计算机网络 自顶向下方法 第一章：计算机网络和因特网 习题答案

复习题

1. 没有区别。在本文中，“主机”和“端系统”是可互换使用。终端系统包括PC、工作站、Web服务器、邮件服务器、PDA（Personal Digital Assistant）掌上电脑、互联网游戏机等。

2. 维基百科：外交协议通常被描述为一套国际礼仪规则。这些根深蒂固、久负盛名的规则使各国和人民更容易生活和工作在一起。协议的一部分一直是对所有出席者的等级地位的承认。协议规则是以文明原则为基础的。

3. 标准对于协议非常重要，因此人们可以创建可互操作的网络系统和产品。

4. 1.通过电话线拨号调制解调器：家用; 2.通过电话线的DSL：家庭或
   小办公室; 3. HFC电缆：家用; 4. 100 Mbps交换式以太网：企业;5。
   Wifi（802.11）：家庭和企业：6。3G和4G：广域无线。

5. 用户之间共享HFC带宽。在下行信道上，所有数据包都来自一个源，即头端。因此，下行信道中没有碰撞。

6. 略

7. 以太LAN的传输速率为10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps和10 Gbps。

8. 如今，以太网最常用于双绞铜线。 它还可以在光纤链路上运行。

9. 拨号调制解调器：高达56 Kbps，带宽专用; ADSL：高达24 Mbps
   下行和2.5 Mbps上行，带宽专用; HFC，最高可达42.8 Mbps和上行速率高达30.7 Mbps，共享带宽。 FTTH：2-10Mbps上传; 10-20 Mbps下载; 带宽不共享。

10. 目前有两种流行的无线互联网接入技术：
    a）Wifi（802.11）在无线LAN中，无线用户在几十米的半径内向/从基站（即，无线接入点）发送/接收分组。 基站通常连接到有线因特网，因此用于连接
    无线用户到有线网络。
    b）3G和4G广域无线接入网络。 在这些系统中，分组通过用于蜂窝电话的相同无线基础设施传输，因此基站由电信提供商管理。 这提供在距离基站几十公里的半径范围内对用户进行无线访问。

11. 在时间t0，发送主机开始发送。 在时间t1 = L / R1，发送主机完成传输并在路由器处接收整个数据包（无传播延迟）。 因为路由器在时间t1具有整个分组，所以它可以开始传输在时间t1分组到接收主机。 在时间t2 = t1 + L / R 2，路由器完成传输和整个数据包在接收主机上接收（同样，没有传播延迟）。 因此，端到端延迟是L / R1 + L / R2。

12. 电路交换网络可以保证在通话期间有一定的端到端带宽。如今，大多数分组交换网络（包括互联网）都不能保证端到端的带宽。FDM(频分复用)需要复杂的模拟硬件将信号转换成适当的频段。

13. a）支持2个用户，因为每个用户需要一半的链路带宽。
    b）由于每个用户在传输时需要1Mbps，如果两个或更少用户传输同时，最多需要2Mbps。 既然可用共享链路的带宽为2Mbps，链接之前不会有排队延迟。 然而，如果三个用户同时传输，则需要带宽将是3Mbps，这超过了共享链路的可用带宽。 在这种情况下，链接之前会有排队延迟。
    c）给定用户传输的概率=0.2
    d）三个用户同时传输的概率为
    
    =（0.2）3 = 0.008。 由于队列在所有用户正在传输时增长，所以队列增长的时间部分（等于所有三个用户同时传输的概率）是0.008。

14. 如果两个ISP不相互对等，那么当它们彼此发送流量时，它们必须通过提供商ISP（中间人）发送流量，他们必须为承载流量而付费。 通过直接对等，两个ISP可以减少对其提供商ISP的支付。 互联网交换点（IXP）（通常在具有自己的交换机的独立建筑物中）是一个汇合点，在这里多个ISP可以连接或对等。 ISP通过向连接到IXP的每个ISP收取相对较小的费用来赚钱，这可能取决于发送到IXP或从IXP接收的流量。

