作业

1-1什么是计算机网络？

1-2局域网、城域网与广域网的主要特征是什么？ 1-3计算机网络的功能主要有哪些？

1-4由ｎ个结点构成的星状拓扑结构的网络中，共有多少个直接连接？对于ｎ个结点的环状网络呢？对于ｎ个结点的全连接网络呢？ 答：采用星状、环状、全连接拓扑结构的网络如图所示。

星状、环状、全连接拓扑结构网络如上图，在n个结点的星状网络中，直接连接数为n-1；在ｎ个结点的环状网络中，直接连接数为ｎ；在ｎ个结点的全连接网络中，直接连接数为n(n-1)/2。

1-5．假设一个系统具有ｎ层协议，其中应用进程生成长度为ｍ字节的数据。在每层都加上长度为ｈ字节的报头。计算为传输报头所占用的网络带宽百分比。

解答：在同一结点内，当应用进程产生数据从最高层传至最低层时，所添加的报头的总长度为ｎｈ字节，数据部分仍为ｍ字节。因此，为传输报头所占用的网络带宽百分比为：ｎｈ／（ｎｈ＋ｍ）×１００％

1-6．什么是体系结构？在设计计算机网络体系结构时，引入了分层思想带来了哪些好处？在网络体系结构中，有两个比较重要的概念———协议和服务，试谈谈对它们的理解。

2-1 物理层主要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

2-2 对于带宽为4000Hz通信信道，如果采用16种不同的物理状态来表示数据，信道的信噪比S/N为30dB，按照奈奎斯特定理，信道的最大传输速率是多少？按照香农定理，信道的最大传输速率是多少？

2-3．假设需要在相隔1000km的两地间传送3kb的数据。有两种方式：通过地面电缆以4.8kb/s的数据传输速率传送或通过卫星通信以50kb/s的数据传输速率传送。则从发送方开始发送数据直至接收方全部收到数据，哪种方式的传送时间较短？已知电磁波在电缆中的传播速率为光速的2/3，卫星通信的端到端单向传播延迟的典型值为270ms。

解答：从发送方开始发送数据直至接收方收到全部数据的时间Ｔ＝数据发送时延＋信号传播时延。对于通过地面电缆的传送方式，电磁波在电缆中的传播速率＝３×１０５×２／３＝２×１０５（ｋｍ／ｓ），则Ｔ＝３／４．８＋１０００／２０００００＝０．６３（ｓ）。 对于通过卫星的传送方式，Ｔ＝３／５０＋２７０／１０００＝０．３３（ｓ）。

3-1．在数据传输过程中，若接收方收到的二进制比特序列为10110011010，接收双方采用的生成多项式为Ｇ（ｘ）＝ｘ4＋ｘ3＋１，则该二进制比特序列在传输中是否出现了差错？如果没有出现差错，发送数据的比特序列和ＣＲＣ校验码的比特序列分别是什么？

解答：已知接收方收到的二进制比特序列为１０１１００１１０１０；生成多项式Ｇ（ｘ

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＝ｘ＋ｘ＋１，所对应的二进制比特序列为１１００１。进行如下的二进制除法，被除数为１０１１００１１０１０，除数为１１００１：得余数为０，因此该二进制比特序列在传输过程中没有出现差错。发送数据的比特序列是１０１１００１，ＣＲＣ校验码的比特序列是１０１０。

3-2．要发送的数据比特序列为1010001101，ＣＲＣ校验生成多项式为Ｇ（ｘ）＝ｘ5＋ｘ4＋ｘ2＋１，试计算ＣＲＣ校验码。

解答：已知要发送的数据比特序列为１０１０００１１０１；ＣＲＣ校验生成多项式为 Ｇ（ｘ）＝ｘ＋ｘ＋ｘ＋１，所对应的二进制比特序列为１１０１０１。进行如下的二进制除法，被除数为１０１０００１１０１乘以２５即１０１０００１１０１０００００，除数为１１０１０１：得到余数比特序列为０１１１０，即ＣＲＣ校验码为０１１１０。

