計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第七版）部分課后習(xí)題含答案

第一章 概述

1-02 試簡(jiǎn)述分組交換的要點(diǎn)。

分組交換最主要的特點(diǎn)就是采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。

我們把要發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱(chēng)為一個(gè)報(bào)文。在發(fā)送報(bào)文之前，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成為一個(gè)個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段， 例如， 每個(gè)數(shù)據(jù)段為1024 bit。在每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面，加上一些必要的控制信息組成的首部后，就構(gòu)成了一個(gè)分組。分組又稱(chēng)為“ 包”，而分組的首部也可稱(chēng)為“包頭”。

分組是在互聯(lián)網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元。分組中的“ 首部” 是非常重要的， 正是由于分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一個(gè)分組才能在互聯(lián)網(wǎng)中獨(dú)立地選擇傳輸路徑。

互聯(lián)網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來(lái)的路由器組成的，而主機(jī)處在互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分。主機(jī)是為用戶(hù)進(jìn)行信息處理的， 并且可以和其他主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器則是用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。

路由器每收到一個(gè)分組， 先臨時(shí)存儲(chǔ)下來(lái)（這個(gè)存儲(chǔ)的時(shí)間非常短暫）， 再檢查其首部， 查找轉(zhuǎn)發(fā)表， 按照首部中的目的地址，找到合適的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去， 把這個(gè)分組轉(zhuǎn)交給下一個(gè)路由器。這樣一步一步地經(jīng)過(guò)若干個(gè)或幾十個(gè)不同的路由器， 以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，把分組交付最終的目的主機(jī)。各路由器之間必須經(jīng)常交換彼此掌握的路由信息， 以便創(chuàng)建和維持在路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)表，使得轉(zhuǎn)發(fā)表能夠在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)及時(shí)更新。

1-03 試從多個(gè)方面比較電路交換、報(bào)文交換和分組交換的主要優(yōu)缺點(diǎn)。

電路交換的主要特點(diǎn)

(1) 通信之前先要建立連接， 通信完畢后要釋放連接。也就是說(shuō)， 通信一定要有三個(gè)階段： 建立連接、通信、釋放連接。
(2)在整個(gè)通信過(guò)程中， 通信的雙方自始至終占用著所使用的物理信道。
因此， 對(duì)于計(jì)算機(jī)通信， 由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)是突發(fā)性的， 因此， 從通信線(xiàn)路的利用率來(lái)考慮， 電路交換的效率就比較低。此外， 當(dāng)通信雙方占用的通信線(xiàn)路由很多個(gè)鏈路（通過(guò)若干個(gè)交換機(jī)把這些鏈路連通）組成時(shí)， 只有在每段鏈路都能接通（即每一段鏈路都有空閑的信道資源還沒(méi)有被其他用戶(hù)占用， 即有可用資源）時(shí)， 整個(gè)的連接建立才能完成（哪怕只有一段鏈路沒(méi)有空閑的信道可供使用， 連接建立也無(wú)法完成）。當(dāng)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)攏很大時(shí)， 電路交換無(wú)法保證用戶(hù)的每一個(gè)呼叫都能接通。如果第一階段的連接建立不能完成， 那么后續(xù)階段的通信過(guò)程當(dāng)然也就無(wú)法進(jìn)行。

在電路交換的通信過(guò)程中，只要在整個(gè)連接中有一個(gè)環(huán)節(jié)（如某條鏈路或某個(gè)交換機(jī)）出了故障，那么整個(gè)連接就不復(fù)存在，接著就是通信的中斷。若要重新進(jìn)行通信，必須重新建立連接。如果能夠繞過(guò)剛才的故障鏈路或故障交換機(jī)而建立新的連接，那么就可以開(kāi)始新的通信。這就是說(shuō)，電路交換系統(tǒng)不能自動(dòng)從故障中進(jìn)行恢復(fù)。但電路交換有一個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)，就是只要連接能夠建立，那么雙方通信所需的傳輸帶寬就已經(jīng)分配好而不會(huì)再改變。這叫做靜態(tài)分配傳輸帶寬。通信雙方愿意占用通信資源多久，就占用多久（對(duì)千公用網(wǎng)，只要按規(guī)定付費(fèi)即可），而不受網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶(hù)的影響。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶(hù)很可能反復(fù)呼叫都無(wú)法建立連接，但這些動(dòng)作都不會(huì)影響已經(jīng)占用了通信資源的用戶(hù)的通信質(zhì)量（除非發(fā)生『通信網(wǎng)中的故障， 影響到正在進(jìn)行通信的連接）。

目前最常用的分組交換是使用無(wú)連接的IP 協(xié)議。這種分組交換以分組作為傳輸?shù)膯挝?#xff0c;采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，并且沒(méi)有連接建立和連接釋放這兩個(gè)階段，因此傳送數(shù)據(jù)比較迅速。在傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，是動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用的。這就是說(shuō)，若某段鏈路的帶寬較高，分組的傳輸速率就較快；若另一段鏈路的帶寬較低，傳輸速率就較慢。不像電路交換那樣，從源點(diǎn)到終點(diǎn)都是同樣的傳輸速率。可見(jiàn)分組交換能夠比較合理而有效地利用各鏈路的傳輸帶寬。

分組交換采用分布式的路由選擇協(xié)議。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)或鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，分組傳送的路由可以自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)改變，使數(shù)據(jù)的傳送能夠繼續(xù)下去。傳送數(shù)據(jù)的源點(diǎn)和接收數(shù)據(jù)的終點(diǎn)甚至不會(huì)感覺(jué)到網(wǎng)絡(luò)中所發(fā)生的故障。因此分組交換網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。

分組交換也有一些缺點(diǎn)。例如，分組在各路由器存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。此外，由于分組交換無(wú)法確保通信時(shí)端到端所需的帶寬， 當(dāng)分組交換網(wǎng)的通信量突然增大時(shí)，可能會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中的某處產(chǎn)生擁塞，從而延長(zhǎng)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞非常嚴(yán)重時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也可能會(huì)癱瘓。分組交換的另一個(gè)問(wèn)題是各分組必須攜帶控制信息，這也造成了一定的開(kāi)銷(xiāo)。整個(gè)分組交換網(wǎng)還需要專(zhuān)門(mén)的管理和控制機(jī)制。當(dāng)然，電路交換網(wǎng)也需要網(wǎng)絡(luò)管理，但電路交換網(wǎng)的交換機(jī)都具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很有效的管理。分組交換網(wǎng)中的路由器比較簡(jiǎn)單，無(wú)法對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。必須在網(wǎng)絡(luò)中由專(zhuān)門(mén)的主機(jī)來(lái)運(yùn)行專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。

報(bào)文交換也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，不同的是，報(bào)文交換不再把報(bào)文分割為更小的分組，而是把整個(gè)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)下來(lái)，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣做，省去了劃分小的分組的步驟，也省去了在終點(diǎn)把分組重裝成報(bào)文的過(guò)程。但報(bào)文交換在靈活性上就不如分組交換，傳送數(shù)據(jù)的時(shí)延較大。本來(lái)報(bào)文交換是用來(lái)傳送電報(bào)的。現(xiàn)在已經(jīng)很少有入還打電報(bào)，因此報(bào)文交換現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。

1-08 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都有哪些類(lèi)別？各種類(lèi)別的網(wǎng)絡(luò)都有哪些特點(diǎn)？

可以從不同的角度回答這個(gè)問(wèn)題。

從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍來(lái)劃分，有：
(1) 廣域網(wǎng)WAN, 作用范圍通常為幾十到幾千公里，有時(shí)也稱(chēng)為遠(yuǎn)程網(wǎng)。
(2) 城域網(wǎng)MAN, 作用范圍一般是一個(gè)城市，可跨越幾個(gè)街區(qū)甚至整個(gè)城市，其作用距 離約為5- 50 km 。
(3) 局域網(wǎng)LAN,作用范圍局限在較小的范圍（如1 km 左右） 。 (4) 個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN, 也常稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)個(gè)人區(qū)域網(wǎng)WPAN, 其作用范圍大約在10m左右。

按照使用者來(lái)劃分，有：
(1) 公用網(wǎng)，這是指電信公司（國(guó)有或私有）出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)。”公用”的意思就是所有愿意按電信公司的規(guī)定交納費(fèi)用的人都可以使用這種網(wǎng)絡(luò)。因此公用網(wǎng)也可稱(chēng)為公眾網(wǎng)。
(2)專(zhuān)用網(wǎng)，這是某個(gè)部門(mén)為滿(mǎn)足本單位特殊業(yè)務(wù)的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)。例如，軍隊(duì)、鐵路、電力、銀行等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專(zhuān)用網(wǎng)。

按照采用的交換技術(shù)的不同來(lái)劃分，有：
(1) 電路交換網(wǎng)。
(2) 分組交換網(wǎng)。
(3) 混合交換網(wǎng)。
還有一種網(wǎng)絡(luò)叫做接入網(wǎng)AN, 用來(lái)把用戶(hù)接入到互聯(lián)網(wǎng)。接入網(wǎng)也叫做本地接入網(wǎng)。

1-10 試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報(bào)文共x (bit)。從源點(diǎn)到終點(diǎn)共經(jīng)過(guò)k 段鏈路，每段鏈路的傳播時(shí)延為d (s)，數(shù)據(jù)率為b (bit/s)。在電路交換時(shí)電路的建立時(shí)間為s (s)。在分組交換時(shí)分組長(zhǎng)度為p (bit)，且各結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等待時(shí)間可忽略不計(jì)。問(wèn)在怎樣的條件下，分組交換的時(shí)延比電路交換的要小？（提示：畫(huà)一下草圖觀察k 段鏈路共有幾個(gè)結(jié)點(diǎn)。）

電路交換必須先建立連接，需要的時(shí)間是s 秒。
發(fā)送x 比特的報(bào)文所需的時(shí)間是報(bào)文長(zhǎng)度除以數(shù)據(jù)率b 。因此發(fā)送時(shí)延是x/b 。
總的傳播時(shí)延是鏈路數(shù)乘以每段鏈路的傳播時(shí)延，即kd 。
因此，電路交換的時(shí)延由以下三項(xiàng)組成： s+x/b+kd 。
分組交換的時(shí)延的計(jì)算要稍微麻煩一點(diǎn)，見(jiàn)圖T-1-10 。

分組交換不需要先建立連接（這里假定題目中的分組交換使用數(shù)據(jù)報(bào)傳送。如果使用虛電路傳送，則需要先建立連接） 。從圖T-1-10 的右邊可看出，總時(shí)延由三部分組成。
先計(jì)算分組交換的傳播時(shí)延，這和電路交換是一樣的，也是kd 。
再計(jì)算n 個(gè)分組所需的發(fā)送時(shí)延，這需要知道報(bào)文x 一共劃分為多少個(gè)分組。將報(bào)文長(zhǎng)度x 除以一個(gè)分組的長(zhǎng)度p 就得出分組的數(shù)目n 。在一般的情況下， x 除以p 所得到的商可能不是整數(shù)，因此要把得出的商的整數(shù)部分加1 才是分組的數(shù)目n 。我們知道，符號(hào)$?a?$表示a的整數(shù)部分加1, 例如，$?3.02?=4$ 。因此，分組的數(shù)目$n=?\frac{x}{p}?$。

