計算機網絡(謝希仁第四版)課后答案

1、計算機網絡習題解答教材 計算機網絡 謝希仁編著第一章 概述習題1-01 計算機網絡的發(fā)展可劃分為幾個階段?每個階段各有何特點? 答: 計算機網絡的發(fā)展過程大致經歷了四個階段。第一階段：(20世紀60年代)以單個計算機為中心的面向終端的計算機網絡系統(tǒng)。這種網絡系統(tǒng)是以批處理信息為主要目的。它的缺點是：如果計算機的負荷較重，會導致系統(tǒng)響應時間過長；單機系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦計算機發(fā)生故障，將導致整個網絡系統(tǒng)的癱瘓。第二階段：(20世紀70年代)以分組交換網為中心的多主機互連的計算機網絡系統(tǒng)。為了克服第一代計算機網絡的缺點，提高網絡的可靠性和可用性，人們開始研究如何將多臺計算機相互連接的方法。人

2、們首先借鑒了電信部門的電路交換的思想。所謂“交換”，從通信資源的分配角度來看，就是由交換設備動態(tài)地分配傳輸線路資源或信道帶寬所采用的一種技術。電話交換機采用的交換技術是電路交換(或線路交換)，它的主要特點是： 在通話的全部時間內用戶獨占分配的傳輸線路或信道帶寬，即采用的是靜態(tài)分配策略； 通信雙方建立的通路中任何一點出現(xiàn)了故障，就會中斷通話，必須重新?lián)芴柦⑦B接，方可繼續(xù)，這對十分緊急而重要的通信是不利的。顯然，這種交換技術適應模擬信號的數據傳輸。然而在計算機網絡中還可以傳輸數字信號。數字信號通信與模擬信號通信的本質區(qū)別在于數字信號的離散性和可存儲性。這些特性使得它在數據傳輸過程中不僅可以間斷分

3、時發(fā)送，而且可以進行再加工、再處理。 計算機數據的產生往往是“突發(fā)式”的，比如當用戶用鍵盤輸入數據和編輯文件時，或計算機正在進行處理而未得出結果時，通信線路資源實際上是空閑的，從而造成通信線路資源的極大浪費。據統(tǒng)計，在計算機間的數據通信中，用來傳送數據的時間往往不到10%甚至1%。另外，由于各異的計算機和終端的傳輸數據的速率各不相同，采用電路交換就很難相互通信。為此，必須尋找出一種新的適應計算機通信的交換技術。1964年，巴蘭(Baran)在美國蘭德(Rand)公司“論分布式通信”的研究報告中提出了存儲轉發(fā)(store and forward)的概念。1962 1965年，美國國防部的高級研究

4、計劃署(Advanced Research Projects Agency，ARPA)和英國的國家物理實驗室(National Physics Laboratory，NPL)都在對新型的計算機通信技術進行研究。英國NPL的戴維德(David)于1966年首次提出了“分組”(Packet)這一概念。1969年12月，美國的分組交換網網絡中傳送的信息被劃分成分組(packet)，該網稱為分組交換網ARPANET(當時僅有4個交換點投入運行)。ARPANET的成功，標志著計算機網絡的發(fā)展進入了一個新紀元?，F(xiàn)在大家都公認ARPANET為分組交換網之父，并將分組交換網的出現(xiàn)作為現(xiàn)代電信時代的開始。分組交

5、換網是由若干節(jié)點交換機和連接這些交換機的鏈路組成，每一結點就是一個小型計算機。它的工作機理是：首先將待發(fā)的數據報文劃分成若干個大小有限的短數據塊，在每個數據塊前面加上一些控制信息(即首部)，包括諸如數據收發(fā)的目的地址、源地址，數據塊的序號等，形成一個個分組，然后各分組在交換網內采用“存儲轉發(fā)”機制將數據從源端發(fā)送到目的端。由于節(jié)點交換機暫時存儲的是一個個短的分組，而不是整個的長報文，且每一分組都暫存在交換機的內存中并可進行相應的處理，這就使得分組的轉發(fā)速度非?？?。由此可見，通信與計算機的相互結合，不僅為計算機之間的數據傳遞和交換提供了必要的手段，而且也大大提高了通信網絡的各種性能。由此可見，采

6、用存儲轉發(fā)的分組交換技術，實質上是在計算機網絡的通信過程中動態(tài)分配傳輸線路或信道帶寬的一種策略。值得說明的是，分組交換技術所采用的存儲轉發(fā)原理并不是一個全新的概念，它是借鑒了電報通信中基于存儲轉發(fā)原理的報文交換的思想。它們的關鍵區(qū)別在于通信對象發(fā)生了變化。基于分組交換的數據通信是實現(xiàn)計算機與計算機之間或計算機與人之間的通信，其通信過程需要定義嚴格的協(xié)議；而基于報文交換的電信通信則是完成人與人之間的通信，因而雙方之間的通信規(guī)則不必如此嚴格定義。所以，分組交換盡管采用了古老的交換思想，但實際上已變成了一種嶄新的交換技術。表1-1列出了分組交換網的主要優(yōu)點。與電路交換相比，分組交換的不足之處是： 每

