计网第一章习题答案——第八版（谢希仁）_计算机网络第八版谢希仁课后答案

1、计算机网络可以向用户提供哪些服务？

答：

(1)连通服务：指计算机网络使上网用户之间可以交换信息，好像这些用户的计算机可以彼此直接连通一样。
(2)资源共享：用户可以共享计算机网络上的信息资源、软件资源和硬件资源。 

2、试简述分组交换的要点。

答：分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。

3、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答：

（1）电路交换的主要优点是传输速度快、稳定可靠，缺点是资源利用率低，通信线路占用时间长，不适合大规模通信。

（2）电报交换的主要优点是资源利用率高，通信线路占用时间短，适合小规模通信，缺点是传输速度慢，不稳定，容易出现拥塞。

（3）分组交换的主要优点是资源利用率高，传输速度快，适合大规模通信，缺点是传输过程中可能会出现丢包、延迟等问题，需要采取一定的措施来保证通信质量。

4、为什么说互联网是自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革?

答：融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。

5、互联网基础结构的发展大致分为哪几个阶段?请指出这几个阶段最主要的特点。

答：三个阶段

第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程；

第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网；

第三阶段的特点是逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网。

6、简述互联网标准制定的几个阶段。

答：互联网草案（不能算是RFC文件）建议标准（开始成为RFC文件）互联网标准

7、小写和大写开头的英文名字internet和 Internet在意思上有何重要区别?

答：

internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络，不一定要使用TCP/IP协议。

Internet（互联网，或因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、最开放的、由众多网络相互连接而成的特点互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

8、计算机网络都有哪些类别?各种类别的网络都有哪些特点?

答：

（1）、按分布范围分类

广域网WAN：作用范围通常为几十到几千公里，也成为远程网，是Internet的核心部分；

城域网MAN：作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至是一个城市，作用距离5-50km；

局域网LAN：作用范围局限在小范围(1km左右)；

个人区域网PAN：也称为无线个人区域网，10m左右；

（2）、按使用者分类

公用网：面向公共运营，按规定缴纳费用的人都可使用的网络；

专用网：面向特定机构,不向本单位以外的人提供服务的网络；

（3）、按传播技术分类

广播式网络、点对点网络

（4）、按拓扑结构分类

总线型、星型、环形、网状型

（5）、按交换技术分类

电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络

9、计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么?

答：

主干网：是计算机网络核心部分的重要组成部分，由许多高速通信链路组成，因而能迅速传输数据，主干网还有许多路由器，能够把分组一步一步转发到正确的目的地；

本地接入网：把用户接入互联网，接入网应当使用可以更快的从计算机网络可靠的下载文件和上传数据。

10、试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x (bit)。从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d (s)，数据率为b (bit/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)，每个分组所必须添加的首部都很短，对分组的发送时延的影响在本题中可以不考虑。此外，各节点的排队等待时间也可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小?(提示:画一下草图观察k 段链路共有几个节点。)

答：发送时延=数据帧长度(bit)/发送速度(bit/s)         传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速度(m/s)

线路交换时延：kd+x/b+s,

分组交换时延：kd+(x/p)(p/b)+ (k-1)(p/b)，

其中(k-1)(p/b)表示 K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当 s>(k-1)(p/b)时，分组交换的时延比电路交换的时延小，当x>>p,相反。

11、在上题的分组交换网中，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为每个分组所添加的首部长度，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 (bit/s)，但传播时延和节点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大?(提示:参考图1-11的分组交换部分，观察总的时延由哪几部分组成。）

答：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

分组个数为 x/p，
在源点的发送时延为 (x/p)(p+h)/b，
在其他结点 (k−1个) 的发送时延总和为(k−1)(p+h)/b。
因为其他时延忽略不计，
所以总时延 T=(x/p+k−1)(p+h)/b，
即 T =1/b(xh/p+(k−1)p+(k−1)h+x)，
变化的部分为 xh/p+(k−1)p，
故当xh/p = (k-1)pxh/p=(k−1)p 时，即p=​，总时延最小。

12、互联网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么?它们的工作方式各有什么特点?

答：

边缘部分： 由各主机构成，用户直接进行信息处理和信息共享；低速连入核心网。

核心部分： 由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换。

13、客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方?

答：

区别：客户-服务器方式，客户是请求方，服务器是服务方提供方；P2P，不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。

相同：主机之间的通信方式实际上是主机A的某个进程和主机B的某个进程之间进行通信。

14、计算机网络有哪些常用的性能指标?

