第一章 计算机网络概述[知识点+课后习题+练习题]

概念和功能

21世纪一些重要特征:数字化、网络化、信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

三网融合：电信网络、有线电视网络、计算机网络

四网融合：电网、电信网络、有线电视网络、计算机网络

计算机网络（简称为网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成

计算机网络∶是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统
计算机网络是互连的、自治的计算机集合
互连–通过通信链路互联互通
自治–无主从关系

计算机网络功能：

（1）数据通信

（2）资源共享
同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共享硬件、软件、数据。
例如：可以将打印机设置为一个静态的IP地址，那么在这个计算机网络里的用户便可以通过网络来使用这台打印机

（3）分布式处理
多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分

（4）提高可靠性
一台计算机损坏，另一台可以进行替代

（5）负载均衡
各计算机之间更亲密

网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络互连的计算机常称为主机。

互联网基础结构发展的三个阶段：

第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程

• internet
  小写字母开头的internet（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计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定非要是TCP\IP协议。
• Internet
  大写字母开头的Internet（互联网，或因特网）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成的特定因特网，它采用TCP\IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET

第二个阶段的特点是建成了三级结构的互联网

• 三级计算机网络，分为主干网、地区网、校园网（或企业网）

第三个阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网

• ISP:因特网服务提供者/因特网服务提供商，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的公司，如中国电信、中国联动、中国移动等。分为主干ISP、地区ISP和本地ISP。

• IXP：互联网交换点IXP主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。

组成和分类

(1)组成部分：硬件、软件、协议（一系列规则和约定的集合）

(2)工作方式：边缘部分、核心部分
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频和视频）和资源共享。有C\S方式【客户-服务器方式】、P2P方式【对等方式】。客户和服务器本来都指的是计算机进程（软件）
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）
端和端的通信是进程通信

(3)通信子网【实现数据通信】、资源子网【实现资源共享\数据处理】

计算机网络的分类：

1、按分布范围分：

• 广域网WAN(wide area network)【交换技术】、
• 城域网MAN(metropolitan area network)、
• 局域网LAN(local area network)【广播技术】、
• 个人区域网PAN(personal area network)

2、按使用者分：公用网、专用网

3、按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换

• 电路交换——整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送
• 报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
• 分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点

4、按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型、、、

5、按传输技术分：

• 广播式网络【共享公共通信信道】、
• 点对点电网络【使用分组存储转发和路由选择机制】

标准化工作及相关组织

标准的分类：

1、法定标准：

• 由权威机构制定的正式的、合法的标准【OSI】

2、事实标准：

• 某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术便成了标准【TCP/IP】

RFC(request for comments)——因特网标准的形式

制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
1、互联网草案

• 有效期只有六个月，在这个阶段还不能算是RFC文档

2、建议标准

• 用这个阶段开始就成为RFC文档

3、互联网标准

• 达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STD xx

标准化工作的相关组织：

国际标准化组织ISO ：

• OSI模型、HDLC协议

国际电信联盟ITU：

• 制定通信规则

电气和电子工程师协会IEEE：

• 学术机构、IEEE802系列标准、5G

Internet工程任务组IETF：

• 负责因特网相关标准的制定 RFC XXXX

互联网体系结构委员会IAB(Internet Architecture Board)：

• 互联网协会ISOC(Internet Society)下面的一个技术组织

互联网工程部IETF(Internet Engineering Task Force)：

• IAB下设的其中一个工程部。其是由许多工作组WG(Working
  Group)组成的论坛，具体工作由互联网工程指导小组IESG(Internet Engineering Steering
  Group)管理。这些工作组被划分为多个领域，每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要针对协议的开发和标准化

互联网研究部IRTF(Internet Research Task Force)：

• IAB下设的另一个工程部，其是由一些研究组RG（Research
  Group）组成的论坛，具体工作由互联网研究指导小组IRSG(Internet Research Steering
  Group)管理。任务是研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等

性能指标

速率

• 速率即数据率或称数据传输率或比特率。
• 比特：数据量单位，表现为 1\0，位
• 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
• 单位是b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s 、Tb/s

带宽：

• “带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹(Hz)————但计算机网路中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。
• 单位是“比特每秒”，b/s 、kb/s 、Mb/s、 Gb/s
• 此处带宽也可以理解为是：网络设备所支持的最高速度

吞吐量

• 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
• 单位b/s 、kb/s、 Mb/s
• 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

