计算机通信与网络课后答案.doc

1.3 什么是计算机网络？ 计算机网络定义为：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。1.8 现代电信网的基本组成：终端子系统，交换子系统，传输子系统。其主要功能是面向公众提供全程全网的数据传送，交换和处理。1.9 电信网上传输数据的主要限制是：1.15 物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。2.1 计算机网络的拓扑结构种类有哪些？各自的特点是什么？ 网络的拓扑（Topology）结构是指网络中各节点的互连构形，也就是连接布线的方式。星形结构的特点是存在一个中心节点，其他计算机与中心节点互连，系统的连通性与中心节点的可靠性有很大的关系。树形结构的特点是从根节点到叶子节点呈现层次性。总线形结构的特点是存在一条主干线，所有的计算机连接到主干线上。环形结构是将所有计算机连接到一个环形的线路，每两个计算机之间有两条线路相连。网络型是一种不规则的连接，事实上，目前的因特网就是这种拓扑结构。2.4 什么是网络协议？由哪几个基本要素组成？ 网络协议：计算机网络中为正确传输数据信息而建立的通信规则、标准或约定的集合。 语义：定义了用于协调通信双方和差错处理的控制信息，是对构成协议的协议元素含义的解释。语法：规定了通信所用的数据格式，编码与电平等，是对所表达的内容的数据结构形式的一种规定。定式规则：明确实现通信的顺序，速率适配及排序。2.72.9 在OSI参考模型中各层的协议数据单元(PDU)是什么? （N十1层实体通过访问SAP向(N)层实体发送协议数据单元PDU。PDU由两部分造成，如(N层PDU的构成如图所示;:。一部分为本层用户的数据，记为(N)用户数据;另一部分为本层的协议控制信息，记为(N) PCI 。PCI就是前而讲到的每一层传递过程中加上的包头2.17 设有一个系统具有n层协议，其中应用进程生成长度为m字节的数据，在每层都加上长度为h字节的报头，试计算传输报头所占用的网络带宽百分比。 答：若应用层数据长度为m字节，则每一层加h字节的报头，经过n层后总数据长度为： m+nh, 从而，传输报头所占用的网络带宽百分比为： nh/(m+nh)2.19 在OSI模型中，各层都有差错控制过程，指出以下每种差错发生在OSI那些层中？并说明判断原因。(1)噪声是传输链路上的一个1变成0或一个0变成1(2)一个分组被传送到一个错误的目的站(3)收到一个序数错误的目的帧(4)一台打印机正在打印，突然收到一条错误的指令要打印头回到本行的开始位置、答：(1)物理层，原因是只有在物理传输中，传输介质会受到噪声的干扰。 (2)网络层，一个分组应该就是IP包 (3)数据链路层，在二层传输的数据叫帧(4) 第4个比较不好判断，首先要明白这个错误的指令是操作造成的错误指令，还是在传输过程中导致正确的指令错误。如果是前者的话是在应用层，如果是后者是表示层。3.2 用的传输媒体有哪几种?各有何特点? 答：有线传输媒体主要有双绞线、同轴电缆和光缆等，无线传输媒体主要包括无线电波、地面微波、卫星微波、红外线。3.6 什么叫传信速率？什么叫传码速率？说明两者的不同与关系。 答：传信速率又称为比特率，记作，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。传码速率又称为调制速率、波特率，记作，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（Baud）。 若是二电平传输，则在一个信号码元中包含一个二进制码元，即二者在数值上是相等的；若是多电平（M电平）传输，则二者在数值上有Rb=NBdlog2 M的关系。3.7 设数据信号码元长度为83310-6秒，若采用16电平传输，试求传码速率和传信速率。 答： 由于T=83310-6秒，所以传码速率NBd=1/T1200波特 由于传送的信号是16电平，所以，M=16。则传信速率Rb = NBdlog2 M =4800bit/s3.8 异步传输中，假设停止位为1位，无奇偶校验，数据位为8位，求传输效率为多少？ 答：传输效率=字符的数据位/字符的总长度 则传输效率=8/（1+1+8）100%=80%3.10 假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，则该信道能否可靠的传输 速率为64kb/s的数据流？ 