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第6章：网络层1.假设在以太网上运行IP协议，源主机A要和IP地址为192.168.1.250的主机B通信，请问A如何得到主机B的MAC地址？（说明采用的协议以及查找过程）解答：主机A采用地址解析协议ARP获得主机B的MAC地址，具体过程如下：(1)主机A首先很据主机B的IP地址192.168.1.250,在自己的ARP高速缓存表查找与之对应的MAC地址。如果可以找到，不再进行地址解析；否则，则以广播方式发送一个ARP请求分组，该请求分组中包含主机A的IP地址、MAC地址以及主机B的主机地址。(2)主机B在接收到ARP请求分组时，将完成地址解析，并发送ARP应答分组，该分组包含了主机B的MAC地址。(3)主机A收到来自主机B的ARP应答分组时，将提取主机B的IP地址和MAC地址加入到ARP高速缓存表中，然后将具有完整的源IP地址、目的IP地址、目的MAC地址和数据作为一个发送分组，传送给数据链路层并封装成帧。2.考虑如图所示的采用基于距离矢量的路由选择算法的子网。假设路由器C刚启动，并测得到达它的邻接路由器B、D、E的时延分别等于6、3、5。此后，路由器C依次收到下列矢量：来自D的（16，12，6，0，9，10）、来自E的（7，6，3，9，0，4）以及来自B的（5，0，8，12，6，2）。上面的矢量表示的是发送该矢量的结点分别与结点A、B、C、D、E、F的延时。则路由器C在收到3个矢量之后的新路由表是什么？解答：已知路由器C测得到达自己的邻接路由器B、D和E的时延分别等于6、3和5。在收到来自D的矢量（16、12、6、0、9、10）后，路由器C的路由表如表1所示。表1站点下一跳度量站点下一跳度量AD19DD3BB6EE5C--FD13自E的矢量（7，6，3，9，0，4）后，路由器C的路由表如表2所示。表2站点下一跳度量站点下一跳度量AE12DD3BB6EE5C--FE9在收到来自B的矢量（5，0，8，12，6，2）后，路由器C的路由表如表3所示。表3站点下一跳度量站点下一跳度量AB11DD3BB6EE5C--FB83.一个有50个路由器的网络，采用基于矢量距离算法的路由选择算法，路由表的每个表项长度为6字节，每个路由器都有3个邻接路由器，每秒与每个邻接路由器交换1次路由表。则每条链路上由于路由器更新路由信息而耗费的带宽是多少？解答：在该网络上共有50个路由器，因此每个路由器的路由表的大小为6*8*50=2400b。在基于距离矢量的路由选择算法中，每个路由器都定期地与所有相邻的路由器交换整个路由表，并以此更新自己的路由表项。由于每个路由器每秒与自己的每个邻接路由器交换1次路由表，一条链路连接两个路由器，因此，每秒在一条链路上交换的数据为2*2400=4800b，即由于更新路由信息而耗费的带宽为4800b/s。4.假设有一个IP数据报，头部长度为20B，数据部分长度为2000B。现该分组从源主机到目的主机需要经过两个网络，这两个网络所允许的最大传输单元MTU为1500B和576B。请问该数据报如何进行分片？解答：头部长为20B，数据部分长为2000B的IP数据报在经过MTU为1500B的第一个网络时进行分片，分为2个分片，分片1携带1480B的数据，而分片2携带520B的数据。在经过MTU为576B的第二个网络时，分片1仍然需要进一步分片，分为3个分片，分片3和分片4都携带556B的数据，分片5携带368B的数据。因此，目的主机将收到4个分片，即分片2、分片3、分片4、分片5。5.假设主机A要向主机B传输一个长度为512KB的报文，数据传输速率为50Mb/s，途中需要经过8个路由器。每条链路长度为1000km，信号在链路中的传播速度为200000km/s,并且链路是可靠的。假定对于报文与分组，每个路由器的排队延迟时间为1ms，数据传输速率也为50Mb/s。那么，在下列情况下，该报文需要多长时间才能到达主机B？