• 速率可能受服务器自身发送速率限制，它自身只能发送这么多。
• 链路带宽是一种理想状态，最高的数据率。
• 速率一般是实际的
• 例如：温客行一秒钟可以吃一百碗方便面，且一百碗不分厂家，但是实际上，厂家汤达人和康师傅只分别提供了20桶和10桶。由于实际只有这么多，所以温客行1秒内只能吃30桶，即温客行一秒内的吞吐量是30桶。

时延

• 指数据（报文、分组、比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。
• 单位是s。

• 时延带宽积(bit)=传播时延(s)*带宽(b/s)
• 时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，即“某段链路现在有多少比特“
• 只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分利用

往返时延RTT

• 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认),总共经历的时延。
• RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多

利用率

分层结构、协议、接口和服务

发送文件前要完成的工作:

• (1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
• (2）要告诉网络如何识别目的主机。
• (3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
• (4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
• (5）确保差错和意外可以解决。

分层的基本原则

• 1.各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
• 2.每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
• 3.结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
• 4.保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
• 5.整个分层结构应该能促进标准化工作。

分层结构：

• 1.实体:第n层中的活动元素称为n层实体 。同一层的实体叫对等实体。
• ⒉协议:为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
  • 语法:规定传输数据的格式
  • 语义:规定所要完成的功能
  • 同步:规定各种操作的顺序
• 3.接口（访问服务点SAP) :上层使用下层服务的入口。
• 4.服务:下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】
• SDU服务数据单元:
  • 为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
• PCl协议控制信息:
  • 控制协议操作的信息。
• PDU协议数据单元:
  • 对等层次之间、向下传输传送的数据单位。
• 第四层的PDU作为第三层的SDU+第三层的PCI=第三层新的数据单元PDU 第三层新的数据单元会继续向下作为第二层的SDU服务数据单元
• 

概念总结：

1. 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

3. 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。

4. 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

5. 第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。

6. 仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

7. 体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

OSI参考模型

• 目的：支持异构网络系统的互联互通。
• 国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型。 但是理论成功，市场失败了
• 

应用层：

• 所有能和用户交互产生网络流量的程序

表示层：

• 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

功能一：数据格式转换
功能二：数据加密解密
功能三：数据压缩和恢复

会话层：

• 向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步

功能一：建立、管理、终止会话
功能二：使用校验点可使会话在通信时效时从 校验点/同步点 继续恢复通信，实现数据同步——适用于传输大文件

传输层：

• 负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。
• 传输单位是报文段或用户数据报。

功能一:可靠传输、不可靠传输
功能二:差错控制
功能三:流量控制
功能四:复用分用

复用:多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用:运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

网络层：

• 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
• 网络层传输单位是数据报。
• 数据报是分组的爸爸

功能一:路由选择

• 【最佳路径】

功能二:流量控制

• 【限制发送方的速度】

功能三:差错控制

• 【通信两个节点之间约定一些规则，接收方会根据这个规则来查看自己接收到的信息是否有问题，如果可以纠错就纠错，不可以纠错就扔掉，这样可以确保传输层的数据是没有问题】

功能四:拥塞控制

• 【宏观上整体控制速度】
• 若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施,缓解这种拥塞。

数据链路层：

• 主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。
• 数据链路层/链路层的传输单位是帧。

功能一:成帧

• （定义帧的开始和结束)

功能二:差错控制

• 帧错+位错

功能三:流量控制

功能四:访问（接入）控制

• 控制对信道的访问【广播技术】

物理层：

• 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。【将比特流转成电信号的形式，然后放在链路上进行传输即可，不需要将数据进行改动或切割】
• 物理层传输单位是比特。
• 透明传输:指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。

功能一:定义接口特性
功能二:定义传输模式

• 单工【同一时间单方向发送方发送，发送方和接收方是固定的】
• 半双工【两个人都可以作为发送方和接收方，但是同一时间只能有一人发送信息】
• 双工【两方可以双向同时传输信息】

功能三:定义传输速率

功能四:比特同步

功能五:比特编码

• 【什么样的编码表示1，什么样的编码表示0】

TCP/IP参考模型

OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点：

• 1.都分层
• ⒉.基于独立的协议栈的概念
• 3.可以实现异构网络互联【可以把全世界厂家生产的，联系起来】

OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点：

• 1.OSI定义三点:服务、协议、接口
• 2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
• 3.TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次
• 4.面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。
  IP协议面向无连接
  

