计算机网络／谢希仁（第八版）第四章习题

【4-01】网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。
答：
（1）面向连接服务（或虚电路服务）和无连接服务（或数据报服务）
（2）比较二者的优缺点：
①、虚电路服务是面向连接的，提供的服务可以保证数据传输的可靠性和投递顺序的正确性；数据报服务是无连接的，只提供尽最大努力的交付，不能保证传输的可靠性和投递顺序的正确性。
②、虚电路服务让电信网络负责保证可靠通信所采取的措施，使得电信网的结点交换机复杂和昂贵；数据报服务由主机负责端到端的可靠性，包括差错处理和流量控制，主机的处理负担较大。
③虚电路服务有连接建立和释放阶段，数据传输启动慢；数据报服务不用建立连接，数据传输启动快。
④虚电路服务每个分组不需要携带完整的目的地址，只要有一个简单的虚电路号码标识，使得虚电路分组中的控制信息部分的比特数减少，从而减少了系统的开销。数据报服务的每个分组必须携带完整的地址信息。

【4-02】网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？
答：
（1）网络互连的实际意义：单一的网络无法满足用户多种多样的需求，因此，将多种不同性能、不同网络协议的网络互相连接在一起，可以实现更大范围内的通信。
（2）进行网络互连时，需要解决的问题：不同的寻址方案、不同的最大分组长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错恢复方法、不同的状态报告方法、不同的路由选择技术、不同的用户接入控制、不同的服务，不同的管理与控制方式等等。

【4-03】作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
答：这四种中间设备所在的层次不同：①物理层使用的中间设备叫做转发器；②数据链路层使用的中间设备叫做网桥或者交换机；③网络层使用的中间设备叫做路由器；④在网络层以上使用的中间设备叫做网关。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。

【4-04】试简单说明下列协议的作用：IP，ARP和ICMP。
答：网际协议IP：使用协议IP可以把互连以后的计算机网络看成是一个虚拟互连网络。
地址解析协议ARP：用来把一个机器的IP地址转换为相应的MAC地址。
网际控制报文协议ICMP：用来使主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告，这样就可以更有效地转发IP数据报和提高交付成功的概率。

【4-05】IP地址如何表示？
分类的IP地址可记为：IP地址 ::={<网络号>，<主机号>}，可以分为5类：
A类地址：网络号字段为1字节，最前面的1位是0。
B类地址：网络号字段为2字节，最前面的2位是10。
C类地址：网络号字段为3字节，最前面的3位是110。
D类地址：用于多播，最前面的4位是1110。
E类地址：保留今后使用，最前面的4位是1111。

无分类地址CIDR由网络前缀和主机号组成，记法为：IP地址 ::={<网络前缀号>，<主机号>}
网络前缀的位数不固定，没有A类、B类或C类的分类。

【4-06】IP地址的主要特点是什么？

【4-07】试说明IP地址与MAC地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？
答：①、MAC地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
②世界上有各式各样的网络，它们使用不同的MAC地址。这些异构网络进行通信需要进行非常复杂的MAC地址转换工作，由用户或用户主机来完成这个工作几乎是不可能的事。IP地址则可以解决这个问题，连接到互联网的主机只需拥有统一的IP地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上简单方便。
【4-08】IP地址方案与我国电话号码体制的主要不同点是什么？

【4-09】IP 数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最大好处是什么？坏处是什么？

【4-10】当某个路由器发现一个IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？
答：①、IP首部中的源地址也可能出现错误，要求错误的源地址重传数据报是没有意义的。②、不使用CRC可以减少路由器进行检验的时间。

【4-11】设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如图4-76所示（除IP地址外，均为十进制形式表示）。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值（用二进制形式表示）。