這樣發(fā)送n個(gè)分組所需的發(fā)送時(shí)延是：$?\frac{x}{p}??\frac{p}{b}$

請(qǐng)注意，最后一個(gè)分組的長(zhǎng)度一般會(huì)小于前面的n - 1 個(gè)分組的長(zhǎng)度，而小多少我們也無(wú)從得知。這樣，最后一個(gè)分組的發(fā)送時(shí)延就無(wú)法算出。于是，我們這里還需要再使用一個(gè)假定，即：所有的分組的發(fā)送時(shí)延都是相同的。這就是認(rèn)為所有的分組都是等長(zhǎng)的。從圖T-1-10 可以看出，在總時(shí)延中還有一項(xiàng)，就是一個(gè)分組經(jīng)過(guò)k - I 段鏈路的發(fā)送時(shí)延。當(dāng)k=I 時(shí)，就沒(méi)有這一項(xiàng)。在一段鏈路上發(fā)送一個(gè)分組的發(fā)送時(shí)延是p/b, (k - 1)段鏈路的發(fā)送時(shí)延是(k - I)p/b, 因此把以上三部分時(shí)延相加，就得出在分組交換的清況下的總時(shí)延：

$kd+?\frac{x}{p}??\frac{p}{b}+(k?1)\frac{p}{b}$

分組交換時(shí)延較電路交換延時(shí)小的條件為：$kd+\left[\frac{x}{p}\right]?\frac{p}{h}+(k?1)\frac{p}{b}<s+\frac{x}{b}+kd$

當(dāng)x>>p時(shí)，$\left[\frac{x}{p}\right]\approx \frac{x}{p}$

得出分組交換時(shí)延較電路交換時(shí)延小的條件為：$(k?1)p/b<s$

1-11 在上題的分組交換網(wǎng)中，設(shè)報(bào)文長(zhǎng)度和分組長(zhǎng)度分別為x 和(p + h) (bit)，其中p 為分組的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度，而h 為每個(gè)分組所帶的控制信息固定長(zhǎng)度，與p 的大小無(wú)關(guān)。通信的兩端共經(jīng)過(guò)k 段鏈路。鏈路的數(shù)據(jù)率為b (bit/s)，但傳播時(shí)延和結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)時(shí)間均可忽略不計(jì)。若打算使總的時(shí)延為最小，問(wèn)分組的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度p 應(yīng)取為多大？（提示：參考圖1-12 的分組交換部分，觀察總的時(shí)延由哪幾部分組成。）

本題實(shí)際上是假定了整個(gè)報(bào)文恰好可以劃分為xlp 個(gè)分組。
現(xiàn)在每一個(gè)分組的發(fā)送時(shí)延是(p + h)/b, 因此我們可以寫(xiě)出總時(shí)延D 的表達(dá)式：

$D=\frac{x}{p}\frac{p+h}{b}+(k?1)\frac{p+h}{b}=\frac{x}{b}+(k?1)\frac{h}{b}+\frac{xh}{bp}+\frac{(k?1)p}{b}$

為了計(jì)算D 的極值，求D 對(duì)p 的導(dǎo)數(shù)，令$\frac{d D}{d p}=0 $得出：

$\frac{(k?1)}{b}?\frac{xh}{b}\frac{1}{p^2}=0$

解出：$p=\sqrt{\frac{xh}{k?1}}$

1-12 互聯(lián)網(wǎng)的兩大組成部分（邊緣部分與核心部分）的特點(diǎn)是什么？它們的工作方式各有什么特點(diǎn)？

互聯(lián)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且在地理上覆蓋了全球，但從其工作方式上看，
可以劃分為以下兩大塊：
(1) 邊緣部分：由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶(hù)直接使用的，用來(lái)進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。
(2) 核心部分：由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。

在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)，乙間的通信方式通常可劃分為兩大類(lèi)：客戶(hù)－服務(wù)器方式C/S 方式）和對(duì)等方式 P2P 方式） 。這兩種通信方式的區(qū)別見(jiàn)習(xí)題1-13 。
在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，如果沒(méi)有路由器，再多的網(wǎng)絡(luò)也無(wú)法構(gòu)建成互聯(lián)網(wǎng)。由此可以看出，互聯(lián)網(wǎng)的核心部分的工作方式其實(shí)也就是路由器的工作方式。

路由器的任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。當(dāng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)， 必須查找路由表。因此，互聯(lián)網(wǎng)中的各路由器必須根據(jù)路由選擇協(xié)議的規(guī)定相互交換路由信息，以便使路由表能夠及時(shí)反映出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/p>

由此可見(jiàn)，互聯(lián)網(wǎng)的核心部分的工作方式有兩種：一種是路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組（這是直接為主機(jī)之間的通信服務(wù)的），另一種是路由器之間不斷地交換路由信息（這是為了保證路由表的路由信息與網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際拓?fù)湟恢?#xff09;。

1-14 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有哪些常用的性能指標(biāo)？

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的性能指標(biāo)有：
(1) 速率：指的是連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，它也稱(chēng)為數(shù)據(jù)率或比特率。

(2) 帶寬：用來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路傳送數(shù)據(jù)的能力，網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時(shí)間內(nèi)（ 一般是每秒鐘）從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過(guò)的＂最高數(shù)據(jù)率” 。

(3) 吞吐量：表示在單位時(shí)間內(nèi)（一般是每秒鐘）通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。

(4) 時(shí)延：指數(shù)據(jù)（ 一個(gè)報(bào)文或分組， 甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)延包括發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延等。

(5) 時(shí)延帶寬積：是傳播時(shí)延(s)和帶寬(bit/s) 的乘積。鏈路的時(shí)延帶寬積又稱(chēng)為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。

(6) 往返時(shí)間：表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始，到發(fā)送方收到來(lái)自接收方的確認(rèn)（接收方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時(shí)間。有時(shí)，往返時(shí)間還包括網(wǎng)絡(luò)各中間結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)送時(shí)延。

(7) 利用率：分信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過(guò)）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。

1-18 假設(shè)信號(hào)在媒體上的傳播速率為2.3 × 108 m/s。媒體長(zhǎng)度l 分別為：
(1) 10 cm（網(wǎng)絡(luò)接口卡）
(2) 100 m（局域網(wǎng)）
(3) 100 km（城域網(wǎng)）
(4) 5000 km（廣域網(wǎng)）
試計(jì)算當(dāng)數(shù)據(jù)率為1 Mbit/s 和10 Gbit/s 時(shí)在以上媒體中正在傳播的比特?cái)?shù)。

計(jì)算步驟如下：
先計(jì)算10cm (即0. 1 m) 的媒體上信號(hào)的傳播時(shí)延：

$0.1\mathrm{m}/\left(2.3\times 10^8\right)\mathrm{m}/\mathrm{s}=4.3478\times 10^{?10}\mathrm{s}\approx 4.35\times 10^{?10}\mathrm{s}$

計(jì)算10 cm 線(xiàn)路上正在傳播的比特?cái)?shù)：
1Mbit/s 數(shù)據(jù)率時(shí)為: 1 Mbit/s $\times 4.35\times 10^{?10}\mathrm{s}=4.35\times 10^{?4}$ bit

讀者應(yīng)正確理解在線(xiàn)路上只有0.000435 個(gè)比特到底是什么意思。
10 Gbit/s 數(shù)據(jù)率時(shí)為：$10\mathrm{G}\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{t}/\mathrm{s}\times 4.35\times 10^{?10}\mathrm{s}=4.35\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{t}$

同理可以計(jì)算出其他長(zhǎng)度的結(jié)果：

100m: $4.35\times 10^{3}bit$

100km: $4.35\times 10^{6}bit$

5000km: $2.17\times 10^{8}bit$

1-19 長(zhǎng)度為 100 字節(jié)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給運(yùn)輸層傳送，需加上20 字節(jié)的TCP 首部。再交給網(wǎng)絡(luò)層傳送，需加上20 字節(jié)的IP 首部。最后交給數(shù)據(jù)鏈路層的以太網(wǎng)傳送，加上首部和尾部共18 字節(jié)。試求數(shù)據(jù)的傳輸效率。數(shù)據(jù)的傳輸效率是指發(fā)送的應(yīng)用層數(shù)據(jù)除以所發(fā)送的總數(shù)據(jù)（即應(yīng)用數(shù)據(jù)加上各種首部和尾部的額外開(kāi)銷(xiāo)）。若應(yīng)用層數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1000 字節(jié)，數(shù)據(jù)的傳輸效率是多少？

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為100 B C B 表示字節(jié)）時(shí)，以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)： 100 B+ 20 B+20 B +18 B= 158 B
數(shù)據(jù)傳輸效率= 100 B / (158 B) = 63.29%≈63.3%
數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1000 B 時(shí)，以太網(wǎng)的幀長(zhǎng)： 1000 B+ 20 B + 20 B + 18 B= 1058 B
傳輸效率= 1000 B / (1058 B) = 94.52% ≈ 94.5% 。傳輸效率明顯提高了。

1-20 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為什么要采用分層次的結(jié)構(gòu)？試舉出一些與分層體系結(jié)構(gòu)的思想相似的日常生活的例子。

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層次的結(jié)構(gòu)，是因?yàn)椤胺謱印笨梢园妖嫶蠖鴱?fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題比較易千研究和處理。舉例如快遞的運(yùn)輸過(guò)程。

1-21 協(xié)議與服務(wù)有何區(qū)別？有何關(guān)系？

為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的部分。

協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體（或多個(gè)實(shí)體）進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。協(xié)議的語(yǔ)法方面的規(guī)則定義了所交換的信息的格式，而協(xié)議的語(yǔ)義方面的規(guī)則定義了發(fā)送者或接收者所要完成的操作。

在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下面一層所提供的服務(wù)。

協(xié)議和服務(wù)在概念上是很不一樣的。

首先，協(xié)議的實(shí)現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務(wù)。使用本層服務(wù)的實(shí)體只能看見(jiàn)服務(wù)而無(wú)法看見(jiàn)下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對(duì)上面的實(shí)體是透明的。

其次，協(xié)議是“水平的＂，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。但服務(wù)是＂垂直的＂，
即服務(wù)是由下層向上層通過(guò)層間接口提供的。另外，并非在一個(gè)層內(nèi)完成

1-22 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三個(gè)要素是什么？各有什么含義？

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：
(1)語(yǔ)法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。
(2) 語(yǔ)義，即需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。
(3) 同步，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。

1-26 試解釋以下名詞：協(xié)議棧、實(shí)體、對(duì)等層、協(xié)議數(shù)據(jù)單元、服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)、客戶(hù)、服務(wù)器、客戶(hù)-服務(wù)器方式。

協(xié)議棧：由千計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)采用了分層結(jié)構(gòu)，因此不論在主機(jī)中還是在路由器中的協(xié)議都有好幾層。這些一層一層的協(xié)議畫(huà)起來(lái)就很像堆棧的結(jié)構(gòu)，因此就把這些協(xié)議層稱(chēng)為協(xié)議棧。

實(shí)體：表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。在許多情況下，實(shí)體就是一個(gè)特定的軟件模塊。

對(duì)等層：在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，通信雙方實(shí)現(xiàn)同樣功能的層。例如， A 向B 發(fā)送數(shù)據(jù)，那么A 的第n 層和B 的第n 層就構(gòu)成了對(duì)等層。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元：通常記為PDU, 它是對(duì)等實(shí)體之間進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)單元。

服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)：通常記為SAP, 在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互（即交換信息）的地方，通常稱(chēng)為服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)。

客戶(hù)：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的應(yīng)用進(jìn)程中的服務(wù)請(qǐng)求方。

服務(wù)器：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的應(yīng)用進(jìn)程中的服務(wù)提供方。但在很多情況下，服務(wù)器也常指運(yùn)行服務(wù)器程序的機(jī)器。