5层参考模型：综合了OSI和TCP/IP的优点

5层参考模型的数据封装与解封装：

课本重要概念：

• 计算机网络（可简称为网络）把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络连接在一起，是网络的网络。
• 以小写字母i开始的internet(互连网）是通用名词，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（互联网）是专用名词，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互连网，并采用
  TCP/IP协议族作为通信规则，且其前身是美国的 ARPANET。Internet的推荐译名是“因特网”，但很少被使用。
• 互联网现在采用存储转发的分组交换技术,以及三层ISP结构。
• 互联网按工作方式可划分为边缘部分与核心部分。主机在网络的边缘部分，其作用是进行信息处理。路由器在网络的核心部分，其作用是按存储转发方式进行分组交换。
• 计算机通信是计算机中的进程（即运行着的程序)之间的通信。计算机网络采用的通信方式是客户-服务器方式和对等连接方式(P2P方式)。
• 客户和服务器都是指通信中所涉及的应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
• 按作用范围的不同，计算机网络分为广域网WAN、城域网MAN台域网LAN和个人区域网PAN。
• 计算机网络最常用的性能指标是:速率、带宽、吞吐量,时延(发送时延、传播时延、处理时延、排队时延)、时延带宽积、往返时间和依这人或网络）利用率。
• 网络协议即协议，是为进行网络中的数据交换而建的规则。计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。
• 五层协议的体系结构由应用层、运输层、网经是《或网际层)、数据链路层和物理层组成。运输层最重要的协议是TCP积UDP协议，而网络层最重要的协议是IP协议。
• 21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
• 有三大类大家很熟悉的网络，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
• 互联网之所以能够向用户提供许多服务，就是因为互联网具有两个重要基本特点，即连通性和共享。
• 计算机网络〈简称为网络）由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
• 网络把许多计算机连接在一起,而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
• 三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。
• 路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，

第一章 概述课后习题

P38-1-03
尝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：

电路交换的主要特点：
（1）通信之前先要建立连接，通信完毕后要释放连接。简而言之，通信一定要有三个阶段：建立连接、通信、释放连接
（2）在整个通信过程中，通信的双方自始至终占用着所使用的物理信道。
缺点：1、第一阶段的连接建立不能完成，那么后续的通信过程也就无法进行2、电路交换系统不能自动从故障中进行恢复。优点：只要连接能够建立，那么双方通信所需的传输带宽便已经分配好不会再改变，这称为静态分配传输带宽。通信双方愿意占用通信资源多久便占用多久，不受网络中其他用户的影响。当网络发生拥塞时候，网络中的其他用户很可能反复呼叫都无法建立连接，但这些都不会影响已经占用了通信资源的用户的通信质量。
（3）电路交换：从源点到终点都是同样的传输速率。

分组交换的主要特点：
（1）以分组作为传输的单位，采用存储转发技术，并且没有连接建立和连接释放两个阶段，所以传送数据比较迅速。在传输数据的过程中，是动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用的。
（2）分组交换采用分布式的路由选择协议。当网络中的某个结点或者链路出现故障时候，分组传送的路由可以自适应的动态改变，使数据的传送能够继续下去。
缺点：1、分组在各路由器存储转发时候需要排队，这会造成一定的时延。2、分组转换无法确保通信时候端到端所需的带宽，当分组交换网的通信量突然增大时，可能在网络某处产生拥塞，从而延长数据的传送时间，当网络拥塞非常严重时候，整个网络可能会瘫痪3、分组转换的各分组必须携带控制信息，这也造成了一定的开销。4、整个分组交换网需要专门的管理和控制机制。电路交换网也需要网络管理，但电路交换网的交换机有很强的网络管理功能，但是分组交换网不行

报文交换的特点：
（1）采用存储转发技术。但报文交换不再把报文分割为更小的分组，而是把整个报文在网络的结点中存储下来，然后再进行转发。省去了划分小的分组的步骤，省去了再终点把分组重装报文的过程。
缺点：在灵活上不如分组交换，传送数据的时延较大。本来报文交换是用来传送电报的，但现如今打电报已经很少了，所以报文交换已很少使用。

注意：
路由器处理分组的过程是：
（1）把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
（2）查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发
（3）把分组送到适当的端口转发出去
带宽：
在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s