7、一分組在經過每一交換節(jié)點時都會產生一定的傳輸延時，考慮到節(jié)點處理分組的能力和分組排隊等候處理的時間，以及每一分組經過的路由可能不等同，使得每一分組的傳輸延時長短不一。因此，它不適用于一些實時、連續(xù)的應用場合，如電話話音、視頻圖像等數據的傳輸； 由于每一分組都額外附加一個頭信息，從而降低了攜帶用戶數據的通信容量； 分組交換網中的每一節(jié)點需要更多地參與對信息轉換的處理，如在發(fā)送端需要將長報文劃分為若干段分組，在接收端必須按序將每個分組組裝起來，恢復出原報文數據等，從而降低了數據傳輸的效率。盡管如此，分組交換技術的出現(xiàn)，不僅大大推動了當時的計算機網絡技術的發(fā)展，而且也是現(xiàn)代計算機網絡技術發(fā)展的重要基

8、礎。第三階段：(20世紀80年代)具有統(tǒng)一的網絡體系結構，遵循國際標準化協(xié)議的計算機網絡。局域網絡系統(tǒng)日漸成熟。隨著計算機網絡的普及和應用推廣，越來越多的用戶都希望將自己的計算機連網。然而實現(xiàn)不同系列、不同品牌的計算機互連，顯然并不是一件容易的事情。因為相互通信的計算機必須高度協(xié)調工作，而這種協(xié)調是相當復雜的。為了降低網絡設計的復雜性，早在當初設計ARPANET時，就有專家提出了層次模型。分層設計的基本思想就是將龐大而復雜的問題轉換為若干個較小的子問題進行分析和研究。隨著ARPANET的建立，各個國家甚至大公司都建立了自己的網絡體系結構，如IBM公司研制的分層網絡體系結構SNA(System

9、Network Architecture)，DEC公司開發(fā)的網絡體系結構DNS(Digital Network Architecture)。這些網絡體系結構的出現(xiàn)，使得一個公司生產的各種類型的計算機和網絡設備可以非常方便地進行互連。但是，由于各個網絡體系結構都不相同，協(xié)議也不一致，使得不同系列、不同公司的計算機網絡難以實現(xiàn)互聯(lián)。這為全球網絡的互連、互通帶來了困難。20世紀80年代開始，人們著手尋找統(tǒng)一的網絡體系結構和協(xié)議的途徑。國際標準化組織ISO(International Standard Organization)于1977年成立了專門機構研究該問題，并于1984年正式頒布了開放系統(tǒng)互連

10、參考模型OSI-RM(Open Systems Interconnection Reference Model，簡稱OSI)。所謂“開放”，就是指只要遵循OSI標準模型的任何系統(tǒng)，不論位于何地，都可以進行互連、互通。這一點非常像世界范圍的電話和郵政系統(tǒng)。這里的“開放系統(tǒng)”，是指在實際網絡系統(tǒng)中與互連有關的各個部分。它也是對當時各個封閉的網絡系統(tǒng)而言的。在計算機網絡發(fā)展的進程中，另一個重要的里程碑就是出現(xiàn)了局域網絡。局域網可使得一個單位或一個校園的微型計算機互連在一起，互相交換信息和共享資源。由于局域網的距離范圍有限、連網的拓撲結構規(guī)范、協(xié)議簡單，使得局域網連網容易，傳輸速率高，使用方便，價格也

11、便宜。所以很受廣大用戶的青睞。因此，局域網在20世紀80年代得到了很大的發(fā)展，尤其是1980年2月份美國電氣和電子工程師學會組織頒布的IEEE802系列的標準，對局域網的發(fā)展和普及起到了巨大的推動作用。第四階段：(20世紀90年代)網絡互連與高速網絡。自OSI參考模型推出后，計算機網絡一直沿著標準化的方向在發(fā)展，而網絡標準化的最大體現(xiàn)是Internet的飛速發(fā)展。Internet是計算機網絡最輝煌的成就，它已成為世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網，并已影響著人們生活的各個方面。由于Internet也使用分層次的體系結構，即TCP/IP網絡體系結構，使得凡遵循TCP/IP的各種計算機網絡都能相互通信

12、。進入20世紀90年代后，網絡進一步向著開放、高速、高性能方向發(fā)展。由于Internet還存在著技術和功能上的不足，加上用戶數量猛增，使得現(xiàn)有的Internet不堪重負。1993年美國政府提出了“NGII(Next Generation Internet Initiative)行動計劃”，該計劃的目標是：開發(fā)規(guī)模更大、速度更快的下一代網絡結構，使之端到端的數據傳輸速率超過100 Mb/s甚至10 Gb/s；提供更為先進、實時性更高的網絡應用服務，如遠程教育、遠程醫(yī)療、高性能的全球通信、環(huán)境監(jiān)測和預報等，NGII計劃將使用超高速全光網絡，能實現(xiàn)更快速的交換和路徑選擇；保證網絡信息的可靠性和安全性

13、。習題1-02 試簡述分組交換的要點。答：采用存儲轉發(fā)的分組交換技術，實質上是在計算機網絡的通信過程中動態(tài)分配傳輸線路或信道帶寬的一種策略。它的工作機理是：首先將待發(fā)的數據報文劃分成若干個大小有限的短數據塊，在每個數據塊前面加上一些控制信息(即首部)，包括諸如數據收發(fā)的目的地址、源地址，數據塊的序號等，形成一個個分組，然后各分組在交換網內采用“存儲轉發(fā)”機制將數據從源端發(fā)送到目的端。由于節(jié)點交換機暫時存儲的是一個個短的分組，而不是整個的長報文，且每一分組都暫存在交換機的內存中并可進行相應的處理，這就使得分組的轉發(fā)速度非?？?。分組交換網是由若干節(jié)點交換機和連接這些交換機的鏈路組成，每一結點就是一