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3-3假设一个信道的数据传输速率为4kb/s，单向传播延迟时间为20ms，那么帧长在什么范围内，才能使用于差错控制的停止等待协议的效率至少为50%？

解答：已知信道的数据传输速率Ｂ＝４ｋｂ／ｓ＝４０００ｂ／ｓ，信道的单向传播时延Ｒ＝２０ｍｓ＝０．０２ｓ，一帧的帧长为Ｌ。在停止等待协议中，协议忙的时间为数据发送的时间＝Ｌ／Ｂ，协议空闲的时间为数据发送后等待确认帧返回的时间＝２Ｒ。则要使停止等待协议的效率至少为５０％，即要求信道利用率μ至少为５０％。因为信道利用率＝数据发送时延／（传播时延＋数据发送时延），则有：μ＝Ｌ／Ｂ／（Ｌ／Ｂ＋２Ｒ）≥５０％可得，Ｌ≥２ＢＲ＝２×４０００×０．０２＝１６０（ｂ）因此，当帧长大于等于１６０比特时，停止等待协议的效率至少为５０％。

4-1 已知Ethernet局域网的总线电缆长为200m，数据传输速率为10Mbps，电磁波信号在电缆中的传播速率为200m/us。试计算该局域网允许的帧的最小长度。

解析：本题主要考查Ｅｔｈｅｒｎｅｔ中最小帧长的概念与计算方法。第在Ｅｔｈｅｒｎｅｔ中采用带有冲突检测的载波侦听多路访问即ＣＳＭＡ／ＣＤ的控制方法，为了使发送结点能够在发送数据时检测到可能最晚到来的冲突信号，必须规定数据帧的最章小长度。１１９由于帧的最小长度（ｂ）／数据传输速率（ｂ／μｓ）＝２×任意两结点间最大距离（ｍ）／电磁波传播速率（ｍ／μｓ），所以，帧的最小长度（ｂ）＝２×任意两结点间最大距离（ｍ）／电磁波传播速率（ｍ／μｓ）×数据传输速率（ｂ／μｓ）。在本题中，线缆长度即任意两结点间的最大距离为２００ｍ，数据传输速率为１０Ｍｂ／ｓ＝１０ｂ／μｓ，电磁波传输速率为２００ｍ／μｓ，则该局域网所允许的帧的最小长度＝２×２００×１０／２００＝２０（ｂ）。

4-2假设有一个数据传输速率为１０Ｍｂ／ｓ、采用ＣＳＭＡ／ＣＤ作为介质访问控制方法的局域网（不是IEEE802.3），电缆长度为1km，电磁波在电缆中的传播速度为200m/us。数据帧的长度为256比特，这包括用于帧头、校验和以及其

他开销的32比特。假设数据帧发送成功后的第一个时隙保留给接收方，用来捕获信道并发送一个长度为32比特的确认帧。在没有冲突发生的情况下，有效的数据传输速率为多少？

解析：本题主要考查对于ＣＳＭＡ／ＣＤ的工作原理以及数据传输速率的概念。因为电缆的长度为１ｋｍ，电磁波在电缆中的传播速度为２００ｍ／μｓ，则信道的单向传播时延＝１０００／２００＝５（μｓ），往返传播时延＝２×５＝１０（μｓ）。由于数据帧长为２５６比特，确认帧长为３２比特，数据传输速率为１０Ｍｂ／ｓ，数据帧的发送时间＝２５６／１０＝２５．６（μｓ），确认帧的发送时间＝３２／１０＝３．２（μｓ）。在不考虑冲突的情况下，对于采用ＣＳＭＡ／ＣＤ的局域网，一个完整的数据传输实际上由６个阶段组成：发送方获得总线的访问权（１０μｓ），发送方发送数据帧（２５．６μｓ），数据帧到达接收方（５μｓ），接收方获得总线的访问权（１０μｓ），接收方发送确认帧（３．２μｓ），确认帧到达发送方（５μｓ）。对于一次数据帧的传输，传输的有效数据为（２５６－３２）＝２２４比特，因此，在不考虑冲突的情况下，有效的数据传输速率＝２２４／（１０＋２５．６＋５＋１０＋３．２＋５）≈３．８１（Ｍｂ／ｓ）。