P38-1-05
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？

主要大致上有三个阶段，但这三个阶段并不是截然分开而是有部分重叠。

第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网(并不是一个互连的网络)。所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的结点交换机相连。但到了20世纪70年代中期，人们已认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信需求。于是ARPA开始研究多种网络（如分组无线电网络）互连的技术，这就导致了后来互连网的出现。这样的互连网就

成为现在互联网(Internet)的雏形。1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网相互通信，因而人们就把1983年作为互联网的诞生时间。1990年，ARPANET正式宣布关闭，因为它的实验任务已经完成。
第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。从1985年起，美国国家科学基金会 NSF(National Science Foundation)就围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网)。这种三级计算机网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中的主要组成部分。1991年,NSF和美国的其他政府机构开始认识到，互联网必将扩大其使用范围，不应仅限于大学和研究机构。世界上的许多公司纷纷接入到互联网，使网络上的通信量急剧增大，互联网的容量已满足不了需要。于是美国政府决定将互联网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入互联网的单位收费。1992年互联网上的主机超过100万台。1993年互联网主干网的速率提高到45 Mbit/s (T3速率)。
第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的互联网主干网替代，而政府机构不再负责互联网的运营。这样就出现了一个新的名词:互联网服务提供者ISP (Internet Service Provider)。在许多情况下,互联网服务提供者ISP就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为互联网服务提供商。ISP拥有从互联网管理机构申请到的多个IP地址，同时拥有通信线路（大的ISP自己建造通信线路，小的ISP则向电信公司租用通信线路）以及路由器等连网设备，因此任何机构和个人只要向ISP交纳规定的费用，就可从ISP得到所需的IP地址，并通过该ISP接入到互联网。我们通常所说的“上网”就是指“(通过某个ISP）接入到互联网”，因为ISP向连接到互联网的用户提供了IP地址。IP地址的管理机构不会把一个单个的IP地址分配给单个用户(不“零售”IP地址)，而是把一批P地址有偿分配给经审查合格的ISP(只“批发”IP地址)。从以上所讲的可以看出,现在的互联网已不是某个单个组织所拥有而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。

P39-1-12
【1-12】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?

互联网的拓扑结构非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以划分为以下两大块:
(1)边缘部分:由所有连接在互联网上的主机组成。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。
(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)。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类:客户-服务器方式(CIS方式)和对等方式(P2P方式)。这两种通信方式的区别见习题1-13。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是实现分组交换的关键构件，如果没有路由器，再多的网络也无法构建成互联网。由此可以看出，互联网的核心部分的工作方式其实也就是路由器的工作方式。
路由器的任务是转发收到的分组。当路由器转发分组时，必须查找路由表。因此，互联网中的各路由器必须根据路由选择协议的规定相互交换路由信息，以便使路由表能够及时反映出网络拓扑的变化。
由此可见，互联网的核心部分的工作方式有两种:一种是路由器转发分组（这是直接为主机之间的通信服务的)，另一种是路由器之间不断地交换路由信息（这是为了保证路由表的路由信息与网络的实际拓扑一致)。

P39-1-13
[1-13]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?

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。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。客户程序被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。客户程序不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器程序是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。服务器程序在系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址，并且-般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

对等连接(或P2P方式)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件(P2P软件)，它们就可以进行平等的、对等连接通信。

实际上，对等连接方式从本质上看仍然是使用客户-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。

P39-1-17
[1-17]收发两端之间的传输距离为1000 km,信号在媒体上的传播速率为2x 108 m/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107 bit, 数据发送速率为100 kbit/s.
(2)数据长度为103 bit,数据发送速率为1 Gbit/s.
从以上计算结果可得出什么结论?

解答:两种情况分别计算如下:
(1)发送时延为107 bit/(100 kbit/s)=100s,
传播时延为106 m/(2x 10 8 m/)= 5 ms.
发送时延远大于传播时延。
(2)发送时延为10 3 bit/(1 Gbit/s)= lμs,传播时延为5 ms.