解：将以上的数据转换成二进制数字，按每16位对齐，然后计算反码运算的和：

则首部检验和字段中的数值为：10001011 10110001

【4-12】重新计算上题，但使用十六进制运算方法（每16位二进制数字转换为4个十六进制数字，再按十六进制加法规则计算）。比较这两种方法。
解：运算过程如图：

则首部检验和字段中的数值为：8 B B 1
(8B)₁₆=10001011,(B1)₁₆=10110001,故这两种方法得出的结果是一样的。

【4-13】什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？

【4-14】在互联网中将 IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。

【4-15】一个3200位长的TCP报文传到IP层，加上160位的首部后成为数据报。下面的互连网由两个局域网通过路由器连接起来，但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200位，因此数据报在路由器中必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据（这里的“数据”当然指的是局域网看见的数据）？
解：第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200位，则每一个IP数据报的最大长度为1200bit，其数据部分最多为：IP数据报的总长度-IP数据报的首部 = 1200 - 160 = 1040bit。将TCP交给IP的数据共3200bit划分为1024bit + 1024bit + 1024bit + 128bit 四个数据报片的数据部分，每个数据报片加上首部160bit构成完整的数据报，则第二个局域网向上传送的数据量为：（160+1024）+（160+1024）+（160+1024）+（160+128）= 3840bit

【4-16】（1）试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10～20分钟的超时计时器。这个时间设置得太长或太短会出现什么问题？
（2）举出至少两种不需要发送ARP请求分组的情况（即不需要请求将某个目的IP地址解析为相应的MAC地址）。
答：(1)①、当网络中某个IP地址和MAC地址的映射发生变化时，ARP高速缓存中相应的项目就要改变。例如，更换以太网网卡就会发生这样的事件。②超时时间设置得太短会使ARP请求和响应分组的通信太频繁，而超时时间设置得太长会使更换网卡后的主机迟迟无法和网络上的其他主机通信。
(2)源主机的ARP高速缓存中已经有了该目的IP地址的项目：源主机发送的是广播分组；源主机和目的主机使用点对点链路。

【4-17】主机A发送IP数据报给主机B，途中经过了5个路由器。试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP？
答：6次。主机发送IP数据报时用一次ARP，每一个路由器在转发IP数据报时各使用一次。

【4-18】设某路由器建立了如下转发表：

现共收到5个分组，其目的地址分别为：
(1) 128.96.39.10
(2) 128.96.40.12
(3) 128.96.40.151
(4) 192.4.153.17
(5) 192.4.153.90
试分别计算其下一跳。
解：(1)路由器收到的分组的目的地址D₁=128.96.39.10。检查转发表的第2行。将目的主机IP地址与第2行的子网掩码按位 AND运算，得出结果128.96.39.0。所得结果匹配，故选择下一跳为接口m0。

(2)路由器收到的分组的目的地址D₂=128.96.40.12。检查转发表的第4行。将目的主机IP地址与第4行的子网掩码按位 AND运算，得出结果128.96.40.0。所得结果匹配，故选择下一跳为R₂。

(3)路由器收到的分组的目的地址D₃=128.96.40.151。检查转发表的第4行。将目的主机IP地址与第4行的子网掩码按位 AND运算，得出结果128.96.40.128。所得结果不匹配，再试其他行，都不匹配。故选择下一跳为默认接口R₄。

(4)路由器收到的分组的目的地址D₄=192.4.153.17。检查转发表的第1行。将目的主机IP地址与第1行的子网掩码按位 AND运算，得出结果128.96.153.0。所得结果匹配，故选择下一跳为R₃。

(5)路由器收到的分组的目的地址D₅=192.4.153.90。检查转发表的第3行。将目的主机IP地址与第3行的子网掩码按位 AND运算，得出结果128.96.40.128。所得结果不匹配，再试其他行，都不匹配。故选择下一跳为默认接口R₄。

