《计算机网络》第一章习题
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计算机网络可以向用户提供哪些服务？
①连通服务：计算机网络使上网用户之间可以交换信息，好像这些用户的计算机彼此直接连通一样。
②资源共享：用户可以共享计算机网络上的信息资源、软件资源和硬件资源。 -
试简述分组交换的要点
分组交换采用存储转发技术它兼有电路交换和报文交换的有点。分组交换再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。把来自用户端发的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接受端，再去掉分组头将各数据字段重新装配完成报文，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。 -
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。
①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（规则流程）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。 -
为什么说互联网是自印刷术以来人类在存储和交换信息领域中的最大变革？
因为因特网正在改变着我们工作和生活的各个方面，它已经给很多国家（尤其是因特网的发源地美国）带来了巨大的好处，并加速了全球信息革命的进程。 -
互联网基础结构的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段最主要的特点。
因特网的发展大致经历了三个阶段。
①第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。第一个分组交换网ARPANET最初是一个单个的分组交换网，1983年TCP/IP协议成为了ARPANET上的标准协议，使得所有用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。因特网诞生了。
②第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。1985年开始，因特网过渡到以美国国家科学基金会网络NSFNET为主要组成部分。该网络分为主干网、地区网和校园网三级，覆盖全美主要大学和研究所。
③第三阶段的特点是逐渐形成了多层次的ISP结构的因特网。1993年开始，NSFNET逐渐被若干个商用因特网主干网替代。用户可通过不同层次的ISP接入因特网。 -
简述互联网标准制定的几个阶段
因特网的正式标准要经过以下四个阶段
（1）因特网草案。因特网草案的有效期是六个月，在这阶段还不是RFC文档
（2）建议标准。从这阶段开始就成为RFC文档。
（3）草案标准。
（4）因特网标准。 -
小写和大写开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要区别？
以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。
以大写字母I开始的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。（Internet是internet中的一个） -
计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？
1、不同作用范围的网络：
（1）广域网WAN（wide)：广域网的作用范围通常为几十到几千公里。
（2）城域网MAN(metropolitan)：城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5~50km。
（3）局域网LAN(local)：局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，但地理上则局限在较小的范围（如1km左右）。
（4）个人区域网PAN(personal)：个人区域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，其范围大约在10m左右。
2、不同使用者的网络：
（1）公用网：这是指电信公司出资建造的大型网络。
（2）专用网：这是某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。
3、用来把用户接入到因特网的网络
接入网是用户与因特网连接的“桥梁”。 -
计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？
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；而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。 -
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。从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d s，数据率为b bit/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，且各节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？
电路交换：总时延=s+x/b+kd
分组交换：当t=x/b，发送完最后一bit；为到达目的地，最后一个分组需经过k-1个分组交换机的转发，每次转发的时间为p/b，总时延= x/b+(k-1)p/b+kd。
所以当分组交换的时延小于电路交换时： s+x/b+kd >x/b+(k-1)p/b+kd
s>(k-1)*p -
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+x）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（bit/s），但传播时延和结点的排队实践均可忽略不计。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？
分组个数=x/p
传输的总比特数=（p+h）x/p
源发送时延=（p+h）x/pb
中间发送时延=（k-1）（p+h）/b
总时延=（p+h）x/pb+（k-1）（p+h）/b+kd
对p求导数=√(hx/(bp^2 )+(k-1)/b)=0
p=√(hx/(k-1)) -