客戶(hù)－服務(wù)器方式：這種方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)的請(qǐng)求方和服務(wù)的提供方的關(guān)系。
服務(wù)的請(qǐng)求方是主動(dòng)進(jìn)行通信的一方，而服務(wù)器是被動(dòng)接受通信的一方。系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)
調(diào)用服務(wù)器程序，并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來(lái)自各地的客戶(hù)的通信請(qǐng)求。客
戶(hù)與服務(wù)器的通信關(guān)系建立后，通信可以是雙向的，客戶(hù)和服務(wù)器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。關(guān)
于客戶(hù)－服務(wù)器方式更詳細(xì)的解釋，見(jiàn)前面的1-13 題。

1-28 假定要在網(wǎng)絡(luò)上傳送1.5 MB 的文件。設(shè)分組長(zhǎng)度為1 KB，往返時(shí)間RTT = 80 ms。傳送數(shù)據(jù)之前還需要有建立TCP 連接的時(shí)間，這時(shí)間是2 × RTT = 160 ms。試計(jì)算在以下幾種情況下接收方收完該文件的最后一個(gè)比特所需的時(shí)間。
(1) 數(shù)據(jù)發(fā)送速率為10 Mbit/s，數(shù)據(jù)分組可以連續(xù)發(fā)送。
(2) 數(shù)據(jù)發(fā)送速率為10 Mbit/s，但每發(fā)送完一個(gè)分組后要等待一個(gè)RTT 時(shí)間才能再發(fā)送下一個(gè)分組。
(3) 數(shù)據(jù)發(fā)送速率極快，可以不考慮發(fā)送數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。但規(guī)定在每一個(gè)RTT 往返時(shí)間內(nèi)只能發(fā)送20 個(gè)分組。
(4) 數(shù)據(jù)發(fā)送速率極快，可以不考慮發(fā)送數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。但在第一個(gè)RTT 往返時(shí)間
內(nèi)只能發(fā)送一個(gè)分組，在第二個(gè)RTT 內(nèi)可發(fā)送兩個(gè)分組，在第三個(gè)RTT 內(nèi)可發(fā)送四
個(gè)分組（即$2^{3?1}$= $2^2$ = 4 個(gè)分組）。（這種發(fā)送方式見(jiàn)教材第5 章TCP 的擁塞控制部
分。）

題目中已知條件為M=$2^{20}$=1048576, K=$2^{10}$=1024

(1) 1.5 MB= 1.5 x 1048576 B = 1.5 x 1048576 x 8 bit= 12582912 bit 。
發(fā)送這些比特所需時(shí)間= 12582912 / $10^7$ = 1.258 s 。
最后一個(gè)分組的傳播時(shí)間還需要0 . 5 x RTT = 40 ms 。
總共需要的時(shí)間= 2 x RTT + 1.258 + 0.5 x RTT = 0.16 + 1.258 + 0.04 = 1.458 s 。

(2) 需要?jiǎng)澐值姆纸M數(shù)= 1.5 MB / 1 KB = 1536 。
從第一個(gè)分組到達(dá)直到最后一個(gè)分組到達(dá)要經(jīng)歷1535 x RTT = 1535 x 0.08 = 122.8 s 。
總共需要的時(shí)間= 1.458 + 122.8 = 124.258 s 。

(3) 在每一個(gè)RTT 往返時(shí)間內(nèi)只能發(fā)送20 個(gè)分組。1536 個(gè)分組，需要76 個(gè)RTT, 76 個(gè)
RTT 可以發(fā)送76x20=1520 個(gè)分組，最后剩下16 個(gè)分組，一次發(fā)送完。但最后一次發(fā)送的
分組到達(dá)接收方也需要0.5 x RTT 。
因此，總共需要的時(shí)間= 76.5 x RTT + 2 x RTT = 6.12 + 0.16 = 6.28 s 。

(4) 在兩個(gè)RTT 后就開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。
經(jīng)過(guò)n 個(gè)RTT 后就發(fā)送了1 + 2 + 4 + … + 2n = $2^{n+1}$ - 1 個(gè)分組。
若n =9, 那么只發(fā)送了$2^{10}$ — 1 = 1023 個(gè)分組。可見(jiàn)9 個(gè)RTT 不夠。
若n = 10, 那么可以發(fā)送$2^{11}$ -1 = 2047 個(gè)分組。可見(jiàn)10 個(gè)RTT 足夠了。
這樣，考慮到建立TCP 連接的時(shí)間和最后的分組傳送到終點(diǎn)需要的時(shí)間，現(xiàn)在總共需要
的時(shí)間= (2 + 10 + 0.5) x RTT = 12.5 x 0.08 = 1 s 。

1-29 有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，長(zhǎng)度為50 km。若數(shù)據(jù)在此鏈路上的傳播速度為2 × $10^8$ m/s，試問(wèn)鏈路的帶寬應(yīng)為多少才能使傳播時(shí)延和發(fā)送100 字節(jié)的分組的發(fā)送時(shí)延一樣大？如果發(fā)送的是512 字節(jié)長(zhǎng)的分組，結(jié)果又應(yīng)如何？

整條鏈路的傳播時(shí)延是50 km / (2 x $10^8$ m/s) = 250μs 。
如果在250μs 把100 字節(jié)發(fā)送完，則發(fā)送速率應(yīng)為800 bit / (250μs) = 3.2 Mbit/s 。這也就
是鏈路帶寬應(yīng)有的數(shù)值。
如果改為發(fā)送512 字節(jié)的分組，則發(fā)送速率應(yīng)為512 x 8 bit/ (250μs) = 16.38 Mbit/s 。這
也就是鏈路帶寬應(yīng)有的數(shù)值。

1-30 有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，長(zhǎng)度為20000 km。數(shù)據(jù)的發(fā)送速率是1 kbit/s，要發(fā)送的數(shù)據(jù)有100 bit。數(shù)據(jù)在此鏈路上的傳播速度為2 × $10^8$ m/s。假定我們可以看見(jiàn)在線(xiàn)路上傳輸?shù)谋忍?#xff0c;試畫(huà)出我們看到的線(xiàn)路上的比特（畫(huà)兩個(gè)圖，一個(gè)在100 bit 剛剛發(fā)送完時(shí)，另一個(gè)是再經(jīng)過(guò)0.05 s 后）。

100 bit 的發(fā)送時(shí)間= 100bit / (1000bit/s)=0.1 s 。
如圖T-1-30 所示， 0.1 秒的時(shí)間可以傳播20000 km, 正好是線(xiàn)路的長(zhǎng)度。因此，當(dāng)發(fā)送的第一個(gè)比特到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，發(fā)送方也正好把100 bit 發(fā)送完畢，整個(gè)線(xiàn)路上都充滿(mǎn)了所傳輸?shù)?00 bit 。

再經(jīng)過(guò)0.05 s 后，所有的比特都向前走了10000 km 。這就是說(shuō)，發(fā)送的前50 bit 已經(jīng)到
達(dá)終點(diǎn)了，剩下的50 bit 還在線(xiàn)路上傳播。最后一個(gè)比特正好走了一半(10000 km), 在線(xiàn)路
的正中間。

1-31 有一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路，長(zhǎng)度為20000 km。數(shù)據(jù)的發(fā)送速率是1 Mbit/s，要發(fā)送的數(shù)據(jù)有100 bit。數(shù)據(jù)在此鏈路上的傳播速度為2 × $10^8$ m/s。假定我們可以看見(jiàn)在線(xiàn)路上傳輸?shù)谋忍?#xff0c;試畫(huà)出我們看到的線(xiàn)路上的比特（畫(huà)兩個(gè)圖，一個(gè)在100 bit 剛剛發(fā)送完時(shí)，另一個(gè)是再經(jīng)過(guò)0.05 s 后）。

100 bit 的發(fā)送時(shí)間= 100 bit / (1000000 bit/s) = 0.0001 s, 只有上一題的于分之一。
如圖T-1-31 所示， 0.0001 秒的時(shí)間可以傳播20 km, 只有線(xiàn)路長(zhǎng)度的于分之一。因此現(xiàn)
在整個(gè)100 bit 都在線(xiàn)路的靠發(fā)送端的位置（圖沒(méi)有按比例畫(huà)）。

再經(jīng)過(guò)0.05 s 后，所有的比特都向前走了10000 km 。這時(shí)，整個(gè)100 bit 都在線(xiàn)路上傳播。
最后一個(gè)比特正好走了一半C 10000 km), 在線(xiàn)路的正中間。
和上題相比較，我們可以看出，同樣是在一條線(xiàn)路上傳送100 bit 的數(shù)據(jù)，在較低速的線(xiàn)
路上（例如， 1 kbit/s 的發(fā)送速率）， 100 bit 的數(shù)據(jù)看起來(lái)像是“數(shù)據(jù)流”，而在較高速的線(xiàn)路
上（例如， 1 Mbit/s 的發(fā)送速率） ， 100 bit 的數(shù)據(jù)看起來(lái)像是“小分組”。

1-32 以 1 Gbit/s 的速率發(fā)送數(shù)據(jù)。試問(wèn)在以距離或時(shí)間為橫坐標(biāo)時(shí)，一個(gè)比特的寬度分別是多少？

當(dāng)我們?cè)谀骋粋€(gè)位置上觀察信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律時(shí)，我們往往需要以時(shí)間為橫坐標(biāo)來(lái)看信號(hào)的變化。當(dāng)以1 Gbit/s 的速率發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，每一個(gè)比特的待續(xù)時(shí)間是$10^9$ S, 也就是0.001μs = 1 ns Cns 表示納秒，即$10^9$ s ) 。因此，在以時(shí)間為橫坐標(biāo)的圖上，每一個(gè)比
特的寬度是1 ns (見(jiàn)圖T-1-32 上面的一個(gè)）。

現(xiàn)在看以距離為橫坐標(biāo)的情況。
假定信號(hào)在線(xiàn)路上的傳播速度是2x$10^8$m/s( 即2/3 的光速），那么在一個(gè)比特時(shí)間內(nèi)（即
$10^{?9}$ s) 信號(hào)可以前進(jìn)20cm 。圖T-1-32 中下面的一個(gè)即表示這種情況，即當(dāng)時(shí)間為某一數(shù)值
時(shí)信號(hào)在線(xiàn)路上的“快照＂。請(qǐng)注意，橫坐標(biāo)的量綱不同，我們不能說(shuō)哪一個(gè)信號(hào)更寬一些或
更窄一些。這是不能相比的。

第二章 物理層

2-01 物理層要解決哪些問(wèn)題？物理層的主要特點(diǎn)是什么？

物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是具體的傳輸媒體。現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的硬件設(shè)備和傳輸媒體的種類(lèi)非常繁多，而通信手段也有許多不同方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異，這樣就可使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完成本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。

在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。物理層的任務(wù)就是透明地傳送比特流。也就是說(shuō)，發(fā)送方發(fā)送1 (或0) 時(shí)，接收方應(yīng)當(dāng)收到1(或0) 而不是0 (或1) 。因此物理層要考慮用多大的電壓代表" 1 " 或"0 "'以及接收方如何識(shí)別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。物理層還要確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳以及各條引腳應(yīng)如何連接。當(dāng)然，哪幾個(gè)比特代表什么意思，則不是物理層所要管的。傳遞信息所利用的一些傳輸媒體，如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、無(wú)線(xiàn)信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)而是在物理層協(xié)議的下面。因此也有人把傳輸媒體當(dāng)作第0 層。

