《计算机网络技术》复习题及参考答案(2015)

2015级工程硕士《计算机网络技术》复习题及参考答案

第 1 章概述(17)

1. 有5个路由器要连接起来形成一个点到点子网。在每—对路由器之间，设计者可能会放

上一条高速链路、一条中速链路，或者一条低速链路，甚至没有链路。如果产生并检查每—个拓扑图需要花掉100ms的计算机时间，那么检查所有的拓扑图需要多长时间?

解：将5个路由器分别称为A，B，C，D 和E.，则共有10条可能的线路：AB, AC, AD, AE, BC, BD, BE, CD, CE,和DE。每条线路有4 种可能性(3种速度或者无链路)，这样，拓扑的总数为410 = 1,048,576。

检查每个拓扑需要100 ms，全部检查总共需要104,857. 6秒，或者稍微超过29个小时。

2．广播式子网的一个缺点是，当多台主机同时企图访问信道的时候会造成信道浪费。作为一个简单的例子，假设时间被分成了离散的时槽，在每个时槽内．n台主机中每台主机企图使用信道的概率为p1，请问由于碰撞而被浪费的时槽所占的百分比？

解：一共有n+2个事件。其中事件1到n代表主机成功地使用这条信道，没有产生冲突。这些可能性的事件的概率为p(1－p)n-1。事件n+1代表信道空闲，其概率为(1- p)n。事件n+2代表产生冲突。由于n+2个可能发生的事件的概率等于1。因此由于碰撞而被浪费的时槽的概率为：。

3．请说出使用分层协议的两个理由。

答：通过协议分层可以把设计问题划分成较小的、易于处理的子问题。另外分层意味着某一层的协议的改变不会影响高层或低层的协议。

4．无连接通信和面向连接通信的最主要区别是什么？

答：主要的区别有两条。

其一：面向连接通信分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而无连接通信没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

其二：面向连接的通信具有数据的保序性，而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。

5. OSI 的哪一层分别处理以下问题？

答：把传输的比特流划分为帧——数据链路层

决定使用哪条路径通过子网——网络层.

6. 如果在数据链路层上交换的单元称为帧，而在网络层上交换的单元称为分组．那么应该

是帧封装分组，还是分组封装帧? 说明你的理由。

答：帧封装包。当一个包到达数据链路层时，整个数据包，包括包头、数据及全部内容，都用作帧的数据区。或者说，将整个包放进一个信封(帧)里面，( 如果能装入的话)。

7. 针对OSI参考模型和TCP／IP参考模型，请列举出两种相同的处理问题方法，以及两

种不相同的处理问题方法。

相似点：都是独立的协议栈的概念；层的功能也大体相似(两者都具有网络层、传输层和应用层)。

不同点：OSI更好的区分了服务、接口和协议的概念，因此比TCP/IP具有更好的隐藏性，能够比较容易的进行替换；OSI是先有的模型的概念，然后再进行协议的实现，而TCP/IP是先有协议，然后建立描述该协议的模型；层次数量有差别；TCP/IP 没有会话层和表示层，OSI不支持网络互连。OSI在网络层支持无连接和面向连接的通信，而在传输层仅有面向连接的通信，而TCP/IP在网络层仅有一种通信模式（无连接），但在传输层支持两种模式。

8. TCP和UDP之间最主要的区别是什么？

TCP 是面向连接的，而UDP 是一种数据报服务，是一种无连接的服务。

9. ATM为什么使用小的、固定长度的信元?

1）使用小的、固定长度的信元便于使用硬件电路来快速地路由或交换；

2）可以设计硬件电路，将一个进入的信元复制到多条输出线路上；

3）小的信元也不会阻塞线路很长时间，保证服务质量要容易得多。

10．一个系统有n层协议。应用层产生长度为M字节的报文，在每一层上加上长度为h字节的报文头。试问报文头所占的网络带宽比例是多少？

答：一共有n层，每层加上h字节，每一则报文的头字节总数为hn，发送报文的字节总数为：M+hn，报文头占用网络带宽的比例为：

hn/(hn+M)*100%

11. 客户端-服务器系统的性能受到两个主要的网络特性的重大影响：网络的带宽（即，网络可以传输多少比特/秒）和延迟（即，即将第一个数据位从客户端传输到服务器需要多少秒）。请给出一个具有高带宽、高延迟的网络例子。再给出另一个网络的例子，它具有低带宽和低延迟。

