就开始发送数据。也可能当退避计时器的时间还未减小到零时而信道又转变为忙态，这时就冻结退避计时器的数值，重新等待信道变为空闲，再经过时间DIFS后，继续启动退避计时器(从剩下的时间开始)。这种规定有利于继续启动退避计时器的站更早地接入到信道中。

第四章练习题答案

4.01局域网标准的多样性体现在四个方面的技术特性，请简述之。 答：

局域网技术一经提出便得到了广泛应用，各计算机和网络设备生产厂商纷纷提出自己的局域网标准，试图抢占和垄断局域网市场。因此，局域网标准一度呈现出特有的多样性。局域网标准的多样性体现在局域网的四个技术特性：

(1)传输媒体 传输媒体指用于连接网络设备的介质类型，常用的有双绞线、同轴电缆、光纤，以及微波、红外线和激光等无线传输媒体。目前广泛应用的传输媒体是双绞线。随着无线局域网的广泛应用，无线正得到越来越多的应用。

(2)传输技术 传输技术指借助传输媒体进行数据通信的技术，常用的有基带传输和宽带传输两种。传输技术主要包括信道编码、调制解调以及复用技术等，属于物理层研究的范畴。

(3)网络拓扑 网络拓扑指组网时计算机和通信线缆连接的物理结构和形状。常用的有星形、总线形和环形。不同的网络拓扑需要采用不同的数据发送和接收方式。

(4)媒体访问控制方法 访问控制方法指多台计算机对传输媒体的访问控制方法，这里的访问，是指通过传输媒体发送和接收数据。常用的有随机争用、令牌总线和令牌环等访问控制方法。目前局域网中广泛采用的是一种受控的随机争用方法，即载波监听多点接入/冲突检测(CSMA/CD)方法。

4.02逻辑链路控制（LLC）子层有何作用？为什么在目前的以太网网卡中没有LLC子层的功能？ 答：

在局域网发展的早期，有多种类型的局域网，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802

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委员会在局域网的数据链路层定义了两个子层，即逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层和媒体接入控制MAC (Medium Access control)子层。与接入传输媒体有关的内容放在MAC子层，而与传输媒体无关的链路控制部分放在LLC子层。这样可以通过LLC子层来屏蔽底层传输媒体和访问控制方法的异构性，实现多种类型局域网之间的互操作。

随着以太网技术的发展，以太网得到了越来越广泛的应用。到了20世纪90年代后，以太网在局域网市场中取得了垄断地位。实际应用的局域网类型日趋单一化，因此LLC子层的作用已经不大了，很多厂商生产的网卡上仅实现了MAC协议。

4.03简述以太网CSMA/CD的工作原理。 答：

CSMA/CD采用分布式控制方法，总线上的各个计算机通过竞争的方式，获得总线的使用权。只有获得总线使用权的计算机才能向总线上发送数据，而发送的数据能被连在总线上的所有计算机接收到。

CSMA/CD的具体含义解释如下：

（1）载波监听 是指每个计算机在发送数据之前先要检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，以减少发生冲突的机会。

（2）多点接入 是指在总线式局域网中，有多台计算机连接在一根总线上，共享总线的信道资源。

（3）冲突检测 是指发送数据的计算机在发送数据的同时，还必须监听传输媒体，判断是否发生了冲突。因为如果存在多个计算机都在发送数据，就会形成信号的叠加，即冲突，从而造成接收方无法接收到正确的数据。一旦检测到冲突，发送方应立即停止发送，等待一个随机时间间隔后重发。

4.04以太网中争用期有何物理意义？其大小有哪几个因素决定？ 答：

我们将总线式局域网的端到端往返时延2?称为争用期，也称为冲突窗口。总线式局域网中，一台计算机从开始发送数据起，最多要经过2?时间就可确知是否发生了冲突。如果数据帧长度过短，在争用期2? 时间内即可发送完毕，那么，发送方和接收方都无法正确判别此次发送的数据是否发生了冲突。因为在0～2? 时间内，极有可能发生了冲突。

争用期，端到端往返时延2?，其物理意义在于：提供了设计总线式局域网中最小有效帧长的计算依据。

争用期的大小由总线式局域网的总线长度以及电磁波的传播速率决定。

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4.05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个站共享10Mb/s带宽 (2) 10个站共享100Mb/s带宽 (3)每个站独享10Mb/s带宽

4.06 100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。信号传播速率为2×108m/s。 答：由题意，N=100 PAmax1????1??N???l/vlf/C11?a(2P?1AN?1＝0.36973

38a??T0?4*10/2*101000/5*106?0.1

???1)?0.693993697

每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值为： C*?N*lf?5*10*0.693993697100*10006?34.7 (帧/秒/站)

4.07简述网桥的工作原理及特点。网桥、转发器以及以太网交换机三者异同点有哪些？

答：网桥的工作原理：

当连接多个不同类型的局域网时，就需要在数据链路层扩展局域网，使用的设备为网桥。网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到—个帧时，并不是向所有的端口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个端口。

网桥工作在数据链路层，转发器工作在物理层，以太网交换机又叫多端口网桥。

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4.08为什么需要虚拟局域网（VLAN）？简述划分VLAN的方法。 答：