2-04 試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)，信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)，基帶信號(hào)，帶通信號(hào)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)，碼元，單工通信，半雙工通信，全雙工通信，串行傳輸，并行傳輸。

數(shù)據(jù)： 是運(yùn)送消息的實(shí)體。

信號(hào)：是數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。

模擬數(shù)據(jù)： 即連續(xù)數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)的變化是連續(xù)的。例如，我們?nèi)苏f(shuō)話(huà)的聲音數(shù)據(jù)（聲波）就是連續(xù)變化的。

模擬信號(hào)： 即連續(xù)信號(hào)，其特點(diǎn)是代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。當(dāng)我們打電話(huà)時(shí)，

模擬數(shù)據(jù)（聲波）通過(guò)電話(huà)機(jī)的話(huà)筒后，變成了連續(xù)變化的電信號(hào)（模擬信號(hào)）。

基帶信號(hào)：即來(lái)自信源的信號(hào)，也就是基本頻帶信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。

帶通信號(hào)：把基帶信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)稱(chēng)為帶通信號(hào)。這種信號(hào)僅在一段頻率范圍內(nèi)（即頻帶）能夠通過(guò)信道。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：即離散數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)的變化是不連續(xù)的（離散的） 。例如，計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)輸出的就是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。但在經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)器后，就轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)（連續(xù)信號(hào)）了。

數(shù)字信號(hào)：即離散信號(hào)，其特點(diǎn)是代表消息的參數(shù)的取值是離散的。

碼元：碼(code)是信號(hào)元素和字符之間的事先約定好的轉(zhuǎn)換。例如， A 的ASCII 碼的表示就是1000001, 而這里的每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字(1或0) 都可稱(chēng)為碼元(code element) 。碼元實(shí)際上就是碼所包含的元素。上面的例子說(shuō)明了A 的ASCII 碼包含有7 個(gè)碼元。在采用最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制編碼時(shí)，一個(gè)碼元就是一個(gè)比特。但在比較復(fù)雜的編碼中， 一個(gè)碼元可以包含多個(gè)比特。

單工通信：又稱(chēng)為單向通信，即只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。無(wú)線(xiàn)電廣播或有線(xiàn)電廣播以及電視廣播就屬千這種類(lèi)型。

半雙工通信：又稱(chēng)為雙向交替通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也就不能同時(shí)接收） 。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過(guò)一段時(shí)間后再反過(guò)來(lái)。

全雙工通信： 又稱(chēng)為雙向同時(shí)通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。

串行傳輸：數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)是逐個(gè)比特按照時(shí)間順序依次傳輸?shù)摹?/p>

井行傳輸：數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)采用了n 個(gè)并行的信道。在每一個(gè)信道上，數(shù)據(jù)仍然是串行傳輸?shù)?#xff0c;即逐個(gè)比特按照時(shí)間順序依次傳輸。但把這n 個(gè)信道一起觀察時(shí)，就可看出，數(shù)據(jù)的傳輸是每次n 個(gè)比特。

2-05 物理層的接口有哪幾個(gè)方面的特性？各包含些什么內(nèi)容？

(1) 機(jī)械特性：指明接口所用接線(xiàn)器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。平時(shí)常見(jiàn)的各種規(guī)格的接插件都有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定。
(2) 電氣特性：指明在接口電纜的各條線(xiàn)上出現(xiàn)的電壓的范圍。
(3) 功能特性：指明某條線(xiàn)上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。
(4) 過(guò)程特性：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

2-06 數(shù)據(jù)在信道中的傳輸速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么？“比特/秒”和“碼元/秒”有何區(qū)別？

數(shù)據(jù)在信道中的傳輸速率是受限制的。首先，具體的信道所能通過(guò)的頻率范圍總是有限的。信號(hào)中的許多高頻分量往往不能通過(guò)信道。如果信號(hào)中的高頻分量在傳輸時(shí)受到衰減，那么在接收端收到的波形前沿和后沿就變得不那么陡峭了，每一個(gè)碼元所占的時(shí)間界限也不再是很明確的，而是前后都拖了＂尾巴＂。也就是說(shuō)，擴(kuò)散了的碼元波形所占的時(shí)間也變得更寬了。這樣，在接收瑞收到的信號(hào)波形就失去了碼元之間的清晰界限。這種現(xiàn)象叫做碼間串?dāng)_。嚴(yán)重的碼間串?dāng)_使得本來(lái)分得很清楚的一串碼元變得模糊而無(wú)法識(shí)別。為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率就受到了限制。其次，所有的電子設(shè)備和通信信道中都存在噪聲。由于噪聲是隨機(jī)產(chǎn)生的，它的瞬時(shí)值有時(shí)會(huì)很大。因此噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決產(chǎn)生錯(cuò)誤(1 判決為0 或0 判決為1) 。但噪聲的影響是相對(duì)的。如果信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)，那么噪聲的影響就相對(duì)較小。對(duì)于一定的信噪比，碼元的傳輸速率越大就越容易出現(xiàn)接受時(shí)的判決錯(cuò)誤。如果增大信噪比，那么碼元的傳輸速率就可以提高而不至千使判決錯(cuò)誤的概率增大。

在實(shí)際的傳輸環(huán)境中，信噪比不可能做到任意大。一方面，我們的信號(hào)傳輸功率是受限的（經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、器件問(wèn)題、材料的絕緣問(wèn)題，等等），而任何電子設(shè)備的噪聲也不可能做到任意（任何電子設(shè)備都有其固有噪聲）。因此，在實(shí)際的傳輸環(huán)境中，信噪比不可能做到任意大。

香農(nóng)公式的意義就在于，只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。不過(guò)，香農(nóng)沒(méi)有告訴我們具體的實(shí)現(xiàn)方法。這要由研究通信的專(zhuān)家去尋找。

“比特／秒”和“碼元／秒”是不完全一樣的，因?yàn)楸忍睾痛a元所代表的意思并不相同。在使用二進(jìn)制編碼時(shí)， 一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。在這種情況下，“比特／秒”和＂碼元／秒”在數(shù)值上是一樣的。但一個(gè)碼元不一定總是對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。根據(jù)編碼的不同， 一個(gè)碼元可以對(duì)應(yīng)于幾個(gè)比特，但也可以是幾個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一個(gè)比特。

2-07 假定某信道受奈氏準(zhǔn)則限制的最高碼元速率為 20000 碼元/秒。如果采用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為16 個(gè)不同等級(jí)來(lái)傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率(bit/s)？

如果我們用二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示這16 個(gè)不同等級(jí)的振幅，那么需要使用4 個(gè)二進(jìn)制數(shù)字。即0000, 0001, 0010, 0011 , 0100, 0101, 0110, Olli, 1000, 1001, 1010, 1011 , 1100, 1101,1110, 1111 。可見(jiàn)現(xiàn)在用一個(gè)碼元就可以表示4 個(gè)比特。因此碼元速率為20000 碼元／秒時(shí)，我們得到的數(shù)據(jù)率就是4 倍的碼元速率，即80000 bit/s 。

2-08 假定要用 3 kHz 帶寬的電話(huà)信道傳送64 kbit/s 的數(shù)據(jù)（無(wú)差錯(cuò)傳輸），試問(wèn)這個(gè)信道應(yīng)具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來(lái)表示）？這個(gè)結(jié)果說(shuō)明什么問(wèn)題？

將以上數(shù)據(jù)代入香農(nóng)公式，得出$C=3kHz\times lo{g}_2^{(1+\frac{S}{N})}=64kbit/s$

解出$1+\frac{S}{N}=2^{\frac{64}{3}}$

$\frac{S}{N}=2.64\times 10^6$

分貝表示：$(\frac{S}{N}{)}_{dB}=10lo{g}_{10}^{(2.64\times 10^6)}=64.2dB$

說(shuō)明這是一個(gè)信噪比很高的信道

2-09 用香農(nóng)公式計(jì)算一下，假定信道帶寬為3100 Hz，最大信息傳輸速率為35 kbit/s，那么若想使最大信息傳輸速率增加60%，問(wèn)信噪比S/N 應(yīng)增大到多少倍？如果在剛才計(jì)算出的基礎(chǔ)上將信噪比S/N 再增大到10 倍，問(wèn)最大信息速率能否再增加20%？

將以上數(shù)據(jù)帶入香農(nóng)公式：$35000=3100lo{g}_2^{(1+\frac{S}{N})}$

$lo{g}_2^{(1+\frac{S}{N})}=35000/3100=350/31=l{g}^{(1+\frac{S}{N})}/l{g}_2$

$l{g}^{(1+\frac{S}{N})}=l{g}_2\times 350/31$

$1+\frac{S}{N}=10^{l{g}^{2\times 350/31}}$

$S/N=10^{l{g}^{2\times 350/31}}?1=2505$

最大信息傳輸速率增加60%，設(shè)信噪比應(yīng)該增大到x倍，則易得x=109.396

設(shè)在此基礎(chǔ)上將信噪比S/N 再增大到10 倍，而最大信息傳輸速率可以再增大到y(tǒng) 倍，則
利用香農(nóng)公式，得出y=1.184

即最大信息速率只能再增加18.4%左右。

2-11 假定有一種雙絞線(xiàn)的衰減是0.7 dB/km（在1 kHz 時(shí)），若容許有20 dB 的衰減，試問(wèn)使用這種雙絞線(xiàn)的鏈路的工作距離有多長(zhǎng)？如果要使這種雙絞線(xiàn)的工作距離增大到100 公里，問(wèn)應(yīng)當(dāng)使衰減降低到多少？

這種雙絞線(xiàn)的鏈路的工作距離是： 20 / 0.7 = 28.6 km
若工作距離增大到100 km, 則衰減應(yīng)降低到20 I I 00 = 0.2 dB/km 。

2-13 為什么要使用信道復(fù)用技術(shù)？常用的信道復(fù)用技術(shù)有哪些？

許多用戶(hù)通過(guò)復(fù)用技術(shù)就可以共同使用一個(gè)共享信道來(lái)進(jìn)行通信。雖然復(fù)用要付出一定代價(jià)（共享信道由于帶寬較大因而費(fèi)用也較高，再加上復(fù)用器和分用器也要增加成本），但如果復(fù)用的信道數(shù)量較大，那么總的來(lái)看在經(jīng)濟(jì)上還是合算的。

常用的復(fù)用技術(shù)有 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用（ 包括統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）、波分復(fù)用（ 包括密集波
分復(fù)用和稀疏波分復(fù)用）和碼分復(fù)用（即碼分多址） 。

2-14 試寫(xiě)出下列英文縮寫(xiě)的全文，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的解釋。
FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48。

FDM (Frequency Division Multiplexing) 頻分復(fù)用：給旬個(gè)伈號(hào)分配唯一的載波頻率并通過(guò)單一媒體來(lái)傳輸多個(gè)獨(dú)立信號(hào)的方法。組合多個(gè)信號(hào)的硬件稱(chēng)為復(fù)用器：分離這些信號(hào)的硬件稱(chēng)為分用器。

TOM (Time Division Multiplexing) 時(shí)分復(fù)用：把多個(gè)信號(hào)復(fù)用到單個(gè)硬件傳輸信道，它允許每個(gè)信號(hào)在一個(gè)很短的時(shí)間使用信道， 接著再讓下一個(gè)信號(hào)使用。

STDM (Statistic TDM) 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用：又稱(chēng)為異步時(shí)分復(fù)用，是一種改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用，它能明顯地提高信道的利用率。STDM 幀不是固定分配時(shí)隙， 而是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用可以提高線(xiàn)路的利用率。