答：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率。

15、假定网络的利用率达到了90%。试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍?

答：

D=D0/(1-U)=D0/10%=10D0

即现在的网络时延是它的最小值的10倍

D0表示网络空闲时的时延；U设为现在的网络利用率；D表示网络当前的时延

16、计算机通信网有哪些非性能特征?非性能特征与性能指标有什么区别?

答：

计算机通信网非性能特征有：费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护。

区别：
（1）、受到影响的因素不同。性能指标指的是与通信网络本身性能相关的指数，而非性能特征与其本身无直接关。所以性能指标会受到通信网络本身的影响，二非性能特征不会受到通信网络的影响。
（2）、两者内容不同。计算机通信网性能指标有：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率。 计算机通信网非性能特征有：费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护。
（3）、两者描述角度不同。性能指标是从定量来描述计算机通信网络的特征，非性能特征是从定性来描述计算机通信网络的特征。

17、收发两端之间的传输距离为1000 km，信号在媒体上的传播速率为2xm/s。 试计算以下两种情况的发送时延和传播时延:

(1)数据长度为bit，数据发送速率为100 kbit/s。

(2)数据长度为bit，数据发送速率为 1 Gbit/s。从以上计算结果可得出什么结论?

答：（1）发送时延=1*bit/100kbit/s=100s

                传播时延=1*m/2*m/s=0.005s

       （2）发送时延=bit/1Gbit/s=1

                 传播时延=1*m/2*m/s=0.005s

          结论：若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要成分。

18、假设信号在媒体上的传播速率为2.3 x m/s。媒体长度L分别为:

(1) 10 cm (网络接口卡)

(2) 100 m（局域网)

(3) 100 km（城域网)

(4) 5000 km (广域网)

现在连续传送数据，数据率分别为 1 Mbit/s和10 Gbit/s。试计算每一种情况下在媒体中的比特数。(提示:媒体中的比特数实际上无法使用仪表测量。本题是假想我们能够看见媒体中正在传播的比特，能够给媒体中的比特拍个快照。媒体中的比特数取决于媒体的长度和数据率。）

答：时延宽带积=传播时延（s）*宽带（bit/s）

（1）1Mbit/s：[10cm/(2.3*)m/s]*1Mbit/s=4.35*bit，……0个比特

         1Gbit/s：[10cm/(2.3*)m/s]*10Gbit/s=4.35bit,……4个比特。

（2）1Mbit/s：[100m/(2.3*)m/s]*1Mbit/s=0.43bit……0个比特

         1Gbit/s： [100m/(2.3*)m/s]*1Gbit/s=4.3478*bit……4347个比特

（3）1Mbit/s：[100km/(2.3*)m/s]*1Mbit/s=434.78bit……434个比特

         1Gbit/s：[100km/(2.3*)m/s]*1Gbit/s=4.3478*bit……4347800个比特

（4）1Mbit/s：[5000km/(2.3*)m/s]*1Mbit/s=21739.13bit……21739个比特

         1Gbit/s： [5000km/(2.3*)m/s]*1Gbit/s=2.1739*bit……2.1739*个比特

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P首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销)。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少?

答：本层的传输效率=上层传送下来的数据/本层向下层传送的数据

100字节：100/（100+20+20+18）=63.3%

1000字节：1000/（1000+20+20+18）=94.5%

20、网络体系结构为什么要采用分层次的结构?试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活的例子。

答：（1）各层之间相互独立：高层是不需要知道底层的功能是采取硬件技术来实现的，它只需要知道通过与底层的接口就可以获得所需要的服务；

（2）灵活性好：各层都可以采用最适当的技术来实现，例如某一层的实现技术发生了变化，用硬件代替了软件，只要这一层的功能与接口保持不变，实现技术的变化都并不会对其他各层以及整个系统的工作产生影响；

（3）易于实现和便准化：由于采取了规范的层次结构去组织网络功能与协议，因此可以将计算机网络复杂的通信过程，划分为有序的连续动作与有序的交互过程，有利于将网络复杂的通信工作过程化解为一系列可以控制和实现的功能模块，使得复杂的计算机网络系统变得易于设计，实现和标准化

日常生活例子：邮政系统、物流系统等

21、协议与服务有何区别?有何关系?

答：协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或规定称为网络协议，简称协议。

服务：服务是指下层为紧向邻的上层提供的功能调用，也就是垂直的。

区别：协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的；服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。

联系：协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。

22、网络协议的三个要素是什么?各有什么含义?