15. 谷歌的私人网络连接着它所有的数据中心，无论大小。谷歌数据中心之间的流量通过其私人网络而不是公共互联网。其中许多数据中心都位于或接近较低层的ISP，因此，当谷歌向用户交付内容时，通常可以绕过较高层的ISP。是什么促使内容提供商创建这些网络？第一，内容提供者对用户体验有更多的控制，因为它必须使用很少的中间ISP。其次，它可以通过减少向提供商网络发送流量来节省资金。第三，如果互联网服务提供商决定向高利润的内容提供商收取更多的费用（在网络中立性不适用的国家），内容提供商可以避免这些额外费用。

16. 延迟包括处理时延，传输时延，传播时延和排队时延。 所有这些延迟都是固定的，除了排队时延是可变的。

17. a) 1000 km, 1 Mbps, 100 bytes
    b) 100 km, 1 Mbps, 100 bytes

18. 10msec; d/s; 不相关。

19. a) 500 kbps
    b) 64 seconds
    c) 100kbps; 320 seconds

20. 端系统A将大文件分成多个块。 它为每个块添加头，从而从文件生成多个数据包。 每个数据包中的头包含目的地IP地址（端系统B）。 分组交换机使用分组中的目标IP地址来确定输出链路。 在给定数据包的目标地址的情况下，询问哪条路要类似于一个数据包，询问它应该转发哪个外向链路。

21. 最大发送速率为500包/秒，最大传输速率为350包/秒。 相应的流量强度为500/350 = 1.43> 1.损失将每次实验最终都会发生; 但由于发送过程中的随机性，首次发生损失的时间因实验而异。

22. 五个通用任务是错误控制，流控制，分段和重组，多路复用和连接设置。 是的，这些任务可以在不同的层重复。 例如，通常在多个层提供错误控制。

23. 互联网协议栈中的五个层是 - 从上到下 - 应用层，运输层，网络层，链路层和物理层。 主要职责在第1.5.1节中概述。

24. 应用层报文：应用程序想要发送并传递到运输层的数据;
    运输层报文段：由运输层生成用运输层头封装应用层报文;
    网络层数据报：用网络层头封装运输层报文段;
    链路层帧：使用链路层头封装网络层数据报。

25. 路由器处理网络，链路和物理层（第1层到第3层）。 （这有点像白色谎言，因为现代路由器有时会充当防火墙或缓存组件，也会处理运输层。）链路层交换机处理链路和物理层（第1层到第2层）。 主机处理所有五个层。

26. a）病毒
    需要某种形式的人际互动来传播。 经典示例：电子邮件病毒。
    b）蠕虫
    无需用户复制。 受感染主机中的蠕虫扫描IP地址和端口号，查找易受感染的易受攻击的进程。

27. 僵尸网络的创建要求攻击者在某些应用程序或系统中发现漏洞（例如利用应用程序中可能存在的缓冲区溢出漏洞）。 找到漏洞后，攻击者需要扫描易受攻击的主机。 目标基本上是通过利用该特定漏洞来破坏一系列系统。 作为僵尸网络一部分的任何系统都可以通过利用漏洞自动扫描其环境并进行传播。 这种僵尸网络的一个重要特性是僵尸网络的发起者可以远程控制并向僵尸网络中的所有节点发出命令。 因此，攻击者可以向以单个节点为目标的所有节点发出命令（例如，攻击者可能会命令僵尸网络中的所有节点向目标发送TCP SYN消息，这可能会导致目标受到TCP SYN泛洪攻击）。

28. Trudy可以假装是Bob发送给Alice（反之亦然），并部分或完全修改Bob发送给Alice的消息。例如，她可以很容易地把“爱丽丝，我欠你1000美元”改成“爱丽丝，我欠你10000美元”。此外，Trudy甚至可以将Bob发送给Alice的数据包丢弃（反之亦然），即使Bob发送给Alice的数据包是加密的。