发送时延远小于传播时延。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，则传播时延又可能是总时延中的主要成分。

注：比特是一个二进制数字，一个比特是二进制数字中的一个1或0，网络技术中的速率指的是数据的传输速率，也称为数据率或比特率。速率的单位是bit/s（比特每秒）（或b/s,也可以bps）

K(kilo)=103=千，M（Mega）=106 =兆，G（Giga）=109=吉，T（Tera）=1012=太，P（Peta）=1015 =拍，E（Exa）=1018=艾，Z（Zetta）=1021=泽，Y（Totta）=1024=尧

1秒(s) =100分秒(ds)= 1000 毫秒(ms) = 1,000,000 微秒(μs) = 1,000,000,000 纳秒(ns) = 1,000,000,000,000 皮秒(ps)

=1,000,000,000,000,000飞秒（fs)=1,000,000,000,000,000,000仄秒（zs)=1,000,000,000,000,000,000,000幺秒(ys)1,000,000,000,000,000,000,000,000渺秒（as)

P39-1-18
[1-18] 假设信号在媒体上的传播速率为2.3x 108 m/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。

计算步骤如下:
先计算10cm(即0.1m)的媒体上信号的传播时延:
0.1 m/(2.3x 108)m/s=4.3478x10 -10s≈4.35x 10 -10s
计算10cm线路上正在传播的比特数:
I Mbit/s 数据率时为: 1 Mbit/s x4.35x 10 -10s=4.35x 10 -4bit
10Gbits数据率时为: 10 Gbit/sx4.35x 10 -10s=4.35 bit

P39-1-19
[1-19]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?

数据长度为100B (B表示字节)时，以太网的帧长: 100 B+ 20 B+20 B+18B= 158 B
数据传输效率= 100 B/(158 B)= 63.29%= 63.3% .
数据长度为1000B时，以太网的帧长: 1000B+ 20 B+20 B+18 B- 1058 B
传输效率= 1000 B/(1058 B)= 94.52%= 94.5%。传输效率明显提高了。

P39-1-20
[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的例子。

网络体系结构采用分层次的结构，是因为“分层”可以把庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题比较易于研究和处理。在日常生活中，经常会遇到与分层体系结构的思想相似的情况。例如，A有一个急件要尽快地交付到远地(例如，在美国)的友人B.如果A自己买机票亲自送去，那么这就是一个不分层的交付。

但是，我们可以请快递公司帮我们做这件事。这样就有了两个层次，如图T-1-20-a所示。

像这样的层次划分方法并不是唯-的。我们还可以把快递公司这一一层再划分细一些。例如，快递公司可以雇用业务员到发件人A的家中收取快件，然后汇总起来交给运输部门。运输部门把快件运送到终点。快递公司同样雇用业务员把快件送到收件人B的家中。这种层次的划分对顾客来说完全是透明的。发件人A把快件交给快递公司的业务员以后，就不用管快递公司内部的事了。A就把业务员看成是快递公司。图T-1-20-b表示了这种情况。

实际上，快递公司还可以继续划分自己公司的层次。更重要的是，快递公司可以使用非本公司的运输工具。也就是说，把快件的运输问题交给其他公司来承担。而这一点， 对用户A和B来说，都是透明的。用户A和B并不知道快件是由哪个运输部门传送的(也不必要知道)。这就是分层带来的好处。总之，划分层次可以把复杂的问题划分成为多个比较简单的较小的问题。这样做实现起来比较方便，也比较容易分工协作。

P39-1-21
[1-21]协议与服务有何区别?有何关系?
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，或简称为协议。网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。

协议是控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合。协议的语法方面的规则定义了所交换的信息的格式，而协议的语义方面的规则定义了发送者或接收者所要完成的操作。

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。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。协议和服务在概念上是很不一样的。

首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体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实体是透明的。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”。

P39-1-22
[1-22] 网络协议的三个要素是什么?各有什么含义?
网络协议主要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。

P39-1-24
[1-24]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。

我们知道，OSI的体系结构是七层协议。TCP/IP 的体系结构是四层协议，而真正有具体内容的只是上面三层。在学习计算机网络的原理时往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。图T-1-24给出了五层协议的结构。

五层协议的主要功能如下

(1)物理层一在物理层上所传数据的单位是比特(i)。物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。当然，哪几个比特代表什么意思，则不是物理层所要管的。请注意，传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面。因此也有人把物理媒体当作第0层。

(2)数据链路层一常简称为链路层。在两个相邻结点之间(主机和路由器之间或两个路由器之间)传送数据是直接传送的(即不需要经过转发的点对点通信)。这时就需要使用专门的链路层的协议。数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上“透明”地传送帧中的数据。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)。在接收数据时，控制信息使接收端能够知道-个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。

这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层。控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正错误，就由运输层的TCP协议来完成。