虚拟局域网VLAN(Virtual LAN)是在现有局域网上提供的划分逻辑组的一种服务，由IEEE 802.1Q标准进行了规定。

虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求，如同在一个项目组。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个

VLAN。利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN，其优点是每个VLAN属于一个单独的冲突域。

4.09广域网与互联网在概念上有何不同？ 答：

广域网是用来实现长距离传输数据的网络，由节点交换机和链路构成。广域网中的结点交换机一般采用存储转发方式，而广域网中的链路一般采用点到点链路。

广域网指的是单个网络，它与用路由器互联起来的互联网具有很大的区别。

4.10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：

特点 思路 连接的建立 目的站地址 数据报服务 可靠通信应由用户主机来保证 不需要 每个分组都有目的站的全地址 虚电路服务 可靠通信应由网络来保证 必须有 仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号 属于同一虚电路的所有分组均按照同一路由进行转发 所有通过出故障结点的虚电路均不能工作 总是按发送顺序到达目的站 可以由网络负责，也可以由用户主机负责 分组的转发 每个分组独立进行路由、转发 出故障的结点可能会丢失分组，后续分组将改变路由 不一定按发送顺序到达目的站 由用户主机负责 当结点出故障时 分组的顺序 端到端的差错处理和流量控制

4.11广域网中的主机为什么采用层次结构的编址方式？ 答：为了便于实现高效率的寻址。

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4.12试分析X.25、帧中继和ATM的技术特点，简述其优缺点。 答：

CCITT在上个世纪70年代制订了公用分组交换网接口的建议，即X.25标准。遵循X.25标准设计的网络为X.25分组交换网，简称X.25网。X.25标准规定了物理层、数据链路层和分组层三个层次的内容。其体系结构层次如图所示。

分组层数据链路层物理层逻辑信道接口分组层数据链路层物理层LAPB数据链路层接口X.21物理层接口 X.25层次体系结构

帧中继(Frame Relay)采用快速分组交换技术，是对X.25网络的改进，被称为第二代的X.25，于1992年问世。

帧中继的快速分组交换的基本原理是，当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧，边接收边转发，从而提高了交换结点即帧中继交换机的吞吐率。当帧中继交换机接收完一帧时，再进行差错校验，如果检测到有误码，结点要立即中止这次传输。当中止传输的指示到达下个结点后．下个结点也立即中止该帧的传输，并丢弃该帧。 异步传递方式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是建立在电路交换和分组交换的基础上的—种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组作为传输和交换的单位。其中，这种定长分组叫做信元(cell)。“异步”的含义是指ATM信元可“异步插入”到同步的SDH比特流中。ATM采用的定长信元长度为53字节，信元首部为5字节，有利于用硬件实现高速交换。

ATM标准主要由ITU-T、ATM论坛(ATM Forum)以及IETF等参与制订，ATM标准规定了ATM网络的协议参考模型。如图4-37所示。

ATM的层次321ATM 适配层(AAL 层)ATM 层物理层CS子层(汇聚子层)SAR子层(拆装子层)(传输汇聚子层)PMD 子层(物理媒体相关子层)TC 子层

4.13为什么X.25不适合高带宽、低误码率的链路环境？试从层次结构上以及结点交换机的处理过程进行讨论。

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答：X.25网的分组层向高层提供面向连接的虚电路服务，能保证服务质量。在网络链路带宽不高、误码率较高的情况下，X.25网络具有很大的优势。 随着通信主干线路大量使用光纤技术，链路带宽大大增加，误码率大大降低，X.25复杂的数据链路层协议和分组层协议的功能显得冗余。同时，端系统PC机的大量使用，使得原来由网络中间结点处理的流量控制和差错控制功能有可能放到端系统主机中处理，从而简化中间结点的处理，提高网络分组转发的效率。

4.14为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？ 答：

因为广域网是为了实现长距离传输数据，覆盖范围大，如果采用广播通信方式，同时要实现双向通信功能，必然要引入CSMA/CD，或令牌环等信道访问控制方式，则长时延将导致低效率。

第五章练习题答案

5.1 网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？

答：网络互连使得相互连接的网络中的计算机之间可以进行通信，也就是说从功能上和逻辑上看，这些相互连接的计算机网络组成了一个大型的计算机网络。网络互连可以使处于不同地理位置的计算机进行通信，方便了信息交流，促成了当今的信息世界。

需要解决的问题有：不同的寻址方案；不同的最大分组长度；不同的网络介入机制；不同的超时控制；不同的差错恢复方法；不同的状态报告方法；不同的路由选择技术；不同的用户接入控制；不同的服务（面向连接服务和无连接服务）；不同的管理与控制方式；等等。

注：网络互连使不同结构的网络、不同类型的机器之间互相连通，实现更大范围和更广泛意义上的资源共享。

5.2 转发器、网桥和路由器都有何区别？

答：1）转发器、网桥、路由器、和网关所在的层次不同。转发器是物理层的中继系统。网桥是数据链路层的中继系统。路由器是网络层的中继系统。在网络层以上的中继系统为网关。

2）当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为仍然是一个网络。路由器其实是一台专用计算机，用来在互连网中进行路由选择。一般讨论的互连网都是指用路由器进行互连的互连网络。