答：也许一个横贯大陆的光纤链路具有很多千兆比特/秒的带宽，但等待期也很高，由

于光速在数千公里上传播。相反，一个56 kbps调制解调器在同一大楼呼叫计算机具有低带宽和低延迟。

12. 除了带宽和延迟外，网络用于下列业务提供好的服务质量，试问还需要哪个参数？(i)数字化的语音业务？(ii) 视频业务？（iii）金融交易业务？

答：对于声音以及视频需要一个均匀的传递时间，所以网络中的抖动量是很重要的。这可以表示为传递时间的标准偏差。具有较短的时延而较大的变化实际上比较长的时延而较小的变化要差。对于金融交易业务，可靠性和安全性是非常重要的。

13. 两个网络都可以提供可靠的面向连接服务。其中一个提供可靠的字节流，另一个提供可靠的报文流。试问这两者是否相同？如果你认为相同，为什么要有这样的区别？如果认为不相同，请举一个例子，说明它们为什么不同？

答：消息流和字节流不相同。在消息流中，网络跟踪消息边界。在字节流中，它不是。例如，假设一个进程写入1024个字节到一个连接，稍后又写了另一个1024字节。那么接收方一次读2048个字节。对于消息流，接收器将得到两个消息，每个消息1024字节。对于字节流，的不计算消息边界，接收器将得到一个完整的2048个字节作为一个单位。事实上，原来的两个不同的消息便丢失了。

14. 一幅图像的分辨率是1600×1200像素，3字节/像素。假设图像未压缩。试问它在56 Kbps 调制解调器信道上传输要花多长时间？通过1-Mbps的电缆调制解调器传输呢？在一个10- Mbps以太网上传输呢？在100-Mbps以太网上呢？在千兆以太网上呢？

答：图像为1600×1200×3字节或5760000字节。这是46080000比特。以56-kbps传输，大约需要822.857秒。以1-Mbp比特/秒传输，它需要46.080秒。以10-Mbps传输，它需要4.608秒。以10-Mbps传输，大约需要0.461秒。以1000000000比特/秒传输，大约需要46毫秒。

15.以太网和无线网络具有一定的相似性和一定的差异。以太网的一个特性是在同一时间只有一帧数据可以在以太网上传输。试问802.11能与以太网分享此特性吗？讨论你的答案。

答：考虑隐藏终端问题。想象一个具有五个站点的无线网络，A到E，使得每一个站点信号的作用距离仅限在邻居的范围。这样在同一时间A可以与B对话，D也可以与E对话。无线网络具有潜在的并行性，这种方式不同于以太网。

16. 假设用于实现第k层操作的算法发生了改变。试问这将如何影响第k?1层和k + 1层的操作？

答：这不会影响第k-1层或第K + 1层操作。

17. 假设在由第k层提供的服务（一组操作）发生了变化。试问这将如何影响层第k-1层和第k + 1层的服务？

答：对第k-1层没有影响，但在K + 1的操作必须重新实现。

第 2 章物理层(7)

1. 一条无噪声4kHz信道，按照每1ms一次进行采样，请问最大数据传输率是多少？

答：无噪声信道最大数据传输率公式：最大数据传输率=2Hlog2V b/s。因此最大数据传输率决定于每次采样所产生的比特数，如果每次采样产生16bits，那么数据传输率可达

128kbps；如果每次采样产生1024bits，那么可达8.2Mbps。注意这是对无噪声信道而言的，实际信道总是有噪声的，其最大数据传输率由香农定律给出。

2. 电视频道的带宽是6MHz。如果使用4级数字信号．则每秒钟可以发送多少位？假设电

视频道为无噪声信道。

答：采样频率12MHz，每次采样2bit，总的数据率为24Mbps。

3. 如果在一条3kHz的信道上发送—个二进制信号，该信道的信噪比为20dB，则最大可达

到的数据传输率为多少?

答：信噪比为20 dB 即S/N =100.由于log2101≈6.658，由香农定理，该信道的信道容量为3log2(1+100)=19.98kbps。

又根据乃奎斯特定理，发送二进制信号的3kHz 信道的最大数据传输速率为

2*3 log22=6k bps。

所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。

4. 试问在50kHz的线路上使用T1线路需要多大的信噪比?

答：依题意可得：

所以，在50kHz线路上使用T1信号，需要93dB的信噪比。

5. 有10个信号，每个需要4000Hz的带宽，现在用FDM将它们复用到一条信道上，试问

对于被复用的信道，需要的最小带宽是多少？假设保护带为400Hz宽。

答：由于一共有10个信号，需要9个保护带来避免任何干扰。因此需要的最小带宽是：4000×10+400×9=43600Hz。

6. 为什么PCM采样时间被设置为125 ？

答：125的采样时间对应于每秒8000 次采样。一个典型的电话通道为4kHz。根据奈奎斯特定理，为获取一个4kHz 的通道中的全部信息需要每秒8000 次的采样频率。

7. 三个分组交换网络每个包含n个节点。第—个网络是一个星形拓扑结构，有一个中心交换机，第二个网络是一个双向环；第三个网络是一个全连接结构，从任何一个节点到其他的节点都有一条线路。请问，从传输路径的跳数来看，哪个最好，哪个其次?哪个最差?

答：

星型：最好为2，最差为2，平均为2；

环型：最好为1，最差为n/2，平均为n/4

全连接：最好为1，最差为1，平均为1。

第 3 章数据链路层(7)

1. 一个上层的分组被切分成10帧，每—帧有80％的机会可以无损坏地到达。如果数据链

路协议没有提供错误控制的话，请问，该报文平均需要发送多少次才能完整地到达接收方？

答：由于每一帧有0.8 的概率正确到达，整个信息正确到达的概率为p=0.810=0.107。

为使信息完整的到达接收方，发送一次成功的概率是p ，二次成功的概率是(1-p)p，三次成功的概率为(1-p)2 p，i 次成功的概率为(1-p)i-1 p，因此平均的发送次数等于：

2. 位串011110111110llllll0需要在数据链路层上被发送，请问，经过位填充之后实际被发送

出去的是什么?

答：输出为：011110111110011111010.

3. 假设使用了位填充成帧方法，请问，因为丢失一位、插入一位，或者篡改一位而引起的

错误是否有可能通过校验和检测出来?t如果不能的话，请问为什么不能? 如果能够检测出来的话，请问校验和长度在这里是如何起作用的?

答：可能。假定原来的正文包含位序列01111110 作为数据。位填充之后，这个序列将变成01111010。如果由于传输错误第二个0丢失了，收到的位串又变成01111110，被接收方看成是帧尾。然后接收方计算该帧结束前的检验和，并对它进行验证。如果检验和是16位，产生错误帧的16 位检验和碰巧经验证后仍然正确的概率是1/216。如果这种概率的条件成立了，就会导致不正确的帧被接收。显然，检验和段越长，传输错误不被发现的概率会越低，但该概率永远不等于零。

4. 假设使用海明码来传输16位的报文。请问，需要多少个检查位才能确保接收方可以检测

并纠正单个位错误？对于报文1101001100110101，请给出所传输的位模式。假设在诲明码中使用了偶数位。

答：校验比特位于1, 2, 4, 8, 和16的位置上, 因此整个消息不会超过31位(包括校验比特)。.五个校验比特足够了。发送的比特模式为：011010110011001110101。

5. 假设用偶数位的海明码对一个8位字节进行编码，该字节编码前为10101111，请问编码

之后的二进制值是什么?

答：编码器的输出为：101001001111.

6. 数据链路协议几乎总是将CRC放在尾部，而不是头部，请问这是为什么?

答：

CRC 是在发送期间进行计算的。一旦把最后一位数据送上外出线路，就立即把CRC 编码附加在输出流的后面发出。如果把CRC 放在帧的头部，那么就要在发送之前把整个帧先检查一遍来计算CRC 。这样每个字节都要处理两遍，第一遍是为了计算检验码，第二遍是为了发送。把CRC 放在尾部就可以把处理时间减半。

7. 一个信道的位速率为4kbps ，传输延迟为20ms 。请问帧的大小在什么范围内停—等协议

才可以获得至少50％的效率?

答：当发送一帧的时间等于信道的传播延迟的2 倍时，信道的利用率为50%。或者说，当发送一帧的时间等于来回路程的传播延迟时，效率将是50%。而在帧长满足发送时间大于延迟的两倍时，效率将会高于50%。

现在发送速率为4kb/s ，发送一位需要0.25ms 。

bit 160)1025.0()21020(33=×÷××??

只有在帧长不小于160bit 时，停等协议的效率才会至少达到50%。

第 4 章介质访问控制子层(5)

1. N个站共享一个56kbps的纯ALOHA信道。每个站平均每l00秒输出一个1000位的帧，

即使前面的帧还没有被送出，它也这样进行(比如这些站可以将送出的帧缓存起来)。请问N的最大值是多少?

答：对于纯的ALOHA，可用的带宽是0.184×56 Kb/s=10.304K b/ s。

每个站需要的带宽为1000/100=10b/s。而N=10304/10≈1030

所以，最多可以有1030 个站，即N 的最大值为1030。

2. 考虑在低载荷情况下纯的ALOHA和分槽的ALOHA的延迟。哪一个延迟更小?请说明

你的理由。

答：对于纯的ALOHA，发送可以立即开始。对于分隙的ALOHA，它必须等待下一个时隙。这样，平均会引入半个时隙的延迟。因此，纯ALOHA 的延迟比较小。

3. 10000个航线预定站正在竞争使用一个分槽的ALOHA信道。这些站平均每小时发出18

次请求。时槽为125 。总的信道载荷大约是多少?

答：每个终端每200（=3600/18）秒做一次请求，总共有10 000 个终端，因此，总的负载是200 秒做10000 次请求。平均每秒钟50 次请求。每秒钟8000 个时隙，所以平均每个时隙的发送次数为50/8000=1/160。

4. 在第4章中讨论过的无线LAN使用了诸如MACA这样的协议，而没有使用CSMA／

CD。请问在什么样的条件下有可能使用CSMA／CD？

答：如果所有站的发射有效范围都很大，以至于任一站都可以收到所有其他站发送的信号，那么任一站都可以与其他站以广播方式通信。在这样的条件下，CSMA/CD 可以工作的很好。

5. 考虑在一条1km长的电缆(无中继器)上建立一个lGbps速率的CSMA／CD网络。信号

在电线中的速度为200 000km／s。请问最小的帧长度为多少?

答：对于1km 电缆，单程传播时间为1/200000=5×10-6 s，即5，来回路程传播时间为2t =10。为了能够按照CSMA/CD 工作，最小帧的发射时间不能小于10。以1Gb/s 速率工作，10可以发送的比特数等于：

因此，最小帧是10 000 bit 或1250 字节长。

第 5 章网络层(9)

1 . 请列举出两个适合于使用面向连接服务的计算机应用，再列举出两个最好使用无连接服

务的计算机应用例子。

答：文件传送、远程登录和视频点播需要面向连接的服务。另一方面，信用卡验证和其他的销售点终端、电子资金转移，以及许多形式的远程数据库访问生来具有无连接的性质，在一个方向上传送查询，在另一个方向上返回应答。

2 . 请问有没有可能发生这样的情形：面向连接的服务也会(或者至少应该)以乱序的方式递

交分组？请解释原因。

答：有。中断信号应该跳过在它前面的数据，进行不遵从顺序的投递。典型的例子是当一个终端用户键入退出（或kill）健时。由退出信号产生的分组应该立即发送，并且应该跳过当前队列中排在前面等待程序处理的任何数据（即已经键入但尚未被程序读取的数据）。

3 . 数据报子网将每个分组当作独立的单位进行路由，所以每个分组的路由过程独立于其他

所有的分组。虚电路子网不必采用这种方式，因为每个数据分组都沿着一条预先确定的路径向前传送。这是否意味着虚电路子网并不需要具备将独立的分组从任意的源端路由到任意目标端的能力呢?请解释你的答案。

答：不对。为了从任意源到任意目的地，为连接建立的分组选择路由，虚电路网络肯定需要这一能力。

4. 请给出三个在建立连接时有可能需要协商的协议参数的例子。

答：在连接建立的时候可能要协商窗口的大小、最大分组尺寸和超时值。

5. 假设在—个50台路由器的网络中，用8位数值记录延迟信息，并且每钞钟交换延迟矢量

两次，请问，分布式路由算法需要在每条(全双工)线路上消耗多少带宽?假设每台路由器有三条线路连接到其他的路由器。

答：路由表的长度等于8*50=400bit。该表每秒钟在每条线路上发送 2 次，因此400*2=800b/s，即在每条线路的每个方向上消耗的带宽都是800 bps。

6. 一个ATM网络使用令牌桶方案进行流量整形。每隔5一个新的令牌被放到捅中。每个

令牌正好对应一个信元，每个信元包含48字节数据。请问最大可承受的数据速率为多少?