答： 按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为： C=Wlog2(1+S/N) 已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N = 100 C = 3000log2(1+100)=30006.66=19.98 kbit/s 则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流 3.12 曼彻斯特编码0表示电平有低到高，1反之。差分曼特斯特编码0表示开始有电平变化，1表示开始无电平变化。3.13 带宽为6MHz的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传输率是多少？假设信道 是无噪声的。 答： 由奈氏准则，其数据传输率=2Wlog2 M=26 Mlog2 4=24Mbit/s 3.14 对于带宽为3kHz、信噪比为20dB的信道，当其用于发送二进制信号时，它的最大数据传输率是多少？ 答：按Shannon定理：在信噪比为20db的信道上，信道最大容量为： C=Wlog2(1+S/N) 已知信噪比电平为20db，则信噪功率比S/N = 100 C = 3000log2(1+100)=30006.66=19.98 kbit/s 而奈氏极限值是6 kbit/s，显然，瓶颈是奈氏极限，所以，最大传输速率是6 kbit/s3.15 一个每秒钟采样1000次的4kHz无噪声信道的最大数据传输率是多少？ 答：不管采样速率如何，一个无噪声信道都可以运载任意数量的信息，因为每个采样值都可以发送大量数据。事实上，对于4KHz的信道，以高于每秒8000次的速率来采样是没有意义的。采样频率为1000次/秒，若每个采样点的值用4bit编码，则速率是4kb/s, 若每个采样点的值用16bit编码，则速率可达16kb/s。3.16 什么是多路复用？按照复用方式的不同，多路复用技术基本上分为几类？分别是什么？ 答：多路复用技术是指在一条传输信道中传输多路信号，以提高传输媒体利用率的技术。分为：时分复用、频分复用、码分复用和波分复用四类3.18 设有3路模拟信号，带宽分别为2kHz.4kHz,2kHz,8路数字信号，数据率都为8000bps，当采用TDM方式将其复用到一条通信线路上，假定复用后为数字传输，对模拟信号采用PCM方式量化级数为16级，则复用线路需要的最小通信能力为？ 答：对3路模拟信号采用PCM方式变为数字信号，采样频率分别为4KHz,8KHz,4KHz, 对模拟信号采用PCM方式量化级数为16级,需要的数据率分别为16kbps,32kbps 16kbps 对8路数字信号，8800064kbps答案为 128Kbps3.20 A机的2接B机的3，A机的3接B机的2，A机的5接B机的5，这样就可以了4.4 在停止-等待协议中，确认帧是否需要序号？为什么？ 答：在停止-等待协议中，由于每次只确认一个已经发送的帧，确认帧可以不需要序号。但在一些特殊情况下会出现问题。如果发送方在超时重发一个帧后又收到了迟到的确认，就不能确定该应答是对哪一个帧的确认，并可能导致随后的传送过程重新差错。4.6 对于使用3比特序号的停止-等待协议、连续ARQ协议和选择ARQ协议，发送窗口和接收窗口的最大尺寸分别是多少？ 答：使用3比特对帧进行编号，可以有07，共8种编码。 停止-等待协议：发送窗口1，接收窗口1； 连续ARQ协议：最大发送窗口7，接收窗口1； 选择ARQ协议：最大发送窗口4，最大接收窗口4。4.7 信道速率为4kb/s，采用停止等待协议，单向传播时延tp为20ms，确认帧长度和处理时间均 可忽略，问帧长为多少才能使信道利用率达到至少50%？ 答：不考虑确认帧发送时间和双方的处理时间，则信道利用率tF/(2tp+tF) tF=L/v，其中L为帧长度，v=4kb/s 要使信道利用率达到50，则 tF = 40 ms 可以得到L = 160 bit4.8 假设卫星信道的数据率为1Mb/s，取卫星信道的单程传播时延为250ms，每一个数据帧长度是 1000bit。忽略误码率、确认帧长和处理时间。试计算下列情况下的卫星信道可能达到的最大的信道利用率分别是多少？ 1) 停止-等待协议； 2）连续ARQ协议，WT=7； 3）连续ARQ协议，WT=127。 