14、個小型計算機?；诜纸M交換的數據通信是實現(xiàn)計算機與計算機之間或計算機與人之間的通信，其通信過程需要定義嚴格的協(xié)議；分組交換網的主要優(yōu)點：1、高效。在分組傳輸的過程中動態(tài)分配傳輸帶寬。2、靈活。每個結點均有智能，可根據情況決定路由和對數據做必要的處理。3、迅速。以分組作為傳送單位，在每個結點存儲轉發(fā)，網絡使用高速鏈路。4、可靠。完善的網絡協(xié)議；分布式多路由的通信子網。電路交換相比，分組交換的不足之處是： 每一分組在經過每一交換節(jié)點時都會產生一定的傳輸延時，考慮到節(jié)點處理分組的能力和分組排隊等候處理的時間，以及每一分組經過的路由可能不等同，使得每一分組的傳輸延時長短不一。因此，它不適用于一些實時、

15、連續(xù)的應用場合，如電話話音、視頻圖像等數據的傳輸； 由于每一分組都額外附加一個頭信息，從而降低了攜帶用戶數據的通信容量； 分組交換網中的每一節(jié)點需要更多地參與對信息轉換的處理，如在發(fā)送端需要將長報文劃分為若干段分組，在接收端必須按序將每個分組組裝起來，恢復出原報文數據等，從而降低了數據傳輸的效率。習題1-03 試從多個方面比較電路交換、報文交換和分組交換的主要優(yōu)缺點。答：電路交換，它的主要特點是： 在通話的全部時間內用戶獨占分配的傳輸線路或信道帶寬，即采用的是靜態(tài)分配策略； 通信雙方建立的通路中任何一點出現(xiàn)了故障，就會中斷通話，必須重新?lián)芴柦⑦B接，方可繼續(xù)，這對十分緊急而重要的通信是不利的。

16、顯然，這種交換技術適應模擬信號的數據傳輸。然而在計算機網絡中還可以傳輸數字信號。數字信號通信與模擬信號通信的本質區(qū)別在于數字信號的離散性和可存儲性。這些特性使得它在數據傳輸過程中不僅可以間斷分時發(fā)送，而且可以進行再加工、再處理。 計算機數據的產生往往是“突發(fā)式”的，比如當用戶用鍵盤輸入數據和編輯文件時，或計算機正在進行處理而未得出結果時，通信線路資源實際上是空閑的，從而造成通信線路資源的極大浪費。據統(tǒng)計，在計算機間的數據通信中，用來傳送數據的時間往往不到10%甚至1%。另外，由于各異的計算機和終端的傳輸數據的速率各不相同，采用電路交換就很難相互通信。分組交換具有高效、靈活、可靠等優(yōu)點。但傳輸時

17、延較電路交換要大，不適用于實時數據業(yè)務的傳輸。報文交換傳輸時延最大。習題1-07 計算機網絡可從哪幾個方面進行分類？答：1、按交換方式：有電路交換、報文交換、分組交換、幀中繼交換、信元交換等。2、按拓撲結構：有集中式網絡、分散式網絡、分布式網絡。其中，集中式網絡的特點是網絡信息流必須經過中央處理機或網絡交換節(jié)點(如星形拓撲結構)；分布式網絡的特點是任何一個節(jié)點都至少和其他兩個節(jié)點直接相連(如網狀形拓撲結構)，是主干網常采用的一種結構；分散式網絡實際上是星形網和網狀形網的混合網。3、按作用范圍：有廣域網(WAN)、局域網(LAN)、城域網(MAN)。其中，廣域網的作用范圍為幾十至幾千公里，又稱為

18、遠程網；局域網的作用范圍常限制在一個單位或一個校園(1 km)內，但數據傳輸速率高(10 Mb/s以上)；城域網常介于廣域網和局域網之間，局限在一個城市(550 km)內。4按使用范圍：有公用網和專用網。其中，公用網都是由國家的電信部門建造和控制管理的；專用網是某個單位或部門為本系統(tǒng)的特定業(yè)務需要而建造的，不對單位或部門以外的人員開放。習題1-09 計算機網絡由哪幾部分組成？答：一個計算機網絡應當有三個主要的組成部分：（1） 若干個主機，它們向各用戶提供服務；（2） 一個通信子網，它由一些專用的結點交換機和連接這些結點的通信鏈路所組成；（3） 一系列的協(xié)議。這些協(xié)議是為在主機之間或主機和子網之

19、間的通信而用的。習題1-10 試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報文共x(bit)。從源站到目的站共經過k段鏈路，每段鏈路的傳播時延為d(s)，數據率為b(b/s)。在電路交換時電路的建立時間為s(s)。在分組交換時分組長度為p(bit)，且各結點的排隊等待時間可忽略不計。問在怎樣的條件下，分組交換的時延比電路交換的要?。拷猓翰捎秒娐方粨Q：端到端時延：采用分組交換：端到端時延：，這里假定，即不考慮報文分割成分組后的零頭。欲使，必須滿足習題1-11在上題的分組交換網中，設報文長度和分組長度分別為x和（p+h）（bit），其中p為分組的數據部分的長度，而h為每個分組所帶的控制信息固定長

