计算机网络第一章答案

习题1-02 试简述分组交换的要点。

答：采用存储转发的分组交换技术，实质上是在计算机网络的通信过程中动态分配传输线路或信道带宽的一种策略。

它的工作机理是：首先将待发的数据报文划分成若干个大小有限的短数据块，在每个数据块前面加上一些控制信息(即首部)，包括诸如数据收发的目的地址、源地址，数据块的序号等，形成一个个分组，然后各分组在交换网内采用“存储转发”机制将数据从源端发送到目的端。由于节点交换机暂时存储的是一个个短的分组，而不是整个的长报文，且每一分组都暂存在交换机的内存中并可进行相应的处理，这就使得分组的转发速度非常快。

分组交换网是由若干节点交换机和连接这些交换机的链路组成，每一结点就是一个小型计算机。

基于分组交换的数据通信是实现计算机与计算机之间或计算机与人之间的通信，其通信过程需要定义严格的协议；

分组交换网的主要优点：

1、高效。在分组传输的过程中动态分配传输带宽。

2、灵活。每个结点均有智能，可根据情况决定路由和对数据做必要的处理。

3、迅速。以分组作为传送单位，在每个结点存储转发，网络使用高速链路。

4、可靠。完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。

电路交换相比，分组交换的不足之处是：①每一分组在经过每一交换节点时都会产生一定的传输延时，考虑到节点处理分组的能力和分组排队等候处理的时间，以及每一分组经过的路由可能不等同，使得每一分组的传输延时长短不一。因此，它不适用于一些实时、连续的应用场合，如电话话音、视频图像等数据的传输；

②由于每一分组都额外附加一个头信息，从而降低了携带用户数据的通信容量；

③分组交换网中的每一节点需要更多地参与对信息转换的处理，如在发送端需要将长报文划分为若干段分组，在接收端必须按序将每个分组组装起来，恢复出原报文数据等，从而降低了数据传输的效率。

习题1-03 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：电路交换，它的主要特点是：①在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽，即采用的是静态分配策略；②通信双方建立的通路中任何一点出现了故障，就会中断通话，必须重新拨号建立连接，方可继续，这对十分紧急而重要的通信是不利的。显然，这种交换技术适应模拟信号的数据传输。然而在计算机网络中还可以传输数字信号。数字信号通信与模拟信号通信的本质区别在于数字信号的离散性和可存储性。这些特性使得它在数据传输过程中不仅可以间断分时发送，而且可以进行再加工、再处理。③计算机数据的产生往往是“突发式”的，比如当用户用键盘输入数据和编辑文件时，或计算机正在进行处理而未得出结果时，通信线路资源实际上是空闲的，从而造成通信线路资源的极大浪费。据统计，在计算机间的数据通信中，用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%。另外，由于各异的计算机和终端的传输数据的速率各不相同，采用电路交换就很难相互通信。

分组交换具有高效、灵活、可靠等优点。但传输时延较电路交换要大，不适用于实时数据业务的传输。

报文交换传输时延最大。

1-06、试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较。讨论其异同之处。

答：（1）OSI和TCP/IP的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层。

（2）OSI和TCP/IP的不同点：

①OSI分七层，自下而上分为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层，而TCP/IP分四层：网络接口层、网间网层（IP）、传输层（TCP）和应用层。严格讲，TCP/IP网间网协议只包括下三层，应用程序不算TCP/IP的一部分。

②OSI层次间存在严格的调用关系，两个（N）层实体的通信必须通过下一层（N-1）层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议的效率。

③OSI开始偏重于面向连接的服务，后来才开始制定无连接的服务标准，而TCP/IP一开始就有面向连接和无连接服务，无连接服务的数据报对于互联网中的数据传送以及分组话音通信都是十分方便的。

