[计算机网络]第一章 作业参考答案

第一章 作业参考答案

1-02 试简述分组交换的要点。

答：分组交换最主要的特点是采用存储转发技术。

通常把要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面添加首部构成分组，每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器是用来转发分组的，即进行分组交换。路由器每收到一个分组，先暂时存储，再检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组转交给下一个路由器。这样一步步地经过若干个路由器，以存储转发的方式，把分组交付最终目的主机。

各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，以便创建和维持在路由表中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

1-07 小写和大些开头的英文名字internet 和Internet 在意思上有何重要区别？

答：以小写字母i 开始的internet （互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。

以大写字母I 开始的Internet （因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET 。

1-08 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：按网络的作用范围划分：

（1）广域网WAN ，作用范围通常为几十到几千公里，也称为远程网，是Internet 的核心部分。

（2）城域网MAN ，作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5～50公里。

（3）局域网LAN ，作用范围局限在较小的范围（如1公里左右）。

（4）个人区域网PAN ，也称无线个人区域网，作用范围大约在10m 左右。

按网络的使用者划分：

（1）公用网：面向公共营运、按规定缴纳费用的人都可使用的网络。

（2）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。

1-10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 （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 ），且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？

解：对于电路交换，先建立连接需要时间是s 秒；发送x 比特报文的发送时延是x/b秒；k 段链路的传播时延是kd 秒。

因此电路交换总时延=连接时间+发送时延+传播时延=s+x/b+kd。

对于分组交换，不需要先建立连接。先计算分组交换的传播时延，k 段链路的传播时延是kd 秒。 再计算分组交换的发送时延，设共有n 个分组，当x>>p时，n 约等于x/p。由于采用“存储转发”技术，一个结点发送一个分组的发送时延是p/b。因为分组交换要求将n 个分组全部发送给终点，当第n 个分组到达终点时，则传输结束。所以可以仅考虑第n 个分组的传输过程。当第n 个分组从源点完全进入到第1段链路时，已经过n·p/b的时延。从源点到终点共经过k 段链路，应经过k －1个中间结点，所以第n 个分组还要花费（k －1)·p/b个发送时延才能到达终点。

因此分组交换总时延=发送时延+传播时延=n·(p/b)+ (k-1)·(p/b)+kd。

若要分组交换总时延比电路交换总时延小，则：n·(p/b)+ (k-1)·(p/b)+kd

当x>>p时，上式即为：(x/p)·(p/b)+ (k-1)·(p/b)+kd

解出s >(k-1)·(p/b)

即当s >(k-1)·(p/b)时，分组交换的时延比电路交换的时延小。

1-11 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。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？

解：本题实际上是假定整个报文恰好可以划分为x/p个分组。

依题意每个分组的发送时延是(p+h)/b，因传播时延和排队时延忽略不计，所以总时延D=发送时延=(x/p)·(p+h)/b+(k-1)·(p+h)/b。

要求出当p 取何值时，D 的值为最小，需求D 对p 的导数，令D ′=0，求出此时的p 值即可。

D′(p)=((x/p)·(p+h)/b+(k-1)·(p+h)/b)′=((x/p)·(p+h)/b)′+((k-1)·(p+h)/b)′=(x/p)·((p+h)/b)′+(x/p)′·(p+h)/b+((k-1)·p/b)′+((k-1)·h/b)′=x/(pb)-x(p+h)/(p2b)+(k-1)/b=(k-1)/b-xh/(p2b)=0

解出p=(xh/(k-1))1/2

1-12 因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？他们的工作方式各有什么特点？

答：因特网从其工作方式上看可以分为：

(1) 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。

(2) 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户-服务器方式（C/S 方式）和对等方式（P2P 方式）。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器，因特网核心部分的工作方式其实也就是路由器的工作方式。其工作方式有两种：一种是路由器的转发分组，另一种是路由器之间不断地交换路由信息。

1-15 假定网络的利用率到达了90%。试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？

解：根据公式D=D0/(1-U)=D0/(1-0.9)=10D0，所以现在的网络时延是它最小值的10倍。

1-17 收发两端之间的传输距离为1000km ，信号在媒体上的传播速率为2×108m/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107bit ，数据发送速率为100kb/s。

(2)数据长度为103bit ，数据发送速率为1Gb/s。

从以上计算结果中可得出什么结论？

解：（1）发送时延=107/105=100s，传播时延=106/(2×108)=0.005s=5ms

（2）发送时延=103/109=1µs ，传播时延=106/(2×108)=0.005s=5ms

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。

1-19 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IP 首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部18字节。试求数据的传输效率。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？

解：（1）数据长度为100字节的数据传输效率：100/（100+20+20+18）=63.3%

（2）数据长度为1000字节的数据传输效率：1000/（1000+20+20+18）=94.5%，传输效率明显提高了。 1-21 协议与服务有何区别？有何关系？

答：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，或简称为协议。一个网络协议由语法、语义和同步三个要素组成。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

协议和服务在概念上是很不一样的。

首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务，使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。

其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层

向上层通过层间接口提供的。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”。

1-24 试述五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

答：五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI 七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型，即应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。

各层主要功能如下：

（1）应用层：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。

应用层协议包括文件传输协议FTP 、电子邮件协议SMTP 、超文本传送协议HTTP 等。

（2）传输层：向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

主要使用两种协议：传输控制协议TCP ，提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位是报文段；用户数据报协议UDP ，提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务，数据传输单位是用户数据报。

（3）网络层：传输层产生的报文段或用户数据报在网络层被封装成分组（ IP数据报）或包进行传送；选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。

最重要的协议是网际协议IP 。

（4）数据链路层：将网络层交下来的IP 数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。

（5）物理层：透明地传输比特流，确定与传输媒体的接口有关的一些特性。