习题

1. 略

2. 在时间N *（L / R），第一个数据包到达目的地，第二个数据包存储在最后一个路由器中，第三个数据包存储在倒数第二个路由器中，等等。在时间N *（L /R）+ L / R，第二个数据包到达目的地，第三个数据包存储在最后一个路由器中，等等。继续这个逻辑，我们看到在时间N *（L / R）+（P-1）*（ L / R）=（N + P-1）*（L / R）所有数据包都已到达目的地。

3. a）电路交换网络非常适合应用，因为该应用涉及具有可预测的平滑带宽要求的长会话。 由于传输速率是已知的而不是突发的，因此可以为每个应用会话保留带宽而不会造成大量浪费。 此外，在典型应用程序会话的长时间内，设置和断开连接的开销将被分摊。
   b）在最坏的情况下，所有应用程序同时通过一个或多个网络链路进行传输。 但是，由于每个链路都有足够的带宽来处理所有应用程序数据速率的总和，因此不会发生拥塞（非常少的排队）。 由于链路容量如此之大，网络不需要拥塞控制机制。

4. a）在左上角的交换机和右上角的交换机之间，我们可以有4个连接。 类似地，我们可以在其他3对相邻交换机中的每一对之间具有四个连接。 因此，该网络最多可支持16个连接。
   b）我们可以通过右上角的交换机连接4个连接，另外4个连接通过左下角的交换机，总共有8个连接。
   c）是。 对于A和C之间的连接，我们通过B路两个连接，通过D路两个连接。对于B和D之间的连接，我们通过A路两个连接，通过C路两个连接。这样，通过任何连接最多有4个连接。

5. 收费站相距75公里，汽车以100公里/小时的速度传播。 收费站每12秒为一辆汽车提供一辆汽车的服务。
   a）有十辆车。 第一个收费站需要120秒或2分钟才能为10辆车提供服务。 这些车中的每一辆在到达第二个收费站之前都有45分钟的传播延迟（行驶75公里）。 因此，所有的汽车在47分钟后排在第二个收费站之前。 整个过程重复在第二和第三收费站之间旅行。 第三个收费站也需要2分钟才能为10辆车提供服务。 因此总延迟是96分钟。
   b）收费站之间的延迟是8 * 12秒加45分钟，即46分36秒。 总延迟是该量的两倍加上8 * 12秒，即94分48秒。

6. a) d prop = m / s seconds.
   b) d trans = L / R seconds.
   c) d end -to-end = (m / s + L / R) seconds.
   d）该位刚离开主机A.
   e）第一位在链接中并且未到达主机B.
   f）第一位到达主机B.
   g )
   

7. 考虑数据包中的第一位。 在传输该位之前，必须生成数据包中的所有位。 这需要
   
   传输数据包所需的时间是
   
   传播延迟= 10毫秒
   直到解码的延迟是
   7毫秒+ 224微秒+ 10毫秒= 17.224毫秒
   类似的分析表明，所有比特都经历了17.224毫秒的延迟

8. a) 20
   b) p = 0.1
   c)
   
   d)
   
   
   P( “21 or more users” )= 0.003 .

9. a) 10,000
   b)
   

10. 第一端系统需要L / R1将数据包传输到第一链路上; 数据包在d1 / s1中的第一个链路上传播; 分组交换机增加了dproc的处理延迟; 收到整个数据包后，分组交换机连接第一个和第二个链路要求L / R2将数据包发送到第二链路; 数据包在d2 / s2中通过第二个链路传播。 同样，我们可以找到第二个交换机和第三个链路引起的延迟：L / R3，dproc和d3 / s3。添加这五个延迟给出了
    d end-end = L / R1 + L / R2 + L / R3 + d1 / s1 + d2 / s2 + d3 / s3 + dproc + dproc
    为了回答第二个问题，我们只需将值插入等式中即可获得6 + 6 + 6 + 20 + 16 + 4 + 3 + 3 = 64毫秒。