WDM (Wavelength Division Multiplexing) 波分復(fù)用：就是光的頻分復(fù)用。入們借用傳統(tǒng)的載波電話(huà)的頻分復(fù)用的概念，就能做到使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào)。這樣就使光纖的傳輸能力成倍地提高了。由于光載波的頻率很高，因此習(xí)慣上用波長(zhǎng)而不用頻率來(lái)表示所使用的光載波。

DWDM (Dense WDM) 密集波分復(fù)用：是波分復(fù)用的一種具體表現(xiàn)形式。DWDM 的波長(zhǎng)間隔很小，不到2 nm, 甚至小于0 .8 nm 。因此現(xiàn)在可以把幾十路甚至一百多路的光載波信號(hào)復(fù)用到一根光纖中來(lái)傳輸。由于DWDM 的普及應(yīng)用，現(xiàn)在人們談?wù)摰腤DM 系統(tǒng)幾乎全都是DWDM 系統(tǒng)。

CDMA (Code Division Multiplex Access) 碼分多址：即碼分復(fù)用，也是一種共享信道的方法。每一個(gè)用戶(hù)可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。由于各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，各用戶(hù)之間并不會(huì)造成干擾，因此這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力。

SONET (Synchronous Optical Network) 同步光纖網(wǎng)：美國(guó)在1988 年首先推出了一個(gè)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)的同步網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)時(shí)鐘都來(lái)自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。SONET 為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€(xiàn)路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84 Mbit/s 為基礎(chǔ)倍增上去。當(dāng)這個(gè)倍數(shù)是768 時(shí)，傳輸速率就近似為40 Gbit/s 。

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 同步數(shù)字系列： ITU-T 以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET 為基礎(chǔ)制定出的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但SDH 的基本速率為155.52 Mbit/s, 稱(chēng)為STM-1 。

STM-1 (Synchronous Transfer Module- I) 第1 級(jí)同步傳遞模塊： 通過(guò)光纖傳輸數(shù)據(jù)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。SDH 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第1 級(jí)同步傳遞模塊（即STM-1) 的傳輸速率是155.52 Mbit/s, 然后把n 倍的速率記為STM-n 。

OC-48 (Optical Carrier-48) : OC (Optical Carrier) 的意思就是光載波，是SONET 標(biāo)準(zhǔn)的表示方法。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第1 級(jí)光載波（即OC-1) 的傳輸速率是51.84 Mbit/s , 然后把n 倍的速率記為OC-n 。例如， OC-48 的比特率是48 倍的OC-1 速率，即2488.32 Mbit/s, 一般就寫(xiě)為2.5 Gbit/s 。

2-16 共有四個(gè)站進(jìn)行碼分多址CDMA 通信。四個(gè)站的碼片序列為：
A: (–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1) B: (–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)
C: (–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1) D: (–1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1)
現(xiàn)收到這樣的碼片序列：(–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1)。問(wèn)哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的是1 還是0？

A 站的內(nèi)積： (-1 +1-3 +1 -1 -3 +1 +1)? (-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) / 8
= (+1 -1 +3 +1 -1 +3 +1 +1) / 8 = 1
B 站的內(nèi)積： (-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)? (-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) / 8
=(+1-1-3-1 - 1-3+1-1) / 8=-1
C 站的內(nèi)積： (- 1 +1 -3 +1 - 1 - 3 +1 +1)? (-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) / 8
=(+1 +1 +3+1-1-3-1-1)/8=0
D 站的內(nèi)積： (-1 +1 -3 +1 -1 - 3 +1 +1)? (-1 +1 -1 -1-1 -1+1-1)/8
= (+1 +1 +3 - 1 +1 +3 +1 -1) / 8 = 1
因此， A 和D 發(fā)送1, B 發(fā)送0, 而C 未發(fā)送數(shù)據(jù)。

第三章 數(shù)據(jù)鏈路層

3-01 數(shù)據(jù)鏈路（即邏輯鏈路）與鏈路（即物理鏈路）有何區(qū)別？“電路接通了”與“數(shù)據(jù)鏈路接通了”的區(qū)別何在？

所謂鏈路就是從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到相鄰結(jié)點(diǎn)的一段物理線(xiàn)路，而中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信路徑往往要經(jīng)過(guò)許多段這樣的鏈路。可見(jiàn)鏈路只是一條路徑的組成部分。

數(shù)據(jù)鏈路則是另一個(gè)概念。這是因?yàn)楫?dāng)需要在一條線(xiàn)路上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，除了必須有一條物理線(xiàn)路外，還必須有一些必要的通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。現(xiàn)在最常用的方法是使用網(wǎng)絡(luò)適配器（如撥號(hào)上網(wǎng)使用撥號(hào)適配器，以及通過(guò)以太網(wǎng)上網(wǎng)使用局域網(wǎng)適配器）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件。一般的適配器都包括了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的功能。

也有人采用另外的術(shù)語(yǔ)。這就是把鏈路分為物理鏈路和邏輯鏈路。物理鏈路就是上面所說(shuō)的鏈路，而邏輯鏈路就是上面的數(shù)據(jù)鏈路，是物理鏈路加上必要的通信協(xié)議。

3-02 數(shù)據(jù)鏈路層中的鏈路控制包括哪些功能？試討論數(shù)據(jù)鏈路層做成可靠的鏈路層有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

鏈路控制的主要功能有三： (1) 封裝成幀； (2) 透明傳輸； (3) 差錯(cuò)檢測(cè)。

數(shù)據(jù)鏈路層做成可靠的鏈路層，就表示從源主機(jī)到目的主機(jī)的整個(gè)通信路徑中的每一段鏈路的通信都是可靠的。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)及早發(fā)現(xiàn)傳輸中出了差錯(cuò)，因而可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層的重傳來(lái)糾正這個(gè)差錯(cuò)。如果數(shù)據(jù)鏈路層不是做成可靠的鏈路層，那么當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)收到的幀有差錯(cuò)時(shí)（不管數(shù)據(jù)鏈路層是否做成是可靠的，這個(gè)檢查差錯(cuò)的步驟總是要有的），就僅僅丟棄有差錯(cuò)的幀，而并不通知發(fā)送結(jié)點(diǎn)重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的幀。只有當(dāng)目的主機(jī)的高層協(xié)議（例如，運(yùn)輸層協(xié)議TC P ) 發(fā)現(xiàn)了這個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，才通知源主機(jī)重傳出現(xiàn)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)。但這時(shí)已經(jīng)較遲了，可能要重傳較多的數(shù)據(jù)（包括沒(méi)有出差錯(cuò)的數(shù)據(jù)），對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源有些浪費(fèi)。

但是，有時(shí)高層協(xié)議使用的是不可靠的傳輸協(xié)議UDP 。UDP 并不要求重傳有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)。在這種情況下，如果數(shù)據(jù)鏈路層做成是可靠的鏈路層，那么在某些情況下這并不會(huì)帶來(lái)更多的好處（例如，當(dāng)高層傳送實(shí)時(shí)音頻或視頻信號(hào)時(shí)） 。換言之，增加了可靠性，犧牲了實(shí)時(shí)性，有時(shí)反而是不合適的。

3-03 網(wǎng)絡(luò)適配器的作用是什么？網(wǎng)絡(luò)適配器工作在哪一層？

適配器又稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)接口卡或簡(jiǎn)稱(chēng)為“網(wǎng)卡＂。在適配器上面裝有處理器和存儲(chǔ)器（包括RAM 和ROM) 。適配器和局域網(wǎng)之間的通信是通過(guò)電纜或雙絞線(xiàn)以串行傳輸方式進(jìn)行的，而適配器和計(jì)算機(jī)之間的通信則是通過(guò)計(jì)算機(jī)主板上的I/O總線(xiàn)以并行傳輸方式進(jìn)行的。因此，適配器的一個(gè)重要功能就是要進(jìn)行數(shù)據(jù)串行傳輸和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換。由千網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)率和計(jì)算機(jī)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)率并不相同，因此在適配器中必須裝有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存的存儲(chǔ)芯片。若在主板上插入適配器時(shí)，還必須把管理該適配器的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序安裝在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序以后就會(huì)告訴適配器，應(yīng)當(dāng)從存儲(chǔ)器的什么位置上把多長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊發(fā)送到局域網(wǎng)， 或 者應(yīng)當(dāng)在存儲(chǔ)器的什么位置上把局域網(wǎng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)下來(lái)。適配器還要能夠?qū)崿F(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

適配器接收和發(fā)送各種幀時(shí)不使用計(jì)算機(jī)的CPU。這時(shí)CPU 可以處理其他任務(wù)。當(dāng)適器收到有差錯(cuò)的幀時(shí)， 就把這個(gè)幀丟棄而不必通知計(jì)算機(jī)。當(dāng)適配器收到正確的幀時(shí)， 它就使用中斷來(lái)通知該計(jì)算機(jī)并交付協(xié)議棧中的網(wǎng)絡(luò)層。當(dāng)計(jì)算機(jī)要發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就由協(xié)議棧把IP 數(shù)據(jù)報(bào)向下交給適配器， 組裝成幀后發(fā)送到局域網(wǎng)。

3-04 數(shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題（封裝成幀、透明傳輸和差錯(cuò)檢測(cè)）為什么都必須加以解決？

封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部（在首部和尾部里面有許多必要的控制信息） ， 這樣就構(gòu)成了一個(gè)幀。接收端在收到物理層上交的比特流后，就能根據(jù)首部和尾部的標(biāo)記，從收到的比特流中識(shí)別幀的開(kāi)始和結(jié)束。

所謂“透明傳輸”就是上層交下來(lái)的數(shù)據(jù)，不管是什么形式的比特組合，都必須能夠正確傳送。由千幀的開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)記是使用專(zhuān)門(mén)指明的控制字符，因此，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中的任何比特組合一定不允許和用作幀定界的控制字符的比特編碼一樣，否則就會(huì)出現(xiàn)幀定界的錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)鏈路層不應(yīng)當(dāng)對(duì)要傳送的數(shù)據(jù)提出限制，即不應(yīng)當(dāng)規(guī)定某種形式的比特組合不能夠傳送。

如果數(shù)據(jù)鏈路層沒(méi)有差錯(cuò)檢測(cè)， 那么當(dāng)目的主機(jī)收到其他主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)，在交給高層后，如果應(yīng)用程序要求收到的數(shù)據(jù)必須正確無(wú)誤，那么目的主機(jī)的高層軟件可以對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中有差錯(cuò)，就可以請(qǐng)求源主機(jī)重傳這些數(shù)據(jù)。這樣做就可以達(dá)到正確接收數(shù)據(jù)的目的。但這種工作方式有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是一些在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)（請(qǐng)注意，這些已經(jīng)是沒(méi)有用處的數(shù)據(jù)）還會(huì)繼續(xù)在網(wǎng)絡(luò)中傳送，這樣就浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)的資源。例如，源主機(jī)到目的主機(jī)的路徑中共有20 個(gè)結(jié)點(diǎn)。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，第一個(gè)結(jié)點(diǎn)就檢測(cè)出了差錯(cuò)。如果數(shù)據(jù)鏈路層有差錯(cuò)檢測(cè)的功能，就可以把這個(gè)有差錯(cuò)的幀丟棄，以后就不再傳送了。否則這個(gè)沒(méi)有用處的幀還要在網(wǎng)絡(luò)上繼續(xù)傳送， 還要陸續(xù)通過(guò)后面的19個(gè)結(jié)點(diǎn)，這就造成了網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。

