第一章复习题和习题答案

复习题

• R1:
  ①没什么不同,都指代网络两端的收发设备,并不特指PC,Web服务器或者linux工作站等.
  ②平板,智能手机,个人PC,某些汽车
  ③是

• R2:
  维基百科并无"外交协议"词条,故摘抄"网络传输协议"词条:

通信协议（英语：Communications Protocol，也称传输协议）在电信领域中指的是，在任何物理介质中允许两个或多个在传输系统中的终端之间传播信息的系统标准，也是指计算机通信或网络设备的共同语言。 通信协议定义了通信中的语法学、语义学和同步规则以及可能存在的错误检测与纠正。通信协议在硬件、软件或两者之间皆可实现

为了交换大量信息，通信系统使用通用格式（协议）。每条信息都有明确的意义使得预定位置给予响应，并独立实施回应指定的行为，通信协议须参与实体都同意才能生效。[3] 为了达成一致，协议必须要有技术标准. 编程语言在计算方面也应有相应标准，所以在这个方面可以用编程语言做类比: “编程语言是为了模式化的计算而传输协议为了更畅通的交流”。

多类别协议构建了单个传输的不同方面，包括同时进行的协议模块，和在软件上实现时的协议栈。

网络传输协议（Internet communication protocol）是互联网工程任务组 （IETF）制定的。电气电子工程师学会（IEEE）负责有线无线传输， 国际标准化组织 (ISO) 负责其他类别。ITU-T 负责电信通讯传输以及公共交换电话网 (PSTN)的格式。 在公共交换电话网与网络技术融合的今天，形势驱使着通信标准进一步的合并收敛。

• R3:
  协议规定了语法,语义,时序,而标准是将这些都具象化(车同轨,书同文),这样才有实现协议的基础. 我的理解是:协议指导标准的制定,标准是实现协议的基础,标准的集合实现协议.

• R4:
  住宅接入:DSL,电缆,FTTH,拨号
  公司接入:LAN以太网,WIFI
  广域无线接入:3G,4G,5G,LTE

• R5:
  HFC(电缆因特网接入,也叫混合光纤同轴接入)是共享的,会碰撞,因为下行光纤节点是多用户共享的,电缆也共享(参考书P10 图1-6)

• R6:
  中国移动的FTTH,承诺:下行300Mbps,上行30Mbps,每月39元.
  实测:下行380Mbps,上行38Mbps

• R7:
  以太网(有线LAN)一般是100Mbps或1Gbps接入以太网交换机

• R8:
  双绞铜线,光纤

• R9:

住宅接入技术	传输速率范围	速率共享或专用
拨号	下行:56Kbps 上行:56Kbps	专用
DSL(数字用户线)	下行:55Mbps 上行:15Mbps	共享
HFC(混合光纤同轴接入)	下行:42.8Mbps 上行:30.7Mbps	共享
FTTH(光纤入户)	下行:100~1000Mbps 上行一般30Mbps	家用共享,公司专用

• R10:
  家庭接入一般是4G和无线wifi,学校一般是无线wifi,公司一般是组一个以太网.

接入技术	范围	速率	资费
4G	1-3公里	下行150Mbps，上行40Mbps	中等
wifi	几米到十几米	1600Mbps内	初次贵,后续便宜
以太网	几公里内	百兆到千兆不等	很贵

• R11:
  d_trans=L/R₁+L/R₂

• R12:
  ①电路交换优点: 更适合传输速率波动小的数据,可以保障已建立的连接传输速率的稳定性.
  ②相对来说,时分复用（time-division multiplexing, TDM）能更高效的使用网络,因为频分复用(FDM)连接建立之后,当中途没有数据传输时它所占有的频段带宽不能被其他连接使用,故可能存在空置,而时分复用中当某个连接暂时不用传输数据时可以少分时间片或者不分,这样就让出了相应的传输时间给其他连接.

• R13:
  ①同时支持2个用户.
  ②在分组交换中,当流量强度大于1,表示比特到达队列的平均速率大于它被传输出去的速率,则后续分组会产生排队时延.
  流量强度:假设每个分组的比特都是固定的L,分组到达队列的平均速率是a,传输速率是R,则流量强度为La/R,它是分组抵达的速率和分组被传输出去的速率的函数.
  ③20%
  ④三个用户同时传输的概率=20%*20%*20%=0.008=0.8%,只有当三个用户都传输时,队列才会增长,故队列增长的时间概率是0.8%

• R14:
  ①对等过的ISP可以不用通过上层ISP,且在本层次之间通信通常不用结算费用,这样就可以节省流量费用.
  ②IXP可以通过交换的流量对ISP收费。

• R15:
  与底层ISP直接对等,减少流量费用支出.为用户提供更加快捷的网络服务,且将服务最终如何交付给用户有了更多的控制.