④OSI与TCP/IP对可靠性的强调也不相同。对OSI的面向连接服务，数据链路层、网络层和运输层都要检测和处理错误，尤其在数据链路层采用校验、确认和超时重传等措施提供可靠性，而且网络和运输层也有类似技术。而TCP/IP则不然，TCP/IP认为可靠性是端到端的问题，应由运输层来解决，因此它允许单个的链路或机器丢失数据或数据出错，网络本身不进行错误恢复，丢失或出错数据的恢复在源主机和目的主机之间进行，由运输层完成。由于可靠性由主机完成，

增加了主机的负担。但是，当应用程序对可靠性要求不高时，甚至连主机也不必进行可靠性处理，在这种情况下，TCP/IP 网的效率最高。

习题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)。从源站到目的站共经过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：采用电路交换：端到端时延：kd b

x s t c ++= 采用分组交换：端到端时延：kd b

x b p k t p ++-=)1(， 这里假定p x >>，即不考虑报文分割成分组后的零头。

欲使c p t t <，必须满足s b

p k <-)

1(

习题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 （bit/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？

答：分组个数x/p ，

传输的总比特数：(p+h)x/p

源发送时延：(p+h)x/pb

最后一个分组经过k-1个分组交换机的转发，中间发送时延：(k-1)(p+h)/b 总发送时延D=源发送时延+中间发送时延

D=(p+h)x/pb+(k-1)(p+h)/b

令其对p的导数等于0，求极值

p=√hx/(k-1)

习题1—12网络体系结构为什么要采用分层次的结构？试列举一些与分层体系结构的思想相似的日常生活（答案暂定如下）

体系结构计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议。

把网络操作分成复杂性较低的单元，结构清晰，易于实现和维护；定义并提供了具有兼容性的标准接口，有利于促进标准化工作；结构上可分割，使设计人员能专心设计和开发所关心的功能模块；独立性强，上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务；灵活性好，适应性强，只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变，一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络可单独升级或改造。

例如：单位部门的分级管理，分工明确、责权清晰。

习题1-13 面向连接服务与无连接报务各自的特点是什么？

答：所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。

面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时按序传送的。因面面向连接服务提供可靠的数据传输服务。在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预留。这些资源在数据传输时动态地进行分配。

无连接服务的另一特征是它不需要通信的两个实体同时期是活跃的（即处于激活态）。当发送端有实体正在进行发送时，它才是活跃的。这时接收端的实体并不一定必须是活跃的。只有当接收端的实体正在进行接收时，它才必须是活跃的。

无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速。但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。无连接服务特别适合于传送少量零星的报文。

习题1-14 协议与服务有何区别？有何关系？

答：网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：

（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式。

（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。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，而要实现本层协议，还需要使用下面一层提供服务。

协议和服务的概念的区分：

1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户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服务用户是透明的。

2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

习题1-15 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？

答：网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：

（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式。

（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。

习题1-16 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：所谓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。五层协议的体系结

构见图1-1所示。

图1-1五层协议的体系结构

各层的主要功能：

（1）应用层

应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（user agent),来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。

(2）运输层

任务是负责主机中两个进程间的通信。

因特网的运输层可使用两种不同的协议。即面向连接的传输控制协议TCP 和无连接的用户数据报协议UDP 。

面向连接的服务能够提供可靠的交付。

无连接服务则不能提供可靠的交付。只是best-effort delivery.

(3)网络层

网络层负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

（4）数据链路层

数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧（frame)，在两个数4 3 2

相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。

（5）物理层

物理层的任务就是透明地传输比特流。

“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。

物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。

习题1-19

习题1-20 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s m /1028?。试计算以下两种情况的发送时延的传播时延：

（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 。

解：（1）发送时延：s t s 10010

1057

== 传播时延：s t p 005.0102108

6

=?= （2）发送时延：s t s μ110

1093

== 传播时延：s t p 005.0102108

6

=?=

习题1-21

习题1-22.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？

答：数据长度为100字节时

传输效率=100/（100+20+20+18）=63.3%

数据长度为1000字节时，

传输效率=1000/（1000+20+20+18）=94.5%