3-05 如果在數(shù)據(jù)鏈路層不進(jìn)行封裝成幀，會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題？

如果在數(shù)據(jù)鏈路層不進(jìn)行封裝成幀，那么數(shù)據(jù)鏈路層在收到一些數(shù)據(jù)時(shí)，就無(wú)法知道對(duì)方傳送的數(shù)據(jù)中哪些是數(shù)據(jù)，哪些是控制信息，甚至數(shù)據(jù)中有沒(méi)有差錯(cuò)也不清楚（因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)）。數(shù)據(jù)鏈路層也無(wú)法知道數(shù)據(jù)傳送結(jié)束了沒(méi)有，因此不知道應(yīng)當(dāng)在什么時(shí)候把收到的數(shù)據(jù)交給上一層。

3-06 PPP 協(xié)議的主要特點(diǎn)是什么？為什么PPP 不使用幀的編號(hào)？PPP 適用于什么情況？為什么PPP 協(xié)議不能使數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)可靠傳輸？

PPP 協(xié)議具有以下的一些特點(diǎn)：

(1) 簡(jiǎn)單： PPP 協(xié)議很簡(jiǎn)單。接收方每收到一個(gè)幀，就進(jìn)行C RC 檢驗(yàn)。如CRC 檢驗(yàn)正確，就收下這個(gè)幀；反之，就丟棄這個(gè)幀，其他什么也不做。

(2) 封裝成幀： PPP 協(xié)議規(guī)定了特殊的字符作為幀定界符，以便使接收端從收到的比特流中能準(zhǔn)確地找出幀的開(kāi)始和結(jié)束位置。

(3) 透明性： PPP 協(xié)議能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐该餍浴Ｈ绻麛?shù)據(jù)中碰巧出現(xiàn)了和幀定界符一樣的比特組合， PPP 規(guī)定了一些措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題

(4) 支待多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議： PPP 協(xié)議支待多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IP 和IPX 等）在同一條物理鏈路上的運(yùn)行。當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路所連接的是局域網(wǎng)或路由器時(shí)， PPP 協(xié)議必須同時(shí)支待在鏈路所連接的局域網(wǎng)或路由器上運(yùn)行的各種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。

(5) 支待多種類(lèi)型鏈路： PPP 能夠在多種類(lèi)型的鏈路上運(yùn)行。例如，串行的（ 一次只發(fā)送一個(gè)比特）或并行的（一次并行地發(fā)送多個(gè)比特），同步的或異步的，低速的或高速的，電的或光的，交換的（動(dòng)態(tài)的）或非交換的（靜態(tài)的）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路。

PPP 不使用幀的編號(hào)，因?yàn)閹木幪?hào)是為了出錯(cuò)時(shí)可以有效地重傳，而PPP 并不需要實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。

PPP 適用千線(xiàn)路質(zhì)量不太差的清況下。如果通信線(xiàn)路太差，傳輸就會(huì)頻頻出錯(cuò)。但PPP又沒(méi)有編號(hào)和確認(rèn)機(jī)制，這樣就必須靠上層的協(xié)議（有編號(hào)和重傳機(jī)制）才能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_無(wú)誤。這樣就使數(shù)據(jù)的傳輸效率降低。

3-07 要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011。采用CRC 的生成多項(xiàng)式是P(X) = $X^4$ + X + 1。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。
數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中最后一個(gè)1 變成了0，問(wèn)接收端能否發(fā)現(xiàn)？
若數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中最后兩個(gè)1 都變成了0，問(wèn)接收端能否發(fā)現(xiàn)？
采用 CRC 檢驗(yàn)后，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？

用二進(jìn)制表示是P = 10011。現(xiàn)在除數(shù)是5 位，因此在數(shù)據(jù)后面添加4 個(gè)0 就得出被除數(shù)（如圖T-3-07-a 所示）。

除法運(yùn)算得出的余數(shù)R 就是應(yīng)當(dāng)添加在數(shù)據(jù)后面的檢驗(yàn)序列： 1110 。現(xiàn)在數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中最后一個(gè)1 變成了O, 即1101011010 。然后把檢驗(yàn)序列1110 接在數(shù)據(jù)110101 1010 的后面。下一步就是進(jìn)行CRC 檢驗(yàn)（如圖T-3-07-b 所示）。

從圖T-3-07-b 可看出，余數(shù)R 不為零，因此判定所接收的數(shù)據(jù)有差錯(cuò)。可見(jiàn)這里的CRC檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)差錯(cuò)。若數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中最后兩個(gè)1 都變成了o, 即1101011000 。把檢驗(yàn)序列1110 接在數(shù)據(jù)1101011000 的后面，下一步就是進(jìn)行CRC 檢驗(yàn)（如圖T-3-07-c 所示）。

現(xiàn)在余數(shù)R 不為零，因此判定所接收的數(shù)據(jù)有差錯(cuò)。可見(jiàn)這里的CRC 檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)差錯(cuò)。
采用CRC 檢驗(yàn)后，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸并非變成了可靠的傳輸。當(dāng)接收方進(jìn)行CRC 檢驗(yàn)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)，就簡(jiǎn)單地丟棄這個(gè)幀。數(shù)據(jù)鏈路層并不能保證接收方接收到的和發(fā)送方發(fā)送的完全一樣。

3-08 要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101110。采用CRC 的生成多項(xiàng)式是P(X) = $X^3$ + 1。試求應(yīng)添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。

CRC 的生成多項(xiàng)式是P(X) =x3 + 1, 因此用二進(jìn)制表示的除數(shù)P= 1001 。除數(shù)是4位。在數(shù)據(jù)后面要添加3 個(gè)0 。
進(jìn)行CRC 運(yùn)算后，得出余數(shù)R = 011 C 如圖T-3-08 所示）。

3-09 一個(gè) PPP 幀的數(shù)據(jù)部分（用十六進(jìn)制寫(xiě)出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。試問(wèn)真正的數(shù)據(jù)是什么（用十六進(jìn)制寫(xiě)出）？

把由轉(zhuǎn)義符7D 開(kāi)始的2 字節(jié)序列用下劃線(xiàn)標(biāo)出：
7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E
7D 5E 應(yīng)當(dāng)還原成為7E 。
7D 5D 應(yīng)當(dāng)還原成為7D 。
因此，真正的數(shù)據(jù)部分是： 7E FE 27 7D 7D 65 7E

3-10 PPP 協(xié)議使用同步傳輸技術(shù)傳送比特串0110111111111100。試問(wèn)經(jīng)過(guò)零比特填充后變成怎樣的比特串？若接收端收到的PPP 幀的數(shù)據(jù)部分是0001110111110111110110，問(wèn)刪除發(fā)送端加入的零比特后變成怎樣的比特串？

第一個(gè)比特串0110111111111100:
零比特填充就是在一連5 個(gè)1 之后必須插入一個(gè)0 。
經(jīng)過(guò)零比特填充后變成011011111011111000 (加下劃線(xiàn)的0 是填充的）
另一個(gè)比特串0001110111110111110110:
刪除發(fā)送端加入的零比特，就是把一連5 個(gè)1 后面的0 刪除。因此，刪除發(fā)送端加入的
零比特后就得出：000111011111-11111-110 (連字符表示刪除了0) 。

3-13 局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)是什么？為什么局域網(wǎng)采用廣播通信方式而廣域網(wǎng)不采用呢？

局域網(wǎng)最主要的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)單位所擁有，且地理范圍和站點(diǎn)數(shù)目均有限。在局域網(wǎng)剛剛出現(xiàn)時(shí)，局域網(wǎng)比廣域網(wǎng)具有更高的數(shù)據(jù)率、更低的時(shí)延和更小的誤碼率。但隨著光纖技術(shù)在廣域網(wǎng)中普遍使用，現(xiàn)在廣域網(wǎng)也具有很高的數(shù)據(jù)率和很低的誤碼率。

局域網(wǎng)的地理范圍較小，且為一個(gè)單位所擁有，采用廣播通信方式十分簡(jiǎn)單方便。但廣域網(wǎng)的地理范圍很大，如果采用廣播通信方式勢(shì)必造成通信資源的極大浪費(fèi)，因此廣域網(wǎng)不采用廣播通信方式。

3-16 數(shù)據(jù)率為 10 Mbit/s 的以太網(wǎng)在物理媒體上的碼元傳輸速率是多少碼元/秒？

從圖T-3-16 可以看出，數(shù)據(jù)率為10 Mbit/s 的以太網(wǎng)就表明，在以太網(wǎng)適配器中，在進(jìn)行曼徹斯特編碼之前，基帶信號(hào)是每秒發(fā)送$10\times 10^6$個(gè)碼元。但是經(jīng)過(guò)曼徹斯特編碼器之后，原來(lái)的信號(hào)源的每一個(gè)碼元都變成了兩個(gè)碼元。因此，最后經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)適配器發(fā)送到線(xiàn)路上的碼元速率是每秒$20\times 10^6$ 個(gè)碼元，即速率是每秒20 兆碼元。
請(qǐng)注意，也有的曼徹斯特編碼出現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的規(guī)定，正好與圖T-3-16 所示的相反。也就
是說(shuō)， 1 對(duì)應(yīng)千曼徹斯特編碼的負(fù)跳變，而0 對(duì)應(yīng)千曼徹斯特編碼的正跳變。

3-18 試說(shuō)明 10BASE-T 中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

“10” 代表這種以太網(wǎng)具有10 Mbit/s 的數(shù)據(jù)率， BASE 表示連接線(xiàn)上的信號(hào)是基帶信號(hào)， T 代表雙絞線(xiàn)(Twisted-pair) 。

3-19 以太網(wǎng)使用的CSMA/CD 協(xié)議是以爭(zhēng)用方式接入到共享信道的。這與傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用TDM 相比優(yōu)缺點(diǎn)如何？

應(yīng)當(dāng)說(shuō)， CSMA/CD 協(xié)議與傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用TOM 各有優(yōu)缺點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷較輕時(shí)， CSMA/CD 協(xié)議很靈活，哪個(gè)站想發(fā)送就可以發(fā)送，而且發(fā)生碰撞的概率很小。如使用時(shí)分復(fù)用TOM, 效率就比較低。當(dāng)很多站沒(méi)有信息要發(fā)送時(shí)，分配到的時(shí)隙也浪費(fèi)了。但網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重時(shí)， CSMA/CD 協(xié)議引起的碰撞很多，重傳經(jīng)常發(fā)生，因而效率大大降低。但這時(shí)TOM 的效率就很高。
這好比在一個(gè)城市中的交叉路口的紅綠燈系統(tǒng)。當(dāng)車(chē)輛很少時(shí)，紅綠燈可能會(huì)產(chǎn)生一些不必要的紅燈等待。但車(chē)輛的流量很大時(shí)，使用紅綠燈系統(tǒng)就是非常必要的，可以使得車(chē)輛的通行有條不紊。

3-20 假定 1 km 長(zhǎng)的CSMA/CD 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1 Gbit/s。設(shè)信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上的傳播速率為200 000 km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長(zhǎng)。

1 km 長(zhǎng)的CSMA/CD 網(wǎng)絡(luò)的端到端傳播時(shí)延= (1 km)/ (200000 km/s) = 5μs
$2\tau = 10 \mu s $, 在此時(shí)間內(nèi)要發(fā)送(1Gbit/s) (10μs) = 10000 bit
只有經(jīng)過(guò)這樣一段時(shí)間后發(fā)送端才能收到碰撞的信息（如果發(fā)生碰撞的話(huà)），也才能檢測(cè)
到碰撞的發(fā)生。
因此，最短幀長(zhǎng)為1 0000 bit, 或1250 字節(jié)。