4-3 假设一个具有1024×768像素的图像，每个像素由3个字节表示。如果该图像文件不采用压缩形式，试问通过56kbps的调制解调器传送需要多长时间？通过10Mb/s的Ethernet呢？

解答：该图像的大小为１０２４×７６８×３＝２３５９２９６（Ｂ）＝１８８７４３６８（ｂ）。如果采用数据传输速率为５６ｋｂ／ｓ＝５６０００ｂ／ｓ的调制解调器传送，需要的时间＝１８８７４３６８／５６０００＝３３７．０４２（ｓ）。采用数据传输速率为１Ｍｂ／ｓ＝１００００００ｂ／ｓ的调制解调器传送，需要的时间为１８８７４３６８／１００００００＝１８．８７４（ｓ）。采用数据传输速率为１０Ｍｂ／ｓ＝１０００００００ｂ／ｓ的Ｅｔｈｅｒｎｅｔ传送，需要的时间为１８８７４３６８／１０００００００＝１．８８７（ｓ）。采用数据传输速率为１００Ｍｂ／ｓ＝１００００００００ｂ／ｓ的Ｅｔｈｅｒｎｅｔ传送，需要的时间为１８８７４３６８／１００００００００＝０．１８９（ｓ）。

4-4 如图所示，６个站点通过透明网桥B1和B2连接到一个扩展的局域网上。初始时网桥B1和B2的转发表都是空的。假设需要传输的帧序列如下：Ｈ２传输给Ｈ１；Ｈ５传输给Ｈ４；Ｈ３传输给Ｈ５；Ｈ１传输给Ｈ２；Ｈ６传输给Ｈ５。请给出这些帧传输完之后网桥Ｂ１和Ｂ２的转发表。

网桥B1的转发表 网桥B2的转发表 网桥B1的网桥B2的处理（转处理（转发送的帧 发？丢发？丢站地址 端口 站地址 端口 弃？登弃？登记？） 记？） H2→H1 本题请参阅局域网这一章课件上的练习题

6-1 现有一个公司需要创建内部的网络，该公司包括工程技术部、市场部、财务部和办公室４个部门，每个部门约有20~30台计算机。试问：

（１）若要将几个部门从网络上进行分开。如果分配该公司使用的地址为一个Ｃ类地址，网络地址为192.168.161.0，如何划分网络，将几个部门分开？

（２）确定各部门的网络地址和子网掩码，并写出分配给每个部门网络中的主机IP地址范围。

解答：（１）可以采用划分子网的方法对该公司的网络进行划分。由于该公司包括４个部门，共需要划分为４个子网。

（２）已知网络地址１９２．１６８．１６１．０是一个Ｃ类地址，所需子网数为４个，每个子网的主机数为２０～３０。由于子网号和主机号不允许是全０或全１，因此，子网号的比特数为３即最多有２３－２＝６个可分配的子网，主机号的比特数为５即每个子网最多有２５－２＝３０个可分配的ＩＰ地址。

４个子网的网络地址分别为：

１９２．１６８．１６１．３２、１９２．１６８．１６１．６４、１９２．１６８．１６１．９６、１９２．１６８．１６１．１２８。子网掩码为２５５．２５５．２５５．２２４。

子网１９２．１６８．１６１．３２的主机ＩＰ范围为：１９２．１６８．１６１．３３～６２；

子网１９２．１６８．１６１．６４的主机ＩＰ范围为：１９２．１６８．１６１．６５～９５；

子网１９２．１６８．１６１．９６的主机ＩＰ范围为：１９２．１６８．１６１．９７～１２６；

子网１９２．１６８．１６１．１２８的主机ＩＰ范围为：１９２．１６８．１６１．１２９～１５８。

H5→H4 H3→H5 H1→H2 H6→H5

6-2 假设有两台主机，主机Ａ的ＩＰ地址为208.17.16.165，主机Ｂ的ＩＰ地址为208.17.16.185，它们的子网掩码为255.255.255.224，默认网关为208.17.16.160。试问：

