计算机网络1章习题及参考答案(20080719)

第1章计算机网络技术概论1．一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，网络软件在每层都加上H字节长的报头。请问网络带宽中有多大比率用于报头信息的传输？答案：总共有N层，每层加H字节，在每个报文上附加的头字节的总数等于HN，因此头消耗的有关空间所占的网络带宽的比率为HN/（HN+M）。2．以20km/h的速度骑自行车为你送来3盘各7GB容量的磁带，在什么样的距离范围内，其数据传输速率比155Mb／s的线路高？答案：骑自行车的那个人可以运载21GB，即168Gb。每20km/h的速度等于0.0056km/s，跑xkm花费的时间是x/0.0056＝180xs，所产生的运载数据的速率等于[168／（180x）]Gb／s，即[933／x]Mb／s,设933／x＞155，得到x＜933／155=6km。因此在6km的距离范围内，骑自行车的那个人的数据传输速率比155Mb／s的ATM线路高。3．有5个路由器要连成一个点到点结构的子网。在每一对路由器之间可以设置一条高速线路，或者是一条中速线路，或者是一条低速线路，也可以不设置任何线路。若产生和考察每一种拓扑计算机需用100ms的时间，那么产生和考察所有可能的拓扑需用多长的计算机时间？答案：设这5个路由器分别叫做A、B、C、D和E。存在10条可能的线路：AB、AC、AD、AE、BC、BD、BE、CD、CE和DE。它们中的每一条都有4种可能性，即3种速率以及没有线路；因此总的拓扑数等于410=1048576。因为每种拓扑花100ms的时间，所以总共需用的时间等于104857．6s，即约为29h。4．举出为网络协议建立国际标准的两个优点和两个缺点。答案：一个优点是使用国际标准网络协议的人能与其他任何也使用国际标准网络协议的人交流。另一个优点是广泛使用标准将导致规模经济，比如生产大规模集成电路芯片。一个缺点是为了在不同的利益集团间达成一致所需要的妥协经常导致不能令人满意的标准。另一个缺点是一旦标准被广泛采用了，要对它再做改变就会非常困难，即使发现了新的更好的技术或方法，也难以替换。5．在FM（调频）电台广播中，SAP（服务访问点）地址是什么？答案：SAP（服务访问点）地址是所使用的频率，例如103.7MHZ、94.2MHZ等。6．列举使用分层协议的两条理由。答案：（1）．把复杂的设计问题分割为较小的简单问题；（2）．某一层协议的改变不影响相邻的其他层协议。7．举出OSI参考模型和TCP／IP协议族的两个相同的方面和两个不同的方面。答案：相同的方面是，它们都基于分层协议，两者都有网络层，运输层和应用层；在两个模型中，运输服务都能够提供可靠的端到端的字节流。不同点的方面是，二者层的数目不同，TCP／IP没有会话层和表示层，TCP／IP支持网络互连，OSI不支持网络互连；TCP／IP的网络层只提供无连接服务，而OSI在网络层中，既有面向连接的服务，也有无连接服务。8．分组交换网中的结点交换机具有OSI模型中哪几层的功能？它们至少应保存哪些信息？答案：分组交换网中的结点交换机具有OSI模型中物理层，数据链路层以及网络层的功能。它们至少应保存以下信息：为在数据链路层传输帧以及在网络层转发分组所需的信息，包括窗口信息和寻址信息，以及网络层的路由及拥塞控制信息等。9．报文长x（bit），源站到目的站经过k段链路，每段链路传播时延为d（s），数据率为b（b/s）。在电路交换时电路的建立时间为s（s）。在分组交换时分组长度为p（bit），设各结点的排队等待时间忽略不计。在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？答案：电路交换的时延为：skdx/b分组交换的时延为：d(p/b)(x/p)(p/bd)(k–1)=x/b(p/b)(k–1)kd分组交换的时延较电路交换时延小的条件为：x/b(p/b)(k–1)kdskdx/b解出：(k–1)p/bs10．