20、度，與p的大小無關。通信的兩端共經過k段鏈路。鏈路的數據率為b（bit/s），但傳播時延和結點的排隊時間均可忽略不計。若打算使總的時延為最小，問分組的數據部分長度p應取為多大？答：分組個數x/p，傳輸的總比特數：(p+h)x/p源發(fā)送時延：(p+h)x/pb最后一個分組經過k-1個分組交換機的轉發(fā)，中間發(fā)送時延：(k-1)(p+h)/b總發(fā)送時延D=源發(fā)送時延+中間發(fā)送時延 D=(p+h)x/pb+(k-1)(p+h)/b令其對p的導數等于0，求極值 p=hx/(k-1)習題1-13 面向連接服務與無連接報務各自的特點是什么？答：所謂連接，就是兩個對等實體為進行數據通信而進行的一種結合。面向連

21、接服務是在數據交換之前，必須先建立連接。當數據交換結束后，則應終止這個連接。面向連接服務具有連接建立、數據傳輸和連接釋放這三個階段。在傳送數據時按序傳送的。因面面向連接服務提供可靠的數據傳輸服務。在無連接服務的情況下，兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關資源不需要事先進行預留。這些資源在數據傳輸時動態(tài)地進行分配。無連接服務的另一特征是它不需要通信的兩個實體同時期是活躍的（即處于激活態(tài)）。當發(fā)送端有實體正在進行發(fā)送時，它才是活躍的。這時接收端的實體并不一定必須是活躍的。只有當接收端的實體正在進行接收時，它才必須是活躍的。無連接服務的優(yōu)點是靈活方便和比較迅速。但無連接服務不能

22、防止報文的丟失、重復或失序。無連接服務特別適合于傳送少量零星的報文。習題1-14 協(xié)議與服務有何區(qū)別？有何關系？答：網絡協(xié)議：為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定。由以下三個要素組成：（1）語法：即數據與控制信息的結構或格式。（2）語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。（3）同步：即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務，而要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下面一層提供服務。協(xié)議和服務的概念的區(qū)分：1、協(xié)議的實現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務。本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下

23、面的協(xié)議。下面的協(xié)議對上面的服務用戶是透明的。2、協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則。但服務是“垂直的”，即服務是由下層通過層間接口向上層提供的。上層使用所提供的服務必須與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務原語。習題1-15 網絡協(xié)議的三個要素是什么？各有什么含義？答：網絡協(xié)議：為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定。由以下三個要素組成：（1）語法：即數據與控制信息的結構或格式。（2）語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。（3）同步：即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。習題1-16 試述五層協(xié)議的網絡體系結構的要點，包括各層的主要功能。答：所

24、謂五層協(xié)議的網絡體系結構是為便于學習計算機網絡原理而采用的綜合了OSI七層模型和TCP/IP的四層模型而得到的五層模型。五層協(xié)議的體系結構見圖1-1所示。 圖1-1五層協(xié)議的體系結構各層的主要功能：（1）應用層2 數據鏈路層3 網絡層4 運輸層數據鏈路層 應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要。應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理（user agent),來完成一些為進行語義上有意義的信息交換所必須的功能。(2）運輸層任務是負責主機中兩個進程間的通信。因特網的運輸層可使用兩種不同的協(xié)議。即面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP和無連接的用戶數

25、據報協(xié)議UDP。面向連接的服務能夠提供可靠的交付。無連接服務則不能提供可靠的交付。只是best-effort delivery.(3)網絡層網絡層負責為分組選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。（4）數據鏈路層數據鏈路層的任務是將在網絡層交下來的數據報組裝成幀（frame)，在兩個相鄰結點間的鏈路上實現(xiàn)幀的無差錯傳輸。（5）物理層物理層的任務就是透明地傳輸比特流。 “透明地傳送比特流”指實際電路傳送后比特流沒有發(fā)生變化。物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及當發(fā)送端發(fā)出比特“1”時，接收端如何識別出這是“1”而不是“0”。物理層還要確定連接電纜的插頭應當有多

26、少根腳以及各個腳如何連接。習題1-18 解釋下列名詞：協(xié)議棧、實體、對等層、協(xié)議數據單元、服務訪問點、客戶、服務器、客戶-服務器方式。答：協(xié)議棧：指計算機網絡體系結構采用分層模型后，每層的主要功能由對等層協(xié)議的運行來實現(xiàn)，因而每層可用一些主要協(xié)議來表征，幾個層次畫在一起很像一個棧的結構。實體：表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。在許多情況下，實體是一個特定的軟件模塊。對等層：在網絡體系結構中，通信雙方實現(xiàn)同樣功能的層。協(xié)議數據單元：對等層實體進行信息交換的數據單位。服務訪問點：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息）的地方。服務訪問點SAP是一個抽象的概念，它實體上就是一個邏輯接

27、口?？蛻簟⒎掌鳎嚎蛻艉头掌鞫际侵竿ㄐ胖兴婕暗膬蓚€應用進程。客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系?？蛻羰欠照埱蠓?，服務器是服務提供方?？蛻?服務器方式：客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系，當客戶進程需要服務器進程提供服務時就主動呼叫服務進程，服務器進程被動地等待來自客戶進程的請求。習題1-20 收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為。試計算以下兩種情況的發(fā)送時延的傳播時延：（1） 數據長度為107bit,數據發(fā)送速率為100kb/s。（2） 數據長度為103bit,數據發(fā)送速率為1Gb/s。解：（1）發(fā)送時延：傳播時延：（2）發(fā)送