（１）主机Ａ能否和主机Ｂ直接通信？

（２）主机Ｂ不能和ＩＰ地址为208.17.16.34的ＤＮＳ服务器通信。为什么？ （３）如何只做一个修改就可以排除（２）中的故障？

解答：（１）将主机Ａ和主机Ｂ的ＩＰ地址分别与子网掩码进行与操作，得到的子网地址都为２０８．１７．１６．１６０。因此主机Ａ和主机Ｂ处在同一个子网中，可以直接通信。 （２）主机Ｂ不能与ＤＮＳ服务器通信的原因在于默认网关被错误地设置为子网地址， 不是一个有效的主机地址。

（３）只要将主机Ａ与主机Ｂ的默认网关修改为２０８．１７．１６．１６１，就可以解决问题了

6-3在某个网络中，R1和R2为相邻路由器。其中表(a)为R1的原路由表，表(b)为R2广播的距离矢量报文（Ｖ，Ｄ），请根据距离矢量路由选择算法更新R1的路由表，并写出更新后的Ｒ１路由表。

表（a）R1的原路由表 目的网络 距离 下一跳 10.0.0.0 0 直接 30.0.0.0 7 R7 40.0.0.0 3 R2 45.0.0.0 4 R8 180.0.0.0 5 R2 190.0.0.0 10 R5 表（b）R2广播的（V，D）报文 目的网络 距离 10.0.0.0 4 30.0.0.0 4 40.0.0.0 2 41.0.0.0 3 180.0.0.0 5 6-4 应用最短路径优先搜索算法Dijkstra，求出下图中源结点Ｅ到达网络中其他各结点的全部最短路径。

解答：根据Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法，源结点Ｅ到达网络中其他结点的最短路径寻找过程 如下：

（１）初始：Ａ（４，Ｅ），Ｂ（∞，－），Ｃ（∞，－），Ｄ（２，Ｅ）； （２）加入结点Ｄ：Ａ（４，Ｅ），Ｂ（∞，－），Ｃ（∞，－），Ｄ（２，Ｅ）； （３）加入结点Ｂ：Ａ（４，Ｅ），Ｂ（４，Ｄ），Ｃ（∞，－），Ｄ（２，Ｅ）； （４）加入结点Ｃ：Ａ（４，Ｅ），Ｂ（４，Ｄ），Ｃ（４，Ｄ），Ｄ（２，Ｅ）； （５）加入结点Ａ：Ａ（４，Ｅ），Ｂ（４，Ｄ），Ｃ（４，Ｄ），Ｄ（２，Ｅ）。 因此，源结点Ｅ到达其他结点的最短路径和代价值分别如下： （１）到达结点Ａ：Ｅ→Ａ，代价为４； （２）到达结点Ｂ：Ｅ→Ｄ→Ｂ，代价为４； （３）到达结点Ｃ：Ｅ→Ｄ→Ｃ，代价为４； （４）到达结点Ｄ：Ｅ→Ｄ，代价为２。

6-5 假设有一个ＩＰ数据报，头部长度为20B，数据部分长度为2000B。现该分

组从源主机到目的主机需要经过两个网络，这两个网络所允许的最大传输单元MTU分别为1500B和576B。请问该数据报如何进行分片？

解答：头部长为２０Ｂ、数据部分长为２０００Ｂ的ＩＰ数据报在经过ＭＴＵ为１５００Ｂ的第一个网络时进行分片，分为２个分片，分片１携带１４８０Ｂ的数据，而分片２携带５２０Ｂ的数据。在经过ＭＴＵ为５７６Ｂ的第二个网络时，分片１仍然需要进一步分片，分为３个分片，分片３和分片４都携带５５６Ｂ的数据，分片５携带３６８Ｂ的数据。因此，目的主机将收到４个分片，即分片２、分片３、分片４、分片５。

6-6 假设主机Ａ要向主机Ｂ传输一个长度为512KB的报文，数据传输速率为50Mbps，途中需要经过8个路由器。每条链路长度为1000km，信号在链路中的传播速度为200000km/s，并且链路是可靠的。假定对于报文与分组，每个路由器的排队延迟时间为1ms，数据传输速率也为50Mbps。那么，在下列情况下，该报文需要多长时间才能到达主机Ｂ？

