【计算机网络自顶向下】简答题习题总结（一）

• 计算机网络是什么

两个及以上具有独立操作系统的计算机通过某些介质连接成的相互共享软硬件资源的集合体。

• 计算机网络两大功能

连通性和共享

• 如何描述Internet

分为两方面

• 具体构成
  • 计算机互连设备、通信链路、分组交换设备
• 提供服务：
  • 提供网络应用基础架构
  • 为分布式应用程序提供通信服务接口，如：无连接服务、面向连接服务

• 协议的基本要素：

语法、语义、同步

协议：定义了两个或多个通信实体间所交换报文的格式和次序，以及在报文发送和/或接收或者其他事件方面所采取的行动（响应）

• Internet标准的几个阶段：

因特网草案、建议标准【开始成为RFC】、草案标准、因特网标准

• 协议是水平的，服务是垂直的

协议是控制两个对等实体进行通信的规则，而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。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。

• 因特网组成部分

• 网络边缘
  • 主机
• 接入网络、物理介质
  • 有线通信链路、无线
• 网络核心
  • 互联网的路由器

• 端系统（主机）之间通信模型：C/S、P2P

端主机：运行网络应用程序、处在网络边缘

• 接入网络

（1）家庭接入:
ADSL（1/8Mbps）、电缆（30/42Mbps,500-5000个用户）、光纤到户（20Mbps-1Gbps）
（2）企业局域网接入：以太网(10M/100M/1G/10G)、WIFI(54/11/600Mbps)
（3）广域无线接入：3G(上行384kbps/下行3.6Mbps)、4G(100/150Mbps)、5G(150M/1Gbps)

• 物理媒体

（1）通过传播电磁波或光脉冲来发送比特流，在物理媒体中数据传输是串行的。【在发送方与接收方间传播位信号】
（2）物理媒体分类：导引型媒体和非导引型媒体
（3）物理媒体的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响
（4）导引型媒体【信号在固态介质中有向传播】：双绞线（10-600Mbps、屏蔽和非屏蔽），同轴电缆（10Mbps），光纤（数十或数百 Gbps ，传输距离远、高速传输、低误码率、防止电磁干扰，难以被分光窃听）
（5）非导引型媒体【信号在大气空间或外太空空间自由传播】：多路径衰落、盲区衰落、干扰
地面微波（45Mbps），WiFi（11/54/600Mbps）,广域无线电（3G、4G、5G）、卫星（高达数百Mbps 、 250 msec毫秒延时）

• 端系统上因特网提供的服务

（1）面向连接的服务TCP（RFC793）：

• 可靠、顺序、字节流传输；
• 流量控制；
• 拥塞控制

（2）无连接服务UDP（RFC768）：

• 不可靠数据传输
• 无流量控制
• 无拥塞控制

• 电路交换

（1）预先建立连接，预留资源，发送方以恒定速度发送数据
（2）电路和通信链路的区别
（3）链路带宽和一条电路的传输速率的关系
（4）频分多路复用和时分多路复用
（5）电路交换的优缺点：电路级的性能，时延小；效率低；创建连接过程复杂

• 分组交换

（1）报文：应用程序要传输的信息，包含控制或数据
（2）分组：报文拆分成若干的数据块，每个数据块加上头部信息，构成分组
（3）特点：每个分组使用全部链路带宽；传输过程采用存储转发，每经过一个链路转发一次；排队时延和分组丢失；转发表和路由选择协议；拥塞：采用分组队列，等待使用链路；允许更多的用户使用网络

（5）分组交换优缺点：优点：适合大量的突发数据传输、资源共享、简单不需要建立连接；缺点：过度竞争导致分组延迟与丢失

• 与分组交换网络相比，电路交换网络有哪些优点？在电路交换网络中，TDM比FDM有哪些优点？

电路交换⽹络可以在响应时间内保证⼀定量的端到端带宽。如今⼤部分分组交换⽹络（包括因特⽹）⽆法保证端到端带宽。FDM需要复杂的模拟硬件来将信号转换为合适的频率

• 分组交换网络的分类

• 数据报网络TCP/IP

  • 分组目的地址决定下一跳，会话期间路由可以改变

• 虚电路网络

  • 每个分组有一个标签，标签决定下一跳
  • 连接建立时确定固定的路径，并保持整个会话期间，路由器必须为每个连接维护状态信息

  虚电路网络一定面向连接，数据报可以提供两种

• Internet主干/ISP【互联网服务提供商】的结构组成

第一层ISP（国家/国际级）、第二层ISP（区域级/省级）、第三层ISP（城市级）、本地ISP、因特网交换点IXP【负责不同的网络之间互相通信的交换点，是互联网的关键基础设施】。

• 分组丢失和延迟是如何产生的？

分组到达输出链路的速率超过输出链路的容量

• 分组延迟的4种类型

（1）节点处理时延：差错检测、选择输出链路，微秒级
（2）排队时延：路由器的拥塞程度
（3）传输时延：L/R
（4）传播时延：d/s，卫星250ms

dproc = 节点处理时延－nodal processing delay
典型几个微秒或更小
dqueue = 排队时延－queuing delay
取决于路由器的拥塞程度
dtrans = 传输时延－transmission delay
= L/R, 低带宽链路比较显著
dprop = 传播时延－propagation delay
几个微妙到数百毫秒（卫星通信高传播延迟）

• 排队延时

流量强度(traffic intensity) = La/R，其中a为平均分组到达速率， L为分组长度， R为链路带宽

• 分组丢失

（1）路由器输入链路和输出链路的缓冲区容量有限
（2）当分组到达路由器输入链路发现缓冲区已满，则路由器只好丢弃分组
（3）当分组在路由器内部要转发到输出链路时，发现输出缓冲区队列已满，路由器只好丢弃分组