(3)网络层一-网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。

网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。

对于由广播信道构成的分组交换网，路由选择的问题很简单，因此这种网络的网络层非常简单，甚至可以没有。

(4)运输层一运输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务,分用则是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应的进程。运输层主要使用以下两种协议:一个是传输控制协议TCP，是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。另一个是用户数据报协议UDP，是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能“尽最大努力交付”。

(5)应用层一应用层是体系结构中的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务。这里的进程就是指正在运行的程序。在互联网中的应用层协议很多，如支持万维网应用的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议、支持文件传送的FTP协议，等等。

各层完成的主要功能:

差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。

流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。

分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。

复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。

连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接

P39-1-26
[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。

各名词含义如下:

协议栈:由于计算机网络的体系结构采用了分层结构，因此不论在主机中还是在路由器中的协议都有好几层。这些一层一层的协议画起来就很像堆栈的结构，因此就把这些协议层称为协议栈。

实体:表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

对等层:在网络体系结构中，通信双方实现同样功能的层。例如，A向B发送数据，那么A的第n层和B的第n层就构成了对等层。

协议数据单元:通常记为PDU，它是对等实体之间进行信息交换的数据单元。

服务访问点:通常记为SAP,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，通常称为服务访问点。

客户:在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务请求方。

服务器:在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务提供方。但在很多情况下，服务器也常指运行服务器程序的机器。

客户-服务器方式:这种方式所描述的是进程之间服务的请求方和服务的提供方的关系。服务的请求方是主动进行通信的一方，而服务器是被动接受通信的一方。系统启动后即自动调用服务器程序，并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。关于客户-服务器方式更详细的解释，见前面的1-13题。

P39-1-28
[1-28] 假定要在网络上传送1.5 MB的文件。设分组长度为1 KB,往返时间RTT= 80 ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间，这需要2x RTT= 160 ms。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10 Mbit/s，数据分组可以连续发送。
(2)数据发送速率为10 Mbits,但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能再发送下一个分组。
(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25-1=2=4个分组)。(这种发送方式见教材第
5章“TCP的拥塞控制”部分。)

题目的已知条件中的M= 2 20= 1048576，K=2 10= 1024.

(1)1.5 MB= 1.5x 1048576 B= 1.5x 1048576 x 8 bit = 12582912 bit.

发送这些比特所需时间= 12582912/10 7= 1.258s。

最后一个分组的传播时间还需要0.5xRTT=40ms。

总共需要的时间=2xRTT+ 1.258 +0.5x RTT=0.16+ 1.258+ 0.04= 1.458s。

(2)需要划分的分组数= 1.5MB/1 KB=1.5*1048576/1024=1536.

从第一个分组到达直到最后一个分组到达要经历1535 x RTT= 1535 x 0.08 = 122.8s.

总共需要的时间:1.458+ 122.8 = 124.258 s。

(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76x 20= 1520个分组，最后剩下16个分组，-次发送完。但最后一次发送的分组到达接收方也需要0.5x RTT.

因此，总共需要的时间= 76.5x RTT+2xRTT=6.12+0.16= 6.28 s。

(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=2*+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，那么可以发送21"-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)x RTT= 12.5x0.08=1s。

P40-1-30
[1-30]
有一个点对点链路，长度为20000 km.数据的发送速率是1 kbit/s,要发送的数据有100 bit.数据在此链路上的传播速度为2x 108 m/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）

100 bit的发送时间= 100 bit/(1000 bit/s)=0.1 s。

如图T-1-30所示，0.1 秒的时间可以传播20000 km，正好是线路的长度。因此，当发送的第一个比特到达终点时，发送方也正好把100 bit发送完毕，整个线路上都充满了所传输的100 bit.

再经过0.05s后，所有的比特都向前走了10000 km。这就是说，发送的前50 bit已经到达终点了，剩下的50 bit还在线路上传播。最后一个比特正好走了一半(10000 km),在线路的正中间。

P40-1-33
[1-33]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，而并非传送过去又再传送回来。那么为什么往返时间RTT是个很重要的性能指标呢?

