2007-11-6 计算机网络综合应用题

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计算机网络综合应用题

P31

1-10 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

xb?(k?1)pb?kd

为使分组交换比电路交换快，令

xb?(k?1)pb?kd?s?xb?kd?s?(k?1)pb

所以，当s?(k?1)pb时分组交换网的延迟更短。

1-11 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h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k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p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

因此我们得到总的延迟为

(p?h)xpb?(p?h)(k?1)1b

对该函数求p的导数，得到

p?(p?h)xp2b?k?1b

令上式等于零，得

hxp2?k?1?p?hxk?1，p>0

所以，当p?P66

hxk?1时能使总的延迟最小。

2-12 有600MB（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2.4Kb/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33.6Kb/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600MB（=600×1048576×8=5033164800 bit）需要24.3天。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。

2-13 56Kb/s的调制解调器是否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什么？

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。

2-17、共有4个站进行CDMA通信，其芯片序列分别为： 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），现收到码序列为：（－1+1－3+1－1－3+1+1），问哪个站发送了数据？发送的代码是什么？

答：A·M/8=1；（2分） B·M/8=－1; （2分） C·M/8=0; （2分） D·M/8=1（2分）

故A，D发1,B发0,C未发。（2分） P91

3-06 信道速率为4Kb/s。采用停止等待协议。传播时延tp=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：由于忽略误比特率、确认帧长度和处理时间，所以停止等待协议中数据帧的应答帧的发送时间关系，如题图3-06所示。

tTtI2tpDATAACKDATAtp 题图3－06 停止等待协议中数据帧和应答帧的发送时间关系

假设帧长为L，信道速率（即数据传输速率）为S，则

tI?L/S?L/4

信道利用率E?tI/tT?tI/(tI?2tp)

根据题意要求E?50%，所以有tI/(tI?2tp)?0.5，即

L/4/(L/4?2?20)?0.5，所以，L?160bit，即帧长大于或等

于160bit才能使信道利用率至少达到50%。 3-15

T=τ+tf+ tp+ tack ≈2τ+tf

U= tf / T = tf /(2τ+tf)=1/(1+2a)， (a=τ/ tf) 无差错

1，w≥2a+1 U=

w/(1+2a)， w<2a+1 3-22

参考P438参考答案。 P135

4-04 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。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。

4-05 以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了冲突。于是按二进制指数类型退避算法进行重传。重传次数记为i，i=1,2,3,…。试计算第1次重传失败的概率、第2次重传失败的概率、第3次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。

参考P105、 P104图4-11

A=2*0.5(1-0.5)2-1=0.5 NR=?j*(1-A)j?0?j *A=(1-A)/A；A=N*P*(1-P)N-1

4-09

参考P105 Amax?Smax；P104图4-11 上取整Smax/T0/N

（1）发送1帧所需时间Tav=2τNR +T0+τ （2）1秒钏发送的帧数1/Tav

4-11

L/C≥2τ L≥2τC

4-22

求P，使NR最小NR =1/A-1；A=N*P*(1-P)N-1

P211

6-02 设有一通信子网。若使用虚电路，则每一分组必须有3字节的分组首部，而每个网络结点必须为虚电路保留8字节的存储空间来识别虚电路。但若使用数据报，则每个分组要有15字节的分组首部，而结点就不需要保留路由表的存储空间。设每段链路每传1兆字节需0.01元，购买结点存储器的费用为每字节0.01元，而存储器的寿命为2年工作时间（每周工作40小时）。假定一条虚电路的每次平均使用时间为1000秒，而在此时间内发送200分组，每个分组平均要经过4段链路。试问：采用哪种方案（虚电路或数据报）更为经济？相差多少？

