计算机网络（第七版）部分课后习题含答案第一章 概述1-02 试简述分组交换的要点。分组交换最主要的特点就是采用存储转发技术。我们把要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报

计算机网络（第七版）部分课后习题含答案
第一章 概述
1-02 试简述分组交换的要点。

分组交换最主要的特点就是采用存储转发技术。

我们把要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段， 例如， 每个数据段为1024 bit。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。分组又称为“ 包”，而分组的首部也可称为“包头”。

分组是在互联网中传送的数据单元。分组中的“ 首部” 是非常重要的， 正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径。

互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成的，而主机处在互联网的边缘部分。主机是为用户进行信息处理的， 并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。

路由器每收到一个分组， 先临时存储下来（这个存储的时间非常短暂）， 再检查其首部， 查找转发表， 按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去， 把这个分组转交给下一个路由器。这样一步一步地经过若干个或几十个不同的路由器， 以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息， 以便创建和维持在路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

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。

电路交换的主要特点

(1) 通信之前先要建立连接， 通信完毕后要释放连接。也就是说， 通信一定要有三个阶段： 建立连接、通信、释放连接。
(2)在整个通信过程中， 通信的双方自始至终占用着所使用的物理信道。
因此， 对于计算机通信， 由于计算机数据是突发性的， 因此， 从通信线路的利用率来考虑， 电路交换的效率就比较低。此外， 当通信双方占用的通信线路由很多个链路（通过若干个交换机把这些链路连通）组成时， 只有在每段链路都能接通（即每一段链路都有空闲的信道资源还没有被其他用户占用， 即有可用资源）时， 整个的连接建立才能完成（哪怕只有一段链路没有空闲的信道可供使用， 连接建立也无法完成）。当通信网的业务拢很大时， 电路交换无法保证用户的每一个呼叫都能接通。如果第一阶段的连接建立不能完成， 那么后续阶段的通信过程当然也就无法进行。

在电路交换的通信过程中，只要在整个连接中有一个环节（如某条链路或某个交换机）出了故障，那么整个连接就不复存在，接着就是通信的中断。若要重新进行通信，必须重新建立连接。如果能够绕过刚才的故障链路或故障交换机而建立新的连接，那么就可以开始新的通信。这就是说，电路交换系统不能自动从故障中进行恢复。但电路交换有一个最主要的优点，就是只要连接能够建立，那么双方通信所需的传输带宽就已经分配好而不会再改变。这叫做静态分配传输带宽。通信双方愿意占用通信资源多久，就占用多久（对千公用网，只要按规定付费即可），而不受网络中的其他用户的影响。当网络发生拥塞时，网络中的其他用户很可能反复呼叫都无法建立连接，但这些动作都不会影响已经占用了通信资源的用户的通信质量（除非发生『通信网中的故障， 影响到正在进行通信的连接）。

目前最常用的分组交换是使用无连接的IP 协议。这种分组交换以分组作为传输的单位，采用存储转发技术，并且没有连接建立和连接释放这两个阶段，因此传送数据比较迅速。在传输数据的过程中，是动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用的。这就是说，若某段链路的带宽较高，分组的传输速率就较快；若另一段链路的带宽较低，传输速率就较慢。不像电路交换那样，从源点到终点都是同样的传输速率。可见分组交换能够比较合理而有效地利用各链路的传输带宽。

分组交换采用分布式的路由选择协议。当网络中的某个结点或链路出现故障时，分组传送的路由可以自适应地动态改变，使数据的传送能够继续下去。传送数据的源点和接收数据的终点甚至不会感觉到网络中所发生的故障。因此分组交换网络有很好的生存性。

分组交换也有一些缺点。例如，分组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。此外，由于分组交换无法确保通信时端到端所需的带宽， 当分组交换网的通信量突然增大时，可能会在网络中的某处产生拥塞，从而延长数据的传送时间。当网络拥塞非常严重时，整个网络也可能会瘫痪。分组交换的另一个问题是各分组必须携带控制信息，这也造成了一定的开销。整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。当然，电路交换网也需要网络管理，但电路交换网的交换机都具有很强的网络管理功能，能够对网络进行很有效的管理。分组交换网中的路由器比较简单，无法对整个网络进行管理。必须在网络中由专门的主机来运行专门的网络管理软件，对整个网络进行管理。