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5.3 试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP协议的作用。

答：IP：网际协议，TCP/IP 体系中两个最重要的协议之一，IP 使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。无连接的数据报传输. 数据报路由。

ARP（地址解析协议）实现地址转换，将IP地址映射成物理地址。RARP（逆向地址解析协议）将物理地址映射成IP 地址。

ICMP：Internet 控制消息协议，进行差错控制和传输控制，减少分组的丢失。

注：ICMP 协议帮助主机完成某些网络参数测试，允许主机或路由器报告差错和提供有关异常情况报告，但它没有办法减少分组丢失，这是高层协议应该完成的事情。IP 协议只是尽最大可能交付，至于交付是否成功，它自己无法控制。

5.4 分类IP地址共分几类？各如何表示？单播分类IP地址如何使用？

答： IP 地址共分5 类，分类情况如下所示： A 类0 Netid Hostid（24比特） B 类10 Netid Hostid（16比特）

C 类110 Netid Hostid（8比特） D 类1110 组播地址

E 类11110 保留为今后使用

IP 地址是32 位地址，其中分为netid（网络号），和hostid（主机号）。根据IP 地址第一个字节的数值，能够判断IP 地址的类型。

单播分类IP地址用于表示主机的网络连接。

5.5 试说明IP地址与硬件地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址？

答：网络层及以上使用IP 地址；链路层及以下使用硬件地址。IP 地址在IP 数据报的首部，而硬件地址则放在MAC 帧的首部。在网络层以上使用的是IP 地址，而链路层及以下使用的是硬件地址。

在IP 层抽象的互连网上，我们看到的只是IP 数据报，路由器根据目的站的IP地址进行选路。在具体的物理网络的链路层，我们看到的只是MAC 帧，IP 数据报被封装在MAC帧里面。MAC 帧在不同的网络上传送时，其MAC 帧的首部是不同的。这种变化，在上面的IP 层上是看不到的。每个路由器都有IP 地址和硬件地址。使用IP 地址与硬件地址，尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同，但IP 层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，并使我们能够使用统一的、抽象的IP 地址进行通信。

5.6 简述以太网主机何时如何通过ARP查询本地路由器的物理地址。 答：本地主机与目的主机通信之前，先判断目的主机是否在本地网络上，

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如果不是，则要将IP包先发给本地路由器，此时如果本地主机不知道本地路由器的物理地址，则广播发送一个ARP请求报文询问，路由器收到后发送ARP响应报文告知自己的物理地址，本地主机收到ARP响应后再真正发送目的地址为目的主机的IP包给路由器，由它进行转发。

5.7 试辨认以下IP地址的网络类别：

（1）138.56.23.13 （2）67.112.45.29 （3）198.191.88.12

（

4

）

191.62.77.32

答：（2）是A 类，（1）和（4）是B 类，（3）是C 类。

解题思路：A 类地址以1-126开始，B 类地址以128-191开始，C 类地址以192-223开始。

5.8 IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据，这样做的最大好处是什么？坏处是什么？

答：在首部中的错误比在数据中的错误更严重。例如，一个坏的地址可能导致分组被投寄到错误的主机。许多主机并不检查投递给它们的分组是否确实是要投递给它们的。它们假定网络从来不会把本来是要前往另一主机的分组投递给它们。有的时候数据不参与检验和的计算，因为这样做代价大，上层协议通常也做这种检验工作，从而引起重复和多余。因此，这样做可以加快分组的转发，但是缺点是数据部分出现差错时不能及早发现。

5.9 当某个路由器发现一数据报的检验和有差错时。为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？

答：之所以不要求源站重发，是因为地址字段也有可能出错，从而找不到正确的源站。

CRC 检验码需要使用多项式除法，逐站使用代价太高。数据报每经过一个结点，结点处理机就要计算一下校验和。不用CRC，就是为了简化计算。

5.10 在因特网中分片传送的IP数据报在哪儿进行组装，这样做的优点是什么？

答：在目的站组装，这样做的优点是：

（1）路由器处理数据报简单些；

（2）并非所有的数据报片都经过同样的路由器，因此在每一个中间的路由器进行组装可能总会缺少几个数据报片

（3）也许分组后面还要经过一个网络，它还要给这些数据报片划分成更小的片。如果在中间的路由器进行组装就可能会组装多次。

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5.11 假设互联网由两个局域网通过路由器连接起来。第一个局域网上某主机有一个400字节长的TCP报文传到IP层，加上20字节的首部后成为IP数据报，要发向第二个局域网。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有150字节。因此数据报在路由器处必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少字节的数据？

答：进入本机IP 层时TCP报文长度为400字节, 进入第1个局域网IP数据报长度为 400+20= 420B；在第二个局域网，报文要进行分片，已知最长数据帧的数据部分只有150B，由于3*130<400，所以共分成4片，故第二个局域网向上传送400+4*20=480字节(TCP报文长度+4个IP首部长度)的数据。

5.12 一个数据报长度为4000字节（包含固定长度的首部）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几个短些的数据报片？各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值？

答：4000-20=3980字节。3 片；

第一片：数据字段长度1480、片偏移是0，MF 是1；

第二片：数据字段长度1480、片偏移是185，MF 是1；1480/8=185 第三片：数据字段长度1020、片偏移是370 和MF 是0；1480*2/8=370