答：4段链路意味着涉及5个路由器。虚电路实现需要在1000秒内固定分配5×8=40字节的存储器。数据报实现需要比虚电路实现多传送的头信息的容量等于（15－3）×4×200=9600字节·链路。现在的问题就成了40000字节·秒的存储器对比9600字节·链路的电路容量。如果存储器的使用期是两年，即3600×40×52×2≈1.5×107秒，1字节·秒的代价为1÷（1.5×107）=6.7×10-8分，那么40000字节·秒的代价约等于2.7毫分。另一方面，1个字节·链路代价是10-6分，9600个字节·链路的代价为10-6×9600=9.6×10-3分，即9.6毫分。显然，对于这样的参数，虚电路的实现要便宜一些。9.6－2.7=6.9毫分，即在这1000秒的时间内便宜大约6.9毫分。 6-06 网络如图6-27所示。链路旁边注明的数字代表链路的长度（假想单位）。试利用6.3.2小节所述的算法求出从结点A到所有其他结点的最短路由。

J1K2

323I2G11B1A113333FD1C12E

H图6-27 习题6-06的网络拓扑

答：本题利用Dijkstra算法（如表6－01所示）求出最短通路树（如题图6-06），从而得到结点A路由表（如表6-02）。

表6－2 计算图6－27的网络的最短通路

步骤初始化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 {A} {A,B} {A,B,G} {A,B,G,,I} {A,B,G,,I,F} {A,B,G,,I,F,C} {A,B,G,,I,F,C,E} {A,B,G,,I,F,C,E,H} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J,D} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J,D,K} N S(B) S(C) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 S(D) S(E) S(F) ? ? ? ? 5 4 4 4 4 4 4 ? ? ? ? 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 S(G) S(H) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ? ? 3 3 3 3 3 3 3 3 3 S(I) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 S(G) S(K) ? 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 ? ? ? ? ? ? ? 5 4 4 4

J1KH

B2IG1121F11A3DC1E 图6－06 最短通路树

表6－02 结点A的路由表

目标结点后继结点 B B C C D C E G F G G G H G I I J I K I

5-10 一个数据报通信子网允许各结点在必要时将收到的分组丢弃。设结点丢弃一个分组的概率为p。现有一个主机经过两个网络结点与另一个主机以数据报方式通信，因此两个主机之间要经过3段链路。当传送数据报时，只要任何一个结点丢弃分组，则源点主机最终将重传此分组。试问：

（a）每一个分组在一次传输过程中平均经过几段链路？

（b）每一个分组平均要传送几次？

（c）目的主机每收到一个分组，连同该分组在传输时被丢弃的传输，平均需要经过几段链路？

答：（3分）（a）由源主机发送的每个分组可能经过1段链路、2段链路或3段链路。经过1段链路的概率为p，经过2段链路的概率是p(1-p)，经过3段链路的概率是(1－p)2，那么，一个分组平均通路长度的期望值是这3个概率的加权和，即等于：

L?1?p?2?p(1?P)?3?(1?p)?p?3p?3

即每一个分组在一次传输过程中平均经过的链路段数是p2－3p＋3。注意，当p=0时，平均长度是3，当p=1时，平均长度是1。当0

（4分）（b）一次发送成功（经过所有的链路）的概率等于(1-p)2，令?=(1－p)2，两次发送成功的概率等于(1－?)?，三次发送成功的概率为(1－?)2?，…。因此，一个分组平均发送次数就等于

T???2?(1??)?3?(1??)??

?222?1??[(1??)?2(1??)?3(1??)??]

?3??1???k(1??)?1??k?1??1???2?1?

?12(1?p)

即一个分组平均要传送1/(1－p)2次。

（3分）（c）目的主机每收到一个分组，连同该分组在传输时被

丢弃的传输，平均需要经过的链路段数为：

H?L?T?p?3p?3(1?p)22

5-11 一个通信子网其内部采用虚电路服务，沿虚电路共有n个结点交换机，在交换机中为每一个方向设有一个缓存，可存放一个分组。在交换机之间采用停止等待协议，并采用以下的措施进行拥塞控制。结点交换机在收到分组后要发回确认，但条件是：（1）接收端已成功地收到了该分组；（2）有空闲的缓存。设分送一个分组需T秒（数据或确认），传输的差错可忽略不计，主机和结点交换机之间的数据传输时延也可忽略不计。试问：分组交付给目的主机的速率最快为多少？