28、時延：傳播時延：第二章物理層習題2-01 物理層要解決什么問題？物理層的主要特點是什么？答：物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指連接計算機的具體的物理設備或具體的傳輸媒體。現(xiàn)有的網絡中物理設備和傳輸媒體種類繁多，通信手段也有許多不同的方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使數據鏈路層感覺不到這些差異，這樣數據鏈路層只需要考慮如何完成本層的協(xié)議和服務，而不必考慮網絡具體的傳輸媒體是什么。物理層的重要任務是確定與傳輸媒體的接口的一些特性。習題2-02 試給出數據通信系統(tǒng)的模型并說明其主要組成構件的作用。答：一個數據通信系統(tǒng)可劃分為三大部分：源系統(tǒng)（或

29、發(fā)送端）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網絡）、和目的系統(tǒng)（或接收端）。源系統(tǒng)一般包括以下兩個部分：源點：源點設備產生要傳輸的數據。例如正文輸入到PC機，產生輸出的數字比特流。發(fā)送器：通常源點生成的數據要通過發(fā)送器編碼后才能在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。例如，調制解調器將PC機輸出的數字比特流轉換成能夠在用戶的電話線上傳輸的模擬信號。接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。例如，調制解調器接收來自傳輸線路上的模擬信號，并將其轉換成數字比特流。終點：終點設備從接收器獲取傳送過來的信息。習題2-03 試解釋以下名詞：數據、信號、模擬數據、模擬信號、數字數據、數字信號、單工通信、半雙工通

30、信、全雙工通信。答：數據：是運送信息的實體。信號：則是數據的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬數據：運送信息的模擬信號。模擬信號：連續(xù)變化的信號。數字信號：取值為有限的幾個離散值的信號。數字數據：取值為不連續(xù)數值的數據。單工通信：即只有一個方向的通信而沒有反方向的交互。半雙工通信：即通信和雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送（當然也不能同時接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時間再反過來。全雙工通信：即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。習題2-04 物理層的接口有哪幾個特性？各包含什么內容？答：（1）機械特性指明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。（2）電氣特

31、性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。（3）功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何意。（4）規(guī)程特性說明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。習題2-06 用香農公式計算一下：假定信道帶寬為3100Hz，最大信息傳輸速率為35kb/s，那么若想使最大信息傳輸速率增加60%。問信噪比S/N應增大到多少倍？如果在剛才計算出的基礎上將信噪比S/N再增大到10倍，問最大信息傳輸速率能否再增加20%？答：習題2-11基帶信號與寬帶信號的傳輸各有什么特點？答：基帶信號將數字1和0直接用兩種不同的電壓表示，然后送到線路上傳輸。寬帶信號是將基帶信號調制后形成的頻分復用模擬信號。采用基帶信號傳輸，

32、一條電纜只能傳輸一路數字信號，而采用寬帶信號傳輸，一條電纜中可同時傳送多路的數字信號，提高了線路的利用率。習題2-13 56kb/s的調制解調器是否已突破了香農的信道極限傳輸速率?這種調制解調器的使用條件是怎樣的?答：56kb/s的調制解調器沒有突破了香農的信道極限傳輸速率。這種調制解調器的使用條件是：用戶通過ISP從因特網上下載信息的情況下，下行信道的傳輸速率為56kb/s。（見下圖）習題2-15 試寫出下列英文縮寫的全文，并進行簡單的解釋。FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48，DTE，DCE，EIA，ITU-T，CCITT，ISO

33、答：FDM(frequency division multiplexing)TDM(Time Division Multiplexing)STDM(Statistic Time Division Multiplexing)WDM(Wave Division Multiplexing)DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)CDMA(Code Wave Division Multiplexing)SONET(Synchronous Optical Network)同步光纖網SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步數字系列STM-

34、1(Synchronous Transfer Module)第1級同步傳遞模塊OC-48(Optical Carrier)第48級光載波習題2-17 共有4個站進行碼分多址CDMA通信。4個站的碼片序列為：A：（-1 1 1 +1 +1 1 +1 +1） B：（-1 1 +1 -1 +1 +1 +1 -1）C：（-1 +1 1 +1 +1 +1 -1 -1） D：（-1 +1 1 1 -1 1 +1 -1）現(xiàn)收到這樣的碼片序列：（-1 +1 3 +1 -1 3 +1 +1）。問哪個站發(fā)送數據了？發(fā)送數據的站發(fā)送的1還是0？答：S·A=（11311311）8=1， A發(fā)送1S·

35、;B=（11311311）8=1， B發(fā)送0S·C=（11311311）8=0， C無發(fā)送S·D=（11311311）8=1， D發(fā)送1習題2-18 假定在進行異步通信時，發(fā)送端每發(fā)送一個字符就發(fā)送10個等寬的比特（一個起始比特，8個比特的ASCII碼字符，最后一個結束比特）。試問當接收端的時鐘頻率和發(fā)送端的時鐘頻率相差5%時，雙方能否正常通信？解：設發(fā)送端和接收端的時鐘周期分別為X和Y。若接收端時鐘稍慢，則最后一個采樣必須發(fā)生在停止比特結束之前，即9.5Y<10X。若接收端時鐘稍快，則最后一個采樣必須發(fā)生在停止比特開始之后，即9.5Y>9X。解出：因此收發(fā)雙方

36、頻率相差5%是可以正常工作的。第三章 數據鏈路層習題3-02 數據鏈路層中的鏈路控制包括哪些功能？答：數據鏈路層中的鏈路控制功能有：（1）鏈路管理。（2）幀定界。（3）流量控制。（4）差錯控制。（5）將數據和控制信息區(qū)分開。（6）透明傳輸。（7）尋址。習題3-03考察停止等待協(xié)議算法。在接收結點，當執(zhí)行步驟（4）時，若將“否則轉到（7）”改為“否則轉到（8）”，將產生什么結果？答：“否則”是指發(fā)送方發(fā)送的幀的N（S）和接收方的狀態(tài)變量V（R）不同。表明發(fā)送方沒有收到接收方發(fā)出的ACK，于是重傳上次的幀。若“轉到（8）”，則接收方要發(fā)送NAK。發(fā)送方繼續(xù)重傳上次的幀，一直這樣下去。習題3-06