在9题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和（ph）（bit），其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b（b/s），但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计，即在上题的基础上，添加条件d=0。为使总的时延最小，分组数据部分长度p应取何值？答案：写出总时延D的表达式：D=((ph)/b)(x/p)((ph)/b)(k–1)求D对p的导数：dD/dp=–(x/b)(h/p2)(k–1)/b令其为零：–(x/b)(h/p2)(k–1)/b=0解出：)1/(kxhp11．占据两边山脊的蓝军与山谷中的白军作战。假定一边山脊上的蓝军打不过白军，但两边山脊的蓝军协同作战则可战胜白军。一支蓝军准备于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山脊上的友军。但通信线路不可靠，电文可能出错或丢失。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。能否设计出一种协议使蓝军能够实现协同作战，以保证（即100%）取得胜利？答案：不可能设计出这样的协议。可以证明不存在有效解决该问题的协议。假如存在某种协议的话，那么，协议中最后一条信息要么是必需的，要么不是。如果不是，可以删除它（以及其它任何不必要的信息），直到剩下的协议中每条信息均必不可少。若最后一条信息没有安全到达目的地会怎样呢？因为这条信息是必需的，因此，如果它丢失了，进攻计划便不会实施。由于最后发出信息一方的司令永远无法确定该信息能否被安全收到，所以他便不会贸然行动。同样，另一支蓝军也明白这个道理，所以也不会发动进攻。12．分析发送延迟与传播延迟的关系，主机1与主机2经速率为Rbps的链路直接相连，两机相距K千米，电磁信号在链路上的传播速率为V千米/秒，主机1发送长L比特的分组给主机2。(1)．用K和V表示传播延迟Tprop；(2)．用L和R表示分组的发送延迟Ttrans；(3)．求端到端延迟的表达式（不计在主机中的处理和排队时间）；(4)．t=0时，主机1开始发送，求t=Ttrans时，该分组最后1比特所在位置；(5)．若TpropTtrans，当t=Ttrans时，该分组的第1比特在何处？(6)．若TpropTtrans，当t=Ttrans时，该分组的第1比特在何处？(7)．设V=20万km/小时，L=100比特，R=28kbps，求使Tprop＝Ttrans的K值。答案：发送延迟与传播延迟的关系如图1-1所示：⑴（电磁信号）传播延迟Tprop=K(km)/V(km/s)=)(sVK⑵分组的发送延迟Ttrans=L(b)/R(b/s)=)(sRL⑶端到端延迟（不计主机处理和排队时间）T=Tprop+Ttrans=)(sRLVK⑷当t=Ttrans时，最后1b刚发出，S=0。St0H12HK(Km)LvRS=vtS=v(t-)RLTprop=K/vtrans=L/RTRLKv+bL第一b最后btransTTprop(1)S(Km)Kt0LKvR+RS=v(t-)LS=vtTprop=K/vTtrans=L/R分组分组最后b(2)propTtransTRb/sVKm/s第一b图1-1发送延迟与传播延迟的关系图⑸若TpropTtrans，当t=Ttrans时，第1b位于)(kmRLVTVStrans处⑹若TpropTtrans，当t=Ttrans时，该分组第1b早已到达H2，不再向前传了。第1b位于S=K（km）千米处⑺当Tprop=Ttrans，即RLVK，)/(28100)/(1025skbbskmRVLK)(100717)(107172810010255kmm13．设需在两台计算机间经两个中间节点传送100兆字节的文件，假定：(1)计算机与中间节点间的通信线路以及中间节点间通信线路的通信速率皆为8Kbps；(2)数据传输的差错可以忽略不计；(3)中间节点存储转发时间可忽略不计。