第四章 | 计算机网络原理 谢希仁（第八版）_ 习题答案（上）
文章目录
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- 计算机网络原理 谢希仁（第八版）
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- 第四章 网络层 习题答案
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- 4-01 ~ 4-10
- 4-11 ~ 4-20
- 4-21 ~ 4-30
计算机网络原理 谢希仁（第八版）
第四章 网络层 习题答案
4-01 ~ 4-10
4-01 网络层向上提供的服务有哪两种试比较其优缺点。
虚电路
优点：
- 可以提供可靠的通信服务
- 因为数据是沿着建立的虚电路进行传输的，因此分组的首部不需要携带完整的目的主机的地址，只需要填写这条虚电路的编号（并不大的整数），因此减少了分组的开销。
- 所有分组可以按序到达，无重复、无丢失。
缺点：
- 每次通信需要建立连接（逻辑连接而非物理连接），数据传输启动慢。
- 同属于一条虚电路的分组只能按照同一路由进行转发，在这条通路上，只要有一个结点出现故障，整条通路均无法工作。
- 因为网络层要保证可靠传输，所以使用虚电路服务的网络节点交换机也比较昂贵和复杂。
数据报
优点：
1. 每个分组可独立查找转发表进行转发，比较灵活
2. 由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使得网络中的路由器比较简单，且价 格较便宜，这就使得网络造价大大降低。
缺点：
1. 不能提供可靠的通信服务
2. 分组不能有序到达，可能出现分组的重复或者丢失
3. 因为网络层不提供可靠通信，因此由主机来负责端到端的可靠性，包括差错处理和流量 控制，因此主机的处理负担比较大。
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
将各种异构网络连接起来可扩大用户共享资源范围和通信区域。
需要解决以下下问题
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
不同的服务面向连接服务和无连接服务
不同的管理与控制方式
4-03 作为中间设备转发器、网桥、路由器和网关有何区别
物理层使用的中间设备叫转发器。
数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器以及交换机。
网络层使用的中间设备叫做路由器。
网络层以上使用的中间设备叫网关。其连接两个不兼容的系统时需要在高层进行协议转换。
4-04 试简单说明下列协议的作用IP、ARP、ICMP。
IP协议（Internet Protocol）：使许多异构网络互连，以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
ARP协议（Address Resolution Protocol）：地址解析协议，将IP地址映射为MAC地址。
ICMP协议（Internet Control Message Protocol）：网际控制报文协议，为了有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了ICMP，ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
4-05 IP地址如何表示?
整个网络就是一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给连接到互联网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口，分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。
IP地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN进行分配。
对于主机和路由器来说，IP地址都是32位的二进制代码。为了提高可读性，我们常常将32位的IP地址中的每隔8位插入一个空格（但是在机器中并没有这样的空格），为了人们方便记忆和书写，常用其等效的十进制数字表示，并且在每段数字之间加上一个小数点。这就是点分十进制记法。
采用点分十进制记法能够提高可读性：
IP地址不仅标志了这个主机（或路由器），而且还标志了此接口所连接的网络，因此，32位的IP地址采用两级结构，由两个字段组成：网络号+主机号。
IP地址 {<网络号>, <主机号>}
网络号标志主机（或路由器）所连接的到的网络，一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。
主机号标志该主机（路由器）。因此，一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的。
IP 地址 ::= {<网络号>,<主机号>}
分类的共分 5 类
A类网络号字段 1 字节最前面的 1 位是 0。
B类网络号字段 2 字节最前面的 2 位是 10。
C类网络号字段 3 字节最前面的 3 位是 110。
D类用于多播最前面的 4 位是 1110。
E类保留最前面 4 为是 1111。
无分类编址CIDR由网络前缀和主机号组成{<网络前缀>, <主机号>}
网络前缀不固定长度范围为[0, 32]。
4-06 IP地址的主要特点是什么
1.IP地址分等级每个IP地址都由网络前缀和主机号组成。
2. IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。即IP地址指明了一个主机和主机连接的网络。
3. 用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络因为这些局域网具有同样的网络前缀。
4.所有分配到网络前缀的网络都是平等的。
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
MAC地址为数据链路层和物理层使用的地址是硬件地址固化到ROM中IP地址是网络层和以上各层使用的地址是一种逻辑地址。