答：对时间以T秒为单位分隙。在时隙1，源结点交换机发送第1个分组。在时隙2的开始，第2个结点交换机收到分组，但不能应答。在时隙3的开始，第3个结点交换机收到了分组，但也不能应答。这样，此后所有的结点交换机都不能应答。仅当目的主机从目的结点交换机取得分组时才会发送第1个应答。现在确认应答开始往回传播。在源结点交换机可以发送第2个分组之前，需要两次穿行给子网，需要花费的时间等于2(n－1) T秒。所以，源结点交换机往目的主机投递分组的速率是每2(n－1) T秒1个分组。显然，这种协议的效率是很低的。

1、设某公司有5个分布于各地的局域网，每个网络都有20台计算机，该公司只向NIC申请了一个C类IP地址198.66.88，请根据现有条件设计子网，并计算各子网的IP地址空间，使所有计算机都能访问Internet。试给出安全的解决方案。答：

子网设计：IP地址结构、子网掩码、各子网IP地址空间的计算（5分）；

网络设计与配置：拓朴结构、子网号及其分配、路由器的配置等（8分）；

安全解决方案，含VPN、防火墙等技术（7分）。

2、假设主机A被连接到一台路由器R1上，R1又连接到另一台路由器R2上，R2被连接到主机B。假定一条TCP消息包含900字节的数据和20字节的TCP头，现在该消息被传递给主机A的IP代码，请它递交给主机B。请写出在三条链路上传输的每个分组中IP头部的Total length、Identification、DF、MF和Fragment offset域。假定链路A-R1可以支持的最大帧长度为1024字节，其中包括14字节的帧头；链路R1-R2可以支持的最大帧长度为512字节，其中包括8字节的帧头；链路R2-B可以支持的最大帧长度为512字节，其中包括12字节的帧头。

答：The initial IP datagram will be fragmented into two IP datagrams at I1. No other fragmentation will occur.

Link A-R1:

Length = 940; ID = x; DF = 0; MF = 0; Offset = 0（2分）

Link R1-R2:

(1) Length = 500; ID = x; DF = 0; MF = 1; Offset = 0（2分） (2) Length = 460; ID = x; DF = 0; MF = 0; Offset = 60（2分） Link R2-B:

(1) Length = 500; ID = x; DF = 0; MF = 1; Offset = 0（2分） (2) Length = 460; ID = x; DF = 0; MF = 0; Offset = 60（2分）

3、Bell系统的T1载波能复用24条话路，使用了PCM和TDM技术。设每秒8000次对24路话音通道依次采样产生7个数据位和1个控制位。问T1载波的总数据率是多少？

答：每条信道获得7×8000 ＝ 56000bps 数据位；（2分）

1×8000 ＝ 8000bps 控制位；（2分）每次采样还有一附加位(用于帧同步) （2分）。 ∴T1载波的总数据率

24×56000＋24×8000＋8000 =1.544Mbps（4分） -----

4、对应三种协议的窗口大小值分别是 1、7 和 4。

使用卫星信道端到端的典型传输延迟是 270ms，以 1Mb/s 发送，1000bit 长的帧的发送时间为 1ms。我们用 t=0 表示传输开始的时间，那么在 t=1ms 时，第一帧发送完毕；t=271ms时，第一帧完全

到达接收方；t=272ms，对第一帧的确认帧发送完毕；t=542ms，带有确认的帧完全到达发送方。因此一个发送周期为 542ms。如果在 542ms 内可以发送 k 个帧，由于每一个帧的发送时间为 1ms，则信道利用率为 k/542，因此：

（a） k=1，最大信道利用率=1/542=0.18% （b） k=7，最大信道利用率=7/542=1.29% （c） k=4，最大信道利用率=4/542=0.74%