答：不考虑差错情况，确认帧发送时间和双方的处理时间，则信道利用率tF/(2tp+tF) tF=L/v，其中L为一个帧长度，v=1Mb/s，则tF=1000/10000000.001s1ms 1) 停止-等待协议：每次只发送一个帧，信道利用率1 /（25021）1/501 2） 连续ARQ协议，WT=7：可以连续发送7个帧，但后面的6个帧是在等待的同时发送， 信道利用率7 /（25021）7/501 3） 连续ARQ协议，WT=127：可以连续发送127个帧，但后面的126个帧是在等待的同时发送，而且，当127个帧全部发送完毕使用了127ms，确认应答还没有到达， 信道利用率127 /（25021）127/5014.10 若窗口序号位数为3，发送窗口尺寸为2，采用Go back N(出错全部重发)协议，试画出由初始状态出发相继发生下列事件时的发送及接收窗口图示：发送0号帧；发送1号帧；接收0号帧； 接收确认0号帧；发送2号帧；接收1号帧；接收确认1号帧。答：4.11 请用HDLC协议，给出主站A与从站B以异步平衡方式，采用选择ARQ流量控制方案，按以下要求 实现链路通信过程： 1）A站有6帧要发送给B站，A站可连续发3帧； 2）A站向B站发的第2、4帧出错； 帧表示形式规定为：（帧类型：地址，命令，发送帧序号N（S），接收帧序号N（R），探询/终止位P/F）答：4.12 在面向比特同步协议的帧数据段中，出现如下信息：1010011111010111101（高位在左低位在 右），则采用“0”比特填充后的输出是什么？ 答：“0”比特自动插入/删除技术是在信息序列中连续5个“1”后自动加入一个“0”比特，则以下信息序列采用“0”比特插入后为：信息序列：1010011111010111101 “0”比特插入后：10100111110010111101 4.13 HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，试说明该帧是什么帧，该控制段表示 什么含义？ 答：HDLC协议中的控制字段从高位到低位排列为11010001，即最低两位（b1b0）为“01”，表示是 监督帧。其控制字段b3b2为“00”，表示是“RR”，接收准备好，可以继续发送。P/F1，N（R） 110，表示对第5号帧及以前各帧确认，希望下一次接收第6号帧。4.14 HDLC协议的帧格式中的第三字段是什么字段？若该字段的第一比特为“0”，则该帧为什么帧？ 答：HDLC协议的帧格式中的第三字段是控制（C）字段。若该字段的第一比特（最低位LSB）为“0”，则该帧为信息帧。 4.15 简述PPP协议的组成。 答：PPP由以下三个部分组成：（1）在串行链路上封装IP数据报的方法：PPP既支持异步链路(无奇偶校验的8比特数据)，也支持面向比特的同步链路。(2) 链路控制协议LCP：用于建立、配置和测试数据链路连接，通信的双方可协商一些选项。(3) 网络控制协议NCP：用于建立、配置多种不同网络层协议，如IP，OSI的网络层，DECnet以及AppleTalk等，每种网络层协议需要一个NCP来进行配置，在单个PPP链路上可支持同时运行多种网络协议。5.2 试分析X.25、帧中继和ATM的技术特点，简述其优缺点。 答： CCITT在上个世纪70年代制订了公用分组交换网接口的建议，即X.25标准。遵循X.25标准设计的网络为X.25分组交换网，简称X.25网。X.25标准规定了物理层、数据链路层和分组层三个层次的内容。其体系结构层次如图所示帧中继(Frame Relay)采用快速分组交换技术，是对X.25网络的改进，被称为第二代的X.25，。 帧中继的快速分组交换的基本原理是，当帧中继交换机收到一个帧的首部时，只要一查出帧的目的地址就立即开始转发该帧，边接收边转发，从而提高了交换结点即帧中继交换机的吞吐率。当帧中继交换机接收完一帧时，再进行差错校验，如果检测到有误码，结点要立即中止这次传输。当中止传输的指示到达下个结点后下个结点也立即中止该帧的传输，并丢弃该帧。异步传递方式ATM(Asynchronous Transfer Mode)是建立在电路交换和分组交换的基础上的种面向连接的快速分组交换技术，它采用定长分组作为传输和交换的单位。其中，这种定长分组叫做信元(cell)。“异步”的含义是指ATM信元可“异步插入”到同步的SDH比特流中。ATM采用的定长信元长度为53字节，信元首部为5字节，有利于用硬件实现高速交换。 ATM标准主要由ITU-T、ATM论坛(ATM Forum)以及IETF等参与制订，ATM标准规定了ATM网络的协议参考模型。如图所示5.3 为什么X.25不适合高带宽、低误码率的链路环境？