第三章作业参考答案

第三章作业

1.计算机网络体系结构的定义、组成要素及三级抽象。请说明层次、协议、接口之间的关系。

定义：计算机网络的层次及其协议的集合，计算机网络及其组成部分的功能的精确定义。要素：系统、实体、层、协议

三级抽象：体系结构、服务定义、协议规范。

层：系统中能提供某种或某类服务功能的逻辑构造。

协议：是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。协议是水平的。

接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的原语操作及下层对上层的服务。

服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。服务是垂直的。

2.什么是计算机网络协议？网络协议的三要素及含义？

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，简称协议。

协议三要素：

语义(Semantics)：规定通信双方彼此“讲什么”，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。

语法(Syntax)：规定通信双方“如何讲”，即数据与控制信息的结构和形式。

同步:又称时序(Timing)，即事件实现顺序的详细说明。

3.计算机网络分层体系结构的要点有哪些？

–除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。

–对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

–n层的虚通信是通过n/n-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。

–以功能作为划分层次的基础，层数应适中，每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。

–第n层的实体在实现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。

–第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。

–仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

4.OSI/RM和TCP/IP分别有哪些层组成？试比较二者的不同。

OSI/RM为七层（从下到上）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

TCP/IP是一个四层的体系结构，目前得到了广泛的应用。从实质来讲，TCP/IP只有三层，即应用层、运输层和网际层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。

二者不同：

OSI七层协议体系结构既复杂又不实用，但其概念完整，体系结构理论较完整。

TCP/IP一开始就考虑了多种异构网的互连问题并将IP协议作为其重要组成部分。

TCP/IP一开始就对面向连接服务和无连接服务并重。OSI一开始只强调面向连接的一种服务，一直到很晚才制定无连接服务标准。

TCP/IP较早就有较好的网络管理功能，OSI后来才考虑这个问题。

TCP/IP的不足之处在于对服务、协议、接口等概念并没有很清楚的区分开。TCP/IP的网络接口层严格来说并不是一个层次而仅仅是一个接口。

5. TCP/IP的主要特点是什么？

TCP/IP协议的特点是：上下两头大而中间小。

应用层和网络接口层有很多种协议，而中间IP层很小。

可以提供各种应用服务(everything over IP)，同时也可连接到各种各样的网络上(IP over everything)。

6.研究计算机网络往往采用的五层体系结构，请从下到上写出每层的名称和主要功能。

物理层：在物理媒体上透明的传输比特（位）流。

数据链路层：相邻两节点无差错的传送数据帧。

网络层：分组传送、路由选择、流量控制。

传输层：端对端的可靠的数据通信。

应用层：提供用户访问应用进程的接口。

7.物理层的主要任务是描述接口的四大特性，请问是哪四大特性及其具体内容？

机械特性：规定了接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目及排列方式、固定与锁定装置形式等。

电气特性：规定发送和接受器的电器参数，主要应指明接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

功能特性：对接口连线的功能给出确切的定义，如指明某条线上出现某一电平电压表示何种意义。

规程特性：对接口在通信过程中的操作顺序和信号线上各种信号的时间关系所做的说明。即指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

8.请写出双绞线EIA/TIA 568A和EIA/TIA 568B的线序规则及每根线的功能特性。

9.什么叫链路和数据链路？

链路：就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何交换结点，也称物理链路。

数据链路：也称逻辑链路，是指物理链路加上必要的通信规程。即在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的规程来控制这些数据的传输。

10.数据链路层为实现透明的、可靠的传输，应提供哪些具体功能？

链路管理、组帧与帧同步、流量控制、差错控制、透明传输、寻址

11.数据链路层提供哪三类服务，每类服务有什么特点？

无确认、无连接服务：目的结点不作确认，差错由上层负责。

有确认的无连接服务：目的节点对收的帧作确认，发送节点可以知道已发出的帧是否安全到达目的节点。

面向连接服务：可靠地传送数据的服务，为网络层实体间的交互提供了最可靠的数据传输服务。

13.什么叫路由选择？路由选择算法的分为哪两类？理想的路由选择算法具有什么特点？

路由选择：通信子网为网络源节点和目的节点提供了多条传输路径，网络节点在收到一个分组后后，要确定向下一节点传送的路径，这就是路由选择。

在数据报方式中，网络节点要为每个分组路由做出选择。而在虚电路方式中，只需在连接建立时确定路由。

确定路由选择的策略称路由算法。路由算法分为静态路由和动态路由。理想的路由算法应具有以下一些特点：

算法必须是正确和完整的。

算法在计算上应简单

算法应能适应通信量和网络拓扑的变化（自适应性）

算法应具有稳定性

算法应是公平的

算法应是最佳的

14.什么叫拥塞？什么叫开环和闭环控制？拥塞控制的具体处理方法有哪些？死锁有哪两种类型？

拥塞（阻塞）：是指当通信子网中有太多的分组时，网络吞吐量将随流入网络的分组的增加而下降，网络的性能会明显变差，甚至导致通信业务停顿（死锁）。

开环控制方法就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。

闭环控制是基于反馈环路的概念。属于闭环控制的有以下几种措施：监测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生。将拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方。调整网络系统的运行以解决出现的问题。