• R16:
  分组交换时延包括:处理时延,排队时延,传输时延,传播时延.
  只有排队时延是变化的,其余时延都是固定的.

• R17:
  略,等后续登录此书配套Web网站再说.

• R18:
  ①传输时延:L=1000Byte=8000bit , R_trans=2Mbps , 故t_trans=L/R=0.004s
  传播时延:S=2500km , V_prop=2.5x10⁸m/s , 故t_prop=S/V=0.01s
  故总的需要0.014s,即14ms.
  ②需要t_trans+t_prop时间.
  ③与传输速率相关

• R19:
  吞吐量=min(R₁,R₂,R₃,R…)
  数据传输时间=bit_total / 吞吐量
  ①500kbps
  ②4MB/500kbps=,大概需要67s,注意:网上其他答案都是64s,大概他们都没有正确的区分MB的上下文含义,这里的文件容量中M使用的是二进制乘数词头,即4MB=4x2²⁰x8 bit
  ③吞吐量变为100kbps,大概需要335.5s

• R20:
  ①发送端将文件均匀的切割成n份儿,并在各层次的处理下加上各层次的报头
  ②使用ip信息.
  ③因为ip是分段的,也需要不断的查交换机中的转换表来进行路由,与询问方式类似.

• R21:
  略

• R22:
  五个通用任务是错误控制,流控制,分段,重组,多路复用等,这些任务可能由多个层执行.

• R23,24:
  第五层:应用层->以固定的协议,提供要发送的数据,传输包称为报文
  第四层:运输层->提供了TCP和UDP协议,在应用程序端点之间传送应用层报文,传输包称为报文段
  第三层:网络层->提供IP协议,将数据从一台主机移动到另一台主机,传输包称为数据报
  第二层:链路层->通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报,传输包称为帧
  第一层:物理层->将帧中的一个个比特从一个节点移动到另一个节点.

• R25:
  路由器处理第三层,链路层交换机处理第二层,主机处理第五层.

• R26:
  病毒(virus):是一种需要某种形式的用户交互来感染用户设备的恶意软件.
  蠕虫(worm):是一种无需任何明显用户交互就能进入设备的恶意软件.

• R27:
  攻击者通过各种漏洞攻击并控制其他主机,这些主机的集合称为僵尸网络
  僵尸网络受控在同一时间,对同一目标发送指令,例如多个受控主机同时与被攻击主机建立tcp连接,导致被攻击主机受到tcp泛洪攻击而崩溃.

• R28:
  ①监听关键数据,例如各种密码或者关键口令.
  ②伪造对方身份,篡改消息内容.
  ③丢弃来自某用户的任何数据包,让其断网.

习题

• P1:
  略,画在纸上夹书里了,markdown不支持贴图.

• P2:
  <<计算机网络 自顶向下方法>>第七版没有找到式1-1.

• P3:
  ①电路交换网络更适合,因为电路交换网络会为每个连接保留带宽,而这个应用程序周期性的发送数据,静默期较短,对保留带宽的利用效率更高,所以更适合
  ②不需要,因为不会拥塞.

• P4:
  ①每个主机4条,共16条
  ②走B侧交换机可建立4条连接,走D侧交换机,可以建立4条连接,共8条.
  ③不理解题意.

• P5:
  ①十辆车,路程150km,速度100km/h,三个收费站(交换机),则有两条公路(链路),每条公路75km,收费站通行一辆车花费12秒.
  d_proc=d_queue=0
  d_trans=12秒/辆x10辆x3座=6min
  d_prop=150km/100km/h=90min
  d_total=d_proc+d_queue+d_trans+d_prop=96min
  共花费96分钟.
  ②八辆车的情况下
  d_proc=d_queue=0
  d_trans=12秒/辆x8辆x3座=4.8min
  d_prop=150km/100km/h=90min
  d_total=d_proc+d_queue+d_trans+d_prop=94.8min
  共花费94.8分钟.

• P6:
  ①d_prop=m/s秒
  ②d_trans=L/R秒
  ③d=d_prop+d_trans=m/s+L/R
  ④刚好离开了A
  ⑤还在链路中传输
  ⑥在B
  ⑦约等于535714.29m

• P7:
  只用考虑第一个分组,每个分组56Byte.
  第一个分组转换为64kbps数字比特流需要56Bx8/64kbps=7ms
  d_trans=56Bx8/2Mbps=0.224ms
  d_prop=10ms
  则共花费17.224ms的时间.