试从层次结构上以及结点交换机的处理过程进行讨论。 答：X.25网的分组层向高层提供面向连接的虚电路服务，能保证服务质量。在网络链路带宽不高、误码率较高的情况下，X.25网络具有很大的优势。随着通信主干线路大量使用光纤技术，链路带宽大大增加，误码率大大降低，X.25复杂的数据链路层协议和分组层协议的功能显得冗余。同时，端系统PC机的大量使用，使得原来由网络中间结点处理的流量控制和差错控制功能有可能放到端系统主机中处理，从而简化中间结点的处理，提高网络分组转发的效率。5.4在X.25分组交换网中，分组长度的缺省值是128字节。ATM信元长度是53字节。5.5 B5.6 D5.7 B6.1 局域网的特点：1)较小的地域范围；2)传输速率高，误码率低；3)通常为一个单位所建，并自行管理和使用；4)可使用的传输介质较丰富；5)较简单的网络拓扑结构；6)有限的站点数量；3个主要技术：传输介质,拓扑结构,介质访问控制方法6.2 试分析CSMS/CD介质访问控制技术的工作原理。答：CSMS/CD介质访问控制技术被广泛应用于以太网中。CSMS/CD的工作原理是：当某个站点要发送数据时，它首先监听介质：如果介质是空闲的，则发送；如果介质是忙的，则继续监听，一旦发现介质空闲，就立即发送；站点在发送帧的同时需要继续监听是否发生冲突（碰撞），若在帧发送期间检测到冲突，就立即停止发送，并向介质发送一串阻塞信号以强化冲突，保证让总线上的其他站点都知道已发生了冲突；发送了阻塞信号后，等待一段随机时间，返回步骤重试.6.3 IEEE802.3 报头：7个字节，同步接收站，位序列10101010 。起始限定符：1个字节，帧开始位置的位序列10101011。报头起始限定符Ethernet II的报头。目标地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。源地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。 长度：2个字节。帧检验序列：4个字节。 以太网：报头：8个字节，前7个0，1交替的字节（10101010）用来同步接收站，一个1010101011字节指出帧的开始位置。报头提供接收器同步和帧定界服务。目标地址：6个字节，单播、多播或者广播。单播地址也叫个人、物理、硬件或MAC地址。广播地址全为1，0xFF FF FF FF。源地址：6个字节。指出发送节点的单点广播地址。 以太类型：2个字节，用来指出以太网帧内所含的上层协议。即帧格式的协议标识符。对于IP报文来说，该字段值是0x0800。对于ARP信息来说，以太类型字段的值是0x0806。有效负载：由一个上层协议的协议数据单元PDU构成。可以发送的最大有效负载是1500字节。由于以太网的冲突检测特性，有效负载至少是46个字节。如果上层协议数据单元长度少于46个字节，必须增补到46个字节。帧检验序列：4个字节。验证比特完整性。 区分两种帧 根据源地址段后的前两个字节的类型不同。 如果值大于 1500（0x05DC），说明是以太网类型字段，EthernetII 帧格式。值小于等于 1500，说明是长 度字段，IEEE802.3 帧格式。因为类型字段值最小的是 0x0600。而长度最大为 1500。6.4 长度为1km、传输速率为10Mbit/s的802.3LAN，其传播速度为200m/us，假设数据帧长256位，包括18位(帧头、校验和其他)开销字段在内。一个成功发送以后的第一时间片保留给接收方以捕获信道来发送一个64位的确认（响应）帧。假定没有冲突，那么不包括开销的有效数据速率是多少？ 答：有效数据位：256-18=236；发送时间：256/10=25.6us；传送延迟：1000/200=5us;确认时间：64/10+5=11.4;有效速率：236/(25.6+5+11.4)Mbit/s=6.5 考虑一个具有等距间隔站点的基带总线LAN，数据速率为10Mbit/s，总线长度为1000m，传播速度为200000km/us。若发送一个1000为的帧给另一站，从发送开始到接收结束的平均时间是多少？若两个站点严格地从同一时刻开始发送，他们发出的帧将会彼此干扰，如果每个发送站在发送期间监听总线,平均多长时间可发现这种干扰？ 答：(1)1000/10+1000m/(2*108)m/us=15us (2) (1)*2us6.8 10M6.9 网卡的基本组成：链路控制芯片，数据缓存，串/并变换，编/解码电路，PIC总线基本功能：（1）链路管理：实现链路层MAC子层的CDMA/CD协议。