5.13如何利用ICMP报文实现路径跟踪？

答：（1）源站向目的站发送TTL=1的ICMP echo request报文，然后第1个路由器将返回ICMP超时报文，从IP数据报首部即可以得到第1个路由器的IP地址；

（2）将TTL增1，源站向目的站发送ICMP echo request报文，将依次收到ICMP超时报文，如果返回的是ICMP echo reply报文，则说明探包已经到达了目的站。

5.14 划分子网有何意义？子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？某网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？某一A类网络和一B类网络的子网号分别占16比特和8比特，问这两个网络的子网掩码有何不同？

答：子网掩码为255.255.255.0表示IP地址的前24bit 表示网络地址，包括网络号和子网号，后8位表示主机号。可以代表C类地址对应的子网掩码默认值。子网掩码为255.255.255.248，根据掩码的定义，后三位是主机号，一共可以表示8 个主机号，除掉全0 和全1 的两个，该网络能够连接6台主机。

5.15 设某路由器建立了如下表所示的路由表:

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目的网络 128.96.39.0 128.96.39.128 128.96.40.0 192.4.153.0 *（默认） 子网掩码 下一跳 255.255.255.128 接口0 255.255.255.128 接口1 255.255.255.128 R2 255.255.255.192 R3 R4 － 此路由器可以直接从接口0和接口1转发分组，也可通过相邻的

路由器R2、R3和R4进行转发。现共收到5个分组，其目的站IP地址分别为：

（1）128.96.39.10 （2）128.96.40.12 （4）192.4.153.17 （5）192.4.153.90

试分别计算其下一站。

答：（1）接口0，（2）R2，（3）R4，（4）R3，（5）R4。

5.16 某单位分配到一个B类IP地址，其网络号为129.250.0.0。该单位有4000台机器，平均分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0，试给每一个地点分配一个子网号码，并算出每个地点主机号码的最小值和最大值。

答：一种答案：每一个地点分配其中一个子网号码：129.250.1~16.0，每个地点主机号码的最小值为1，最大值为254。

5.17 设某ISP（因特网服务提供者）拥有CIDR地址块202.192.0.0/16。先后有四所大学（A、B、C、D）向该ISP分别申请大小为4000、2000、4000、8000个IP地址的地址块，试为ISP给这四所大学分配地址块。

答：A：202.192.0.0/20（2^12=4096）; B：202.192.00010 0002/21（2^11=2048）； C：202.192.0010 0000/20（2^12=4096）; 000002/19（2^13=8096）。

5.18 简述采用无分类编址时的IP数据报转发算法。 从数据报DG中取出目的IP地址ID; for 表T中的每一表项do

将ID与表项中的子网掩码按位相“与”，结果为N; if N等于该表项中的目的网络地址, 则 【与直连网络的匹配也可以放在for外】

if 下一跳指明应直接交付, 则 把DG直接交付给目的站

(包括解析ID得到对应的物理地址, 将DG封装入帧并发送);

else

把DG发往本表项指明的下一跳地址

(包括完成下一跳地址到物理地址的映射, 将DG封装入帧并

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（3）128.96.40.151

D：202.192.010

发送);

return. for_end

5.19 试简述RIP、OSPF和BGP路由选择协议的主要特点。 答：如下表所示： 主要特点 网关协议 路由表内容 最优通路依据 算法 传送方式 RIP 内部 目的网，下一站，距离 跳数 距离向量 运输层UDP 简单、但效率低 其他 跳数16 为不可达 好消息传的快，坏消息传的慢

5.20 有个IP数据报从首部开始的部分内容如右所示(16进制表示)，请标出IP首部和传输层首部，并回答：

（1）数据报首部长度和总长度各为多少字节？ （2）数据报的协议字段是多少，表示什么意思？

（3）源站IP地址和目的站IP地址分别是什么？(用点分十进制表示)

（4）TTL、校验和字段是多少？

（5）源端口和宿端口是什么？并请推测所用的应用层协议是什么？

（2）协议字段值为6, 表示TCP

（3）源IP地址：10.10.1.95，目的IP地址：218.30.115.123 （4）TTL=128, 校验和=00 00

（5）源端口：073816=1848,宿端口：5016=80, 推测应用层协议为HTTP。

5.21 以下地址前缀中的哪一个与2.52.90.140匹配？

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45 00 02 79 1C A4 40 00 5F 50 AA 80 06 00 00 0A 0A 01 DA 1E 73 7B 07 38 00 19 71 85 77 7F 25 2B 50 18 FF FF 5B 6E 00 OSPF 内部 目的网，下一站，距离 代价 链路状态 IP数据报 接 BGP 外部 目的网，完整路由 多种策略 路径向量 建立TCP连效率高 路由器频繁规模大，统交换信息，难维一度量，可达性 持一致性 答：（1）数据报首部长度5×4=20字节, 总长度=027916=633字节