（１）采用报文交换方式，报文头部长为32B；

（２）采用分组交换方式，每个分组携带的数据为2KB，头部长为32B。

解答：（１）如果采用报文交换方式，由于报文头部长为３２Ｂ，报文携带的数据为５１２ＫＢ，整个报文长为（３２＋５１２×１０２４）×８＝４１９４５６０（ｂ）。已知数据传输速率为５０Ｍｂ／ｓ，则发送该报文所需的传输时延为４１９４５６０／５０（μｓ）≈８４（ｍｓ）。另外，报文经过每个路由器的排队时延为１ｍｓ，在每条链路上的传播时延为１０００／２０００００＝０．００５（ｓ）＝５（ｍｓ）。因此，该报文从主机Ａ到主机Ｂ所需的总时间＝９×传输时延＋９×传播时延＋８×排队时延＝９×８４＋９×５＋８×１＝８０９（ｍｓ）。

（２）如果采用分组交换方式，由于分组头部长为３２Ｂ，每个分组携带的数据为２ＫＢ， 每个分组的总长度为（３２＋２×１０２４）×８＝１６６４０（ｂ），分组的个数Ｎ为５１２／２＝２５６。已知数据传输速率为５０Ｍｂ／ｓ，则发送该一个分组所需的传输时延为１６６４０／５０（μｓ）≈０．３３（ｍｓ）。另外，每个分组经过每个路由器的排队时延为１ｍｓ，在每条链路上的传播时延为１０００／２０００００＝０．００５（ｓ）＝５（ｍｓ）。因此，从主机Ａ到主机Ｂ发送所有分组所需的总时间为主机Ａ发送（Ｎ－１）个分组的传输时延加上最后一个分组从主机Ａ到主机Ｂ的总时间，即等于（Ｎ－１）×传输时延＋９×传输时延＋９×传播时延＋８×排队时延＝（２５６－１）×０．３３＋９×０．３３＋９×５＋８×１≈１４０（ｍｓ）。

6-7 某个单位的网点由４个子网组成，结构如图所示，其中主机H1、H2、H3和H4的IP地址和子网掩码如表所示。

（１）请写出路由器R1到４个子网的路由表。

（２）试描述主机H1发送一个IP数据报到主机H2的过程（包括物理地址解析过程）。

主机 IP地址 子网掩码

H1 202.99.98.18 255.255.255.240 H2 202.99.98.35 255.255.255.240 H3 202.99.98.51 255.255.255.240 H4 202.99.98.66 255.255.255.240 解答：（1）将H1、H2、H3、H4的ＩＰ地址分别与它们的子网掩码进行与操作，可以得到4个子网的网络地址，分别为：202.99.98.16、202.99.98.32、202.99.98.48、202.99.98.64。因此，路由器R1到4个子网路由表：

目的网络 子网掩码 下一跳 目的网络 子网掩码 下一跳

202.99.98.16 255.255.255.240 直接 202.99.98.48 255.255.255.240 202.99.98.33 202.99.98.32 255.255.255.240 直接 202.99.98.64 255.255.255.240 202.99.98.33

（2）主机Ｈ１向主机Ｈ２发送一个ＩＰ数据报的过程如下：

ａ．主机H1首先构造一个源ＩＰ地址为202.99.98.18、目的ＩＰ地址为202.99.98.35的IP数据报，然后将该数据报传送给数据链路层；

ｂ．然后，主机H1通过ARP协议获得路由器R1（202.99.98.17）所对应的MAC地址，并将其作为目的MAC地址填入封装有IP数据报的帧，然后将该帧发送出去；

ｃ．路由器R1收到该帧后，去除帧头与帧尾，得到IP数据报，然后根据IP数据报中的目的IP地址（202.99.98.35）去查找路由表，得到下一跳地址为直接广播；

ｄ．然后路由器R1通过ARP协议得到主机H2的MAC地址，并将其作为目的MAC地址填入封装有IP数据报的帧，然后将该帧发送到子网net2上；

ｅ．主机H2将收到该帧，去除帧头与帧尾，并最终得到从主机H1发来的ＩＰ数据报。