（2）数据帧的封装和解封：发送时将高一层的数据组成以太网MAC帧，反则接受时将MAC帧的头部和尾部去除，将数据送交高一层。（3）编码/解码：例如10Base-T以太网使用曼彻斯特编码/译码。6.116.13 VLAN的基本工作原理：VLAN技术是按照功能、部门或者应用，对网络终端或用户进行逻辑分组的技术。 在网络中应用VLAN技术的主要目的是：把一个大的广播域分成多个小的广播域，使其互不影响，互不冲突。VLAN之间如果不使用路由器或三层交换机是不能通信的。这样就解决了交换网络中因为某一个小故障产生的广播风暴而使整个网络瘫痪的问题。当一个VLAN里面出现广播风暴时，受影响的只是这个VLAN本身。而整个网由于被分成了多个VLAN（也就是多个广播域），所以网络的其它部分不会受到广播风暴的影响，从而最大程度地为提高网络的安全性能提供了可靠保障7.4 IPV4地址分类：A类适用于大型网络 共有网络126个 地址范围从1.0.0.0-126.255.255.255.每个网络有2的24次方（16777216）个IP。B类地址使用于中等网络。 共有16384个网络，范围从128.0.0.0-191.255.255.255，每个网络有65536个IP。C类地址适用于小型网络。共有2031616个网络，范围从192.0.0.0-223.255.255.255，每个网络有256个IP。D类地址是组播地址。范围从224.0.0.0-239.255.255.255.E类地址为保留地址。未分配。7.5 7.67.77.87.9 简述以太网上主机如何通过ARP查询本地路由器的物理地址。 答：本地主机与目的主机通信之前，先判断目的主机是否在本地网络上，如果不是，则要将IP包先发给本地路由器，此时如果本地主机不知道本地路由器的物理地址，则广播发送一个ARP请求报文询问，路由器收到后发送ARP响应报文告知自己的物理地址，本地主机收到ARP响应后再真正发送目的地址为目的主机的IP包给路由器，由它进行转发。7.117.13 当某个路由器发现一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：之所以不要求源站重发，是因为地址字段也有可能出错，从而找不到正确的源站。 CRC 检验码需要使用多项式除法，逐站使用代价太高。数据报每经过一个结点，结点处理机就要计算一下校验和。不用CRC，就是为了简化计算。7.14 路由器 30s 7.16 答： （1）接口0，（2）R2，（3）R4，（4）R3，（5）R47.19 简述OSPF协议的工作原理及工作过程 链路状态路由协议是根据距离、链路带宽、时延等链路状态信息综合进行路由选择的路由协议。链路状态路由协议将以上影响因素都折算成一个权值（cost），再根据权值确定最佳路由。 OSPF启动后，需要寻找网络中可以与自己交换链路状态信息的相邻路由器，这是发现邻居的过程。建立好邻接关系后，路由器进入交换信息阶段，区域内部路由器和他的邻接路由器之间相互交换链路状态广播数据包LSA。当网络重新稳定下来，也可以说OSPF路由协议收敛过程完成后，每个区域的路由器都获得了完整的网络状态信息，并建立起拥有整个网络的链路状态数据库LSDB。 当一个OSPF路由器建立起链路状态数据库LSDB后，OSPF路由器依据链路状态数据库内容，通过SPF算法，计算出每一个目的网络的路径，并将路径存入路由表中，从而完成了路由计算，建立起路由表。 当网络建立起路由表后，路由器就能进行正常的路由选择和数据包转发，但是当网络由于网络扩充或者网络故障使网络链路状态发生变化时，路由器还需进行路由维护，即及时更新路由表信息。7.20 IGMP 协议的要点是什么？隧道技术是怎样使用的？ 答：要点有：1、IGMP（Internet组管理协议）用于帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机。采用多播协议可以明显地减轻网络中各种资源的消耗，IP 多播是硬件多播的一种抽象；2、IGMP 只有两种分组，即询问分组和响应分组。IGMP 使用IP 数据报传递其报文，但它也向IP 提供服务；3、IGMP 属于整个网际协议IP 的一个组成部分，IGMP也是TCP/IP的一个标准。隧道技术使用：当组播数据报要穿越不支持组播的互联网时，可使用IP隧道（IP-in-IP）技术传输，把组播数据报封装在常规的单播数据报中，单播数据报的源宿IP地址分别为隧道两头的组播路由器的IP地址。掌握: