计算机网络复习题

1、名词解释（5分）：协议定义了网络实体（1分）之间收发消息（1分）的格式（1分）、次序（1分）以及实体采取的各种动作。

2、IPv6的数据报头部相对于IPv4来说做出了许多改进，请列出来哪几处改进有利于加速路由器对数据报的处理和转发，简单解释为什么。

答：（1）添加了流标签，由于同一个流的数据包可以采用同样的处理方式，路由器不再需要对每个包单独地进行路由选择；

（2）去掉了头部校验和，路由器不用再对每个数据包计算头部校验和；（3）把可选项从头部中移除，使用固定长度的报文头部，可以采用硬件进行高速处理；

（4）不再允许对数据报进行分片，遇到尺寸过大的数据报，丢弃以后向源端主机报告“Packet Too Big”错误。（各占3分）

4、请简单叙述建立TCP连接的过程。（13分）

TCP采用三次握手方式建立连接，连接过程中客户机和服务器之间要协商起始序号，分配缓存，进行流量控制。（4’）

(1)客户端发送连接请求（SYN数据段），序号为客户端选择的一个随机数，该数据段不能携带数据。（3’）

(2)如果服务器同意建立TCP连接，则分配缓存，并发送连接确认(SYN ACK数据段)，序号为服务器选择的一个随机数，确认序号为客户端所选择的随机数（SYN数据段的序号）加1，同时要将所分配的接收缓存大小通过Receive Window告知客户端，该数据段不能携带数据。（3’）

(3)客户端收到确认后，分配缓存，并发送确认(ACK 数据段)，确认序号为服务器所选择的随机数（SYNACK数据段的序号）加1，同时要将所分配的接收缓存大小通过Receive Window 告知服务器，该数据段可以携带数据。

2、概述TCP协议的拥塞控制机制。（10分）

答：TCP采用“端到端的拥塞控制”方式，即路由器不参与控制，也不提供拥塞指示和反馈，完全由端系统（主机）通过丢包事件来检测网络中的拥塞，并通过减小拥塞控制窗口来减小发送速率，从而达到拥塞控制的目的：

(1) 当拥塞控制窗口小于阈值时，处于慢启动阶段，拥塞控制窗口呈指数增长；

(2) 当拥塞控制窗口大于阈值时，处于拥塞避免阶段，拥塞控制窗口线性增长；

(3) 接收到三次重复确认时，拥塞控制窗口和阈值均设置为之前拥塞窗口的一半，并开始线性增长；

(4) 当遇到超时事件时，阈值均设置为之前拥塞窗口的一半，拥塞控制窗口设置为一个MSS(最大段长度)，并开始指数增长。

4、以太网交换机和主机通过网线发送数据帧时，都采用CSMA/CD方式，请写出它的中文全称并解释它的工作原理。（12分）

答：载波侦听多路访问/冲突检测。

CSMA：节点在发送前先侦听信道，忙就继续侦听，闲就发送数据帧。

CD：一边发送数据帧一边检测是否产生冲突，如果没有冲突就不断发送帧直到一帧被发完，如果检测到冲突就退出，并发送一个Jam信号提示其它站点产生了冲突，然后对冲突次数进行计数。如果冲突次数达到16，则宣告发送失败，否则使用二进制指数退避算法延迟一段时间后在试图发送帧（2’）。

2、请描述Web缓存是如何减少HTTP请求的响应时延的，Web缓存能够减少用户请求的所有对象的响应时延还是部分对象的响应时延，为什么？（10分）

答：Web缓存又称为代理服务器（2分），它可以缓存用户访问过的Web资源，使这些资源更加“接近”浏览器，因此当用户请求的这些Web资源时，web缓存可以直接进行响应，而不必通过Internet去访问源服务器，有效地降低了被请求对象的响应时延，同时也降低了机构网接入链路的流量（4分）。由于能够降低接入链路的流量，因此可以降低所有对象的时延，不管代理服务器上是否缓存了该对象。（4分）

3、IPv6数据报头中去掉了头部校验和，并且不再允许对数据报分片，请分析为什么这么做。（10分）

答：IPv4数据报首部中包含校验和，由于IP数据报在经过路由器时某些字段肯定会发生变化（TTL），因此必须重新计算校验和，开销太大，不利于高速路由器的处理（4分）。因此IPv6在首部中去掉了校验和。对数据报的分片也使路由器产生很大的额外开销（2分），因此IPv6也不再允许对数据报分片，当路由器发现数据报尺寸大于链路的MSS时，简单地丢弃数据报，然后通过ICMP协议告知源端主机减小数据报尺寸（4分）。

2、Web Cache为什么要使用条件获取（Conditional GET），简述条件获取的工作过程。（8分）答：由于Web缓存在相应浏览器的Web请求时无法确定当前的对象是否是最新版本，因此可以通过条件获取来询问源服务器（2’），Web Cache向源服务器发送的HTTP请求中包含有（If-modified-since：时间）的头部行（2’），如果源服务中有更新的对象，则在响应报文中包含最新的对象（2’），否则在响应报文中不需要包含该对象，而在响应报文头部中增加（304 Not Modified）

3、服务器、路由器、以太网交换机、三层交换机、集线器分别工作在Internet协议栈中的哪个层次？（5分）

答：服务器：应用层；路由器：网络层；以太网交换机：链路层；三层交换机：网络层；集线器：物理层。

1、NAT的广泛应用从一定程度上缓解了IPv4地址紧张的现状，同时也引发了众多问题，例如从一定程度上影响了P2P应用的部署和实施。对具有NAT功能的路由器做哪些设置，以便能够让Internet的用户能够访问到内网中的Web服务器。（5分）

答：在路由器中将内网Web服务器设置为DMZ（非军事化区）主机（3’），或者在路由器中设置端口映射（2’）。

2、如果从包含大量路由器、主机和以太网交换机的网络中准确地找出来各个子网（Subnet）。（5分）

答：断开主机、路由器（不含交换机）的所有接口的连接，形成的每个网络孤岛（Island）就是一个子网。

4、简述回退N（Go-Back-N）协议和选择重传（Selective Repeat）协议的异同。（10分）答：都是流水线协议，能够在停等协议的基础上有效提高信道利用率，在理想状态下利用率均可达到100%。，区别在于：回退N协议不缓存失序的数据包，当出现包差错和包丢失等异常时，发送端要回退N，重发当前窗口所有包（3’），而选择重传协议缓存失序的数据包，因此出现异常时，发送端只需重发引起异常的数据包，可见在出现异常是选择重传协议效率

更高（3’），但选择重传协议需要使用更大接收缓存（1’）。

6、分析路由器的输入端口为什么会出现分组丢失，如何在不使用无限大入口缓存的情况下消除这种分组丢失，简要分析输出端口上的分组丢失的原因。（10分）

答：当交换结构的速率不够高，小于所有输入端口分组流入速率的和情况下，不能及时通过交换单元的分组就会在输入端口的缓存中排队，由于缓存大小是有限的，当输入端口缓存溢出时就会造成分组丢失。（4’）消除这种分组丢失的方法是增大交换结构的速率，让它大于等于输入端口线速率的n倍，其中n为输入端口数量，即让交换结构的交换速率大于所有输入端口线速率的和（2’）。当输出链路的速率不够高，小于经交换单元到达该端口的速率时，分组在输出端口的缓存中排队，当缓存溢出时会造成分组丢失（4’）。

2、请区分网络层中的路由和转发两个概念，并简述它们的关系。（5’）

答：转发是指将数据报从路由器的输入端口转移到相应的输出链路（端口）上（2’），而路由是指确定从源到目的地（端到端）的路径（2’）。路由的结果形成转发表，是路由器进行转发的依据（1’）。

5、简述以太网媒体访问控制策略的工作原理。并计算在第4次冲突之后，节点选择K的值为10的概率是多少，K=10的结果对应在快速以太网上的时延是多少？（12分）

答：以太网的媒体访问控制方法称为：载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）（2’）。CSMA：节点在发送前先侦听信道，忙就继续侦听，闲就发送数据帧（1’）。CD：一边发送数据帧一边检测是否产生冲突，（1’）如果没有冲突就不断发送帧直到一帧被发完，如果检测到冲突就退出，并发送一个Jam信号提示其它站点产生了冲突（1’），然后对冲突次数进行计数。如果冲突次数达到16，则宣告发送失败（1’），否则使用二进制指数退避算法延迟一段时间后在试图发送帧（1’）。在第4次冲突后，节点在{0，1，2……15}中随机选择K，因此K=10的概率为1/16（1’），延迟的时间是512比特时间的10倍（1’），在快速以太网中的数据速率为100Mbps（1’），比特时间为0.01微秒（1’），因此延迟时间为51.2微秒（1’）。

2、DNS为什么使用分布式数据库而不是集中的数据库。（5’）

答：a、单点故障问题：如果集中数据库出现故障，会引发整个Internet的瘫痪。（1’）2、通信容量的问题：面对Internet中数量巨大的DNS查询，根本无法为集中数据库提供足够的网络带宽。（1’）3、远距离查询：如果将集中数据库设置在某一位置，那么地球另一端的用户在进行DNS查询时存在很大的传播时延，甚至还要经过很多非常拥塞的长途链路，效率低，响应慢（1’）；4、维护：集中数据库必须保存整个Internet的主机记录，数据库庞大而且不利于更新和维护（1’）。综上所述，必须使用分布式数据库（1’）。

2、简述现代网络应用程序使用的三种主流体系结构各自的特点，并说明即时讯息采用的何种体系结构。（13分）

答：现代网络应用程序使用的三种主流体系结构是客户机/服务器体系结构、P2P体系结构、客户机/服务器和P2P混合的体系结构。（1’）客户机/服务器体系结构：服务器总是开机，服务来自于客户机的请求，且服务器具有固定、周知的地址；（3’）P2P体系结构：任意一对主机（对等方）可直接相互通信，不通过服务器；（3’）客户机/服务器和P2P混合的体系结构：结合了客户机/服务器和P2P两种体系结构的特点。（3’）即时讯息在发起方登陆，联系一个集中的服务器来定位接受方的地址时，采用的客户机/服务器的体系结构；然后，两

方在通信会话期间，直接在两者间通信信息，不通过集中的服务器，这时采用的是P2P混合的体系结构。所以即时讯息采用的是客户机/服务器和P2P混合的体系结构。（3’）

2、简述面向连接服务与无连接服务各自的特点是什么？。（10分）

答：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。（3’）因此，面向连接服务在网络层中又称为虚电路服务，虚表示：虽然在两个服务用户的通信过程中并没有自始至终专用一条端到端的完整物理电路，但却好像一直占用了一条这样的电路。面向连接服务比较适合于在一定期间内要向同一目的地发送许多报文的情况。（2’）

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定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。（3’）无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的。当发送端的实体正在进行发送时，它才必须是活跃的。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。（1’）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。（1’）