拥塞具体处理方法：分组删除、流量控制、缓冲分配、抑制分组

死锁：存储转发死锁、重装死锁。

15.传输层的两个主要目的是什么？它提供哪两种类型的服务，为什么说它不是可有可无的？传输层与网络层最主要的区别是什么？

传输层的两个主要目的是：提供可靠的端对端的通信、为高层提供透明的数据传输服务。

传输层提供面向连接的服务和无连接服务两种类型。

传输层提供服务与网络层类似，但传输层并不是可有可无的。原因是：通信子网类型众多、服务质量千差万别，需要传输层为高层提供独立于网络的统一通信服务。通信子网服务质量不一定完全可靠。需要传输层补充和完善通信子网服务质量差异和不足，提供差错控制、流量控制、崩溃恢复等。

传输层与网络层的区别是：

网络层：为主机之间提供逻辑传输。

传输层：为应用进程之间提供逻辑传输。

16.面向连接的传输层协议有哪些要素来构成？

(1)连接管理

(2)寻址：通常采用地址=<国家><网络><主机><端口>，而在Internet中<端口>。

(3)多路复用

向上多路复用：多个传输连接共用一条网络连接不同的传输服务走不同的端口。

向下多路复用：一条传输连接使用多个网络连接

(4)流量控制：使用滑动窗口协议，但不同于数据链路层的数据缓冲策略

(5)崩溃恢复：如果网络层中的路由器发生崩溃，仍保证数据安全到达目的节点

17.简述实用的停止等待协议的工作原理及特点。

停止等待协议为实现在不可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，就要解决收发双方的流量控制，数据出错和数据丢失等几个关键问题。具体来说：

①流量控制：引入确认，使用“停止等待”的控制方法，由收方控制发方的数据流。

②数据帧出错：引入差错检验和重传机制，在接收站使用CRC进行差错检验，当发现差错时，丢弃出错的数据帧，同时，可立即向发送方发送一个否认帧NAK，让其尽快重传，也可等待发送方“超时重传”。

③数据帧丢失：数据帧丢失引起死锁，引入超时计时器，重传时间选为略大于“从发送完数据帧到收到确认帧的均时间”，超时重发。

④确认帧丢失：确认帧丢失时，由于发送方“超时重传”，导致出现了另一种差错：接收方收到两个重复的数据帧－重复帧。要解决重复帧的问题，必须让每一个数据帧带上不同的发送序号，以便接收方能区分收到的数据帧是重复帧还是一个新的帧，但应注意，接收方当发现重复帧时应再向发送方发送一个确认，而不是只是简单的丢弃。任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的，经过一段时间后，发送序号就会重复，对于停止等待协议来说，由于每发送一个数据帧就停止等待，因此使用一比特来编号就足够了。

⑤收发双方的缓存区设置：缓存区能容纳一个数据帧即可。

优点：简单，采用有效的检错重传机制，为网络层提供了可靠的传输服务。

缺点：信道利用率低，信道还远远没有被数据比特填满。

18.简述连续ARQ（回退N）协议的工作原理及特点。

相比停止等待协议发送方可以连续发送若干帧，如果在此过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，或某个帧对应的应答帧超时，则从该帧开始的后续帧全部重发。

流量控制方法：连续发送

差错控制：发送方数据帧中加入校验码CRC，由接收方检查；若出错，返回NAK；发送方收到NAK后重发。

优点：连续发送提高了信道利用率

缺点：回走重传（Go-back-N）,导致某些已正确接收的帧的重传，因此降低了发送效率。

误码率较低时，连续ARQ优于停等协议；反之则不一定。

19.简述选择重传ARQ协议的工作原理及特点。

相比连续ARQ（回退N）协议，为了进一步提高信道的利用率，可以设法只重传出现差错的数据帧或者定时器超时的数据帧。

原则：只重传出错或定时器超时的数据帧。

方法：暂存出错帧之后的数据帧，待重发后一起提交。

优点：避免重传已正确传送的帧，提高了信道利用率。

缺点：在接收端需要占用一定容量的缓存。

20.什么叫滑动窗口协议？请从滑动窗口协议的角度来说明以上三种协议的发送窗口和接收窗口大小应满足什么样的约束关系？

在连续ARQ协议中，必须对可以连续发出的最多帧数（已发出但未确认的帧）进行限制。循环重复使用有限的帧序号。流量控制采用接收窗口驱动发送窗口的转动。

发送窗口：其大小WS表示在收到对方确认的信息之前，可以连续发出的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以发送）

接收窗口：其大小WR可以连续接收的最多数据帧数（只有序号在窗口内的帧才可以接收，否则丢弃）

三种协议发送窗口与接收窗口的关系如下条件约束：

W S + W R的范围内无重复序号，即W S + W R <= 2n (n为序号的位数)。

停止等待：W S =1, W R=1

Go-Back-N：W R=1, 1 < W S <=2n -1

选择重发：W S>1, W R>1，W S >= W R，当W S = W R时，W S = W R<= 2n-1。