37、信道速率為4kb/s。采用停止等待協(xié)議。傳播時延,確認幀長度和處理時間均可忽略。問幀長為多少才能使信道利用率達到至少50%。解：根據下圖所示停等協(xié)議中的時間關系：在確認幀長度和處理時間均可忽略的情況下，要使信道利用率達到至少50%必須使數據幀的發(fā)送時間等于2倍的單程傳播時延。即：已知：，其中C為信道容量，或信道速率。為幀長（以比特為單位）。所以得幀長 bit習題3-09試證明：當用n個比特進行編號時，若接收窗口的大小為1，則只有在發(fā)送窗口的大小WT2n-1時，連續(xù)ARQ協(xié)議才能正確運行。答：（1）顯然 WT內不可能有重復編號的幀，所以WT2n。設WT=2n；（2）注意以下情況：發(fā)送窗口：只有當

38、收到對一個幀的確認，才會向前滑動一個幀的位置；接收窗口：只有收到一個序號正確的幀，才會向前滑動一個幀的位置，且同時向發(fā)送端發(fā)送對該幀的確認。顯然只有接收窗口向前滑動時，發(fā)送端口才有可能向前滑動。發(fā)送端若沒有收到該確認，發(fā)送窗口就不能滑動。（3）為討論方便，取n=3。并考慮當接收窗口位于0時，發(fā)送窗口的兩個極端狀態(tài)。狀態(tài)1： 發(fā)送窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 全部確認幀收到 接收窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 狀態(tài)2： 發(fā)送窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 全部確認幀都沒收到

39、接收窗口： 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 （4）可見在狀態(tài)2下，接收過程前移窗口后有效序列號的新范圍和發(fā)送窗口的舊范圍之間有重疊，致使接收端無法區(qū)分是重復幀還是新幀。為使舊發(fā)送窗口和新接收窗口之間序列號不發(fā)生重疊，有WTWR2n，所以WT2n-1。習題3-10、試證明：對于選擇重傳ARQ協(xié)議，若有n比特進行編號，則接收窗口的最大值受公式WR2n/2的約束。答：因WTWR2n，而WRWT，當WR= WT時，WR取最大值，為2n/2。習題3-11在選擇重傳ARQ協(xié)議中，設編號用3bit。再設發(fā)送窗口WT=6，而接收窗口WR=3。試找出一種情況，使得在此情況下協(xié)議不

40、能正常工作。答：發(fā)送端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 接收端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0習題3-12在連續(xù)ARQ協(xié)議中，設編號用3bit，而發(fā)送窗口WT=8，試找出一種情況，使得在此情況下協(xié)議不能正常工作。答：發(fā)送端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 接收端：0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0習題3-13在什么條件下，選擇重傳ARQ協(xié)議和連續(xù)ARQ協(xié)議在效果上完全一致？答：當選擇重傳ARQ協(xié)議WR=1時，或當連續(xù)ARQ協(xié)議傳輸無差錯時。習題3-15設衛(wèi)

41、星信道的數據速率是1Mbit/s，取衛(wèi)星信道的單程傳播時延為0.25秒。每一個數據幀長為2000bit，忽略誤碼率、確認幀長和處理時間。試計算下列情況下的信道利用率。（1）采用停等協(xié)議。（2）采用連續(xù)ARQ協(xié)議，窗口大小WT7。（3）采用連續(xù)ARQ協(xié)議，窗口大小WT127。（4）采用連續(xù)ARQ協(xié)議，窗口大小WT255。解：習題3-16試簡述HDLC幀各字段的意義。HDLC用什么方法保證數據的透明傳輸？答：HDLC幀結構如下圖：1. 標志域F。HDLC用一種特殊的位模式01111110作為標志以確定幀的邊界。 同一個標志既可以作為前一幀的結束, 也可以作為后一幀的開始。 鏈路上所有的站都在不斷地

42、探索標志模式, 一旦得到一個標志就開始接收幀。 在接收幀的過程中如果發(fā)現(xiàn)一個標志, 則認為該幀結束了。 2. 地址域A。 地址域用于標識從站的地址。 雖然在點對點鏈路中不需要地址, 但是為了幀格式的統(tǒng)一, 也保留了地址域。 地址通常是8位長, 然而經過協(xié)商之后, 也可以采用更長的擴展地址。 3. 控制域C。HDLC定義了三種幀, 可根據控制域的格式區(qū)分之。 信息幀(I幀)裝載著要傳送的數據, 此外還捎帶著流量控制和差錯控制的信號。4. 信息域INFO。只有I幀和某些無編號幀含有信息域。 這個域可含有表示用戶數據的任何比特序列, 其長度沒有規(guī)定, 但具體的實現(xiàn)往往限定了幀的最大長度。5. 幀校驗