试计算采用甲、乙两种方案传送此文件所需时间。其中：方案甲：将整个文件逐级存储转发。方案乙：将文件分为1000字节长的幀再进行逐级存储转发，假定幀头和幀尾的开销为10字节。答案：方案甲传送此文件所需时间：(100×106×8)/(8×103)×3=3×105s方案乙传送此文件所需时间：1.01×3+1.01×(105一1)=101002.02s=1.0100202×105s14.LAN的一个替代方案是简单的大型分时系统，通过终端为用户提供服务。请列举采用LAN的客户/服务器系统的优点。答案：LAN可以随用户需求的增长而不断扩大其规模。如果LAN服务器是有备份的，就具有对单一错误的容错性。它更加便宜。它能提供更强的计算能力和更好的交互界面。15.客户/服务器系统的性能会受到两个网络因素的影响：网络的带宽（每秒可以传输多少位数据）和延迟（将第一个数据位从客户端传送到服务器端需要多少秒时间）。请给出一个网络的例子，它具有高的带宽和高的延迟。然后再给出另一个网络的例子，它具有低的带宽和低的延迟。答案：一条几千公里长的吉比特（gigabits/sec）线路，带宽和延迟都很高。一个56kpbs的modem呼叫同一大厦内的计算机时，其带宽和延迟都很低。16.在存储－转发类型的分组交换系统中，衡量延迟的一个因素是，在通过一个交换机的时候存储和转发一个分组需要多长时间。如果交换的时间为10μs，并且客户/服务器系统中的客户在上海、服务器在喀什，那么交换时间是否会成为一个主要因素？假设铜和光纤中的传播速度是真空中光速的2/3。答案：不会。光的传播速度是200000km/s或者200m/μs。信号在10μs内可传播2km。因此，每个交换器等于增加2km的额外光缆。如果客户机和服务器相隔5000km，通过多达50个交换器也只是在总距离中增加了100km，即仅仅2％。所以，在这种环境下交换延迟不是主要因素。17.在无连接通信和面向连接的通信两者之间，最主要的区别是什么？答案：面向连接通信有三个阶段。连接建立阶段，数据传输阶段，释放阶段。无连接通信没有连接建立和连接释放阶段。18.两个网络都可以提供可靠的面向连接的服务。其中一个提供一个可靠的字节流，另一个提供可靠的报文流。这两者是否相同？如果你认为相同的话，为什么要有这样的区分？如果不相同，请给出一个例子说明它们如何不同。答案：报文流和字节流是不同的。在报文流中，网络跟踪报文边界。在字节流中，它不这么做。例如，假设一个程序向一个连接写入1024字节并且过一会儿再写另外1024字节。然后接收方将读入2048字节。在报文流中，接收方将得到两个报文，每个报文为1024字节。在字节流中，报文边界已被忽略，接收方将把全部2048字节看成一个单元。原有两个不同报文的事实就丢失了。19.在讨论网络协议的时候，“协商”意味着什么？请给出一个例子。答案：协商意味着将在通信中要用到的某些参数或取值上达成一致。最大包尺寸就是一个例子。20.Internet的规模差不多每隔18个月翻一倍。虽然没有人能够确切知道具体的数字，但是，估计在2001年Internet上的主机数目为1亿台。请利用这些数据计算出2010年Internet上将预计会有多少台主机。答案：每18个月翻一番意味着3年增加到4倍。在9年内，将增加到原来的43倍或64倍，即64亿台主机。21.当一个文件在两台计算机之间传输的时候，可能会有两种不同的确认策略。在第一种策略中，该文件被分解成许多个分组，接受方仅独立地确认每一个分组。在第二种策略中，这些分组并没有被单独确认，但是当整个文件到达时，它会被确认。请讨论这两种方案。答案：如果网络可能丢失分组，每一个分组最好都单独进行确认，这样，丢失的分组就可以被重传。如果网络是高可靠的，在整个传输结束时返回一个确认就可以在正常情况下节约带宽（当然，即使只丢失一个分组也要求重传整个文件）。22．简述因特网的结构。答案：host首先通过接入网络AN（AccessNetwork）连接到本地因特网服务提供商（InternetServiceProv