我们在传送数据时，经常要使用TCP协议。TCP连接的建立需要消耗时间，这与RTT有密切关系(在教材第5章中有详细讲述)。在传输数据时也常常需要对方的确认。在发送数据后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10 6 字节的文件在1 Gbit/s的发送速率下，只需要8ms。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,是原来的发送时间的十几倍。

教书匠：

计算机网络的体系结构就是计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。需要强调的是:这些功能的实现细节(例如采用何种硬件或软件)，则是遵守这种体系结构的具体实现问题，并不属于体系结构本身所描述的内容。

运输层任务负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。运输层主要使用以下两种协议：
（1）传输控制协议TCP——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段

（2）用户数据包协议UDP——提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性)，其数据传输的单位是用户数据报

表示层的任务是实现与数据表示相关的功能，主要包括数据字符集的转换、数据格式化、文本压缩、数据加密以及解密等工作
路由器的最高层是网络层【物理层 数据链路层 网络层】
交换机的最高层是数据链路层【物理层 数据链路层】
集线器的最高层是物理层





第一种解法的错误在于：重复包含了（n-1）个传播时延

若主机在一段链路上连续发送分组，则总时延为所有分组的发送时延加上信号在这一段链路上的传播时延。


p/b是一个分组的发送时延 【x/p是分组的数量】
讲挺好
啊！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！脑壳疼！

练习题：

计算机网络的资源主要是指：
A：服务器、路由器、通信线路和用户计算机 【硬件】
B：计算机操作系统、数据库与应用软件 【软件】
C：计算机硬件、软件与数据 【√ 】
D. Web服务器、数据库服务器与文件服务器硬件 【硬件】
【硬件 软件 数据】

计算机网络可分为通信子网和资源子网。下列属于通信子网的是()。Ⅰ .网桥 II．交换机 Ⅲ．计算机软件IV﹒路由器
A . I、II、IV
B .II、III、IV
C .I、III、IV
D. I、II、Ⅲ
网路层【路由器】
数据链路层【网桥 交换机】
物理层 【集线器 中继器】
计算机网络从功能组成上看分为：通信子网和资源子网
通信子网【实现通信的设备和软件】
资源子网【实现资源共享的设备和软件】

计算机网络分为广域网、城域网和局域网，其划分的主要依据是(A )。
A .网络的作用范围
B：网络的拓扑结构
C：网络的通信方式
D.网络的传输介质

广域网和局域网之间的差异不仅仅是传播距离，还有协议

下列说法中正确的是( D )。
A.在较小范围内布置的一定是局域网，而在较大范围内布置的一定是广域网
B .城域网是连接广域网而覆盖园区的网络
C.城域网是为淘汰局域网和广域网而提出的一种新技术
D.局域网是基于广播技术发展起来的网络，广域网是基于交换技术发展起来的网络

局域网LAN 广播技术 城域网 多用以太网技术 广域网 点对点技术

现在大量的计算机是通过诸如以太网这样的局域网连入广域网的，而局域网与广域网的互联是通过()实现的。
A.路由器
B.资源子网
C.桥接器
D.中继器

网络层 【路由器】——不同类型的网络
数据链路层 【网桥、桥接器、交换机】 ——不同的对象
物理层 【中继器】——不同的对象

计算机网络拓扑结构主要取决于它的©.
A．资源子网
B ．路由器
C.通信子网
D．交换机

网状型的拓扑结构：常用于广域网 【每个结点至少有两条路径与其他结点相连】

下列关于广播式网络的说法中错误的是( D )。
A.共享广播信道
B．不存在路由选择问题
C.可以不要网络层
D.不需要服务访问点
广播式网络通常是局域网（工作在数据链路层）的一种通信方式 不需要网络层 无路由选择问题
访问服务点（SAP）：上下层之间的进行通信的逻辑接口N层的SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方
数据链路层使用物理层的服务一定要通过ASP实现

下列哪一项是分组交换网络的缺点( B )。
A.信道利用率低
B．附加信息开销大
C.传播时延大
D.不同规格的终端很难相互通信
解释

在两台计算机之间传输一个文件有两种可行的确认策略。第一种策略把文件截成分组，接收方逐个地确认分组，但就整体而言，文件没有得到确认。第二种策略不确认单个分组，但当文件全部收到后，对整个文件予以确认。请讨论这两种方式的优缺点。
方案1
出错后不必从头开始,只传出错的分组
速度慢,需要分割和拼接
方案2
速度较快，不用分割和拼接分组
出错后整个文件重传
如果网络容易丢失分组，选方案一，此时仅重传丢失的分组。
如果网络高度可靠，那么在不发生差错的情况下，选方案二.从而减少了确认次数，节省了带宽。不过,即使只有单个分组丢失也要重传整个文件因此更适用小文件。