互联网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？
（1）边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式为客户服务器方式和对等方式。
（2）核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。核心部分主要通过路由器实现分组交换。 -
客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？
主要区别在于客户服务器描述的是进程之间的服务与被服务的关系，客户是服务请求方，服务器是服务；而对等通信方式并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件，就可以进行平等的、对等连接通信。
相同的地方：客户服务器方式和对等通信方式都是端系统运行的程序之间的通信方式。对等连接方式从本质上看仍然是使客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。 -
计算机网络有哪些常用的性能指标？
速率 带宽 吞吐量 时延 时延带宽积 往返时间RTT 利用率 -
假定网络的利用率达到了90%。试估算一下现在的网络时延是它最小值的多少倍？
设网络利用率为U。，网络时延为D，网络时延最小值为D0U=90%；D=D0/（1-U）---->D/D0=10现在的网络时延是最小值的10倍 -
计算机通信网有哪些非性能特征？非性能特征与性能指标有什么区别？
计算机通信网的非性能特征有：费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。
性能指标是从不同的方面来直接度量计算机网络的性能，而非性能特征虽然与性能指标有很大的关系，对计算机网络的性能也有很大的影响，但不是直接用来度量网络性能的。 -
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2×10^8m/s.试计算下列两种情况的发送时延和传播时延。
（1）数据长度为10^7bit,数据发送速率为100kbit/s。
（2）数据长度为10^3bit,数据发送速率为1Gbit/s。
答：1)发送时延为100s，传播时延为5s。
(2)发送时延为1us，传播时延为5ms。
若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要部分。 -
假设信号在媒体上的传播速率为2.3×10^8m/s。媒体长度分别为：
(1)10cm（网络接口卡）
(2)100m（局域网）
(3)100km（城域网）
(4)5000km（广域网）
试计算当数据率为1Mbit/s和10Gbit/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
(1)传播时延 =1010^-2 /2.310^8=(1/2.3) 109=4.35*10-10s
1Mb/s 比特数=4.3510^-10 106=4.35*10-4b/s
10Gb/s 比特数=4.3510^-10 109=4.35*10-1b/s
(2)传播时延=4.3510^-7s
1Mb/s 比特数=4.3510^-7 10^6=0.435b/s
10Gb/s 比特数=4.3510^-7 10^9=435b/s
(3)传播时延=4.3510^-4s
1Mb/s 比特数=4.3510^-4 10^6=435b/s
10Gb/s 比特数=4.3510-4*109=4.3510^5b/s
(4)传播时延=2.17510^-2s
1Mb/s 比特数=2.175*10^-2 106=2.175*104b/s
10Gb/s 比特数=2.17510^-2 *109=2.175*107b/s -
长度为100字节的应用层数据交给运输层传送，需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共18字节。试求数据的传输效率。数据 的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数居（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。
若应用层的数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？
长度为100字节时，传输效率=100/（100+20+20+18）=0.63
长度为1000字节时，传输效率=1000/（1000+20+20+18）=0.95 -
网络协议结构为什么要采用分层次的结构？试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活的例子。
1、便于管理与实现；
2、便于标准化.
日常生活中如一个单位的行政管理体系也是这样,有许多处,每个处下面又有许多科. -
协议与服务有何区别？有何关系？
1、定义上的区别：
网络协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议是规则，约定，而服务是功能，本领。
2、层次上的区别：
网络协议是由于网络节点之间联系的复杂性，在制定协议时，通常把复杂成分分解成一些简单成分，然后再将它们复合起来。协议是通信双方对等层之间才有的，是水平方向上的关系。而服务则是通信某一端上下层之间才有的，是垂直方向上的关系，而且是自下向上提供的。
3、水平与垂直的区别：
协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。
网络协议与服务的关系：
网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。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响应。
（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。 -
网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？
(1) 语义。语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。
(2) 语法。语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。
(3) 时序。时序是对事件发生顺序的详细说明。（也可称为“同步”）。[3] -
为什么一个网络协议必须把各种不利的因素都考虑到？
