计算机网络习题——第1章 概述

1-02、试简述分组交换的要点。
分组交换采用存储转发技术，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相等的短数据块，在每个数据块前面加上一些控制信息构成的首部，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。
分组交换网的主要优点：
优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用灵活为每一个分组独立地选择最合适的转发路由迅速以分组作为传送单位，在每个结点存储转发，网络使用高速链路可靠保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性
缺点：分组在节点转发时因排队而造成一定的延时；分组必须携带一些控制信息而产生额外开销。

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。
电路交换：整个报文的比特流连续的从源点直达终点。
优点：传输数据的时延非常小；实时性强；不存在失序问题。控制较简单。
缺点：电路交换的平均连接建立时间长；信道利用低。
报文交换：整个报文传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
优点：不需要预先分配传输带宽，提高了网络的信道利用率。
缺点：整个分组长度过长增加了传输的时延。
分组交换：单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
优点：加速了数据在网络中的传输；简化了存储管理；减少了出错机率和重发数据量。
缺点：仍存在存储转发时延；增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。

1-07、小写和大写开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要区别？
internet是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互联而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。
Internet是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互联网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则。

1-12、互联网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么?它们的工作方式各有什么特点？
边缘部分：就是连接在因特网上的所有的主机。边缘部分利用核心部分提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换信息或共享信息；
核心部分：网络中的核心部分由许多路由器实现互连，向网络边缘中的主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信。

1-13、客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方？
客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。客户服务器方式是一点对多点的。
P2P对等通信方式强调在两台主机通信时并不区别哪一个是服务器请求方还是服务提供方，只要两台主机都运行了对等连接软件，它们就能平等的，对等连接通信。对等通信方式是点对点。
相同的地方就是都能得到想要的服务，对等通信方式从本质上看仍然使用客户服务器方式，只是对等通信中的每一个主机既是客户同时又是服务器。

1-15、假定网络的利用率达到了90%。试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？
令

     D
    
    
     0
    
   
  
  
   D_0
  
 
D0​表示网络空闲时的时延，

 
  
   
    D
   
  
  
   D
  
 
D表示网络当前的时延，

 
  
   
    U
   
  
  
   U
  
 
U表示利用率，则有如下公式表示它们之间的关系：


 
  
   
    D
   
   
    =
   
   
    
     D
    
    
     0
    
   
   
    /
   
   
    (
   
   
    1
   
   
    −
   
   
    U
   
   
    )
   
  
  
   D=D_0/(1-U)
  
 
D=D0​/(1−U)

所以利用率为90%时，当前时延为

    10
   
   
    
     D
    
    
     0
    
   
  
  
   10D_0
  
 
10D0​，利用率为最小值0时，当前时延为

 
  
   
    
     D
    
    
     0
    
   
  
  
   D_0
  
 
D0​。网络的利用率为90%时的时延是它的最小值的10倍。

1-17、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2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：
（1）数据长度为107bit，数据发送速率为100 kbit/s。
（2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gbit/s
从以上计算结果可得出什么结论？
（1）发送时延：

     t
    
    
     s
    
   
   
    =
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     7
    
   
   
    /
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     5
    
   
   
    =
   
   
    100
   
   
    s
   
  
  
   t_s=10^7/10^5 =100s
  
 
ts​=107/105=100s，传播时延：

 
  
   
    
     t
    
    
     p
    
   
   
    =
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     6
    
   
   
    /
   
   
    (
   
   
    2
   
   
    ×
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     8
    
   
   
    )
   
   
    =
   
   
    0.005
   
   
    s
   
  
  
   t_p=10^6/(2×10^8)=0.005s
  
 
tp​=106/(2×108)=0.005s

（2）发送时延：

     t
    
    
     s
    
   
   
    =
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     3
    
   
   
    /
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     9
    
   
   
    =
   
   
    1
   
   
    μ
   
   
    s
   
  
  
   t_s=10^3/10^9 =1μs
  
 
ts​=103/109=1μs，传播时延：

 
  
   
    
     t
    
    
     p
    
   
   
    =
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     6
    
   
   
    /
   
   
    (
   
   
    2
   
   
    ×
   
   
    1
   
   
    
     0
    
    
     8
    
   
   
    )
   
   
    =
   
   
    0.005
   
   
    s
   
  
  
   t_p=10^6/(2×10^8)=0.005s
  
 
tp​=106/(2×108)=0.005s

结论：
（1）发送时延为100s，传播时延5ms，发送时延远大于传播时延，（2）发送时延为1微秒，传播时延5ms，发送时延远小于传播时延。传播时延与信号的发送速率无关。

1-19、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，加上首部和尾部共18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？
应用层数据长度为100字节时，传输效率=100/(100+20+20+18)=63.3%
应用层数据长度为1000字节时，传输效率=1000/(1000+20+20+18)=94.5%

1-22、网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？
（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。

1-24、试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
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如下表所示。

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。

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。

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。

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)，在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。

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。

1-28、假定要在网络上传送1.5MB的文件。设分组长度为1KB，往返时间RTT=80ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间，这时间是2×RTT=160ms。试计算在以下几种情况下接收方收完该文件的最后一个比特所需的时间。
（1）数据发送速率为10 Mbit/s，数据分组可以连续发送。
（2）数据发送速率为10Mbit/s，但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能再发送下一个分组。
（3）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但规定在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。
（4）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但在第一个RTT往返时间内只能发送一个分组，在第二个RTT内可发送两个分组，在第三个RTT内可发送四个分组（即23-1=22=4个分组）。（这种发送方式见教材第5章TCP的拥塞控制部分。）
（1）发送这些比特所需时间=1.5×220×8bit/(10×106bit/s)=1.258s。
最后一个分组的传播时间还需要0.5×RTT=40ms。
总共需要的时间=2×RTT+1.258+0.5×RTT=0.16+1.258+0.04=1.458s。
（2）需要划分的分组数=1.5MB/1KB=1536。
从第一个分组到达直到最后一个分组到达要经历1535×RTT=1535×0.08=122.8s。
总共需要的时间=1.458+122.8=124.258s。
（3）在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。1536个分组，需要76个RTT，76个RTT可以发送76×20=1520个分组，最后剩下16个分组，一次发送完。但最后一次发送的分组到达接收方也需要0.5×RTT。
因此，总共需要的时间=76.5×RTT+2×RTT=6.12+0.16=6.28s。
（4）在两个RTT后就开始传送数据。
经过n个RTT后就发送了1+2+4+…+2n=2n-1个分组。
若n=10，那么只发送了210-1=1023个分组。可见10个RTT不够。
若n=11，那么发送了211-1=2047个分组。可见11个RTT足够了。
这样，考虑到建立TCP连接的时间和最后的分组传送到终点需要的时间，（最后一次，不考虑返回）
总共需要的时间=(2+10+0.5)×RTT=12.5×0.08=1s。

1-29、有一个点对点链路，长度为50km。若数据在此链路上的传播速度为2×108m/s，试问链路的带宽应为多少才能使传播时延和发送100字节的分组的发送时延一样大？如果发送的是512字节长的分组，结果又应如何？
传播时延：50×103m/(2×108m/s)=25×10-5s=250us
100字节时带宽=100bit/250us=0.4×106bit/s=0.4Mb/s
512字节时带宽=512bit/250us=2.05×106bit/s=2.05Mb/s