• 吞吐量

接收端接收到数据的比特速率 (bps )

网络吞吐量:单位时间内整个网络传输数据的速率或分组数

• ISO/OSI七层参考模型

层号	层的名称	层的英文名称	层的英文缩写
7	应用层	Application	A
6	表示层	Presentation	P
5	会话层	Session	S
4	传输层	Transport	T
3	网络层	Network	N
2	数据链路层	Data Link	DL
1	物理层	Physical	PL

• 应用层：支持网络应用、报文传送
• 传输层：主机进程间数据传送
• 网络层：主机间分组传送
• 链路层：相邻网络节点的数据帧传送
• 物理层：物理介质上的比特传送

各层发方从上层到下层，收方从下层到上层传递数据
发方添加头部信息创建新的数据单元，收方去掉头部
传递新的数据单元到下层/上层
各层传送不同的协议数据单元PDU

• 逻辑通信

网络实体完成功能动作，对等实体交换信息

实体：定义自身功能的硬/软件的集合

对等实体：两台计算机上同一层所属实体称为对等实体

• 网络攻击

• 攻击方式：
  • 植入恶意软件：病毒、蠕虫、僵尸网络
  • 攻击服务器和网络基础设施：DoS
  • 嗅探分组
  • 伪装
  • 修改或删除报文

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(1) 待发送分组的数量=980000B/（1000B-20B） = 1000

(2) 待发送数据量 = 1000B x 1000 = 1000 000B

(3) 一个分组的传输时延=主机H1的传输时延和两个路由器的传输时延=3000B/100Mbps

(4) H1发完第一个分组后发第二个分组，第二个分组慢一个发送时延，同理第1000个慢了999个发送传输时延

总时延 = 第一个分组的总时延 + 传输时延 x 999

=(3000B/1000Mbps) + (1000B / 100Mbps) x 999

=80.16ms

分组交换的公式：在不考虑传播时延之后（题目要求），需要考虑的时间有所有内容的发送时延加上两个分组的发送时延。

• 假定在发送主机和接收主机间只有一台分组交换机。发送主机和交换机间以及交换机和接收主机间 的传输速率分别是R1和R2。假设该交换机使用存储转发分组交换方式，发送一个长度为L的分组 的端到端总时延是什么？（忽略排队时延、传播时延和处理时延。）

L/R1+L/R2

• —个长度为1000字节的分组经距离为2500km的链路传播，传播速率为2.5xl08m/s并且传输速率 为2Mbps,它需要用多长时间？更为一般地，一个长度为L的分组经距离为d的链路传播，传播速率为s并且传输速率为Rbps,它需要用多长时间？

1000B/2Mbps + 2500Km/2.5x10⁸ = 4ms + 10ms = 14ms

L/R+d/s

• 假定主机A要向主机B发送一个大文件。从主机A到主机B的路径上有3段链路，其速率分别为 R1 = 500kbps, R2 = 2Mbps, R3 = 1 Mbps.
  a.假定该网络中没有其他流量，该文件传送的吞吐量是多少？
  b.假定该文件为4MB。用吞吐量除以文件长度，将该文件传输到主机B大致需要多长时间？

a.min{R1,R2,R3} = 500kbps

b.4MB / 500kbps = 32Mb/500kbps = 64S

• 在这个习题中，我们考虑从主机A向主机B通过分组交换网发送语音（VoIP）。主机A将模拟语音 转换为传输中的64kbps数字比特流。然后主机A将这些比特分为56字节的分组。A和B之间有一条 链路：它的传输速率是2Mbps,传播时延是10ms。一旦A收集了一个分组，就将它向主机B发送。 一旦主机B接收到一个完整的分组，它将该分组的比特转换成模拟信号。从比特产生（从位于主机 A的初始模拟信号起）的时刻起，到该比特被解码（在主机B上作为模拟信号的一部分），花了多少时间？

56B/64kbps + 56B/2Mbps + 10ms = 7ms + 0.224ms + 10ms=17.224ms

• P25.假定两台主机A和B相隔20000km,由一条直接的R= 2Mbps的链路相连。假定跨越该链路的传播速率是 2.5 x l08m/s.
  a.计算带宽-时延积R.t_prop.
  b考虑从主机A到主机B发送一个800 000比特的文件。假定该文件作为一个大的报文连续发送。在任何给定的时间，在链路上具有的比特数量最大值是多少?
  c.给出带宽-时延积的一种解释。
  d.在该链路上一个比特的宽度（以米计）是多少？它比一个足球场更长吗？
  e.用传播速率s、带宽R和链路m的长度表示，推导出一个比特宽度的一般表示式。

a.2Mbps x 20000km / (2.5x10⁸)

b.160000bits

c.带宽-时延积就是任一时间链路上具有的比特最大数量

d.宽度 = 链路长度/带宽时延积=20 000km/160 000 bits = 125 m

e.s/R

• 考虑从主机A到主机B发送一个F比特的大文件。A和B之间有三段链路（和两台交换机），并且 该链路不拥塞（即没有排队时延）。主机A将该文件分为每个为S比特的报文段，并为每个报文段 增加一个80比特的首部，形成L= 80+S比特的分组。每条链路的传输速率为Kbps。求出从A到B 移动该文件时延最小的值S。忽略传播时延。

传输时延 = (80 + S) / K

总时延 = (80 + S) / K * 3 + (F / S - 1) * (80 + S) / K

=(2 + F / S)(80 + S) / K

求导