43、和域FCS。FCS域中含有除標志域之外的所有其他域的校驗序列。 通常使用16 bit的CRC-CCITT標準產生校驗序列, 有時也使用CRC-32產生32位的校驗序列。采用零比特填充法就可傳送任意組合的比特流，或者說，就可實現(xiàn)數據鏈路層的透明傳輸。習題3-17 HDLC幀可分為哪幾大類？試簡述各類幀的作用。答：分三大類。1信息幀：用于數據傳輸，還可同時用來對已收到的數據進行確認和執(zhí)行輪詢功能。2監(jiān)督幀：用于數據流控制，幀本身不包含數據，但可執(zhí)行對數據幀的確認，請求重發(fā)信息幀和請求暫停發(fā)送信息幀等功能。3無編號幀：主要用于控制鏈路本身，不使用發(fā)送或接收幀序號。習題3-19 PPP協(xié)議的主要特點是

44、什么？為什么PPP不使用幀的編號？PPP適用于什么情況？答：主要特點：（1） 點對點協(xié)議，既支持異步鏈路，也支持同步鏈路。（2） PPP是面向字節(jié)的。PPP不采用序號和確認機制是出于以下的考慮：第一， 若使用能夠實現(xiàn)可靠傳輸的數據鏈路層協(xié)議（如HDLC），開銷就要增大。在數據鏈路層出現(xiàn)差錯的概率不大時，使用比較簡單的PPP協(xié)議較為合理。第二， 在因特網環(huán)境下，PPP的信息字段放入的數據是IP數據報。假定我們采用了能實現(xiàn)可靠傳輸但十分復雜的數據鏈路層協(xié)議，然而當數據幀在路由器中從數據鏈路層上升到網絡層后，仍有可能因網絡授擁塞而被丟棄。因此，數據鏈路層的可靠傳輸并不能保證網絡層的傳輸也是可靠的。第

45、三， PPP協(xié)議在幀格式中有幀檢驗序列FCS安段。對每一個收到的幀，PPP都要使用硬件進行CRC檢驗。若發(fā)現(xiàn)有差錯，則丟棄該幀（一定不能把有差錯的幀交付給上一層）。端到端的差錯檢測最后由高層協(xié)議負責。因此，PPP協(xié)議可保證無差錯接受。PPP協(xié)議適用于用戶使用撥號電話線接入因特網的情況。習題3-20要發(fā)送的數據為1101011011。采用CRC的生成多項式是P(x)=x4+x+1 。試求應添加在數據后面的余數。數據在傳輸過程中最后一個1變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？若數據在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)？答：添加的檢驗序列為1110 （11010110110000除以10011）

46、 數據在傳輸過程中最后一個1變成了0，11010110101110除以10011，余數為011，不為0，接收端可以發(fā)現(xiàn)差錯。數據在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，11010110001110除以10011，余數為101，不為0，接收端可以發(fā)現(xiàn)差錯。第四章 局域網4-03、一個7層樓，每層有一排共15間辦公室。每個辦公室的樓上設有一個插座，所有的插座在一個垂直面上構成一個正方形柵格組成的網的結點。設任意兩個插座之間都允許連上電纜（垂直、水平、斜線均可）?，F(xiàn)要用電纜將它們連成（1）集線器在中央的星形網；（2）總線式以太網。試計算每種情況下所需的電纜長度。答：（1）假定從下往上把7層樓編號為1-7層

47、。按樓層高4米計算。在星形網中，集線器放在4層中間位置（第8間房）。電纜總程度等于：7 154 （i-4）2+（j-8）2=1832（m）i=1 j=1（2）對于總線式以太網（如10BASE2），每層需4×14=56（m）水平電纜，垂直電纜需4×6=24（m），所以總長度等于 7×56+24=416（m）4-04數據率為10Mbit/s的以太網在物理媒體上的碼元傳輸速率是多少波特？答：以太網使用曼徹斯特編碼，這就意味著發(fā)送的每一位都有兩個信號周期。標準以太網的數據速率是10Mb/s，因此波特率是數據率的兩倍，即20M波特。4-06試說明10BASE5，10BASE

48、2，10BASE-T，1BASE-5，10BROAD36和FOMAU所代表的意思。答：10BASE5，10BASE2，10BASE-T分別表示以太網的三種不同的物理層。10表示數據率是10Mb/s，BASE表示電纜上的信號是基帶信號，采用曼徹斯特編碼。5表示粗纜，每一段電纜的最大長度是500米。2代表細纜，每一段電纜的最大長度是185米。T表示雙絞線。10BROAD36：“10”表示數據率為10Mbit/s，“BROAD”表示電纜上的信號是寬帶信號，“36”表示網絡的最大跨度是3600m。FOMAU : (Fiber Optic Medium Attachment Unit

49、)  光纖媒介附屬單元。4-07 10Mbit/s以太網升級到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s時，需要解決哪些技術問題？在幀的長度方面需要有什么改變？為什么？傳輸媒體應當有什么改變？答：以太網升級時，由于數據傳輸率提高了，幀的發(fā)送時間會按比例縮短，這樣會影響沖突的檢測。所以需要減小最大電纜長度或增大幀的最小長度，使參數a保持為較小的值，才能有效地檢測沖突。在幀的長度方面，幾種以太網都采用802.3標準規(guī)定的以太網最小最大幀長，使不同速率的以太網之間可方便地通信。100bit/s的以太網采用保持最短幀長（64byte）不變的方法，而將一個網段的最大電纜長

