计算机网络第七版第一章课后习题

1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务？
答： ①连通性：互联网使上网用户之间，不管相距多远都可以非常便捷、经济的交换各种信息，好像这些终端用户彼此直接连通一样。
②共享：即资源共享，可以是信息共享，软件共享，也可以是硬件共享。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。
1-02 简述分组交换的要点。
答：（1）报文分组，加首部（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并
1-03 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。
答：
优点 缺点
电路交换 1） 通信时延小
2） 有序传输
3） 没有冲突
4） 适用范围广
5） 实时性强
6） 控制简单 1） 建立连接时间长
2） 线路独占，使用效率低
3） 灵活性差
4） 难以规格化
报文交换 1） 无需建立连接
2） 动态分配线路
3） 提高线路可靠性
4） 提高线路可靠性
5） 提供多目标服务 1) 转发时延
2) 需要较大的存储缓存空间
3) 需要传输额外的信息量
分组交换 1） 无需建立连接
2） 线路利用率高
3） 简化了存储管理
4） 加速传输
5） 减少出错率和重发信息量 1） 转发时延
2） 需要传输额外的信息量
3） 对于数据报服务，存在失序、丢失或是重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。
1-04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？
答： 融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。
1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。
答：1、从单个网络APPANET向互联网发展：TCP/IP协议的初步成型，所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。　
2、建成三级结构的Internet：分为主干网、地区网和校园网；
3、形成多层次ISP结构的Internet：①ISP首次出现②任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。③根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP和本地 ISP。
1-06 简述因特网标准制定的几个阶段？
答：（1）互联网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。
（2）建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
（3）互联网标准(Internet Standard) ——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号 STD xxxx。 一个标准可以和多个 RFC 文档关联。