（1）0/4 （2）32/4

答：（1）。

（3）4/6 （4）80/4

5.22 IGMP 协议的要点是什么？隧道技术是怎样使用的？

答：要点有：1、IGMP（Internet组管理协议）用于帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机。采用多播协议可以明显地减轻网络中各种资源的消耗，IP 多播是硬件多播的一种抽象；2、IGMP 只有两种分组，即询问分组和响应分组。IGMP 使用IP 数据报传递其报文，但它也向IP 提供服务；3、IGMP 属于整个网际协议IP 的一个组成部分，IGMP也是TCP/IP的一个标准。

隧道技术使用：当组播数据报要穿越不支持组播的互联网时，可使用IP隧道（IP-in-IP）技术传输，把组播数据报封装在常规的单播数据报中，单播数据报的源宿IP地址分别为隧道两头的组播路由器的IP地址。

5.23 为什么说移动IP可以使移动主机可以以一个永久IP地址连接到任何链路（网络）上？

答：移动IP技术支持主机的移动，而且既不要求主机更改其IP地址，也不要求路由器获悉特定主机路由信息。移动IP实现主机移动性的关键是允许移动主机拥有两个IP地址。一个是应用程序使用的长期固定的永久IP地址，称为主地址或归属地址，该地址是在归属网络上分配得到的地址。另一个是主机移动到外地网络时临时获得的地址，称为次地址或转交地址。转交地址仅由下层的网络软件使用，以便经过外地网转发和交付。主机移动后获取转交地址，然后向其归属代理注册，即把移动主机的转交地址通知给归属代理，以后归属代理可以根据转交地址把目的地址为移动主机主地址的数据报通过隧道送给移动主机。

5.24 分析划分子网、无分类编址以及NAT是如何推迟IPv4地址空间的耗尽的？

答：划分子网允许多个物理网络共用一个分类IP网络号；无分类编址允许按需（前缀长度不受分类地址的限制）划分地址块，能更有效地利用地址空间；NAT允许网点内主机使用专用地址（私有IP地址），通过NAT盒和因特网上本专用互联网外的主机通信。

5.25 简述NAPT的优缺点。

答：NAPT的优点是能够仅用一个全球有效地址获得通用性、透明性和并发性。主要缺点是通信仅限于TCP和UDP。对于ICMP，NAT需要另做处理以维持透明性。NAPT通过转换TCP或UDP协议端口号以及地址允许并发访问（网点内多台主机同时并发访问给定的某个外部地址）。

5.26 简述VPN主要作用及其技术要点。

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答：虚拟专用网（VPN）技术提供了一种低成本的替代方法，允许机构使用因特网互连多个网点，并用加密来保证网点之间的通信量的私密性。实现VPN有两种基本技术：隧道传输技术和加密技术。

5.27 IPv6没有首部检验和。这样做的优缺点是什么？

答： 16 位的首部检验和字段用于保证IP 分组首部值的完整性，但当IP 分组通过路由器时,首部要发生变化，检验和必须重算。IPv6没有首部检验和，这样做的优点是可以使路由器更快地处理分组，从而改善吞吐率。这样做的缺点是在可靠度低的网络里，不能够及时发现出错。

5.28 IPv6地址有几种基本类型？ 答：IPv6地址有三种类型：

（1）单播（Unicast） 单个接口的标识符。发向一个单播地址的分组被交付给由该地址标识的接口。

（2）任播（Anycast） 一组接口（一般属于不同的节点）的标识符。发向一个任播地址的分组被交付给该地址标识的其中一个接口（最近的那个接口，根据路由选择协议的距离度量）。

（3）组播（Multicast）一组接口（一般属于不同的节点）的标识符。发向一个组播地址的分组被交付给由该地址标识的所有接口。IPv6中没有广播地址，广播被看作是组播的一个特例。

第六章习题答案

6.1 既然网络层协议或网际互联协议能够将源主机发出的分组按照协议首

部中的目的地址交到目的主机，为什么还需要再设置一个传输层呢？ 答：

（1）两个主机进行通信实际上是两个主机中的应用进程互相通信。 （2）传输层对整个报文段进行差错校验和检测。

（3）根据应用的不同，传输层需要执行不同的传输协议来提供不同的传输服务。

（4）传输层的存在使得传输服务比网络服务更加合理有效。 （5）传输层采用一个标准的原语集提供传输服务。

从以上分析可以看出要实现上述的功能，仅有网络层是不够的，在主机中就必须装有传输层协议。

6.2 试述UDP和TCP协议的主要特点及它们的适用场合。 答：

27

UDP协议具有如下特点：UDP是无连接的，提供不可靠的服务，同时支持点到点和多点之间的通信，面向报文的。

TCP协议具有如下特点：TCP是面向连接的，提供可靠的服务，只能进行点到点的通信，面向字节流的。

TCP/IP协议的传输层既包括TCP，也包括UDP，它们提供不同的服务。应用层协议如果强调数据传输的可靠性，那么选择TCP较好，分组的丢失、残缺甚至网络重置都可以被传输层检测到，并采取相应的补救措施。如果应用层协议强调实时应用要求，那么选择UDP为宜。

6.3 若一个应用进程使用运输层的用户数据报UDP。但继续向下交给IP层后，又封装成IP数据报。既然都是数据报，是否可以跳过UDP而直接

交给IP层？UDP能否提供IP没有提供的功能？ 答：

仅仅使用IP数据报还不够。IP数据报包含IP地址，该地址指定一个目的地机器。一旦这样的分组到达了目的地机器，网络控制程序如何知道该把它交给哪个进程呢？UDP用户数据报包含一个目的地端口，这一信息是必需的，因为有了它，分组才能被投递给正确的进程。