50、度減小到100m，同時將幀間間隔時間由原來的9.6s，改為0.96s。1Gbit/s以太網采用保持網段的最大長度為100m的方法，用“載波延伸”和“分組突法”的辦法使最短幀仍為64字節(jié)，同時將爭用字節(jié)增大為512字節(jié)。傳輸媒體方面，10Mbit/s以太網支持同軸電纜、雙絞線和光纖，而100Mbit/s和1Gbit/s以太網支持雙絞線和光纖，10Gbit/s以太網只支持光纖。4-08有10個站連接在以太網上。試計算以下三種情況下每一個站所能得到的帶寬。（1） 10個站都連接到一個10Mb/s以太網集線器。（2） 10個站都連接到一個100Mb/s以太網集線器。（3） 10個站都連接到一個10Mb

51、/s以太網交換機。答：（1）10個站共享10Mb/s。（3） 10個站共享100Mb/s。（3）每個站獨占10Mb/s。4-09 100個站分布在4km長的總線上。協(xié)議采用CSMA/CD?？偩€速率為5Mb/s，幀的平均長度為1000bit。試估算每個站每秒鐘發(fā)送的平均幀數的最大值。傳播時延為5µs/km。解：發(fā)送一個幀所需的平均時間為：Tav=2NR+T0+，其中NR=(1-A)/A，A是某個站發(fā)送成功的概率，N100時，Amax=0.369 ,總線上每秒發(fā)送成功的最大幀數：，則得每個站每秒發(fā)送的平均幀數為3400/100=34.74-10在以下條件下，分別重新計算上題，并解釋所得結

52、果。（1）總線長度減小到1km。（2）總線速度加倍。（3）幀長變?yōu)?0000bit。答：設a與上題意義相同（1） a1=a/4=0.025，Smax1=0.9000每個站每秒種發(fā)送的平均幀數的最大值=45總線長度減小，端到端時延就減小，以時間為單位的信道長度與幀長的比也減小,信道給比特填充得更滿,信道利用率更高，所以每站每秒發(fā)送的幀更多。（2） a2=2a=0.2，Smax2=0.5296每個站每秒種發(fā)送的平均幀數的最大值=53 總線速度加倍，以時間為單位的信道長度與幀長的比也加倍，信道利用率減?。ǖ员仍瓉淼?/2大），所以最終每站每秒發(fā)送的幀比原來多。 （3）a3=a/10=0.01，Sm

53、ax3=0.9574每個站每秒種發(fā)送的平均幀數的最大值=4.8 幀長加長10倍，信道利用率增加，每秒在信道上傳輸的比特增加（但沒有10倍），所以最終每站每秒發(fā)送的幀比原來少。4-11假定1km長的CSMA/CD網絡的數據率為1Gbit/s。設信號在網絡上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長。答：對于1km電纜，單程端到端傳播時延為：=1÷200000=5×10-6s=5s，端到端往返時延為： 2=10s為了能按照CSMA/CD工作，最小幀的發(fā)送時延不能小于10s，以1Gb/s速率工作，10s可發(fā)送的比特數等于：10×10-6×1&

54、#215;109=10000bit=1250字節(jié)。4-12有一個使用集線器的以太網，每個站到集線器的距離為d，數據發(fā)送速率為C，幀長為12500字節(jié)，信號在線路上的傳播速率為，距離d為25m或2500m，發(fā)送速率為10Mb/s或10Gb/s。這樣就有四種不同的組合。試利用公式（4-9）分別計算這4種不同情況下參數的數值，并作簡單討論。解：公式（4-9）為： 其中為傳播時延，為數據幀的發(fā)送時間。計算結果：距離d=25md=2500m發(fā)送速率C=10Mb/sC=10Gb/sC=10Mb/sC=10Gb/s討論：越大，信道利用率就越小。4-15假定一個以太網上的通信量中的80%是在本局域網上進行的，

55、而其余的20%的通信量是在本局域網和因特網之間進行的。另一個以太網的情況則反過來。這兩個以太網一個使用以太網集線器，另一個使用以太網交換機。你認為以太網交換機應當用在哪一個網絡上？答：以太網交換機用在這樣的網絡，其20%通信量在本局域網而80%的通信量到因特網。4-16以太網使用的CSMA/CD協(xié)議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統(tǒng)的時分復用TDM相比優(yōu)缺點如何？答：CSMA/CD是一種動態(tài)的媒體隨機接入共享信道方式，而傳統(tǒng)的時分復用TDM是一種靜態(tài)的劃分信道，所以對信道的利用，CSMA/CD是用戶共享信道，更靈活，可提高信道的利用率，不像TDM，為用戶按時隙固定分配信道，即使當用戶沒有數據

56、要傳送時，信道在用戶時隙也是浪費的；也因為CSMA/CD是用戶共享信道，所以當同時有用戶需要使用信道時會發(fā)生碰撞，就降低信道的利用率，而TDM中用戶在分配的時隙中不會與別的用戶發(fā)生沖突。對局域網來說，連入信道的是相距較近的用戶，因此通常信道帶寬較寬，如果使用TDM方式，用戶在自己的時隙內沒有數據發(fā)送的情況會更多，不利于信道的充分利用。對計算機通信來說，突發(fā)式的數據更不利于使用TDM方式。4-17使用CSMA/CD協(xié)議時，若線路長度為100m，信號在線路上傳播速率為2×108m/s。數據的發(fā)送速率為1Gbit/s。試計算幀長度為512字節(jié)、1500字節(jié)和64000字節(jié)時的參數a的數值，并進行簡單討論。答：a=/T0=C/L=100÷（2×108）×1×109/L=500/L，信道最大利用率Smax =1/（1+4.44a），最大吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s幀長512字節(jié)時，a=500/（512×8）=0.122， Smax =0.6486，Tmax=648.6 Mbit/s幀長1500字節(jié)時，a=500/（1500×