(1)采用报文交换方式，报文头部长为32B；(2)采用分组交换方式，每个分组携带的数据为2KB，头部长为32KB。解答：(1)如果采用报文交换方式，由于报文头部长为32B，报文携带的数据为512KB，整个报文长为（32+512*1024）*8=4194560（b）。已知数据传输速率为50Mb/s，则发送该报文所需的传输延时为4194560/50（us）≈84(ms)。另外，报文经过每个路由器的排队时延为1ms，在每条链路上的传播时延为1000/200000=0.005(s)=5(ms)因此，该报文从主机A到主机B所需的总时间=9*传输时延+9*传播时延+8*(2)如果采用分组交换方式，由于分组头部长为32B，每个分组携带的数据为2KB，每个分组的总长度为（32+2*1024）*8=16640（b），分组的个数N为512/2=256。已知数据传输速率为50Mb/s，则发送该一个分组所需的传输时延为16640/50(us)≈0.33(ms)。另外，每个分组经过每个路由器的排队时延为1ms，在每条链路上的传播时延为1000/200000=0.005(s)=5(ms)。因此，从主机A到主机B发送所有分组所需的总时间为主机A发送（N-1）个分组的传输时延加上最后一个分组从主机A到主机B的总时间，即等于（N-1）*传输时延+9*传播时延+8*排队时延=（256-1）*0.33+9*0.33+9*5+8*1≈140(ms)。6.已知5台主机A、B、C、D、E经过路由器R1、R2、R3、R4连接的网络结构如图所示。试回答以下问题：(1)主机A到主机B的IP数据报经过的路径和主机B到主机A经过的路径是否一定相同？(2)请写出路由器R1的静态路由表。解答:(1)由于主机A和主机B之间只存在一条路径A←→R1←→R4←→B,因此主机A到主机B的IP数据报与主机B到主机A的IP数据报所经过的传输路径是相同的（但方向是相反的）(2)路由器R1的静态路由表如表所示。目的站点下一跳目的站点下一跳A直接DR3BR4E直接C直接7.某个单位的网点由4个子网组成，结构如图所示，其中主机H1、H2、H3、H4的IP地址和子网掩码如表所示。(1)请写出路由器R1到4个子网的路由表。(2)试描述主机H1发送一个IP数据报到主机H2的过程（包括物理地址解析过程。）主机IP地址子网掩码H1202.99.98.18255.255.255.240H2202.99.98.35255.255.255.240H3202.99.98.51255.255.255.240H4202.99.98.66255.255.255.240解答:(1)将H1、H2、H3、H4的IP地址分别与它们的掩码进行与操作，可以得到4个子网的网络地址，分别为：202.99.98.16、202.99.98.32、202.99.98.48、202.99.98.64。因此，路由器R1到4个子网的路由表如表所示。目的网络子网掩码下一跳目的网络子网掩码下一跳202.99.98.16255.255.255.240直接202.99.98.48255.255.255.240202.99.98.33202.99.98.32255.255.255.240直接202.99.98.64255.255.255.240202.99.98.33(2)主机H1向主机H2发送一个IP数据报的过程如下：a．主机H1首先构造一个源IP地址为202.99.98.18、目的IP地址为202.99.98.35的IP数据报，然后将该数据报传送给数据链路层；b．然后，主机H1通过ARP协议获得路由器R1（202.99.98.17）所对应的MAC地址，并将其作为目的MAC地址填入封装有IP数据报的帧，然后将该帧发送出去；c．路由器R1收到该帧后，去除帧头和帧尾，得到IP数据报，然后根据IP数据报中的目的IP地址（202.99.98.35）去查找路由表，得到下一跳地址为直接广播；d．