【4-19】某单位分配到一个地址块129.250／16。该单位有4000台计算机，平均分布在16个不同的地点。试给每一个地点分配一个地址块，并算出每个地址块中IP地址的最小值和最大值。
解：4000台计算机平均分布在16个不同的地点，每个地点有250台计算机。因此主机号有8位（2⁸=256）就够了，网络前缀可以选用24位。16个不同地点需要有16个地址块。每个地点分到一个/24地址块就够用了。结果如下：
129.250.1/24，IP地址范围：129.250.1.0～129.250.1.255
129.250.2/24，IP地址范围：129.250.2.0~129.250.2.255
……
129.250.16/24，IP地址范围：129.250.16.0～129.250.16.255

【4-20】一个数据报长度为4000字节（固定首部长度）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几个短些的数据报片？各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值？
解：数据报的总长度减去固定首部长度（20B），得到IP数据报的数据部分长度为：4000-20=3980B，则可划分成三个数据报片，其数据字段长度分别为：1480B，1480B，1020B，每个数据字段长度加上首部长度（20B）均不超过MTU：1500B，片偏移字段的值分别为0，1480/8 = 185和2×1480/8 = 370。MF字段的值分别为1，1，0。

【4-21】写出互联网的IP层查找路由的算法。
【4-22】
【4-23】
【4-38】如图所示。假定AS1和AS4运行程序RIP，AS2和AS3运行程序OSPF。AS之间运行程序eBGP和iBGP。目前先假定在AS2和AS4之间没有物理连接(图中的虚线表示这个假定)。
(1)路由器R3c使用哪一个协议知到前缀X(X在AS4中)?
(2)路由器R3a使用哪一个协议知到前缀X？
(3)路由器R1c使用哪一个协议知到前缀X？
(4)路由器R1d使用哪一个协议知到前缀X？
答：(1)路由器R3。使用协议eBGP从ASa的Re知道前缀X。
(2)路由器R3a使用协议iBGP从本自治系统的R3c知道前缀X。
(3)路由器R1c使用协议eBGP从AS3的R3。知道前缀X。
(4)路由器Ria使用协议iBGP从本自治系统的Ric知道前缀X。

【4-39】网络同上题。路由器R1d知道前缀X，并将前缀X写入转发表。
(1)试问路由器R1d应当从接口1还是接口2转发分组？请简述理由。
(2)先假定AS2和AS4之间有物理连接。假定路由器R1d知道到达前缀X可以经过AS2，但也可以经过AS3。试问路由器R1d应当从接口1还是接口2转发分组呢？请简述理由。
(3)现假定有另一个AS5处在AS2和AS4之间。假定路由器R1d知道到达前缀X可以经过路由[AS2,AS5,AS4]，但也可以经过路由[AS3,AS4]。试问路由器R1d应当从接口1还是接口2进行分组转发？请简述理由。
答：(1)在AS：中，从路由器Ria到网关路由器Ric。如果AS，使用协议RIP，则应选择最短路径到Ric。若从接口1转发，要经过两跳。但若经过接口2转发，则要经过3跳。因此应当从接口1转发分组。如果AS，使用协议OSPF，则应选择代价最小的路径。从Ria到Ri。有两条路径，一条是R1a→Ria→Rie，另一条是Ria→R1b→R1。→R1c，不过根据已知条件无法知道哪一条路径的代价更高。
(2)现在AS2和AS4之间有物理连接。假定路由器Ria知道到达前缀X可以经过ASzAS，但也可以经过AS；AS，都是经过2跳。但在AS，中，从路由器Ria通过接口1到网关路由器Ric需要经过2跳，从路由器Ria到网关路由器Rib仅需要经过1跳。因此，应当从接口2转发分组。
(3)现在AS2和AS之间有物理连接，并且中间还插入了ASs。现在应当经过接口1转发分组，因为经过的AS数量少(AS；AS)。但若从接口2转发分组，则经过的AS数量较多(AS：ASsAS4)。

【4-44】假设一段地址的首地址为146.102.29.0，末地址为146.102.32.255，求这个地址段的地址数。
解：末地址减去首地址，得0.0.3.255，因此地址的数目=3×256¹+255×256⁰+1=1024。
实际上，这段给出的地址块包含了以下4个地址块，即：
146.102.29/24，146.102.30/24，146.102.31/24，146.102.32/24，每个地址块包含256个地址。