1-07小写和大写开头的英文名internet 和Internet在意思上有何重要区别？
答：（1） internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
（2）Internet（因特网）：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成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。
区别：
internet Internet
泛指由多个不同类型计算机网络互连而成的网络 特指遵循 TCP/IP 标准、利用路由器将各种计算机网络互连起来而形成的、一个覆盖全球的、特定的互连网
除 TCP/IP 外，还可以使用其他协议 使用 TCP/IP
是一个通用名词 是一个专用名词
1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？
答：按范围：
（1）广域网WAN：远程、高速、是Internet的核心网。距离较远，但信息衰减比较严重。
（2）城域网：城市范围，链接多个局域网。多采用ATM技术做骨干网
（3）局域网：校园、企业、机关、社区。连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。
（4）个域网PAN：个人电子设备。易于安装和使用
按用户：
①公用网：面向公共营运。
②专用网：面向特定机构。
1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？
答：主干网：提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信。
本地接入网：主要支持用 户的访问本地，实现散户接入，速率低。
1-10 答：线路交换时延：kd+x/b+s,
分组交换时延：kd+(x/p)(p/b)+ (k-1)(p/b)，其中(k-1)(p/b)表示K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当s>(k-1)(p/b)时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当x>>p,相反。
1-11答：总时延D表达式，分组交换时延为：D= kd+(x/p)((p+h)/b)+ (k-1)(p+h)/b
D对p求导后，令其值等于0，求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5
1-12 因特网的两大组成部分（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？
答：边缘部分：由各主机构成，用户直接进行信息处理和信息共享，低速连入核心网。
核心部分：由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换。
1-13 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？
答：前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？
答：①速率：数据的传送速率，单位bit/s(注意字节与位数的关系)
②带宽：单位时间内网络中某信道所能通过的最高数据率，单位bit/s.带宽越宽，传输的最高数据率越高。
③吞吐量：单位时间内通过某个网路或是信道的数据量
④时延：数据（一个报文或是分组，甚至是比特）从网络的一端传送到另一端所需要的时间。由发送时延、传播时延、处理实验、排队时延四部分组成
⑤时延带宽积：以比特为单位的链路长度。公式为传播时延带宽
⑥往返时间RTT：发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，共经历的时间。
⑦利用率：分为信道利用率和网络利用率。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
1-15 假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？
解：设网络利用率为U=90%，网络当前时延为D，网络时延最小值为D0，
由公式D=D0/(1-U) 解得D/ D0=10
从而现在的网络时延是最小值的10倍
1-16 计算机通信网有哪些非性能特征？非性能特征与性能特征有什么区别？
答：非性能指标有费用、可靠性、质量、可扩展性和可升级性、标准化、易于管理和维护
非性能指标：宏观整体评价网络的外在表现。性能指标：具体定量描述网络的技术性能。
1-17 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2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：
（1） 数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。
（2） 数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。
从上面的计算中可以得到什么样的结论？
解：（1）发送时延=数据帧长度bit/(发送速率bit/s)：ts=107/105=100s传播时延=信道长度m/(传播速度m/s)tp=106/(2×108)=0.005s
（2）发送时延ts =103/109=1µs传播时延：tp=106/(2×108)=0.005s
结论：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。但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成分。
1-18 假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L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）
试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
解：（1）传播时延=0.1/(2×108)=5×10-10 s
1Mb/s:比特数=5×10-10×1×106=5×10-4 1Gb/s: 比特数=5×10-10×1×109=5×10-1
（2）传播时延=100/(2×108)=5×10-7
1Mb/s:比特数=5×10-7×1×106=5×10-1 1Gb/s: 比特数=5×10-7×1×109=5×102
(3) 传播时延=100000/(2×108)=5×10-4
1Mb/s:比特数=5×10-4×1×106=5×102 1Gb/s: 比特数=5×10-4×1×109=5×105
(4) 传播时延=5000000/(2×108)=2.5×10-2
1Mb/s:比特数=2.5×10-2×1×106=5×104 1Gb/s: 比特数=2.5×10-2×1×109=5×107
1-19 长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，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，加上首部和尾部工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据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？
解：（1）100/（100+20+20+18）=63.3%
（2）1000/（1000+20+20+18）=94.5%
1-20 网络体系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。
答：分层的好处：
各层之间是独立的。某一层可以使用其下一层提供的服务而不需要知道服务是如何实现的。
灵活性好。当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响。
结构上可分割开。各层可以采用最合适的技术来实现
易于实现和维护。
能促进标准化工作。
与分层体系结构的思想相似的日常生活有邮政系统，物流系统。
1-21 协议与服务有何区别？有何关系？
答：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。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。
协议和服务的概念的区分：
1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。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。
2、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。
1-22 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？
答：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。
1-23 为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到？
答：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。
1-24 论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。
答：综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。
①物理层：透明地传送比特流。（注：传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。） 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
②数据链路层：任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
③网络层：任务就是要选择合适的路由，使 发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
④运输层：任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
⑤应用层：直接为用户的应用进程提供服务。
1-25 试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
答：电视，计算机视窗操作系统、qq视频语音聊天
1-26 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。
答：实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构.
对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层.
协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位.
服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口.
1-27 试解释everything over IP 和IP over everthing 的含义。
everything over IP指在TCP/IP体系结构下，各种网络应用均是建立在IP基础之上。
IPover everything 指在TP/IP体系结构下，IP通过网络接口层可以运行在不同的物理网络之上。
1-28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，这时间是2×RTT=160ms。试计算在以下几种情况下接收方收完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时间才能再发送一个分组。
（3）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但规定在每一个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，在第三个RTT内可发送四个分组（即23-1=22=4个分组）
答: 题目的已知条件中的M=220=1048576，K=210=1024。
（1）发送这些比特所需要的时间==1.5×220×8bit/（10×106bit/s）=1.258s。
最后一个分组从发送到接收时间为往返时间的一半，即0.5RTT=40ms=0. 04s（一个分组的发送时延太小，默认忽略）
总时长=建立连接的时间+发送时延+最后一个分组从发送到接收==0.16+1.258+0.04=1.458s。
（2）分组数=1.5MB/1KB=1536。
每次发送一个分组后等待一个RTT时间(等待中已经包含传播、处理、排队等时延)，故等待总时间=（1536-1）×RTT=1535×0.08=122.8s。
总时间=建立连接+总发送+等待+最后一个分组从发送到接收=1.458+122.8=124.258s。
（3）在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。1536个分组，需要76个RTT，76个RTT可以发送76×20=1520个分组，最后剩下16个分组，一次发送完。但最后一次发送的分组到达接收方也需要0.5×RTT。
因此，总共需要的时间=76.5×RTT+2×RTT=6.12+0.16=6.28s。
（4）在两个RTT后就开始传送数据。
经过n个RTT后就发送了1+2+4+…+2n=2n+1-1个分组。
若n=9，那么只发送了210-1=1023个分组。可见9个RTT不够。
若n=10，那么只发送了211-1=2047个分组。可见10个RTT足够了。
这样，考虑到建立TCP连接的时间和最后的分组传送到终点需要的时间，现在总共需要的时间=（2+10+0.5）×RTT=12.5×0.08=1s。
1-29有一个对点链路，长度为50km。若数据在此链路上的传播速度为2×108m/s,试问链路的带宽应为多少才能使传播时延和发送100字节的分组的发送时延一样大？如果发送的是512字节长的分组，结果又应如何？
答: 传播时延Tp =信道长度/传播速率=50×10^3 m / (2×10^8) m/s = 2.5×10^(-4) s
100字节时带宽（某信道能通过的最高数据率bit/s）= 100×8bit/ 2.5 × 10^(-4) s = 3.2 Mbit/s
512字节时带宽 =512×8bit/ 2.5×10^(-4) s = 16.384 Mbit/s
1-30有一个点对点链路,长度为20000km。数据的发送速率是1kbit/s,要发送的数据有100bit。数据在此链路上的传播速度为2×10^8m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特,试画出我们看到的线路上的比特(画两个图,一个在100bit刚刚发送完时,另一个是再经过0.05s后)。
答:由计算可知发送时延=传播时延，故最后一个比特发送结束时第一个比特到达终点，
再经过0.05s后线路上还剩50bit

1-31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?
答：发送速率=1Mbit/s，经过发送时间10-4，第一个比特传播了2×10^8×10-4=20000m
再经过0.05s,最后一个比特传播距离为2×10^8×0.05=1×107，即走到线路的一半

1-32以1 Gbit/s的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时,一个比特的宽度分别是多少?
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
1-33我们在互联网上传输数据经常是从某个源点传送到某个终点，而并非传送过去再传送回来。那么为什么往返实际RTT是一个很重要的性能指标呢？
RTT在计算机网络中它是一个重要的性能指标，表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。
往返延时(RTT)由三个部分决定：即链路的传播时间、末端系统的处理时间以及路由器的缓存中的排队和处理时间。其中，前面两个部分的值作为一个TCP连接相对固定，路由器的缓存中的排队和处理时间会随着整个网络拥塞程度的变化而变化。所以RTT的变化在一定程度上反映了网络拥塞程度的变化。