然后路由器R1通过ARP协议得到主机H2的MAC地址，并将其作为目的MAC地址填入封装有IP数据报的帧，然后将该帧发送到子网net2上；e．主机H2将收到该帧，去除帧头帧尾，并最终得到从主机H1发来的IP数据报。8.假设主机A与路由器R1相连，R1与路由器R2相连，而R2又与主机B相连。现在主机A上有一个包含900字节数据、20字节头部的TCP报文段要传送给主机B。请写出在3段链路（A-R1,R1-R2,R2-B）中传输的IP数据报头部中的总长度字段、标识字段、DF、MF和片偏移字段。假设链路A-R1能支持的最大帧长度为1024字节（包括14字节帧头），链路R1-R2能支持的最大帧长度为512字节（包括12字节帧头），链路R2-B能支持的最大帧长度为512字节（包括12字节帧头）。解答：数据长度为900B，TCP报文段头部长度为20B，IP数据报头部长度为20B，则主机A发出的IP数据报D总长度为940B，这小于链路A-R1的MTU（即1024-14=1010B），因此该数据报在链路A-R1传输之前不需要分片。此时，数据报D头部中的各字段值如下：总长度=940；标识=x；DF=0；MF=0；片偏移=0。当数据报D到达路由器R1时，由于链路R1-R2的MTU为512-12=500（B），因此需要进行分片，分为两个IP数据报D1、D2。其中D1头部中的各字段值如下：总长度=500；标识=x；DF=0；MF=1；片偏移=0。D2头部中的各字段值如下：总长度=460；标识=x；DF=0；MF=0；片偏移=60。当数据报D1、D2到达路由器R2时，由于链路R2-B的MTU也为512-12=500（B），因此不需要继续分片，头部中的各字段值没有发生变化。9.网络地址转换（NAT）的主要目的是解决IP地址短缺问题以及实现TCP负载均衡等。在图中的设计方案中，与Internet连接的路由器采用网络地址转换。请根据路由器的NAT表和图中给出的网络结构、IP地址，简要叙述主机B向内部网络发出请求进行通信时，边界路由器实现TCP负载均衡的过程。路由器的NAT表协议内部局部地址及端口号内部全局IP地址及端口号外部全局IP地址及端口号TCP10.1.1.1：8010.1.1.127：80127.20.7.3：3058TCP10.1.1.2：8010.1.1.127：80127.20.7.3：4371TCP10.1.1.3：8010.1.1.127：80127.20.7.3：3062解答：主要步骤如下：(1)外部主机B（172.20.7.3）发出请求，建立主机B到虚拟主机（10.1.1.127）的连接；(2)边界路由器接到这个连接请求后，查询NAT表，建立一个新的地址转换映射。如：为10.1.1.127分配真实主机地址10.1.1.1；(3)边界路由器用所选真实地址替换目的地址，转发该数据包。包括主机10.1.1.1接收到该数据包，并作应答；(4)边界路由器接到应答包后，根据内部地址及端口号和外部地址及端口号，从NAT映射表中查找对应的内部虚拟主机地址及端口号；(5)将源地址转换成虚拟主机地址，并转发应答包；B接收到源地址为10.1.1.127的应答包；(6)下一个请求时，边界路由器为其分配下一个内部局部地址，如10.1.1.2。10.某网络结构如图所示，如果路由器3和网络4之间的线路突然中断，按照RIP路由协议的实现方法，路由表的更新时间间隔为30s。请写出中断30s后路由器2的路由信息表和中断500秒后路由器2的路由信息表。注：(1)若达到目的网络不需要转发或目的网络不可达，用“—”来表示“下一站地址”；(2)当目的网络不可达时，“跳数”为16。解答：中断30s后路由器2的路由信息表（一）如表1所示：表1目的网络下一跳地址距离目的网络下一跳地址距离10.0.0.020.0.0.1130.0.0.0-020.0.0.0-040.0.0.020.0.0.13中断500s后路由器2的路由信息表（二）如表2所示：表2目的网络下一跳地址距离目的网络下一跳地址距离10.0.0.020.0.0.113