协议是指在( D )之间进行通信的规则或约定。
A.同一结点的上下层
B.不同结点
c.相邻实体
D.不同结点对等实体

下列选项中，不属于网络体系结构所描述的内容是（ ).
A .网络的层次
B .每一层使用的协议
C .协议的内部实现细节
D.每一层必须完成的功能

*体系结构:计算机网络的各层及其协议的集合 【抽象的】
内部的实现细节是由具体设备厂家（思科、爱立信、华为等）来确定的 【具体的】
*
OSI参考模型中的数据链路层不提供下列哪种功能( D )。
A．物理寻址B．流量控制C .差错校验 D．拥塞控制

应用层
功能终端应用:FTP、WEB、QQ
协议 ：FTP、HTTP、DNS、SMTP
表示层
功能：数据压缩、加密解密、数据格式转换
会话层
功能：不同主机进程的会话,建立同步
传输层
功能：差错控制、拥塞控制、流量控制
协议：TCP、UDP
网络层
功能：路由选择、差错控制、拥塞控制、流量控制
协议：IP、ICMP、RIP、OSPF、BGP、IGMP
数据链路层
功能：寻址、成帧、差错控制、流量控制
协议：PPP、ARP、RARP、MTU
物理层
功能：传输比特流，定义物理设备标准
协议：IEEE 802.1A、IEEE 802.2

下列能够最好地描述OSI的数据链路层功能的是 ( D )。
A．提供用户和网络的接口
B .处理信号通过介质的传输
C 控制报文通过网络的路由选择
D.保证数据正确的顺序和完整性

当数据由端系统A传送至端系统B时，不参与数据封装工作的是( A )。
A.物理层
B．数据链路层
C .网络层
D．表示层

在OSI中，实现端到端的应答、分组排序和流量控制功能的协议层是( C )。
A．会话层
B ．网络层
C．传输层
D．数据链路层

在ISO/OSI参考模型中，可同时提供无连接服务和面向连接服务的是( C )。
A．物理层
B．数据链路层
C.网络层
D．传输层

1.OSI定义三点:服务、协议、接口
2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
3.TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP
作为重要层次

在OSI参考模型中，当两台计算机进行文件传输时，为了防止中间出现网络故障而重传整个文件的情况，可通过在文件中插入同步点来解决，这个动作发生在( B )。
A.表示层B．会话层
c .网络层D.应用层
会话层：会话管理 建立同步

下列说法中，正确描述了OSI参考模型中数据的封装过程的是( B )。
A．数据链路层 在分组上仅增加了源物理地址和目的物理地址【还有控制信息】
B.网络层将高层协议产生的数据封装成分组，并增加了第三层的地址和控制信息
C.传输层将数据流封装成数据帧【应该是分装成报文】，并增加了可靠性和流控制信息
D.表示层将高层协议产生的数据分割成数据段，并增加了相应的源和目的端口信息
上层完整协议块=下层数据块
下层添加控制等额外信息
物理层【比特】 数据链路层【帧】 网络层 【分组】 传输层 【报文 】

在OSI参考模型中，路由器、交换机Switch、集线器Hub实现的最高功能层分别是( C )。
A. 2、2、1
B. 2、2、2
C. 3、2、1
D. 3、2、2
网络层 【路由器】
数据链路层 【交换机、网卡、网桥】
物理层【集线器 中继器 电缆 发送器 接收器】

在TCP/IP模型中，©处理关于可靠性、流量控制和错误校正等问题。
A.网络接口层
B ．网际层
C．传输层
D．应用层

TCP/IP参考模型的网络层提供的是( A )。
A．无连接不可靠的数据报服务
B．无连接可靠的数据报服务
C.有连接不可靠的虚电路服务
D．有连接可靠的虚电路服务
无连接的时候大概率不可靠
有连接的时候大概率可靠
TCP、IP的网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务

协议与服务有何区别？有何联系？
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,还需要使用下一层提供的服务。
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。即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。

在OSI模型中，各层都有差错控制过程，指出以下每种差错发生在OSI的哪些层中?
1）噪声使传输链路上的一个0变成1或一个1变成0。【比特流故障—物理层】
2)一个分组被传送到错误的目的站。【网络层】
3)收到一个序号错误的目的帧。【数据链路层】
4)一台打印机正在打印，突然收到一个错误指令要打印头回到本行的开始位置。【应用层】
5 )一个半双工的会话中，正在发送数据的用户突然接收到对方用户发来的数据。【会话层】