【4-46】已知条件同上题，试求这个地址块的地址数、首地址以及末地址各是多少？

【4-47】某单位分配到一个地址块 14.24.74.0/24。该单位需要用到三个子网，它们对三个子地址块的具体要求是：子网N₁需要120个地址，子网N₂需要60个地址，子网N₃需要10个地址。请给出地址块的分配方案。
答：地址块的网络前缀是24位，故主机号有8位，即一共有256个地址。
拿总地址的一半(128个)分配给子网N₁(实际上可以使用的地址数是126个)。这个地址块的网络前缀是25位。
将剩下地址的一半(64个)分配给子网N₂(实际上可以使用的地址数是62个)。这个地址块的网络前缀是26位。
剩下64个地址，拿出1/4(即16个地址)分配给子网N₃(实际上可以使用的地址数是14个)。这个地址块的网络前缀是28位。
最后剩下48个地址留给以后再用。

【4-48】如图4-80所示，网络145.13.0.0/16划分为四个子网N1，N2，N3，N4。四个子网与路由器R连接的接口分别是m0，m1，m2，m3。路由器R的第五个接口m4连接到互联网。

(1)试给出路由器R的路由表。
(2)路由器R收到一个分组，其目的地址是145.13.160.78。试解释这个分组是怎样被转发的。
解：（1）
（2）路由表前四行的子网掩码都是18个1。现在用目的主机IP地址与路由表第1行的子网掩码按位进行AND运算，结果是145.13.128.0/18。结果145.13.128.0/18和表第一行的目的网络地址不匹配。往下不必再运算了，因为路由表中每一行的子网掩码都是一样的，所以就用此结果和每一行的网络前缀相比较即可。上面的结果与第3行的网络前缀匹配。因此，收到的分组应从路由器的接口m2转发，实际上就是直接交付连接在网络N₃上的目的主机。

【4-49】收到一个分组，其目的地址D=11.1.2.5。要查找的路由表中有这样三项：
路由1 到达网络 11.0.0.0/8
路由2 到达网络 11.1.0.0/16
路由3 到达网络 11.1.2.0/24
试问在转发这个分组时应当选择哪一个路由？
答：当查找路由1时，目的网络的掩码是8个1和24个0，即255.0.0.0。和D进行按位AND操作时，得到11.0.0.0，结果是匹配的。
当查找路由2时，目的网络的掩码是16个1和16个0，即255.255.0.0。和D进行按位AND操作时，得到11.1.0.0，结果也是匹配的。
当查找路由3时，目的网络的掩码是24个1和8个0，即255.255.255.0。和D进行按位AND操作时，得到11.1.2.0，结果也是匹配的。
根据最长前缀匹配准则，应当选择路由3，因为路由3的目的网络前缀为24，是三个都匹配的结果中前缀最长的一个。

【4-51】已知一个CIDR 地址块为200.56.168.0/21。
(1)试用二进制形式表示这个地址块。
(2)这个CIDR地址块包括多少个C类地址块？
答：(1) 200.56.168.0/21=1001000 00111000 10101000 00000000
(2)C类地址块的网络号是24位，比上面的CIDR地址块多3位。因此这个CIDR地址块包含2³=8个C类地址块。

【4-57】试把以下的IPv6地址用零压缩方法写成简洁形式：
(1)0000:0000:0F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332
(2)0000:0000:0000:0000:0000:0000:004D:ABCD
(3)0000:0000:0000:AF36:7328:0000:87AA:0398
(4)2819:00AF:0000:0000:0000:0035:0CB2:B271
解：（1）::F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332
（2）::4D:ABCD
（3）::AF36:7328:0:87AA:398
（4）2819:AF::35:CB2:B271

【4-59】从IPv4过渡到IPv6的方法有哪些？
答：双栈协议：指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。
隧道技术：通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。