计算机网络(第5版)课后习题答案：第4章-网络层

第四章网络层4-01.网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。答：网络层向运输层提供“面向连接”虚电路（VirtualCircuit）服务或“无连接”数据报服务。前者预约了双方通信所需的一切网络资源。优点是能提供服务质量的承诺。即所传送的分组不出错、丢失、重复和失序（不按序列到达终点），也保证分组传送的时限。缺点是路由器复杂，网络成本高；后者无网络资源障碍，尽力而为，优缺点与前者互易。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：网络互联可扩大用户共享资源范围和更大的通信区域。进行网络互连时，需要解决共同的问题有：⑴不同的寻址方案；⑵不同的最大分组长度；⑶不同的网络接入机制；⑷不同的超时控制；⑸不同的差错恢复方法；⑹不同的状态报告方法；⑺不同的路由选择技术；⑻不同的用户接入控制；⑼不同的服务（面向连接服务和无连接服务）；⑽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？答：中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。⑴物理层中继系统：集线器，转发器(repeater)。⑵数据链路层中继系统：交换机，网桥或桥接器(bridge)。⑶网络层中继系统：路由器(router)。⑷网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。⑸网络层以上的中继系统：网关(gateway)。4-04.试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。答：IP协议：实现网络互连。使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。网际协议TCP、IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议。ARP协议：是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。RARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。ICMP：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会。因特网组管理协议IGMP：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。4-05.IP地址分为几类？各如何表示？IP地址的主要特点是什么？答：分为ABCDE5类；每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。各类地址的网络号字段net-id分别为1，2，3，0，0字节；主机号字段host-id分别为3字节、2字节、1字节、4字节、4字节。特点：（1）IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。（2）当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomedhost)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。（4）所有分配到网络号net-id的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。4-06.试根据IP地址的规定，计算出表4-2中的各项数据。解：1）A类网中，网络号占七个bit,则允许用的网络数为2的7次方，为128。但是要除去0和127的情况，所以能用的最大网络数是126，第一个网络号是1，最后一个网络号是126。主机号占24个bit,则允许用的最大主机数为2的24次方，为16777216，但是也要除去全0和全1的情况，所以能用的最大主机数是16777214。2）B类网中，网络号占14个bit，则能用的最大网络数为2的14次方，为16384。第一个网络号是128.0，因为127要用作本地软件回送测试，所以从128.0开始，其点后还可以容纳2的8次方为256，所以以128为开始的网络号为128.0~~128.255，共256个，以此类推，第16384个网络号的计算方法是：16384/256=64,128+64=192，则可推算出为191.255。主机号占16个bit,则允许用的最大主机数为2的16次方，为65536，但是也要除去全0和全1的情况，所以能用的最大主机数是65534。3）C类网中，网络号占21个bit,则能用的网络数为2的21次方，为2097152。第一个网络号是192.0.0，各个点后的数占一个字节，所以以192为开始的网络号为192.0.0~~192.255.255，共256*256=65536，以此类推，第2097152个网络号的计算方法是：2097152/65536=32，192+32=224，则可推算出为223.255.255。主机号占8个bit,则允许用的最大主机数为2的8次方，为256，但是也要除去全0和全1的情况，所以能用的最大主机数是254。4-07.试说明IP地址与硬件地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址？答：IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。从而把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。MAC地址在一定程度上与硬件一致，基于物理、能够标识具体的链路通信对象，IP地址给予逻辑域的划分、不受硬件限制。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？答：于网络的地理分布无关。4-09.（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？答：C类地址对应的子网掩码默认值。但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后8位决定，而路由器寻找网络由前24位决定。有三种含义：其一是一个A类网的子网掩码，对于A类网络的IP地址，前8位表示网络号，后24位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前8位为网络号，中间16位用于子网段的划分，最后8位为主机号。第二种情况为一个B类网，对于B类网络的IP地址，前16位表示网络号，后16位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前16位为网络号，中间8位用于子网段的划分，最后8位为主机号。第三种情况为一个C类网，这个子网掩码为C类网的默认子网掩码。（2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？答：255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000.每一个子网上的主机为(2^3)=6台，掩码位数29，该网络能够连接8个主机，扣除全1和全0后为6台。（3）一A类网络和一B网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个子网掩码有何不同？答：A类网络：11111111111111111111111100000000给定子网号（16位“1”）则子网掩码为255.255.255.0B类网络11111111111111111111111100000000给定子网号（8位“1”）则子网掩码为255.255.255.0，子网掩码一样，但子网数目不同（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？答：（240）10=（128+64+32+16）10=（11110000）2Host-id的位数为4+8=12，因此，最大主机数为：2^12-2=4096-2=409411111111.11111111.11110000.00000000主机数2^12-2(5)一A类网络的子网掩码为255.255.0.255；它是否为一个有效的子网掩码？答：是11111111111111110000000011111111，但不推荐(6)某个IP地址的十六进制表示C2.2F.14.81，试将其转化为点分十进制的形式。这个地址是哪一类IP地址？答：C2.2F.14.81(12*16+2).(2*16+15).(16+4).(8*16+1)194.47.20.129C2.2F.14.8111000010.00101111.00010100.10000001C类地址(7)C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？答：有实际意义。C类子网IP地址的32位中，前24位用于确定网络号，后8位用于确定主机号。如果划分子网，可以选择后8位中的高位，这样做可以进一步划分网络，并且不增加路由表的内容，但是代价是主机数相信减少。4-10.试辨认以下IP地址的网络类别。（1）128.36.199.3（2）21.12.240.17（3）183.194.76.253（4）192.12.69.248（5）89.3.0.1（6）200.3.6.2答：(2)和(5)是A类，(1)和(3)是B类，(4)和(6)是C类。4-11.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？答：在首部中的错误比在数据中的错误更严重，例如，一个坏的地址可能导致分组被投寄到错误的主机。许多主机并不检查投递给他们的分组是否确实是要投递给它们，它们假定网络从来不会把本来是要前往另一主机的分组投递给它们。数据不参与检验和的计算，因为这样做代价大，上层协议通常也做这种检验工作，从而引起重复和多余。因此，这样做可以加快分组的转发，但是数据部分出现差错时不能及早发现。4-12.当某个路由器发现一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：纠错控制由上层（传输层）执行。IP首部中的源站地址也可能出错，请错误的源地址重传数据报是没有意义的。不采用CRC简化解码计算量，提高路由器的吞吐量。4-13.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）。答：45028100417检验和10.12.14.512.6.7.90100010100000000000000000001110000000000000000010000000000000000000001000001000100000000000000000000101000001100000011100000010100001100000001100000011100001001作二进制检验和（XOR）0111010001001110取反码1000101110110001检验和4-14.重新计算上题，但使用十六进制运算方法（没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。答：010001010000000045000000000000011100001C0000000000000001000100000000000000000000000001000001000104110000000000000000000000001010000011000A0C00001110000001010E0500001100000001100C060000011100001001070901011111001001005F240001010100101010152A作二进制检验和（XOR）744E取反码8BB1检验和4-15.什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报的首部中的哪个字段有关系？答：IP层下面数据链里层所限定的帧格式中数据字段的最大长度，与IP数据报首部中的总长度字段有关系。4-16.在因特网中将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