因为如果我们只用MAC地址的话,我们会发现路由器需要记住每个MAC地址所在的子网是哪一个(不然每一次收到数据包的时候路由器都要重新满世界地去找这个MAC地址的位置)。而世界上有248个MAC地址这就意味着即使我们给每个MAC地址只留1字节的储存空间每个路由器也需要256TB的内存!这显然是不可能实现的。这就是我们需要IP地址的原因了。和MAC不同的是IP地址是和地域相关的。对于位于同一个子网上的设备,我们给他们分配的IP 地址前缀都是一样的这个前缀就像邮政编码一样。这样路由器过IP地址的前缀就能知道这个设备在哪个子网上了。现在,路由器只需要记住每个子网的位置即可大大减少了路由器所需要的内存。
4-08 IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点是什么
IP地址方案与网络的地理分布无关我国的电话号码需要根据地理位置进行排序号码。
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
好处加快检验速度。
坏处数据部分的差错无法检验出来只能在IP到达运输层后经过TCP检验是否出错。
4-10 当某个路由器发现一个IP数据报的首部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
无法保证源地址是正确的要求错误的源地址重传就没意义了。
CRC检验码使用的是多项式除法代价太高没经过一个站点就要校验一次计算量太大增加传输时间。
4-11 ~ 4-20
4-11 设IP数据报使用固定首部其各字段的具体数值如图所示除IP地址外均为十进制表示。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表示。
0100 0101 0000 0000
0000 0000 0001 1100
0000 0000 0000 0001
0000 0000 0000 0000
0000 0100 0001 0001
0000 0000 0000 0000
0000 1010 0000 1100
0000 1110 0000 0101
0000 1100 0000 0110
0000 0111 0000 1001
计算规则：逢二进一，如果最高位有进位，则在得到的结果的最低位加1 。
因此得到的结果为： 0111 0100 0100 1110
取反码为：1000 1011 1011 0001
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。
根据题意:
4 5 0 0
0 0 1 C
0 0 0 1
0 0 0 0
0 4 1 1
0 0 0 0
0 9 0 C
0 E 0 5
0 C 0 6
0 7 0 9
计算规则，逢16进1，最高位有进位，则在计算结果的最低位加1，因此得到的结果为744E。
取反码为8BB1,由此可见，两种方法计算结果是一样的。
4-13 什么是最大传送单元MTU它和IP数据报的首部中的哪个字段有关系
数据链路层规定的帧中数据字段的最大长度。是IP首部总长度字段的上限值。
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。
1.分片后连续的数据报片可能不在一条路径上传输组装的话会缺失部分数据报片。
2.组装后数据报片过大的话在后面的网络还需要继续分片增加工作量。
3.组装会增大路由器的工作量延迟高。
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。下面的互联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?
IP数据报数据部分长度 = IP数据报的总长度 - IP数据报的首部 = 1200 - 160 = 1040 bit
数据报数 = 3200/1040 + 1 = 44个数据报的数据部分长度为1040 1040 1040 80。
4个数据报的总长度1200 1200 1200 240
总比特3840
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。这个时间设置的太大或太小会出现什么问题
2至少举出两种不需要发送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。
1.设置太大会使更换网卡的主机无法与其他主机通信设置太小会使ARP分组发送频繁占用信道资源。
2.发送广播分组源主机ARP高速缓存中已经有了目的IP到下一条主机或路由器的MAC地址。
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
共使用了 6 次源主机到路由器一次路由器之间四次路由器到目的主机一次。
4-18 设某路由器建立了如下路由表：
前缀匹配------------------------下一跳
192.4.153.0/26-----------------R3
128.96.39.0/25----------------接口m0
128.96.39.128/25-------------接口m1
128.96.40.0/25-----------------R2
192.4.153.0/26-----------------R3
*（默认）------------------------R4现共收到5个分组其目的地址分别为：
1128.96.39.10
2128.96.40.12
3128.96.40.151
4192.4.153.17
5192.4.153.90试分别计算下一跳。
1.目的地址与第一行的子网掩码求与所得结果与第一行网络前缀不匹配。
接着第二行得128.96.39.0/25。匹配下一跳为接口m0。
2.目的地址与第一、二、三行的子网掩码求与所得结果与网络前缀不匹配。
与第四行掩码求与得128.96.40.0/25。匹配下一跳为R2。
3.目的地址与第一、二、三行的子网掩码求与所得结果与网络前缀不匹配。
与第四行掩码求与得128.96.40.128/25。不匹配下一跳为默认的R4。
4.目的地址与第一行的子网掩码求与得 128.4.153.0/26 ,匹配下一跳为R3。
5.目的地址与第二、三、四行的子网掩码求与所得结果与网络前缀不匹配。与第一、五行掩码求与得192.4.153.64/26。不匹配下一跳为默认的R4。
4-19 某单位分配到一个地址块为129.250/16。该单位有4000台机器平均分布在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。
每个地点有 4000/16 = 250 个机器。
主机号8位就够了所以地址块可以分配24位。
16个地点需要16个地址块可以按序分配