答：

三要素：语法、语义、同步

语法：数据与控制信息的结构或者格式；

语义：需要发出任何控制信息，完成各种动作以及做出任何响应；

同步：时间是先顺序的详细说明。

23、为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到?

答：以确保网络的稳定性和可靠性。

24、试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

答：5层协议网络体系结构是综合OSI 7层和TCP/IP4层的优点，采用的一种原理体系结构。

各层的主要功能：
物理层： 物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
数据链路层：数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
网络层：网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
运输层：运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
应用层：应用层直接为用户的应用进程提供服务。

25、试举出日常生活中有关“透明”这一名词的例子。

答：电视，计算机视窗操作系统、工农业产品

26、试解释以下名词:协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服

务器、客户-服务器方式。

答：

协议栈：指计算机网络体系结构采用分层模型后，每层的主要功能由对等层协议的运行来实现，因而每层可用-些主要协议来表征，几个层次画在-起很像-个栈的结构。

实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

对等层：在网络体系结构中，通信双方实现同样功能的层。

协议数据单元：对等层实体进行信息交换的数据单位。

服务访问点：在同-系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口。

客户：通信中的请求方。

服务器：通信中的提供方。

客户-服务器方式：所描述的是进程之间服务和被服务的关系

27、试解释everything over IP和 IP over everything 的含义。

答：

everything over IP：不同的运输层协议上面又可以由有多种应用层协议；

IP over everything：IP协议也可以在多种类型的网络上运行。

28、假定要在网络上传送1.5 MB 的文件。设分组长度为1KB，往返时间RTT = 80 ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间，这时间是2×RTT = 160 ms。试计算在以下几种情况下接收方收完该文件的最后一个比特所需的时间。

(1)数据发送速率为10 Mbit/s，数据分组可以连续发送。

(2）数据发送速率为10 Mbit/s，但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能再发送下一个分组。

(3)数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但规定在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。

(4)数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但在第一个RTT往返时间内只能发送一个分组，在第二个RTT 内可发送两个分组，在第三个RTT 内可发送四个分组（即23 -' = 22= 4个分组)(这种发送方式见教材第5章TCP的拥塞控制部分)。

答：（1）文件发送时间：1.5MB/10Mbit/s=1.5**8bit/(10*bit/s)=1.258s

所求时间为：160ms+RTT/2+1.258S=1.458s

（2）建立TCP时间：0.16s

文件发送时间：1.258s

发送分组间等待时间之和为：RTT*(1536-1)=122.8s

最后一个分组的传播时间为：RTT/2=0.04s

所求时间为：0.16s+1.258s+122.8s+0.04s=124.258s

（3）1536/20=76.8

所以发送分组间等待时间之和为：RTT*(77-1)=6.08s

不考虑发送时间，所求时间为：0.16s+6.08s+RTT/2=6.28s

（4）在n个RTT内，发送的分组个数为：1++2+++……+=-1

当n=10时，-1=1023<1536,

当n=11时，-1=2047>1536

所求时间为：0.16s+(11-1)*RTT+RTT/2=1s

29、有一个点对点链路，长度为50 km。若数据在此链路上的传播速率为2×103m/s，试问链路的带宽应为多少才能使传播时延和发送100字节的分组的发送时延一样大?如果发送的是512字节长的分组，结果又应如何?

答：传播时延=5*m/2*m/s=2.5*s

发送100字节时，宽带=100*8 bit/2.5*s=3.2Mbit/s

发送512字节时，宽带=512*8bit/2.5*s=16.384Mbit/s

概念：1字节=8bit

发送时延=数据帧长度/发送速度

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度

除此之外还有处理时延、排队对时延

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排对时延

30、有一个点对点链路，长度为20000 km。数据的发送速率是1 kbit's，要发送的数据有100 bit。数据在此链路上的传播速率为 2× 108m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特，试画出我们看到的线路上的比特（画两张图，一张是在100 bit刚刚发送完时，另一张是再经过0.05 s后)。

答：发生时延=100bit/1*bit/s=0.1s

传播时延=20000*m/2*m/s=0.1s

由于发生时延=传播时延，所以在第一个比特网刚好到达终点时100bit地数据刚好全部发送完。再经过0.05s时，线路上还剩50bit，即最后发送比特刚好到达线路中点。

31、条件同上题，但数据的发送速率改为1 Mbit's。和上题的结果相比较，你可以得出什么结论?