• P8:
  ①电路交换时必须为用户预留带宽.共支持20个(3Mbps/150kbps)用户
  ②10%
  ③0.1ⁿx0.9^120-n
  ④21个用户同时传输的概率是0.1²¹x0.9⁹⁹,n个用户同时传输的概率是0.1ⁿx0.9^120-n

• P9:
  ①N=1Gbps/100kbps=10000个.
  ②0.1^Nx(0.9)^M-N

• P10:
  ①d₁=d_trans+d_prop (第1个交换机没有处理时延)
  d_i=d_proc+d_trans+d_prop (i∈[2,3])
  d_total=d₁+d₂+d₃
  ②d_proc=3ms
  d_trans=L/R=1500B/2Mbps=6ms
  d_prop分别为5000km/2.5x10⁸=20ms 4000km/2.5x10⁸=16ms 1000km/2.5x10⁸=4ms
  d₁=6ms+20ms
  d₂=3ms+6ms+16ms
  d₃=3ms+6ms+4ms
  d_total=d₁+d₂+d₃=64ms
  总时延共64ms

• P11:
  规定d_proc=0
  不进行存储转发,则不会引入传输时延
  d_total=L/R+d_prop=46ms
  总时延是46ms.
  不存储转发,则不会引入分组的第一部分等待最后一部分到达交换机的延迟,但是本身也没有计算过这个延迟,所以这个题,我不会.

• P12:
  ①d_trans=$\frac{1500B}{2Mbps}=6$ms
  $4\times d_{trans}+0.5\times d_{trans}=27$ms
  ②$n\frac{L}{R}+\frac{(L-x)}{R}$

• P13:
  ①平均排队时延=排队总时延/N
  排队总时延=$0+\frac{L}{R}+2\frac{L}{R}+....+(N-1)\frac{L}{R}=\frac{(N-1)LN}{2R}$ #等差队列求和
  平均排队时延=$\frac{(N-1)LN}{2RN}=\frac{(N-1)L}{2R}$
  ②每隔$\frac{LN}{R}$秒,那上一群分组刚好已经全部传送完毕,则一个分组的平均时延依然是$\frac{(N-1)L}{2R}$

• P14:
  ①d_queue=$\frac{IL}{(1-I)R}$
  d_trans=$\frac{L}{R}$
  d_queue+d_trans=$\frac{L}{(1-I)R}$
  ②x=$\frac{L}{R}$
  y=$\frac{x}{1-xa}$
  递增函数,过原点,在x=$\frac{1}{a}$处趋于无穷大.

• P15:
  I=$\frac{La}{R}$
  d_trans=$\frac{a}{u}$
  d_queue=$\frac{IL}{(1-I)R}$
  d_total=$\frac{L}{R}\frac{La}{R-La}+\frac{a}{u}$
  答案估计不对

• P16:
  题目看不懂,什么是缓存前面的一条出链路?

• P17:
  ①题目要求在两台端系统之间有N-1台路由器,则共有N+1个节点,N条链路,则除了目的节点外,其他N个节点都要计算时延.(由于这个答案必须要写求和符号sigma,所以又学了LaTex,这样看起来更简洁了.)
  $$\sum _{x=1}^N[{\mathrm{d}}_{proc}^x+{\mathrm{d}}_{trans}^x+{\mathrm{d}}_{prop}^x]$$
  ②${\Sigma }_{x=1}^N[{\mathrm{d}}_{proc}^x+{\mathrm{d}}_{queue}^x+{\mathrm{d}}_{trans}^x+{\mathrm{d}}_{prop}^x]$

• P18:
  实操待做

• P19
  实操待做

• P20:
  注意,题目要求了公共链路为所有用户平等划分传输速率,即使是分组交换网络.故核心链路的传输速率为$\frac{R}{M}$
  min{R_s,R_c,$\frac{R}{M}$}

• P21:
  ①设客户-服务器使用的那一条路径为n(n∈k),则最大吞吐量为:
  min{$R_1^n,R_2^n,R_3^n,...,R_N^n$}
  ②设E为M条路径的最大吞吐量的集合
  S₁=min{$R_1^1,R_2^1,R_3^1,...,R_N^1$}
  S₂=min{$R_1^2,R_2^2,R_3^2,...,R_N^2$}
  …
  S_M=min{$R_1^M,R_2^M,R_3^M,...,R_N^M$}
  E={S₁,S₂,…,S_M}
  则任意使用M条路径的客户-服务器连接的最大吞吐量为max{E}

• P22:
  ①(1-p)^N
  ②平均每个分组重传p次 p∈[0,1]