报文交换也采用存储转发技术，不同的是，报文交换不再把报文分割为更小的分组，而是把整个报文在网络的结点中存储下来，然后再转发出去。这样做，省去了划分小的分组的步骤，也省去了在终点把分组重装成报文的过程。但报文交换在灵活性上就不如分组交换，传送数据的时延较大。本来报文交换是用来传送电报的。现在已经很少有入还打电报，因此报文交换现在已经很少使用了。

1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？

可以从不同的角度回答这个问题。

从网络的作用范围来划分，有：
(1) 广域网WAN, 作用范围通常为几十到几千公里，有时也称为远程网。
(2) 城域网MAN, 作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距 离约为5- 50 km 。
(3) 局域网LAN,作用范围局限在较小的范围（如1 km 左右） 。 (4) 个人区域网PAN, 也常称为无线个人区域网WPAN, 其作用范围大约在10m左右。

按照使用者来划分，有：
(1) 公用网，这是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。”公用”的意思就是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。因此公用网也可称为公众网。
(2)专用网，这是某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如，军队、铁路、电力、银行等系统均有本系统的专用网。

按照采用的交换技术的不同来划分，有：
(1) 电路交换网。
(2) 分组交换网。
(3) 混合交换网。
还有一种网络叫做接入网AN, 用来把用户接入到互联网。接入网也叫做本地接入网。

1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x (bit)。从源点到终点共经过k 段链路，每段链路的传播时延为d (s)，数据率为b (bit/s)。在电路交换时电路的建立时间为s (s)。在分组交换时分组长度为p (bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察k 段链路共有几个结点。）

电路交换必须先建立连接，需要的时间是s 秒。
发送x 比特的报文所需的时间是报文长度除以数据率b 。因此发送时延是x/b 。
总的传播时延是链路数乘以每段链路的传播时延，即kd 。
因此，电路交换的时延由以下三项组成： s+x/b+kd 。
分组交换的时延的计算要稍微麻烦一点，见图T-1-10 。

分组交换不需要先建立连接（这里假定题目中的分组交换使用数据报传送。如果使用虚电路传送，则需要先建立连接） 。从图T-1-10 的右边可看出，总时延由三部分组成。
先计算分组交换的传播时延，这和电路交换是一样的，也是kd 。
再计算n 个分组所需的发送时延，这需要知道报文x 一共划分为多少个分组。将报文长度x 除以一个分组的长度p 就得出分组的数目n 。在一般的情况下， x 除以p 所得到的商可能不是整数，因此要把得出的商的整数部分加1 才是分组的数目n 。我们知道，符号⌈ a ⌉ \lceil a \rceil⌈a⌉表示a的整数部分加1, 例如，⌈ 3.02 ⌉ = 4 \lceil 3.02 \rceil = 4⌈3.02⌉=4 。因此，分组的数目n = ⌈ x p ⌉ n=\lceil \frac{x}{p} \rceiln=⌈ 
p
x
​    
 ⌉。

这样发送n个分组所需的发送时延是：⌈ x p ⌉ ⋅ p b \lceil \frac{x}{p} \rceil \cdot \frac{p}{b}⌈ 
p
x
​    
 ⌉⋅ 
b
p
​    

请注意，最后一个分组的长度一般会小于前面的n - 1 个分组的长度，而小多少我们也无从得知。这样，最后一个分组的发送时延就无法算出。于是，我们这里还需要再使用一个假定，即：所有的分组的发送时延都是相同的。这就是认为所有的分组都是等长的。从图T-1-10 可以看出，在总时延中还有一项，就是一个分组经过k - I 段链路的发送时延。当k=I 时，就没有这一项。在一段链路上发送一个分组的发送时延是p/b, (k - 1)段链路的发送时延是(k - I)p/b, 因此把以上三部分时延相加，就得出在分组交换的清况下的总时延：

k d + ⌈ x p ⌉ ⋅ p b + ( k − 1 ) p b kd + \lceil \frac{x}{p} \rceil \cdot \frac{p}{b} + (k-1) \frac{p}{b}kd+⌈ 
p
x
​    
 ⌉⋅ 
b
p
​    
 +(k−1) 
b
p
​    

分组交换时延较电路交换延时小的条件为：k d + [ x p ] ⋅ p h + ( k − 1 ) p b < s + x b + k d k d+\left[\frac{x}{p}\right] \cdot \frac{p}{h}+(k-1) \frac{p}{b} p
x
​    
 ]⋅ 
h
p
​    
 +(k−1) 
b
p
​    
  b
x
​    
 +kd