答：每5产生一个令牌，1 秒中可以发送200 000 个信元。每个信元含有48 个数据字节，即8×48=384bit。

384×2×105=76.8×106b/s

所以，最大的可持续的净数据速率为76.8Mb/s。

7. 在串联虚电路的互联网络中，需要分段机制吗?还是说只有在数据报系统中才需要分段机

制？

答：在这两种情况下都需要分割功能。即使在一个串接的虚电路网络中，沿通路的某些网络可能接受1024 字节分组，而另一些网络可能仅接受48字节分组，分割功能仍然是需要的。

8. 通过一个串联虚电路子网的隧道过程非常简单、直接：一端的多协议路由器只要建立一

条通向另一端的虚电路，然后将分组通过虚电路传送过去即可。在数据报子网中也可以使用隧道技术吗？如果可以的话，请问该怎么做?

答：可以。只需把分组封装在属于所经过的子网的数据报的载荷段中，并进行发送。

9. 一个IP数据报使用了严格的源路由选项，现在它被分段了。你认为该选项应该被复制到

每个分段中呢，还是只需放到第一个分段中就足够了?请解释你的答案。

答：因为为每一个分割的片段选择路由都需要该选项信息，因此该选项必须出现在每一个片段中。

第6章传输层(7)

1. 在图6-2的传输原语例子中，LISTEN是一个阻塞调用。这是必要的吗?如果不是，请解

释如何有可能使用一个非阻塞的原语。与正文中描述的方案相比，你的方案有什么优点？

答：不是。事实上，LISTEN 调用可以表明建立新连接的意愿，但不封锁。当有了建立连接的尝试时，调用程序可以被提供一个信号。然后，它执行，比如说，用OK 或REJECT 来接受或拒绝连接。然而，在原先的封锁性方案中，就缺乏这种灵活性。

2．在图6-4所示的模型中，它的假设条件是网络层的分组有可能会丢失，因此，分组必须被单独确认。假如网络层是百分之百可靠的，它永远不会丢失分组，那么图6-4需要做什么样的变化(如果需要的话)？

答：从“被动连接建立在进行中”到“已建立”的虚线不再依确认的传输情况而定。该变迁可立即发生。实质上，“被动连接建立在进行中”状态已经消失，因为它们什么时候都不可见。

3．想象一个泛化的n-军队问题，在这个问题中，任何两支蓝军达成一致的意见之后就足以取得胜利。是否存在—个能保证蓝军必赢的协议？

答：不存在。对于多于两支部队的情况，问题在实质上是同样的。参见教材。

4．一个客户通过一条1Gbps的光纤向100千米以外的服务器发送128字节的请求。试问在远程过程调用中这条线路的效率是多少？

答：128 字节等于1024 位，在1Gb/s 的线路上发送1000 位需要1的时间。光在光导纤维中的传播速度是200km/ms，请求到达服务器需要传输0.5ms 的时间，应答返回又需要0.5ms 的传输时间。总的看来，1000 位在1ms 的时间内传输完成。这等效于1Mb/s，即线路效率是0.1%。

5．一台TCP机器正在通过1Gbps的信道发送满窗口的65 535字节的数据，该信道的单向延迟为10毫秒。试问可以达到的最大吞吐量是多少？线路的效率又是多少？

答：10ms*2=20ms

每20ms 可以发送一个窗口大小的业务量，因此每秒50 个窗口。

65536×8×50=26.2M b/s

26.2/1000=2.6 %

所以，最大的数据吞吐率为26.2Mb/s，线路效率为2.6%。

6．请讨论一下信用协议和滑动窗口协议的优点和缺点。

答：滑动窗口协议比较简单，仅需要管理窗口边缘一组参数，而且，对于到达顺序有错的TPDU 不会引起窗口增加和减少方面的问题。然而，信用方案比较灵活，允许独立于确认、动态的管理缓冲区。

7．UDP为什么有必要存在? 难道只让用户进程发送原始的IP分组还不够吗?

答：仅仅使用IP 分组还不够。IP 分组包含IP 地址，该地址指定一个目的地机器。一旦这样的分组到达了目的地机器，网络控制程序如何知道该把它交给哪个进程呢？UDP 分组包含一个目的地端口，这一信息是必须的，因为有了它，分组才能够被投递给正确的进程。