11. 由于比特立即被发送，分组交换机不会引入任何延迟; 特别是，它不会引入传输延迟。 从而，
    d end-end = L / R + d1 / s1 + d2 / s2 + d3 / s3
    对于问题10中的值，我们得到6 + 20 + 16 + 4 = 46毫秒

12. 到达的数据包必须首先等待链路传输4.5 * 1,500字节= 6,750字节或54,000位。 由于这些比特以2Mbps传输，因此排队延迟为27毫秒。 通常，排队延迟是（nL +（L-x））/ R.

13. a）对于第一个发送的分组，排队延迟是0，对于第二个发送的分组是L / R，并且通常是第n个发送的分组的（n-1）L / R. 因此，N个数据包的平均延迟是：（L / R + 2L / R + … +（N-1）L / R）/ N.
    = L /（RN）*（1 + 2 + … +（N-1））
    = L /（RN）* N（N-1）/ 2
    = LN（N-1）/（2RN）
    =（N-1）L /（2R）
    请注意，这里我们使用了众所周知的事实：
    1 + 2 + … + N = N（N + 1）/ 2
    b）传输N个数据包需要LN / R秒。 因此，当每批N个数据包到达时，缓冲区为空。 因此，所有批次的分组的平均延迟是一批内的平均延迟，即（N-1）L / 2R。

14. a）传输延迟是L / R. 总延迟是
    
    b）设 x=L/ R.总延迟=
    
    对于x = 0，总延迟= 0; 当我们增加x时，总延迟增加，当x接近1 / a时接近无穷大。

15. 总时延
    

16. 统中的数据包总数包括缓冲区中的数据包和正在传输的数据包。 所以，N = 10 + 1。
    因为N=a*d，所以（10 + 1）= a *（排队延迟+传输延迟）。 那是，
    11 = a *（0.01+ 1/100）= a *（0.01+ 0.01）。 因此，a = 550包/秒。

17. a）
    
    b）
    

18. 略

19. 略

20. 吞吐量= min {Rs，Rc，R / M}

21. 如果仅使用一个路径，则最大吞吐量由下式给出：
    
    如果使用所有路径，则最大吞吐量由下式给出：
    

22. 在客户端成功接收数据包之前需要执行的传输数是一个具有成功概率ps的几何随机变量。因此，所需的平均传输数由：1/ps给出。然后，所需重新传输的平均数量由：1/ps-1给出。

23. 让我们调用第一个数据包A并调用第二个数据包B.
    a）如果瓶颈链路是第一链路，则分组B在第一链路上排队等待分组A的传输。因此，目的地的分组到达间隔时间仅为L / Rs。
    b）如果第二链路是瓶颈链路并且两个分组都是背靠背发送的，则必须确保第二分组在第二链路完成第一分组的传输之前到达第二链路的输入队列。 那是，
    L / Rs + L / Rs + dprop 上述不等式的左侧表示第二分组到达第二链路的输入队列所需的时间（第二链路尚未开始发送第二分组）。 右侧表示第一个数据包完成传输到第二个链路所需的时间。
    如果我们在T秒后发送第二个数据包，我们将确保第二个链路上的第二个数据包没有排队延迟，如果我们有：
    L / Rs + L / Rs + dprop + T> = L / Rs + dprop + L / Rc
    因此，T的最小值是L /Rc-L/ Rs。

24. 40太字节= 40 * 10^12 * 8位。 因此，如果使用专用链接，则需要40 * 10^12 * 8 /（100 * 106）= 3200000秒= 37天。 但是，通过FedEx隔夜送达，您可以保证数据在一天内到货，而且价格应该低于100美元。