当x>>p时，[ x p ] ≈ x p \left[\frac{x}{p}\right] \approx \frac{x}{p}[ 
p
x
​    
 ]≈ 
p
x
​    

得出分组交换时延较电路交换时延小的条件为：( k − 1 ) p / b < s (k-1) p / b

1-11 在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x 和(p + h) (bit)，其中p 为分组的数据部分的长度，而h 为每个分组所带的控制信息固定长度，与p 的大小无关。通信的两端共经过k 段链路。链路的数据率为b (bit/s)，但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p 应取为多大？（提示：参考图1-12 的分组交换部分，观察总的时延由哪几部分组成。）

本题实际上是假定了整个报文恰好可以划分为xlp 个分组。
现在每一个分组的发送时延是(p + h)/b, 因此我们可以写出总时延D 的表达式：

D = x p p + h b + ( k − 1 ) p + h b = x b + ( k − 1 ) h b + x h b p + ( k − 1 ) p b D=\frac{x}{p} \frac{p+h}{b}+(k-1) \frac{p+h}{b}=\frac{x}{b}+(k-1) \frac{h}{b}+\frac{x h}{b p}+\frac{(k-1) p}{b}D= 
p
x
​    
  
b
p+h
​    
 +(k−1) 
b
p+h
​    
 = 
b
x
​    
 +(k−1) 
b
h
​    
 + 
bp
xh
​    
 + 
b
(k−1)p
​    

为了计算D 的极值，求D 对p 的导数，令$\frac{d D}{d p}=0 $得出：

( k − 1 ) b − x h b 1 p 2 = 0 \frac{(k-1)}{b}-\frac{x h}{b} \frac{1}{p^{2}}=0 
b
(k−1)
​    
 − 
b
xh
​    
  
p 
2
 
1
​    
 =0

解出：p = x h k − 1 p=\sqrt{\frac{x h}{k-1}}p= 
k−1
xh
​    
 
​    

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？

互联网的拓扑结构非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，
可以划分为以下两大块：
(1) 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
(2) 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

在网络边缘的端系统，乙间的通信方式通常可划分为两大类：客户－服务器方式C/S 方式）和对等方式 P2P 方式） 。这两种通信方式的区别见习题1-13 。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是实现分组交换的关键构件，如果没有路由器，再多的网络也无法构建成互联网。由此可以看出，互联网的核心部分的工作方式其实也就是路由器的工作方式。

路由器的任务是转发收到的分组。当路由器转发分组时， 必须查找路由表。因此，互联网中的各路由器必须根据路由选择协议的规定相互交换路由信息，以便使路由表能够及时反映出网络拓扑的变化。

由此可见，互联网的核心部分的工作方式有两种：一种是路由器转发分组（这是直接为主机之间的通信服务的），另一种是路由器之间不断地交换路由信息（这是为了保证路由表的路由信息与网络的实际拓扑一致）。

1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？

计算机网络常用的性能指标有：
(1) 速率：指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率或比特率。

(2) 带宽：用来表示网络的通信线路传送数据的能力，网络带宽表示在单位时间内（ 一般是每秒钟）从网络中的某一点到另一点所能通过的＂最高数据率” 。

(3) 吞吐量：表示在单位时间内（一般是每秒钟）通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

(4) 时延：指数据（ 一个报文或分组， 甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延等。

(5) 时延带宽积：是传播时延(s)和带宽(bit/s) 的乘积。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

(6) 往返时间：表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认），总共经历的时间。有时，往返时间还包括网络各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。

(7) 利用率：分信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

1-18 假设信号在媒体上的传播速率为2.3 × 108 m/s。媒体长度l 分别为：
(1) 10 cm（网络接口卡）
(2) 100 m（局域网）
(3) 100 km（城域网）
(4) 5000 km（广域网）
试计算当数据率为1 Mbit/s 和10 Gbit/s 时在以上媒体中正在传播的比特数。