6.4 TCP报文段首部的16进制为

04 85 00 50 2E 7C 84 03 FE 34 D7 47 50 11 FF 6C DE 69 00 00 请分析这个TCP报文段首部各字段的值。 答：

字段 值（16进制） 源端口 目的端口 序号 确认号 数据偏移 保留 URG（紧急比特） ACK（确认比特） PSH（推送比特） RST（复位比特） SYN（同步比特） FIN（终止比特） 04 85 00 50 2e 7c 84 03 fe 34 d7 47 5 (000000)2 (0)2 (1)2 (0)2 (0)2 (0)2 (1)2 28

含义 源端口是1157 目的端口是80 TCP报文段的序号 TCP报文段的确认号 TCP报文段首部长度20字节 保留为今后使用 紧急指针无效 确认比特有效，此TCP报文段为确认报文段 推送比特无效 复位比特无效 同步比特无效 终止比特有效，此TCP报文段为终止报文段 窗口 校验和 紧急指针

6.5 请分析SYN Flood攻击对三次握手的漏洞利用的原理。 答：

SYN Flood是当前最流行的DoS（拒绝服务攻击）与DDoS（分布式拒绝服务攻击）的方式之一，这是一种利用TCP协议缺陷，发送大量伪造的TCP连接请求，从而使得被攻击方资源耗尽（CPU满负荷或内存不足）的攻击方式。

要明白这种攻击的基本原理，还是要从TCP连接建立的过程开始说起： 大家都知道，TCP与UDP不同，它是基于连接的，也就是说：为了在服务端和客户端之间传送TCP数据，必须先建立一个虚拟电路，也就是TCP连接，建立TCP连接的标准过程是这样的：

（1）请求端（客户端）发送一个包含SYN标志的TCP报文，SYN即同步，同步报文会指明客户端使用的端口以及TCP连接的初始序号；

（2）服务器在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示客户端的请求被接受，同时TCP序号被加1，ACK即确认。

（3）客户端也返回一个确认报文ACK给服务器端，同时TCP序号被加1，到此一个TCP连接建立。

以上的连接过程在TCP协议中被称为三次握手。问题就出在TCP连接的三次握手中，假设一个用户向服务器发送了SYN报文后突然死机或掉线，那么服务器在发出SYN+ACK应答报文后是无法收到客户端的ACK报文的（第三次握手无法完成），这种情况下服务器端一般会重试（再次发送SYN+ACK给客户端）并等待一段时间后丢弃这个未完成的连接，这段时间的长度我们称为SYN Timeout，一般来说这个时间是分钟的数量级（大约为30秒-2分钟）；一个用户出现异常导致服务器的一个线程等待1分钟并不是什么很大的问题，但如果有一个恶意的攻击者大量模拟这种情况，服务器端将为了维护一个非常大的半连接列表而消耗非常多的资源——数以万计的半连接，即使是简单的保存并遍历也会消耗非常多的CPU时间和内存，何况还要不断对这个列表中的IP进行SYN+ACK的重试。实际上如果服务器的TCP/IP栈不够强大，最后的结果往往是堆栈溢出崩溃---即使服务器端的系统足够强大，服务器端也将忙于处理攻击者伪造的TCP连接请求而无暇理睬客户的正常请求（毕竟客户端的正常请求比率非常之小），此时从正常

ff 6c de 69 00 00 设置发送端的发送窗口为65388字节 TCP报文段的校验和 因为URG=0，紧急指针无效 29

客户的角度看来，服务器失去响应，这种情况我们称作：服务器端受到了SYN Flood攻击（SYN洪水攻击）。

6.6 试简述TCP协议在数据传输过程中收发双方是如何保证报文段的可靠

性的。 答：

（1）为了保证数据包的可靠传递，发送方必须把已发送的数据包保留在缓冲区；

（2）为每个已发送的报文段启动一个超时定时器；

（3）如在定时器超时之前收到了对方发来的应答信息（可能是对本报文段的应答，也可以是对本报文段后续报文段的应答），则释放该报文段占用的缓冲区；

（4）否则，重传该报文段，直到收到应答或重传次数超过规定的最大次数为止。

（5）接收方收到报文段后，先进行CRC校验，如果正确则把数据交给上层协议，然后给发送方发送一个累计应答报文段，表明该数据已收到，如果接收方正好也有数据要发给发送方，应答报文段也可方在报文段中捎带过去。

6.7 为什么说TCP协议中针对某数据包的应答报文段丢失也不一定导致该

数据报文段重传？ 答：

TCP 的确认是对接收到的数据的最高序号（即收到的数据流中的最后一个字节的序号）表示确认。但返回的确认序号是已收到的数据的最高序号加 1。也就是说，确认序号表示期望下次收到的第一个数据字节的序号。确认具有“累积确认”效果。