3-22 假定在使用 CSMA/CD 協(xié)議的10 Mbit/s 以太網(wǎng)中某個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)到碰撞，執(zhí)行退避算法時(shí)選擇了隨機(jī)數(shù)r = 100。試問(wèn)這個(gè)站需要等待多長(zhǎng)時(shí)間后才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)？如果是100 Mbit/s 的以太網(wǎng)呢？

對(duì)于10 Mbit/s 的以太網(wǎng)，爭(zhēng)用期是512 比特時(shí)間。現(xiàn)在r = 100, 因此退避時(shí)間是51200 比特時(shí)間。
這個(gè)站需要等待的時(shí)間是51200 / 10 = 5120μs = 5.12 ms 。
對(duì)于1 00 Mbit/s 的以太網(wǎng)，爭(zhēng)用期仍然是512 比特時(shí)間，退避時(shí)間是51200 比特時(shí)間。
因此，這個(gè)站需要等待的時(shí)間是51200 / 100 = S 12μs 。

3-24 假定站點(diǎn) A 和B 在同一個(gè)10 Mbit/s 以太網(wǎng)網(wǎng)段上。這兩個(gè)站點(diǎn)之間的傳播時(shí)延為225 比特時(shí)間。現(xiàn)假定A 開(kāi)始發(fā)送一幀，并且在A 發(fā)送結(jié)束之前B 也發(fā)送一幀。如果A 發(fā)送的是以太網(wǎng)所容許的最短的幀，那么A 在檢測(cè)到和B 發(fā)生碰撞之前能否把自己的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢？換言之，如果A 在發(fā)送完畢之前并沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，那么能否肯定A 所發(fā)送的幀不會(huì)和B 發(fā)送的幀發(fā)生碰撞？（提示：在計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到每一個(gè)以太網(wǎng)幀在發(fā)送到信道上時(shí)，在MAC 幀前面還要增加若干字節(jié)的前同步碼和幀定界符。）

3-25 在上題中的站點(diǎn)A 和B 在t = 0 時(shí)同時(shí)發(fā)送了數(shù)據(jù)幀。當(dāng)t = 225 比特時(shí)間，A 和B同時(shí)檢測(cè)到發(fā)生了碰撞，并且在t = 225 + 48 = 273 比特時(shí)間完成了干擾信號(hào)的傳輸。A 和B 在CSMA/CD 算法中選擇不同的r 值退避。假定A 和B 選擇的隨機(jī)數(shù)分別是$r_A$ = 0 和$r_B$ = 1。試問(wèn)A 和B 各在什么時(shí)間開(kāi)始重傳其數(shù)據(jù)幀？A 重傳的數(shù)據(jù)幀在什么時(shí)間到達(dá)B？A 重傳的數(shù)據(jù)會(huì)不會(huì)和B 重傳的數(shù)據(jù)再次發(fā)送碰撞？B 會(huì)不會(huì)在預(yù)定的重傳時(shí)間停止發(fā)送數(shù)據(jù)？

3-27 有 10 個(gè)站連接到以太網(wǎng)上。試計(jì)算以下三種情況下每一個(gè)站所能得到的帶寬。
(1) 10 個(gè)站都連接到一個(gè)10 Mbit/s 以太網(wǎng)集線(xiàn)器；
(2) 10 個(gè)站都連接到一個(gè)100 Mbit/s 以太網(wǎng)集線(xiàn)器；
(3) 10 個(gè)站都連接到一個(gè)10 Mbit/s 以太網(wǎng)交換機(jī)。

3-28 10 Mbit/s 以太網(wǎng)升級(jí)到100 Mbit/s、1 Gbit/s 和10 Gbit/s 時(shí)，都需要解決哪些技術(shù)問(wèn)題？為什么以太網(wǎng)能夠在發(fā)展的過(guò)程中淘汰掉自己的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并使自己的應(yīng)用范圍從局域網(wǎng)一直擴(kuò)展到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)？

3-30 在圖 3-30 中，某學(xué)院的以太網(wǎng)交換機(jī)有三個(gè)接口分別和學(xué)院三個(gè)系的以太網(wǎng)相連，另外三個(gè)接口分別和電子郵件服務(wù)器、萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器以及一個(gè)連接互聯(lián)網(wǎng)的路由器相連。圖中的A, B 和C 都是100 Mbit/s 以太網(wǎng)交換機(jī)。假定所有的鏈路的速率都是100 Mbit/s，并且圖中的9 臺(tái)主機(jī)中的任何一個(gè)都可以和任何一個(gè)服務(wù)器或主機(jī)通信。試計(jì)算這9 臺(tái)主機(jī)和兩個(gè)服務(wù)器產(chǎn)生的總的吞吐量的最大值。為什么？
3-31 假定在圖 3-30 中的所有鏈路的速率仍然為100 Mbit/s，但三個(gè)系的以太網(wǎng)交換機(jī)都換成為100 Mbit/s 的集線(xiàn)器。試計(jì)算這9 臺(tái)主機(jī)和兩個(gè)服務(wù)器產(chǎn)生的總的吞吐量的最大值。為什么？

3-33 在圖 3-31 中，以太網(wǎng)交換機(jī)有6 個(gè)接口，分別接到5 臺(tái)主機(jī)和一個(gè)路由器。
在下面表中的“動(dòng)作”一欄中，表示先后發(fā)送了4 個(gè)幀。假定在開(kāi)始時(shí)，以太網(wǎng)交換機(jī)的交換表是空的。試把該表中其他的欄目都填寫(xiě)完。

動(dòng)作交換機(jī)的狀態(tài)向哪些接口轉(zhuǎn)發(fā)幀說(shuō)明

A 發(fā)送幀給D
D 發(fā)送幀給A
E 發(fā)送幀給A
A 發(fā)送幀給E

第四章 網(wǎng)絡(luò)層

4-01 網(wǎng)絡(luò)層向上提供的服務(wù)有哪兩種？試比較其優(yōu)缺點(diǎn)。

4-02 網(wǎng)絡(luò)互連有何實(shí)際意義？進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，有哪些共同的問(wèn)題需要解決？

4-03 作為中間設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)器、網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)有何區(qū)別？

4-04 試簡(jiǎn)單說(shuō)明下列協(xié)議的作用：IP, ARP, RARP 和ICMP。

4-05 IP 地址分為幾類(lèi)？各如何表示？IP 地址的主要特點(diǎn)是什么？

4-07 試說(shuō)明 IP 地址與硬件地址的區(qū)別。為什么要使用這兩種不同的地址？

4-09
(1) 子網(wǎng)掩碼為 255.255.255.0 代表什么意思？
(2) 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)在掩碼為255.255.255.248，問(wèn)該網(wǎng)絡(luò)能夠連接多少臺(tái)主機(jī)？
(3) 一個(gè)A 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)B 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)號(hào)subnet-id 分別為16 個(gè)1 和8 個(gè)1，問(wèn)這
兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼有何不同？
(4) 一個(gè) B 類(lèi)地址的子網(wǎng)掩碼是255.255.240.0。試問(wèn)在其中每一個(gè)子網(wǎng)上的主機(jī)數(shù)最
多是多少？
(5) 一個(gè)A 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼為255.255.0.255，它是否為有效的子網(wǎng)掩碼？
(6) 某個(gè) IP 地址的十六進(jìn)制表示是C2.2F.14.81，試將其轉(zhuǎn)換為點(diǎn)分十進(jìn)制的形式。
這個(gè)地址是哪一類(lèi)IP 地址？
(7) C 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)使用子網(wǎng)掩碼有無(wú)實(shí)際意義？為什么？

4-13 設(shè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)使用固定首部，其各字段的具體數(shù)值如圖4-65 所示（除IP 地址外，均為十進(jìn)制表示）。試用二進(jìn)制運(yùn)算方法計(jì)算應(yīng)當(dāng)寫(xiě)入到首部檢驗(yàn)和字段中的數(shù)值（用二進(jìn)制表示）。

4-15 什么是最大傳送單元MTU？它和IP數(shù)據(jù)報(bào)首部中的哪個(gè)字段有關(guān)系？

4-16 在互聯(lián)網(wǎng)中將IP數(shù)據(jù)報(bào)分片傳送的數(shù)據(jù)報(bào)在最后的目的主機(jī)進(jìn)行組裝。還可以有另一種做法，即數(shù)據(jù)報(bào)片通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)就進(jìn)行一次組裝。試比較這兩種方法的優(yōu)劣。

4-19 主機(jī) A 發(fā)送IP 數(shù)據(jù)報(bào)給主機(jī)B，途中經(jīng)過(guò)了5 個(gè)路由器。試問(wèn)在IP 數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送過(guò)程中總共使用了幾次ARP?

4-20 設(shè)某路由器建立了如下路由表：

目的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼下一跳

128.96.39.0	255.255.255.128	接口 m0
128.96.39.128	255.255.255.128	接口 m1
128.96.40.0	255.255.255.128	R2
192.4.153.0	255.255.255.192	R3
*（默認(rèn)）	-	R4

現(xiàn)共收到 5 個(gè)分組，其目的地址分別為：
(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
試分別計(jì)算其下一跳。

4-26 有如下的 4 個(gè)/24 地址塊，試進(jìn)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

4-28 已知路由器 R1 的路由表如表4-13 所示。

地址掩碼目的網(wǎng)絡(luò)地址下一跳地址路由器接口

/26	140.5.12.64	180.15.2.5	m2
/24	130.5.8.0	190.16.6.2	m1
/16	110.71.0.0	-----	m0
/16	180.15.0.0	-----	m2
/16	190.16.0.0	-----	m1
默認(rèn)	默認(rèn)	110.71.4.5	m0

試畫(huà)出各網(wǎng)絡(luò)和必要的路由器的連接拓?fù)?#xff0c;標(biāo)注出必要的IP地址和接口。對(duì)不能確定的情況應(yīng)當(dāng)指明。

4-30 一個(gè)大公司有一個(gè)總部和三個(gè)下屬部門(mén)。公司分配到的網(wǎng)絡(luò)前綴是 192.77.33/24。公司的網(wǎng)絡(luò)布局如圖4-67 所示。總部共有5 個(gè)局域網(wǎng)，其中的LAN1 ~ LAN4 都連接到路由器R1 上，R1 再通過(guò)LAN5 與路由器R2 相連。R2 和遠(yuǎn)地的三個(gè)部門(mén)的局域網(wǎng)LAN6 ~ LAN8 通過(guò)廣域網(wǎng)相連。每一個(gè)局域網(wǎng)旁邊標(biāo)明的數(shù)字是局域網(wǎng)上的主機(jī)數(shù)。試給每一個(gè)局域網(wǎng)分配一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)前綴。

4-31 以下地址中的哪一個(gè)和86.32/12 匹配？請(qǐng)說(shuō)明理由。
(1) 86.33.224.123；
(2) 86.79.65.216；
(3) 86.58.119.74；
(4) 86.68.206.154。

4-33 下面的前綴中的哪一個(gè)和地址152.7.77.159 及152.31.47.252 都匹配？請(qǐng)說(shuō)明理由。
(1) 152.40/13；(2) 153.40/9；(3)152.64/12；(4) 152.0/11。

4-35 已知地址塊中的一個(gè)地址是140.120.84.24/20。試求這個(gè)地址塊中的最小地址和最大地址。地址掩碼是什么？地址塊中共有多少個(gè)地址？相當(dāng)于多少個(gè)C 類(lèi)地址？