计算步骤如下：
先计算10cm (即0. 1 m) 的媒体上信号的传播时延：

0.1   m / ( 2.3 × 1 0 8 ) m / s = 4.3478 × 1 0 − 10   s ≈ 4.35 × 1 0 − 10   s 0.1 \mathrm{~m} /\left(2.3 \times 10^{8}\right) \mathrm{m} / \mathrm{s}=4.3478 \times 10^{-10} \mathrm{~s} \approx 4.35 \times 10^{-10} \mathrm{~s}0.1 m/(2.3×10 
8
 )m/s=4.3478×10 
−10
  s≈4.35×10 
−10
  s

计算10 cm 线路上正在传播的比特数：
1Mbit/s 数据率时为: 1 Mbit/s × 4.35 × 1 0 − 10   s = 4.35 × 1 0 − 4 \times 4.35 \times 10^{-10} \mathrm{~s}=4.35 \times 10^{-4}×4.35×10 
−10
  s=4.35×10 
−4
  bit

读者应正确理解在线路上只有0.000435 个比特到底是什么意思。
10 Gbit/s 数据率时为：10 G b i t / s × 4.35 × 1 0 − 10   s = 4.35 b i t 10 \mathrm{Gbit} / \mathrm{s} \times 4.35 \times 10^{-10} \mathrm{~s}=4.35 \mathrm{bit}10Gbit/s×4.35×10 
−10
  s=4.35bit

同理可以计算出其他长度的结果：

100m: 4.35 × 1 0 3 b i t 4.35 \times 10^3bit4.35×10 
3
 bit

100km: 4.35 × 1 0 6 b i t 4.35 \times 10^6bit4.35×10 
6
 bit

5000km: 2.17 × 1 0 8 b i t 2.17 \times 10^8bit2.17×10 
8
 bit

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？

数据长度为100 B C B 表示字节）时，以太网的帧长： 100 B+ 20 B+20 B +18 B= 158 B
数据传输效率= 100 B / (158 B) = 63.29%≈63.3%
数据长度为1000 B 时，以太网的帧长： 1000 B+ 20 B + 20 B + 18 B= 1058 B
传输效率= 1000 B / (1058 B) = 94.52% ≈ 94.5% 。传输效率明显提高了。

1-20 网络体系结构为什么要采用分层次的结构？试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活的例子。

网络体系结构采用分层次的结构，是因为“分层”可以把庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题比较易千研究和处理。举例如快递的运输过程。

1-21 协议与服务有何区别？有何关系？

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，或者简称为协议。网络协议是计算机网络中不可或缺的部分。

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。协议的语法方面的规则定义了所交换的信息的格式，而协议的语义方面的规则定义了发送者或接收者所要完成的操作。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

协议和服务在概念上是很不一样的。

首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。

其次，协议是“水平的＂，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是＂垂直的＂，
即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。另外，并非在一个层内完成

1-22 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？

网络协议主要由以下三个要素组成：
(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。

1-26 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。

协议栈：由千计算机网络的体系结构采用了分层结构，因此不论在主机中还是在路由器中的协议都有好几层。这些一层一层的协议画起来就很像堆栈的结构，因此就把这些协议层称为协议栈。

实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

对等层：在网络体系结构中，通信双方实现同样功能的层。例如， A 向B 发送数据，那么A 的第n 层和B 的第n 层就构成了对等层。

协议数据单元：通常记为PDU, 它是对等实体之间进行信息交换的数据单元。

服务访问点：通常记为SAP, 在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点。

客户：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务请求方。

服务器：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务提供方。但在很多情况下，服务器也常指运行服务器程序的机器。

客户－服务器方式：这种方式所描述的是进程之间服务的请求方和服务的提供方的关系。
服务的请求方是主动进行通信的一方，而服务器是被动接受通信的一方。系统启动后即自动
调用服务器程序，并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。客
户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。关
于客户－服务器方式更详细的解释，见前面的1-13 题。

1-28 假定要在网络上传送1.5 MB 的文件。设分组长度为1 KB，往返时间RTT = 80 ms。传送数据之前还需要有建立TCP 连接的时间，这时间是2 × RTT = 160 ms。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10 Mbit/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2 3 − 1 2^{3 -1}2 
3−1
 = 2 2 2^{2}2 
2
  = 4 个分组）。（这种发送方式见教材第5 章TCP 的拥塞控制部
分。）