针对某数据包的应答报文段丢失的情况下，只要在超时时间间隔之内，收到后续的TCP报文段确认，则不需要重传TCP报文段。

6.8 若TCP中的序号采用64bit编码，而每一个字节有其自己的序号，试

问：在75Tb/s的传输速率下（这是光纤信道理论上可达到的数据率），分组的寿命应为多大才不会使序号发生重复？ 答：

如果采用64bit编码，则TCP序号空间的大小是264个字节，约为2×1019字节，75÷8≈9.375，即75Tb/s的发送器每秒消耗9.375×1012个序号。

2×10÷（9.375×10）≈2×10，所以序号循环一周需用2×10s。 一天有86400s(60×60×24=86400)，以75Tb/s速率传输，序号循环一周所花的时间约等于2×106÷86400≈23天，因此，最长的分组的寿命应小于3个星期才不会使序号发生重复。

30

19

12

6

6

6.9 使用TCP对实时话音数据的传输有没有什么问题？使用UDP在传送数

据文件时会有什么问题？ 答：

UDP不保证可靠交付，但UDP比TCP的开销要小很多。因此，只要应用程序接收这样的服务质量就可以使用UDP。如果语音数据不是实时播放，就可以使用TCP，因为TCP传输可靠。接收端用TCP将话音数据接收完毕后，可以再以后的任何时间进行播放。但如果是实时传输，则必须使用UDP。

6.10 一个UDP用户数据报的数据字段为3752字节。要使用以太网来传送。

计算应划分为几个数据报片？并计算每一个数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。（注：IP数据报固定首部长度，MTU = 1500） 答：

以太网的默认的MTU=1500，所以携带的数据1500-20=1480字节。

需加上UDP的8字节首部（3752 + 8）/ 1480 = 2.54，因此需要分成3数据报片。

数据报 IP数据报 分片1 分片2 分片3 数据字段长度 3760 1480 1480 800 片偏移字段值 0 0 185 370 6.11 主机A向主机B发送一个很长的文件，其长度为L字节。假定TCP

使用的MSS为1460字节。（1）在TCP的序号不重复使用的情况下，

L的最大值是多少？（2）假定使用上面计算出的文件长度，而运输层、网络层和数据链路层所使用的首部开销共66字节，链路的数据率为100Mb/s，试求这个文件所需的最短发送时间。 答：

（1）TCP序号一共32位，Lmax = 232 = 4GB = 4294967296字节

（2）因为MSS是1460字节，划分 4294967296 / 1460 = 2941759个报文段进行发送。

所以，增加的开销为2941759 × 66 = 194156094字节

Tfmin =（4294967296 ＋ 194156094）×8 / 10 = 3591.3秒（约1小时）

7

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6.12 考虑在一条具有10ms往返路程时间的线路上采用慢启动拥塞控制而不发生网络拥塞情况下的效应。接收窗口24KB，且最大段长2KB。那么，

需要多长时间才能够发送第一个完全窗口？ 答：

因最大段长2KB，从2KB开始，下面的突发量分别是4KB、8KB、16KB，直至24KB，即4次往返时间发送完第一个完全窗口。 该时间为10ms×4＝40ms 。

6.13 在套接字编程中，要求服务器端和客户端两部分程序中的SERVER_PORT值必须相同。为什么？ 答：

因为SERVER_PORT的值，指明了套接字编程中的服务器和客户端通信使用的“端口”，所以必须取值相同，才能保证数据被正确的端口接收，并递交给上层应用程序。

6.14 为什么套接字能在Internet上全局唯一标识某个应用进程？ 答：

因为套接字是IP地址和进程的端口号结合在一起，用IP地址唯一地标识出全球互联网上的一台主机，该套接字的端口号部分则受限于IP地址，仅能标识出该主机上的特定进程，而不会与其它主机上的相同进程相混淆。

6.15 试简述使用SOCKET编程接口进行服务器端多进程面向连接的网络应

用程序设计的主要程序流程（包括连接建立、数据收发、连接拆除的过程）。 答：

面向连接的流套接字编程调用时序图

服务器端 socket 客户端 socket bind listen 建立连接 accept recv 收发数据 send closesocket 32 recv closesocket 收发数据 send connect 对于Winsock套接字，程序中常用到的基本套接字API函数有： （1）Winsock启动——启动过程调用WSAStartup()函数，完成Windows Sockets DLL的初始化，协商版本和分配必要的资源。

（2）创建与关闭套接字——调用socket()函数创建套接字。

（3）套接字绑定——使用bind()函数将主机IP地址和端口号等信息与所创建的套接字关联。

（4）监听端口——针对面向连接的服务器端程序，调用listen()函数进行监听，然后调用accept()接收来自客户端的实际连接，如果没有客户端连接，则服务器端会处于阻塞。

（5）套接字连接——客户端通过调用connect()函数与服务器端建立连接。 （6）数据传输——面向连接的数据传输使用send()和recv()这一对函数，无连接的数据传输则使用sendto()和recvfrom()这一对函数进行数据的发送和接收。 （7）完成传输——当使用完套接字后应该调用closesocket()函数释放分配给该套接字的资源。最后需要调用函数WSACleanup()注销，并释放资源。

第七章习题答案

7.1 计算机网络的应用模式有几种？各有什么特点？

答：计算机网络的应用模式一般有三种：以大型机为中心的应用模式，以服务器为中心的应用模式，以及客户机/服务器应用模式。在C/S模式基础上，基于Web的客户机/服务器应用模式，以及P2P模式在因特网中得到了广泛的应用。