5、使用选择性重传滑动窗口协议，序列号长度是 8 位。窗口大小为 128。卫星信道端到端的传输延迟是 270ms。以 50kb/s 发送，4000bit（3960+40）长的数据帧的发送时间是0.02*4000=80ms。我们用 t=0 表示传输开始时间，那么，t=80ms，第一帧发送完毕；t=270+80=350ms，第一帧完全到达接收方；t=350+80=430ms，对第一帧作捎带确认的反向数据帧可能发送完毕；t=430+270=700ms，带有确认的反向数据帧完全到达发送方。因此，周期为 700ms，发送 128 帧时间 80*128=10240ms，这意味着传输管道总是充满的。每个帧重传的概率为 0.01，对于 3960 个数据位，头开销为 40 位，平均重传的位数为 4000*0.01=40位，传送 NAK 的平均位数为 40*1/100=0.40 位，所以每 3960 个数据位的总开销为 80.4 位。因此，开销所占的带宽比例等于 80.4/(3960+80.4)=1.99%。

6、a公司用一台web服务器和一台应用服务器来管理销售信息。销售人员在办公室时通过pc机来访问应用服务器，若在公司以外，则通过具有数据显示功能的移动电话或pda(personal digital assistant)访问公司网络。网络信息是通过web服务器发布的。一般情况下，对于更新周期较长的信息，则应先将其从应用服务器下载到公司的pc机上，然后再通过远程访问pc机获取该信息。

公司网络结构如下图所示：

[问题1] 目前，通过移动电话接入互联网所采用的主要技术是什么?(2分)

[问题2] 目前，国内采用的第三代移动通信技术标准有哪些?(3分)

[问题3] 进行一次查询的数据信息见表1，网络的基本通信服务费用见表2，总费用=网络租用费+通信费。根据表中给出的数据，试计算销售员每月至少应进行多少次查询，才能使得使用移动电话的总费用比使用pda的总费用更低。(5分)

表1一次查询的数据信息

通信时间(从phs网络建立到断开的时间)：上载数据量：下载数据量：表2网络基本通信服务费用

内容通信费网络租用费移动电话网络 0.0003元/128字节 35元/月 phs网络 0.2元/3分钟 25元/月 90秒 1,280字节 6,400字节 [问题4] 公司网络中的设备或系统（包括：存储商业机密的数据库服务器、邮件服务器，存储资源代码的pc机、应用网关、存储私人信息的pc机、电子商务系统）哪些应放在dmz中，哪些应放在内网中?井给予简要说明。(5分)

答：

[问题1] gprs和cdma。

[问题2] wcdma、cdma2000和td-scdma

[问题3] 进行一次查询操作，采用移动电话时的费用为(1280+6400)×0.0003/128=0.018元，pda费用为90/60×0.2/3=0.1元，故由(35-25)/(0.1-0.018)=121.9512，最少次数为122(次)。

[问题4] dmz中放置邮件服务器、应用网关、电子商务系统。内网中放置机密数据服务器、私人信息pc和放置资源代码的pc。dmz是放置公共信息的最佳位置，用户、潜在用户和外部访问者不用通过内网就可以直接获得他们所需要的关于公司的一些信息。公司中机密

的、私人的信息可以安全地存放入内网中，即dmz的后面。dmz中服务器不应包含任何商业机密、资源代码或是私人信息。

注：dmz

DMZ是英文“demilitarized zone”的缩写，中文名称为“隔离区”，也称“非军事化区”。它是为了解决安装防火墙后外部网络不能访问内部网络服务器的问题，而设立的一个非安全系统与安全系统之间的缓冲区，这个缓冲区位于企业内部网络和外部网络之间的小网络区域内，在这个小网络区域内可以放置一些必须公开的服务器设施，如企业Web服务器、FTP服务器和论坛等。另一方面，通过这样一个DMZ区域，更加有效地保护了内部网络，因为这种网络部署，比起一般的防火墙方案，对攻击者来说又多了一道关卡。网络结构如下图所示。