25. a）带宽时延积R（带宽）*t prop（传播时延） = 160,000位
    b）160,000位
    c）链路的带宽时延积是链路中可以包含的最大比特数。
    d）比特宽度=链路长度/带宽时延积，因此1比特长125米，比足球场长
    e）s / R

26. s/R=20000km, R=s/20000km= 2.5*10⁸/(2*10⁷)= 12.5 bps

27. a）80,000,000位
    b）800,000比特，这是因为在任何给定时间链路中的最大比特数= min（带宽时延积，分组大小）= 800,000比特。
    c）.25米

28. a）t trans + t prop = 400毫秒+80毫秒= 480毫秒。
    b）20 *（t trans + 2 t prop）= 20 *（20毫秒+80毫秒）= 2秒。
    c）分解文件需要更长的时间来传输，因为每个数据包及其相应的确认包都会增加它们自己的传播延迟。

29. 召回地球静止卫星距地球表面36,000公里。
    a）150毫秒
    b）1,500,000位
    c）600,000,000位

30. 假设乘客和他/她的行李对应于到达协议栈顶部的数据单元。 当乘客办理登机手续时，他/她的行李被检查，并且标签贴在行李和机票上。 这是行李层中添加的附加信息，如图1.20所示，允许行李层实施服务或将发送方的乘客和行李分开，然后在目的地方重新组合（希望！）。 当乘客然后通过保安时，通常会在他/她的机票上添加额外的印章，表明该乘客已通过安全检查。 该信息用于确保（例如，通过稍后检查安全信息）安全的人员转移。

31. a）从源主机向第一个分组交换机发送消息的时间8*10⁶/2*10⁶=4s
    通过存储转发切换，将消息从源主机移动到目标主机的总时间= 4秒*3跳=12秒
    b）从源主机发送第一分组到第一分组交换机的时间为1*10⁴/2*10⁶=5ms第一个交换机接收第2个数据包的时间=第二个交换机接收第一个数据包的时间=2* 5ms=10ms
    c）在目的地主机接收第一个数据包的时间= 5 ms*3跳=15ms。 在此之后，将收到每5毫秒一个数据包; 因此，接收到最后一个（第800个）分组的时间= 15ms+799 * 5ms=4.01s。 可以看出，使用报文分段的延迟明显较少（几乎为1/3）。
    d）i.如果没有报文分段，如果不允许出现位错误，如果存在单个位错误，则必须重新传输整个报文（而不是单个数据包）。
    ii.如果没有报文分割，则会向网络发送巨大的数据包（例如，包含高清视频）。路由器必须容纳这些巨大的数据包。较小的数据包必须排在巨大的数据包后面，并遭受不公平的延迟。
    e）i.数据包必须在目的地按顺序放置。
    ii.报文分割导致许多较小的数据包。由于所有数据包的头大小通常都是相同的，不管数据包的大小如何，对于报文分段，头字节的总量会更大。

32. 是的，小程序中的延迟对应于问题31中的延迟。传播时延对包交换和报文交换的整个端到端延迟都有同等的影响。

33. 有F / S包。 每个数据包是S = 80位。 收到最后一个数据包在第一个路由器的时间是

此时，第一个F / S-2数据包在目的地，F / S-1数据包在第二个路由器。 然后必须由第一路由器和第二路由器发送最后一个分组，每次传输都要进行
(S+80)/R秒。 因此发送整个文件的延迟是

要计算导致最小延迟的S值

35. 电路交换电话网和因特网在“网关”处连接在一起。 当Skype用户（连接到互联网）呼叫普通电话时，通过电路交换网络在网关和电话用户之间建立电路。 Skype用户的语音通过Internet以数据包形式发送到网关。 在网关处，重建语音信号，然后通过电路发送。 在另一个方向上，语音信号通过电路交换网络发送到网关。 网关对语音信号进行打包，并将语音包发送给Skype用户。