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《计算机网络》第五版课后习题解答第一章概述1-2试简述分组交换的特点答：在分组交换网络中，采用存储转发方式工作，数据以短的分组形式传送。如果一个源站有一个长的报文要发送，该报文就会被分割成一系列的分组。每个分组包含用户数据的一部分加上一些控制信息。控制信息至少要包括网络为了把分组送到目的地做路由选择所需要的信息。在路径上的每个结点，分组被接收，短时间存储，然后传递给下一结点。分组交换网的主要优点：①高效。②灵活。③迅速。④可靠。缺点：分组在节点转发时因排队而造成一定的延时;分组必须携带一些控制信息而产生额外开销;1-14计算机网络有哪些常用的性能指标？答：1.速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等。速率往往是指额定速率或标称速率。2.带宽“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4.时延传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。5.时延带宽积6.往返时间RTT7.利用率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18字节。试求数据的传输效率。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？答：数据长度为100字节时传输效率=100/（100+20+20+18）=63.3%数据长度为1000字节时，传输效率=1000/（1000+20+20+18）=94.5%1-21协议与服务有何区别？有何关系？答：协议是水平的，服务是垂直的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间的通信的规则。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。协议与服务的关系在协议的控制下，上层对下层进行调用，下层对上层进行服务，上下层间用交换原语交换信息。同层两个实体间有时有连接。1-24试述五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。答：所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。五层协议的体系结构见图1-1所示。《计算机网络》第五版课后习题解答整理编辑：我不是地豆子8应用层运输层网络层数据链路层物理层图1-1五层协议的体系结构各层的主要功能：（1）应用层应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（useragent),来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。(2）运输层任务是负责主机中两个进程间的通信。因特网的运输层可使用两种不同的协议。即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。面向连接的服务能够提供可靠的交付。无连接服务则不能提供可靠的交付。只是best-effortdelivery.(3)网络层网络层负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。（4）数据链路层数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧（frame)，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。（5）物理层物理层的任务就是透明地传输比特流。“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。第二章物理层2-01物理层要解决什么问题？物理层的主要特点是什么？（1）物理层要解决的主要问题：①.物理层要尽可能屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本曾的协议与服务。②.给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力。为此，物理层应解决物理连接的建立、维持和释放问题。③.在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。（2）物理层的主要特点：①.由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备锁采用。加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套心的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械、电气、功能和规程特性。②.由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。2-02规程与协议有什么区别？答：在数据通信的早期，对通信所使用的各种规则都称为“规程”（procedure），后来具有体系结构的计算机网络开始使用“协议”（protocol）这一名词，以前的“规程”其实就是“协议”，但由于习惯，对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。2-03试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。答：一个数据通信系统可划分为三大部分：源系统（或发送端）、传输系统（或传输网络）、和目的系统（或接收端）。源系统一般包括以下两个部分：?源点：源点设备产生要传输的数据。例如正文输入到PC机，产生输出的数字比特流。?发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。例如，调制解调器将PC机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号。?接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。例如，调制解调器接收来自传输线路上的模拟信号，并将其转换成数字比特流。计算机调制解调器调制解调器计算机数字比特流模拟信号模拟信号数字比特流正文正文源点发送器传输系统接收器终点输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据输出信息源系统传输系统目的系统数据通信系统数据通信系统的模型公用电话网《计算机网络》第五版课后习题解答整理编辑：我不是地豆子11?终点：终点设备从接收器获取传送过来的信息。2-04试解释以下名词：数据、信号、模拟数据、模拟信号、基带信号、带通信号、数字数据、数字信号、码元、单工通信、半双工通信、全双工通信、串行传输、并行传输。答：数据：是运送信息的实体。信号：则是数据的电气的或电磁的表现。模拟数据：运送信息的模拟信号。模拟信号：连续变化的信号。基带信号：来自信源的信号。带通信号：经过载波调制后的信号。数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。数字数据：取值为不连续数值的数据。码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。2-05物理层的接口有哪几个特性？各包含什么内容？答：（1）机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。（4）规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。2-06数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？答：限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：（1）在任何信道中，码元传输速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码元间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。（2）由于噪声会使接收端对码元的判决产生错误（1判决为0或0判决为1）。所以信噪比要限制在一定范围内。由香农公式可知，信息传输速率由上限。信噪比越大，量化性能越好；均匀量化的输出信噪比随量化电平数的增加而提高；非均匀量化的信号量噪比，例如PCM随编码位数N指数规律增长，DPCM与频率有关等。但实际信噪比不能任意提高，都有一定限制。例如增加电平数会导致接收机的成本提高，制作工艺复杂等。香农公式的意义在于：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。比特/秒是指信息传输速率，每秒钟传送的信息量；码元/秒是码元传输速率，每秒钟传送的码元个数。两者在二进制时相等。在多进制时，信息传输速率要乘以log以2为底的进《计算机网络》第五版课后习题解答整理编辑：我不是地豆子12制数等于码元传输速率2-07假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为2000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）？答：80000b/s2-08假定要用3kHz贷款的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应该具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示），这个结果说明什么问题？答：S/N=64.2dB是个信噪比很高的信道2-09用香农公式计算一下：假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想使最大信息传输速率增加60%。问信噪比S/N应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到10倍，问最大信息传输速率能否再增加20%？答：奈氏准则：每赫带宽的理想低通信道是最高码元传输速率是每秒2个码元。香农公式则表明了信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。根据香农公式，计算信道的极限信息传输速率C为：C=log2(1+S/N）b/s;根据公式，可以计算出，信噪比S/N应增大到100倍。如果在此基础上将信噪比S/N再增大10倍，最大信息速率只能再增加18.5%左右。2-10常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？答：常见的传输媒体有以下几种1.双绞线双绞线分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。由两根相互绝缘的导线组成。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，有效带宽达250kHz，通常距离一般为几道十几公里。导线越粗其通信距离越远。在数字传输时，若传输速率为每秒几兆比特，则传输距离可达几公里。一般用作电话线传输声音信号。虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。2.同轴电缆同轴电缆分基带同轴电缆和宽带同轴电缆，其结构是在一个包有绝缘的实心导线外，再套上一层外面也有一层绝缘的空心圆形导线。由于其高带宽（高达300~400Hz）、低误码率、性能价格比高，所以用作LAN中。同轴电缆的最大传输距离随电缆型号和传输信号的不同而不同，由于易受低频干扰，在使用时多将信号调制在高频载波上。3.光导纤维光导纤维以光纤维载体，利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、质量轻：传播频带款、通信容量大：抗雷电和电磁干扰性能好，五串音干扰、保密性好、误码率低。但光电接口的价格较昂贵。光纤被广泛用于电信系统铺设主干线。4.无线电微波通信无线电微波通信分为地面微波接力通信和卫星通信。其主要优点