其特点参阅7.1.2。

7.2 C/S应用模式的中间件是什么？它的功能有哪些？

答：C/S应用模式的中间件（middleware）是支持客户机/服务器模式进行对话、实施分布式应用的各种软件的总称。其目的是为了解决应用与网络的过分依赖关系，透明地连接客户机和服务器。中间件的功能有两个方面，即连接功能和管理功能。

7.3 因特网的应用层协议与传输层协议之间有什么对应关系？ 参考答案：参阅7.1.1节。

7.4 因特网的域名系统的主要功能是什么？

答：因特网的域名系统DNS是一个分布式数据库联机系统，采用C/S应用模式。主机（Client）可以通过域名服务程序将域名解析到特定的IP 地址。

7.5 域名系统中的根服务器和授权服务器有何区别?授权服务器与管辖区

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有何关系？

答：因特网上的域名系统是按照域名结构的级次来设定的，根域名服务器用于管辖第一级（顶级）域，如.cn，.jp等。而每个授权域名服务器能对其管辖内的主机名解析为IP地址，每一台主机都必须在授权域名服务器处注册登记。管理区是“授权域”的子集。

7.6 解释DNS的域名结构？试说明它与当前电话网的号码结构有何异同之处？

答：参照国际编址方案，因特网采用层次型命名的方法。域名结构使整个名字空间是一个规则的倒树形结构。与当前电话网的号码结构有何异同之处参阅7.2.1节表7-1。

7.7 举例说明域名转换的过程。

答：参阅7.2.3正向域名解析的递归解析方法。

7.8 域名服务器中的高速缓存的作用是什么？

答：每台域名服务器都设一个高速缓存，存放最近使用过的名字，以及从何处获取该名字映射信息的记录。使用名字的高速缓存可优化查询的开销。

7.9 叙述文件传送协议FTP的主要工作过程？主进程和从属进程各起什么作用？

答：文件传送协议FTP的主要工作过程参阅例7-1。主进程负责接受客户的请求；从属进程负责处理请求，并按需可有多个从属进程。

7.10 简单文件传送协议TFTP与FTP有哪些区别？各用在什么场合？ 答：参阅7.4节。

7.11 参看书中示例试用FTP的命令和响应访问校园网FTP服务器。 答：参照例7-1试用FTP的命令和响应访问校园网FTP服务器。

7.12 远程登录Telnet服务方式是什么？为什么使用网络虚拟终端NVT？ 答：远程登录Telnet采用C/S服务方式，使用网络虚拟终端NVT供操作系统和服务进程在NVT上建立注册，以及与用户进行交互操作，使服务器上的应用程序可以不必考虑实际终端的类型。

7.12 试述BOOTP和DHCP协议有什么关系？当一台计算机第一次运行引导程序时，其ROM中有没有该主机的IP址、子网掩码或某个域名服务器的IP地址？

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答：BOOTP使用UDP为无盘工作站提供自动获取配置信息服务。DHCP协议与BOOTP兼容的协议，所用的报文格式相似，但比BOOTP更先进，提供动态配置机制，也称即插即用连网（Plug-and-Play networking）。当一台计算机第一次运行引导程序时，由于无硬盘，显然没有主机的IP址、子网掩码或某个域名服务器的IP地址。

7.13 试述电子邮件系统的基本组成。用户代理UA的有什么作用？ 答：电子邮件系统的基本组成：用户代理UA，邮件服务器和电子邮件所用的协议。用户代理UA用户代理的基本功能包括：（1）撰写，（2）显示，（3）处理。

7.14 试简述SMTP通信的发送与接收信件过程。

答：参阅7.6.1节。

7.15 电子邮件的地址格式是怎样的？请解释各部分的含义。

答：收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名。收信人邮箱名是在该域名的范围内是惟一的，邮箱所在主机的域名必须在全球是惟一的。

7.16 在电子邮件中，为什么必须使用SMTP和POP这两个协议？POP与IMAP有何区别？

答：SMTP 和POP 都使用客户服务器的工作方式。邮局协议POP是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第三个版本POP3。发信人的用户代理向源邮件服务器发送邮件，以及源邮件服务器向目的邮件服务器发送邮件，都是使用SMTP协议。而POP3协议或IMAP4协议则是用户从目的邮件服务器上读取邮件所使用的协议。

IMAP 是一个联机协议，也是按客户服务器方式工作，现在较新的版本是 IMAP4。用户在自己的 PC 机上就可以操纵 ISP 的邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样。当用户 PC 机上的 IMAP 客户程序打开 IMAP 服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上。而POP客户程序打开服务器的邮箱时，邮件就传到用户的计算机上，不再留在服务器。 7.16 MIME与SMTP的关系是怎样的？

参考答案：SMTP 不能传送可执行文件或其他的二进制对象；限于传送 7 位的 ASCII 码；SMTP 服务器会拒绝超过一定长度的邮件。MIME 的意图是继续使用目前的[RFC 822]格式，实际上增加了SMTP的功能，增加了邮件主体的结构，并定义了传送非ASCII码的编码规则。

7.17 试述MIME的组合消息结构。

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