4-36 已知地址塊中的一個(gè)地址是190.87.140.202/29。重新計(jì)算上題。

4-41 假定網(wǎng)絡(luò)中的路由器B 的路由表有如下的項(xiàng)目（這三列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”、“距離”和“下一跳路由器”）：
$$\begin{gathered} N_{1}7A \\ {N}_{2}2C \\ {N}_{6}8F \\ {N}_{8}4E \\ {N}_{9}4F \end{gathered}$$
現(xiàn)在 B 收到從C 發(fā)來(lái)的路由信息（這兩列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”和“距離”）：
$$\begin{gathered} N_{2}4 \\ {N}_{3}8 \\ {N}_{6}4 \\ {N}_{8}3 \\ {N}_{9}5 \end{gathered}$$
試求出路由器B 更新后的路由表（詳細(xì)說(shuō)明每一個(gè)步驟）。

4-42 假定網(wǎng)絡(luò)中的路由器A 的路由表有如下的項(xiàng)目（格式同上題）：
$$\begin{gathered} N_{1}4B \\ {N}_{2}2C \\ {N}_{3}1F \\ {N}_{4}5G \end{gathered}$$
現(xiàn)在 A 收到從C 發(fā)來(lái)的路由信息（格式同上題）：
$$\begin{gathered} N_{1}2 \\ {N}_{2}1 \\ {N}_{3}3 \\ {N}_{4}7 \end{gathered}$$
試求出路由器A 更新后的路由表（詳細(xì)說(shuō)明每一個(gè)步驟）。

4-45 什么是 NAT？NAPT 有哪些特點(diǎn)？NAT 的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？

4-54 某單位分配到一個(gè)起始地址為14.24.74.0/24 的地址塊。該單位需要用到三個(gè)子網(wǎng)，他們的三個(gè)子地址塊的具體要求是：子網(wǎng)N1 需要120 個(gè)地址，子網(wǎng)N2 需要60 個(gè)地址，子網(wǎng)N3 需要10 個(gè)地址。請(qǐng)給出地址塊的分配方案。

第五章 運(yùn)輸層

5-08 為什么說(shuō) UDP 是面向報(bào)文的，而TCP 是面向字節(jié)流的？

5-09 端口的作用是什么？為什么端口號(hào)要?jiǎng)澐譃槿N？

5-11 某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程使用運(yùn)輸層的用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)UDP，然后繼續(xù)向下交給IP 層后，又封裝成IP 數(shù)據(jù)報(bào)。既然都是數(shù)據(jù)報(bào)，是否可以跳過(guò)UDP 而直接交給IP 層？哪些功能UDP提供了但I(xiàn)P 沒(méi)有提供？

5-12 一個(gè)應(yīng)用程序用UDP，到了IP 層把數(shù)據(jù)報(bào)再劃分為4 個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片發(fā)送出去。結(jié)果前兩個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片丟失，后兩個(gè)到達(dá)目的站。過(guò)了一段時(shí)間應(yīng)用程序重傳UDP，而IP 層仍然劃分為4 個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片來(lái)傳送。結(jié)果這次前兩個(gè)到達(dá)目的站而后兩個(gè)丟失。
試問(wèn)：在目的站能否將這兩次傳輸?shù)? 個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片組裝成為完整的數(shù)據(jù)報(bào)？假定目的站第一次收到的后兩個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片仍然保存在目的站的緩存中。

5-13 一個(gè) UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)字段為8192 字節(jié)。在鏈路層要使用以太網(wǎng)來(lái)傳送。試問(wèn)應(yīng)當(dāng)劃分為幾個(gè)IP 數(shù)據(jù)報(bào)片？說(shuō)明每一個(gè)IP 數(shù)據(jù)報(bào)片的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度和片偏移字段的值。

5-14 一個(gè)UDP 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)的首部的十六進(jìn)制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17。試求源端口、目的端口、用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度。這個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)是從客戶(hù)發(fā)送給服務(wù)器還是從服務(wù)器發(fā)送給客戶(hù)？使用UDP 的這個(gè)服務(wù)器程序是什么？

5-21 假定使用連續(xù)ARQ 協(xié)議，發(fā)送窗口大小是3，而序號(hào)范圍是[0, 15]，而傳輸媒體保證在接收方能夠按序收到分組。在某一時(shí)刻，在接收方，下一個(gè)期望收到的序號(hào)是5。試問(wèn)：
(1) 在發(fā)送方的發(fā)送窗口中可能出現(xiàn)的序號(hào)組合有哪些？
(2) 接收方已經(jīng)發(fā)送出的、但在網(wǎng)絡(luò)中（即還未到達(dá)發(fā)送方）的確認(rèn)分組可能有哪些？說(shuō)明這些確認(rèn)分組是用來(lái)確認(rèn)哪些序號(hào)的分組。

5-23 主機(jī) A 向主機(jī)B 連續(xù)發(fā)送了兩個(gè)TCP 報(bào)文段，其序號(hào)分別是70 和100。試問(wèn)：
(1) 第一個(gè)報(bào)文段攜帶了多少字節(jié)的數(shù)據(jù)？
(2) 主機(jī) B 收到第一個(gè)報(bào)文段后發(fā)回的確認(rèn)中的確認(rèn)號(hào)應(yīng)當(dāng)是多少？
(3) 如果 B 收到第二個(gè)報(bào)文段后發(fā)回的確認(rèn)中的確認(rèn)號(hào)是180，試問(wèn)A 發(fā)送的第二個(gè)報(bào)文段中的數(shù)據(jù)有多少字節(jié)？
(4) 如果 A 發(fā)送的第一個(gè)報(bào)文段丟失了，但第二個(gè)報(bào)文段到達(dá)了B。B 在第二個(gè)報(bào)文段到達(dá)后向A 發(fā)送確認(rèn)。試問(wèn)這個(gè)確認(rèn)號(hào)應(yīng)為多少？

5-24 一個(gè) TCP 連接下面使用256 kbit/s 的鏈路，其端到端時(shí)延為128 ms。經(jīng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)吞吐量只有120 kbit/s。試問(wèn)發(fā)送窗口W 是多少？（提示：可以有兩種答案，取決于接收端發(fā)出確認(rèn)的時(shí)機(jī)。）

5-27 一個(gè) TCP 報(bào)文段的數(shù)據(jù)部分最多為多少個(gè)字節(jié)？為什么？如果用戶(hù)要傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度超過(guò)TCP 報(bào)文段中的序號(hào)字段可能編出的最大序號(hào)，問(wèn)還能否用TCP 來(lái)傳送？

5-38 設(shè) TCP 的ssthresh 的初始值為8（單位為報(bào)文段）。當(dāng)擁塞窗口上升到12 時(shí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了超時(shí)，TCP 使用慢開(kāi)始和擁塞避免。試分別求出第1 輪次到第15 輪次傳輸?shù)母鲹砣翱诖笮　Ｄ隳苷f(shuō)明擁塞窗口每一次變化的原因嗎？

5-39 TCP 的擁塞窗口cwnd 大小與傳輸輪次n 的關(guān)系如下所示：

(1) 試畫(huà)出如圖 5-25 所示的擁塞窗口與傳輸輪次的關(guān)系曲線(xiàn)。
(2) 指明 TCP 工作在慢開(kāi)始階段的時(shí)間間隔。
(3) 指明 TCP 工作在擁塞避免階段的時(shí)間間隔。
(4) 在第 16 輪次和第22 輪次之后發(fā)送方是通過(guò)收到三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)還是通過(guò)超時(shí)檢測(cè)到丟失了報(bào)文段？
(5) 在第 1 輪次、第18 輪次和第24 輪次發(fā)送時(shí)，門(mén)限ssthresh 分別被設(shè)置為多大？
(6) 在第幾輪次發(fā)送出第70 個(gè)報(bào)文段？
(7) 假定在第 26 輪次之后收到了三個(gè)重復(fù)的確認(rèn)，因而檢測(cè)出了報(bào)文段的丟失，那么擁塞窗口cwnd 和門(mén)限ssthresh 應(yīng)設(shè)置為多大？

5-40 TCP 在進(jìn)行流量控制時(shí)，以分組的丟失作為產(chǎn)生擁塞的標(biāo)志。有沒(méi)有不是因擁塞而引起分組丟失的情況？如有，請(qǐng)舉出三種情況。

5-46 試用具體例子說(shuō)明為什么在運(yùn)輸連接建立時(shí)要使用三報(bào)文握手。說(shuō)明如不這樣做可能會(huì)出現(xiàn)什么情況。

5-62 TCP 連接處于ESTABLISHED 狀態(tài)。以下的事件相繼發(fā)生：
(1) 收到一個(gè)FIN 報(bào)文段。
(2) 應(yīng)用程序發(fā)送“關(guān)閉”報(bào)文。
在每一個(gè)事件之后，連接的狀態(tài)是什么？在每一個(gè)事件之后發(fā)生的動(dòng)作是什么？

5-66 主機(jī) A 通過(guò)TCP 連接向B 發(fā)送一個(gè)很長(zhǎng)的文件，因此這需要分成很多個(gè)報(bào)文段來(lái)發(fā)送。假定某一個(gè)TCP 報(bào)文段的序號(hào)是x，那么下一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)是否就是x + 1 呢？

5-70 假定用 TCP 協(xié)議在40 Gbit/s 的線(xiàn)路上傳送數(shù)據(jù)。
(1) 如果 TCP 充分利用了線(xiàn)路的帶寬，那么需要多長(zhǎng)的時(shí)間TCP 會(huì)發(fā)生序號(hào)繞回？
(2) 假定現(xiàn)在 TCP 的首部中采用了時(shí)間戳選項(xiàng)。時(shí)間戳占用了4 字節(jié)，共32 位。每隔一定的時(shí)間（這段時(shí)間叫做一個(gè)嘀嗒）時(shí)間戳的數(shù)值加1。假定設(shè)計(jì)的時(shí)間戳是每隔859 微秒，時(shí)間戳的數(shù)值加1。試問(wèn)要經(jīng)過(guò)多少時(shí)間才發(fā)生時(shí)間戳數(shù)值的繞回？

第六章 應(yīng)用層

6-02 域名系統(tǒng)的主要功能是什么？域名系統(tǒng)中的本地域名服務(wù)器、根域名服務(wù)器、頂級(jí)域名服務(wù)器以及權(quán)限域名服務(wù)器有何區(qū)別？

6-05 文件傳送協(xié)議FTP 的主要工作過(guò)程是怎樣的？為什么說(shuō)FTP 是帶外傳送控制信息？主進(jìn)程和從屬進(jìn)程各起什么作用？

6-08 解釋以下名詞。各英文縮寫(xiě)詞的原文是什么？
WWW, URL, HTTP, HTML, CGI, 瀏覽器，超文本，超媒體，超鏈，頁(yè)面，活動(dòng)文檔，搜索引擎。

6-24 試述郵局協(xié)議POP 的工作過(guò)程。在電子郵件中，為什么需要使用POP 和SMTP 這兩個(gè)協(xié)議？IMAP 與POP 有何區(qū)別？

6-33 什么是網(wǎng)絡(luò)管理？為什么說(shuō)網(wǎng)絡(luò)管理是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的熱門(mén)課題？

6-37 SNMP 使用哪幾種操作？SNMP 在Get 報(bào)文中設(shè)置了請(qǐng)求標(biāo)識(shí)符字段，為什么？

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络（第七版）部分课后习题含答案的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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