网络设备开发商，利用这一技术，开发出了相应的防火墙解决方案。称“非军事区结构模式”。DMZ通常是一个过滤的子网，DMZ在内部网络和外部网络之间构造了一个安全地带。网络结构如下图所示。

7、阅读以下说明和交换机的配置信息，回答问题1至问题3，将解答填入答题纸的对应栏内。

[说明] 某公司下设三个部门，为了便于管理，每个部门组成一个vlan，公司网络结构如下图所示。

[交换机switch1的部分配置信息]

switch 1(config)#finterface fo/9

switchl(config-if)#switchport mode access switchl(config-if)#switchport access vlan 11 switch 1(config)#interface fo/lo

switch 1(config-if)#switchport mode access switchl(config-if)#switchport access vlan 12 switch 1(config)#interface fo/17

switchl(config-if)#switchport mode access switchl(config-if)#switchport access vlan 13

[交换机switch2的部分配置信息]

switch2(config)#interface fo/6

switch2(config-if)#switchport mode access switch2(config-if)#switchport access vlan 11 switch2(config)#interface fo/8

switch2(config-if)#switchport mode access switch2(config-if)#switchport access vlan 12 switch2(config)#intefface fo/11

switch2(config-if)#switchport mode access switch2(config-if)#switchport access vlan 13

[交换机switch3的部分配置信息]

switch3(config)#interface fo/3

switch3(config-if)#switchport mode access switch3(config-if)#switchport access vlan 11 switch3(config-if)#exit

switch3(config)#interface fo/7

switch3(config-if)#switchport mode access switch3(config-if)#switchport access vlan 12 switch3(config)#interface fo/13

switch3(config-if)#switchport mode access switch3(config-if)#switchport access vlan 13

[问题1] 通常vlan有静态和动态两种实现方式，这两种方式分别是如何实现的?

各有什么特点? switchl采用的是哪种实现方式? (5分)

[问题2] 在vlan中，stp和vtp是什么协议?各有什么作用? (4分)

[问题3] 填充vlan信息表(表3)，将答案填写在答题纸相应位置。(6分)

表3 vlan信息表

部门行政部市场部财务部答：

[问题1] 在静态实现方式中，网络管理员将交换机端口静态地分配给某一个vlan，这是经常使用的一种配置方式，容易实现和监视，比较安全。在动态实现方式中，管理员必须先建立一个较复杂的数据库，例如输入要连接的网络设备的mac地址及相应的vlan号，这样，当网络设备接到交换机端口时，交换机自动把这个网络设备所连接的端口分配给相应的vlan。动态vlan的配置可以基于网络设备的mac地址、ip.地址、应用的协议来实现。动态vlan一般通过管理软件来进行管理。switch1采用静态实现方式。

vlan编号包括的服务器及主机名称 11 12 13 (1) (2) (3) 18

[问题2] stp(spanningtreeprotocol，生成树协议)是一个既能够防止环路、又能够提供冗余线路的第二层的管理协议。为了使交换网络正常运行，stp网络上的任何两个终端之间只有一条有效路径。stp使用生成树算法求解没有环路的最佳路径，使一些备用路径处于阻塞状态。大型交换网络中尤其是有多个vlan的时候，配置stp很重要。

vtp(vlan trunkprotocol，vlan中继协议)保持vlan的删除、添加、修改等管理操作的一致性。在同一个vtp域内，vtp通过中继端口在交换机之间传送vtp信息，从而使一个vtp域内的交换机能共享vlan信息。

[问题3]

(1) server3+computer2+computer5； (2) server2+computer3+computer6； (3) serverl+computerl+computer4

8、下面是某路由器的部分配置信息，解释__(n)__ 处标有下划线部分的含义，将解答填入答题纸的对应栏内。

[配置路由器信息]

current configuration： !

version 11.3

no service password-encryption !

hostname router1 第(__1__)处 (1分) !

enable password nwdl2345 第(__2__)处 (2分) !

interface ethemet0

ip address 192.4.1.1.255.255.255.0 1