| 地址块 | IP地址范围即地址最小值与地址最大值 | |
|---|---|---|
| 第1个 | 129.250.0/24 | 129.250.0.0~129.250.0.255 |
| 第2个 | 129.250.1/24 | 129.250.1.0~129.250.1.255 |
| 第16个 | 129.250.15/24 | 129.250.15.0~129.250.15.255 |
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
数据报数据部分长度4000-20=3980字节
需要划分为ceil3980/1480= 3个短数据报。
片偏移字段意义指出分组在原分组中的位置。
MF标志字段意义标志字段的前两位MF=1表示后面还有分片MF=0表示是分片中的最后一个后面没有分片了。
可得
| 长度 | 数据字段长度 | 片偏移字段 | MF标志 |
|---|---|---|---|
| 1500 | 1480 | 0 | 1 |
| 1500 | 1480 | 185 | 1 |
| 1040 | 1020 | 370 | 0 |
4-21 ~ 4-30
4-21 写出互联网的IP层查找路由的算法。
1.从收到的分组首部提取目的主机的IP地址D。
2.查找转发表从第一行开始将D与转发表网络前缀做 AND 运算所的结果与网络前缀匹配则从对应端口转发不匹配则继续与下一行网络前缀做 AND 运算到转发表最后一行一定可以将此分组转发出去。
4-22 有如下的4个/24地址块试进行最大可能的聚合。
212.56.132.0/24
212.56.133.0/24
212.56.134.0/24
212.56.135.0/24
各地址块第三个字节
10000100
10000101
10000110
10000111
前六位相同可以聚合。
4个地址块前缀相同的位数为22所以聚合后地址块212.56.132/22
4-23 有两个CIDR地址块208.128/11和208.130.28/22。是否有那一个地址块包含了另一个地址如果有请指出并说明理由。
第一个地址块包含了第二个。
208.130.28/22的前缀为11010000 10000010 000101它的前11位与208.128/11的前缀是一致的所以208.128/11地址块包含了208.130.28/22这一地址块。
4-24 已知路由器R1的转发表如下表所示。
试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑，标注出必要的IP地址和接口，对不能确定的情况应当指明。
如图：
4-25 一个自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23并包含有5个局域网其连接图如图所示：
每个局域网上的主机数分别标注。试给出每一个局域网的地址块。
该IP地址块的后7位的二进制表示为0111011。
LAN3有150台主机分配128个不够只能分配256个地址可以将30.138.119/24分配给它。剩余的从30.138.118/24划分。
LAN2有91台主机需要分配128个分配地址块30.138.118/25。剩余地址块30.138.118/25。
LAN4 有 3 台主机可以分配4个ip地址但是剩余的比较多可以多32个可以选择地址块30.138.118.128/27。
LAN5 有 15 台主机分配32个地址块为30.138.118.160/27。
LAN1 分配剩余的64个地址地址块为30.138.118.192/26。
4-26 一个大公司有一个总部和三个下属部门。
公司分配到的网络前缀是192.77.33/24。公司的网络布局如图所示。
总部共有5个局域网,其中的LAN1到LAN4都连接到路由器R1上,R1再通过LAN5与路由器R2相连。
R2和远地的三个部门的局域网LAN6到LAN8通过广域网相连。
每一个局域网旁边表明的字是局域网上的主机数。试给出每一个局域网分配一个合适的网络前缀。
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其中一种划分方法
LAN1需要6位主机号可以分配192.77.33/26。
LAN3需要5位主机号可以分配192.77.33.64/27。
LAN6需要5位主机号可以分配192.77.33.96/27。
LAN7需要5位主机号可以分配192.77.33.128/27。
LAN8需要5位主机号可以分配192.77.33.160/27。
LAN2、4需要4位主机号可以分别分配192.77.33.192/28、192.77.33.208/28。
剩余的分配给LAN5即192.77.33.224/27。
4-27 以下地址块中的哪一个和86.32/12匹配?请说明理由。(1)86.33.224.123;(2)86.79.65.216(3)86.58.119.74;(4)86.68.206.153。
看IP的网络前缀是否等于86.32/12即可
匹配的有1
4-28 以下的地址前缀中哪一个地址与2.52.90.140匹配?请说明理由。
①0/4 ②32/4 ③4/6 ④80/4
①，取2.52.90.140的前4位，等于0，所以匹配
②，取2.52.90.140的前4位，等于0！=32，所以不匹配
③，取2.52.90.140的前6位，等于0！=4，所以不匹配
④，取2.52.90.140的前4位，等于0！=80，所以不匹配
4-29 以下的地址前缀的哪一个和地址152.7.77.159及152.31.47.252都匹配?请说明理由。
(1)152.40/13;
(2)153.40/9;
(3)152.64/12;
(4)152.0/11
给出的 4 个地址前缀是 9~13 位。查看地址的第二个字节即可。
两个IP地址的第二个字节分别为00000111、00011111
- 前缀第二字节00101000前13位不匹配。
- 前缀第二字节00101000第一个字节不匹配。
- 前缀第二字节01000000前12位不匹配。
- 前缀第二字节00000000前11位匹配。
第4个都匹配。因为取题目中给的两个地址的前11位，与4都是匹配的，其余选项不符合条件。
4-30 与下列掩码相对应的网络前缀各有多少位
1）192.0.0.0；
2）240.0.0.0；
3）255.224.0.0；
4）255.255.255.252；
掩码中“1 ”的个数就是网络前缀的位数，“0”的个数代表主机号的位数。
因此：
① 2位
② 4位
③ 11位
④ 30位