发生时延=100bit/1*bit/s=1*s

传播时延=20000*m/2*m/s=0.1s

结论：管道中的比特数表示从发送端发出的但尚未到达接收端的比特。对于一条正在传送数据的链路，只有在代表链路的管道中都充满比特时，链路才得到充分的利用。另外，发送端的发生速率必须使接收端来得及接收，不要太快。

32、以1 Gbit/s的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时，一个比特的宽度分别是多少?

答：时间=1bit/1Gbit/s=s

在光纤中传播的速率为2*m/s，

距离：s*(2*)m/s=0.2m

33、我们在互联网上传送数据经常是从某个源点传送到某个终点，而并非传送过去又再传送回来。那么为什么往返时间RTT是个很重要的性能指标呢?

答：我们在传送数据时，经常要使用TCP协议。TCP连接的建立需要消耗时间，这与RTT有密切关系。在传输数据时也常常需要对方的确认。

34、主机A向主机B发送-一个长度为10’比特的报文，中间要经过两个节点交换机，即一共经过三段链路。设每条链路的传输速率为2 Mbit/s。忽略所有的传播、处理和排队时延。

(1)如果采用报文交换，即整个报文不分段，每台节点交换机收到整个的报文后再转发。问从主机A把报文传送到第一个节点交换机需要多少时间?从主机A把报文传送到主机B需要多少时间?

(2)如果采用分组交换。报文被划分为1000个等长的分组（这里忽略分组首部对本题计算的影响)，并连续发送。节点交换机能够边接收边发送。问从主机A把第一个分组传送到第一个节点交换机需要多少时间?从主机A把第一个分组传送到主机 B需要多少时间?从主机A把1000个分组传送到主机B需要多少时间?

(3）就一般情况而言，比较用整个报文来传送和用划分多个分组来传送的优缺点。

答：（1）A把报文传送到第一个结点交换机需要的时间=/(2*)=5s

                主机A把报文传送到主机B要经过3段链路，因此需要的时间为3*5=15s

（2）报文被划分为1000个分组，每个分组的长度为10000bit。

         A发送一个分组所需的时间=/(2*)=0.015s，同时这也是A把第一个分组传送到第一个节点交换机需要的时间。

        A把第一个分组传送到B需要的时间=3*0.005=0.015s。

        A把1000个分组传送到B需要的时间=0.015+999*0.005=5.01s。

（3）一般来讲，使用分组传送会更快些。如果整个报文存储转发，只要其中有一个比特出错，整个报文就必须重传，这很浪费网络资源。使用分组交换，只需要重传出了差错的那个分组即可。在复杂的网络中，使用分组交换还可以使有些分组通过不太拥塞的路径传送，这就加快了数据的传输。但在使用分组交换时，在目的主机所收到的分组中，只要缺少了一个，就无法重装成原来的报文，这就使所收到的分组都没有用处。此外，分组首部造成的开销有时并不能忽略不计。

35、主机A向主机B连续传送一个600000 bit的文件。A和B之间有一条带宽为1 Mbit/s的链路相连，距离为5000 km，在此链路上的传播速率为2.5 x 103m/s。

链路上的比特数目的最大值是多少?

链路上每比特的宽度（以米来计算）是多少?

若想把链路上每比特的宽度变为 5000 km(即整条链路的长度)，这时应把发送速率调整到什么数值?

答：（1）传播时延=链路长度/传播速度=5*m/2.5*m/s=0.02s

时延带宽积=0.02s*bit/s=2*bit

由于文件长度大于这个时延带宽面积，因此链路上的比特数目的最大值为2*bit。如果文件长度只有2000bit，那么链路上的比特数目的最大值就是2000bit。

（2）链路上每比特的宽度=传播速度/发送速度=传播速度/链路带宽=2.5*m/s / m/bit=250吗/bit

（3）发送速率=传播速率/链路上每比特的宽度=2.5*m/s / 5*m/bit=50bit/s

当发送速率调整为50bit/s时，链路上没比特的宽度正好等于5000km。

36、主机A到主机B的路径上有三段链路，其速率分别为2 Mbit/s, 1 Mbit/s和 500 kbit/s。现在A向B发送一个大文件。试计算该文件传送的吞吐量。设文件长度为10 MB，而网络上没有其他的流量。试问该文件从A传送到B大约需要多少时间?为什么这里只是计算大约的时间?

答：文件传送的吞吐量由瓶颈链路决定，因此吞吐量是500kbir/s。

文件长度为10MB，需转化为单位，10*bit=20971520bit；

文件传送时间=文件长度/吞吐量=20971520/500kbit/s=41.94s，即约为42s