计算机网络 第一章 课后题答案

英文教材第一章 1、2、3、4、5、9、10、11、12、15、16、17、18、20、22、30

1. LAN 的一个替代方案是简单地采用一个大型分时系统，通过终端为用户提供服务。试给出使用 LAN 的客户机-服务器系统的两个好处。

   考点：考查 TDM 和 LAN 的原理

   答：①分时复用系统（TDM）：
   优点：无需竞争，负载大时冲突少，时延小；
   缺点：不使用时浪费信道，负载小时时延较大（轮到自己才能发）；
   ②LAN：
   优点：负载轻时，竞争少，时延小；
   缺点：负载重时，冲突多，时延大

2. 有两个主要网络特性对客户-服务器系统的性能有很大影响：网络的带宽和时延。举一个高带宽高时延的网络示例；再举一个低带宽和低时延的例子。

   考点：考查对网络性能指标带宽和时延以及有向传输介质特点的理解

   答：①高带宽、高延迟：光纤（点到点，远距离-延迟高）
   ②低带宽、低延迟：双绞线（用于LAN，负载小，延迟小）

3. .除了带宽和时延，要描述下列业务网络的 QoS 还需要什么参数：（1）数字化语音业务（2）视频业务（3）金融事务业务？
   考点： QoS 指标
   答：（i）抖动
   （ii）抖动
   （iii）可靠性、安全性

4. 存储转发分组交换系统的时延中的一个因素是交换机存储和转发一个数据包所用的时间。如果交换时间是 10 微秒，对于一个客户-服务器系统的响应时间是否可能是一个主要因素。假定客户机在纽约，而服务器在加利福尼亚；假定铜缆和光纤的传播速度是真空中光速的 2/3。

   考点：考查对 3 种时延的区别及计算

   答：$v_{传}=\frac{2}{3}\times v_{光}=2\times 10^{8}m/s$
   10微秒内传输的距离 $d_1=v_{传}\times t=2km$
   客户机到服务器的距离 $d_2=5000km\gg 2km$（乘法比除法好算，所以比较路程）
   即使有多个交换机，交换时间也不会成为影响延迟的主要因素。

5. 一个客户-服务器系统使用卫星网络，卫星在 40000 公里的高空。从发出请求到收到响应至少需要多少时间？

   考点：传播时延的概念及计算
   
   答：请求从客户机向服务器发送时，要经过卫星网络。从发送请求到响应请求的距离为 $d=4\times 40000km=160000km$。延迟时间 $t=d/v_{光}=533ms$

6. 广播子网的一个缺点是当多个主机同时访问信道时会浪费带宽。例如，假定将信道按时间分成多个离散的时隙，每个时隙中，n 个主机中的每个主机以概率 p 访问信道。求由于冲突而浪费时隙的比例？

   考点：计网经典概率模型，求解平均概率

   答：反向考虑问题，不发生冲突的情况为同一时间没有主机访问信道或只有一个主机访问信道，因此发生冲突的概率 $p_{冲}=1-C_n^0(1-p{)}^n-C_n^1(1-p{)}^{n-1}p=1-(1-p{)}^n-np(1-p{)}^{n-1}$

7. 使用分层协议的两点原因是什么？分层协议的一个可能缺点是什么？

   考点：对层次通信模型特点的理解

   答：原因：简化网络的设计和实现的难度；更改协议不会影响到低层的协议。
   缺点：每层要加很多控制信息，增加了开销。

8. 无连接通信和面向连接通信的主要区别是什么？分别给出使用无连接通信的一个协议示例和使用面向连接通信的一个协议示例。

   考点：面向连接与无连接的区别及实例

   答：面向连接（电路交换）对QoS有保证，无数据浪费信道。实例：UDP、DNS
   无连接（报文、分组交换）无需建立连接，每个分组加完整目的地址，接受端需按序重组。适合计算机网络的突发性。实例：TCP

9. 两个网络都提供可靠的面向连接服务。其中一个提供可靠的字节流，另一个则提供可靠的报文流。这两者是否相同？如果相同，为什么要区分成两类？如果不同，请举例说明其区别。

   考点：报文流与字节流的区别

   答：字节流：1 字节占用 1 个序号（序号基于字节个数），没有边界，保证每个字节的正确传输，可靠。
   报文流：多字节占用 1 个序号（序号基于报文个数），有边界。

10. 在一些网络里，数据链路层通过请求重传出错的帧来处理传输差错。如果一帧出错的概率是 p，假定确认（ACK）从不丢失，要发送一帧需要平均传输多少次？

    考点：乘法概率模型的计算

    答：发送1帧成功的概率为 $1-p$，则成功发送 1 帧需要 $\frac{1}{1-p}$ 次传输。
    正规做法：假定第 k 次时传输成功，前面 $k-1$ 次全失败，则平均传输次数$={\Sigma }_{k=1}^{\infty }k(1-p)\times p^{k-1}=\frac{1}{1-p}$

11. OSI 参考模型和 TCP/IP 协议栈的哪一层分别完成下列功能？
    （a）把传输的比特流分成帧 (b) 确定使用哪条路由来通过子网
    考点：考查OSI与TCP/IP模型每层的功能
    
    答：1）OSI：数据链路层；TCP/IP：网络接口层
    2）OSI：网络层；TCP/IP：网际层

12. 如果数据链路层交换的单元称为帧，而网络层交换的单元称为分组，是帧封装了分组还是分组封装了帧？请解释。

    考点：考查封装的概念

    答：帧封装了分组。网络层在数据链路层的上层，在分组向下传输时，链路层在分组前加帧头，分组后加帧尾，相当于封装。

13. 一个系统具有 n 层协议体系。应用层产生了一个长度为 M 字节的报文。在每一层，都会增加一个 h 字节的首部。首部所占网络带宽的比率是多少？
    考点：考查封装的概念
    答：$\frac{nh}{M+nh}$

14. TCP 和 UDP 的主要区别是什么？

    考点：考查TCP和UDP概念的区别

    答：TCP 提供可靠的面向连接的服务，采用字节流；而UDP 提供不可靠的无连接服务，采用报文流。

15. 在两台计算机之间传输一个文件时，有两种可能的确认机制。第一种机制是，文件被分成多个分组传输，接收方确认每个分组，但不对整个文件进行确认；第二种机制是，接收方在收到整个文件之后进行确认，但不对每个分组确认。请对这两种机制进行讨论。

    考点：不同的确认方式的理解和比较

    答：第一种机制中，当分组传输错误时，可只重发该分组，重传开销小，但确认开销大。适合网络可靠性差易传输出错或丢失的情况。
    第二种机制中，分组出错需重传整个文件，重传开销大。但确认消耗资源少。适合网络传输故障率较低的情况。

16. 假定 k 层提供的服务发生变化，对于(k-1)层和(k+1)层的服务有何影响？

    考点：对层次通信模型的理解

    答：服务是垂直的，并且是下层向上层提供。k+1层要调用第k层的服务。所以对 k+1 层有影响，对 k-1 层无影响。
    注意：协议是对等层的