因为网络协议如果不全面考虑不利情况，当情况发生变化时，协议就会保持理想状况，一直等下去！就如同两个朋友在电话中约会好，下午3点在公园见面，并且约定不见不散。这个协议就是很不科学的，因为任何一方如果有耽搁了而来不了，就无法通知对方，而另一方就必须一直等下去！所以看一个计算机网络是否正确，不能只看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细的检查协议能否应付各种异常情况。 -
试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
1.应用层
应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。
不同的网络应用需要不同的协议，如万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议等
2.运输层
运输层的任务是负责为两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层 报文。
所谓通用，是指并不针对某个特定网络的应用。而是多种应用可以使用同一个运输层服务。
运输层主要使用以下两种协议：
传输控制协议TCP （提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据传输的单位是报文段）
用户数据报协议UDP(提供无连接的，尽最大努力交付，其数据传输的单位是用户数据报)
3.网络层
网络层为分组交换网上不同主机提供通信服务。网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组和包进行传送。
4.数据链路层
两台主机间的数据传输，总是一段一段在数据链路上传送的，这就需要使用专门的链路层协议。在两个相邻节点间的链路上传送帧，每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息，地址信息，差错控制等）
三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测
5.物理层
在物理层上所传数据单位是比特。 -
试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子
电视，计算机视窗操作系统、工农业产品 -
试解释以下名词：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。
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试解释everything over IP和IP over everything的含义
TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务 （所谓的everything over ip） 答：允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（所谓的ip over everything） -
假定要在网络上传送1.5MB的文件。设分组长度为1KB，往返时间RTT=80ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间，这需要2XRTT = 160ms。试计算在以下几种情况下接收方收到该文件的最后一个比特所需的时间。
（1）数据发送速率为10Mb/s，数据分组可以连续发送。
（2）数据发送速率为10Mb/s，但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能在发送下一个分组。
（3）数据发送率极快，可以不考虑发送数据 所需要的时间。但规定每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。
（4）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但在第一个RTT往返时间内只能发送一个分组，在第二个RTT内可发送两个分组，在三个RTT内可发送4个分组（即23-1 = 4个分组）。 -
考虑一条长度为50Km 的点到点链路，对一个100 字节的分组，带宽为多大时其传播延迟（速度为210^8m/s）等于发送延迟？对于512 字节的分组，情况又如何？
解：传播时延：50103m/（2108m/s）=2510-5s=250us
100字节时带宽=100bit8/250us=3.2Mb/s
512字节时带宽=512bit8/250us=16384Kb/s -
有一个点对点链路，长度为2000km，数据发送的速率是1kbit/s，要发送的数据100bit。数据在此链路上的传播速度为2×10^8m/s。假定我们可以看见线路上传输比特，试画出我们看到的线路上的比特.
100bit的发送时延=100/1000=0.1s
传播时延=2x107/2x108=0.1s
所以，100bit发送完时，第一个比特刚好到达终点，再经过0.05秒，线路上还剩50bit
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条件同上题。但数据的发送速率改为1Mbit/s。和上题的结果相比较，你可以得出什么结论？
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以1Gbit/s的速率发送数据,试问在以距离或时间为横坐标时,一个比特的宽度是多少？
距离:1 bit × 2 × 10^8 m/s(在光纤中的速率)/ 1 Gbit/s = 0.2 m
时间:1 bit / 1 Gbit/s = 10^(- 9) s -
我们在互联网上传送数据经常是从某个源点传送到某个终点，而非传送过去又再传送回来。那么为什么往返时间RTT是各很重要的性能指标呢？
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我们在传送数据时，经常要使用 TCP 协议。TCP 链接的建立需要消耗时间，这与 RTT 有密切关系。在传输数据时也常常需要对方的确认。在发送数据时要经过多少时间才能收到对方的确认，这也取决于往返时间 RTT 的大小。
另外，在计算吞吐率时，有时也要考虑到往返时间 RTT 。例如，一个10610
6 字节的文件在 1 Gbit/s 的发送速率下，只需要 8 ms。但如果我们是通过网络向远方某个主机请求把这样大的文件发送过来，而 RTT = 100 ms，那么总共需要时间至少为 100 + 8 = 108 ms，是原来发送的十几倍。