题目中已知条件为M=2 20 2^{20}2 
20
 =1048576, K=2 10 2^{10}2 
10
 =1024

(1) 1.5 MB= 1.5 x 1048576 B = 1.5 x 1048576 x 8 bit= 12582912 bit 。
发送这些比特所需时间= 12582912 / 1 0 7 10^710 
7
  = 1.258 s 。
最后一个分组的传播时间还需要0 . 5 x RTT = 40 ms 。
总共需要的时间= 2 x RTT + 1.258 + 0.5 x RTT = 0.16 + 1.258 + 0.04 = 1.458 s 。

(2) 需要划分的分组数= 1.5 MB / 1 KB = 1536 。
从第一个分组到达直到最后一个分组到达要经历1535 x RTT = 1535 x 0.08 = 122.8 s 。
总共需要的时间= 1.458 + 122.8 = 124.258 s 。

(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76x20=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 x RTT 。
因此，总共需要的时间= 76.5 x RTT + 2 x RTT = 6.12 + 0.16 = 6.28 s 。

(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 = 2 n + 1 2^{n+1}2 
n+1
  - 1 个分组。
若n =9, 那么只发送了2 10 2^{10}2 
10
  — 1 = 1023 个分组。可见9 个RTT 不够。
若n = 10, 那么可以发送2 11 2^{11}2 
11
  -1 = 2047 个分组。可见10 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，现在总共需要
的时间= (2 + 10 + 0.5) x RTT = 12.5 x 0.08 = 1 s 。

1-29 有一个点对点链路，长度为50 km。若数据在此链路上的传播速度为2 × 1 0 8 10^{8}10 
8
  m/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？

整条链路的传播时延是50 km / (2 x 1 0 8 10^810 
8
  m/s) = 250μs 。
如果在250μs 把100 字节发送完，则发送速率应为800 bit / (250μs) = 3.2 Mbit/s 。这也就
是链路带宽应有的数值。
如果改为发送512 字节的分组，则发送速率应为512 x 8 bit/ (250μs) = 16.38 Mbit/s 。这
也就是链路带宽应有的数值。

1-30 有一个点对点链路，长度为20000 km。数据的发送速率是1 kbit/s，要发送的数据有100 bit。数据在此链路上的传播速度为2 × 1 0 8 10^{8}10 
8
  m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特，试画出我们看到的线路上的比特（画两个图，一个在100 bit 刚刚发送完时，另一个是再经过0.05 s 后）。

100 bit 的发送时间= 100bit / (1000bit/s)=0.1 s 。
如图T-1-30 所示， 0.1 秒的时间可以传播20000 km, 正好是线路的长度。因此，当发送的第一个比特到达终点时，发送方也正好把100 bit 发送完毕，整个线路上都充满了所传输的100 bit 。

再经过0.05 s 后，所有的比特都向前走了10000 km 。这就是说，发送的前50 bit 已经到
达终点了，剩下的50 bit 还在线路上传播。最后一个比特正好走了一半(10000 km), 在线路
的正中间。

1-31 有一个点对点链路，长度为20000 km。数据的发送速率是1 Mbit/s，要发送的数据有100 bit。数据在此链路上的传播速度为2 × 1 0 8 10^{8}10 
8
  m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特，试画出我们看到的线路上的比特（画两个图，一个在100 bit 刚刚发送完时，另一个是再经过0.05 s 后）。

100 bit 的发送时间= 100 bit / (1000000 bit/s) = 0.0001 s, 只有上一题的于分之一。
如图T-1-31 所示， 0.0001 秒的时间可以传播20 km, 只有线路长度的于分之一。因此现
在整个100 bit 都在线路的靠发送端的位置（图没有按比例画）。

再经过0.05 s 后，所有的比特都向前走了10000 km 。这时，整个100 bit 都在线路上传播。
最后一个比特正好走了一半C 10000 km), 在线路的正中间。
和上题相比较，我们可以看出，同样是在一条线路上传送100 bit 的数据，在较低速的线
路上（例如， 1 kbit/s 的发送速率）， 100 bit 的数据看起来像是“数据流”，而在较高速的线路
上（例如， 1 Mbit/s 的发送速率） ， 100 bit 的数据看起来像是“小分组”。

1-32 以 1 Gbit/s 的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时，一个比特的宽度分别是多少？

当我们在某一个位置上观察信号随时间的变化规律时，我们往往需要以时间为横坐标来看信号的变化。当以1 Gbit/s 的速率发送数据时，每一个比特的待续时间是1 0 9 10^910 
9
  S, 也就是0.001μs = 1 ns Cns 表示纳秒，即1 0 9 10^910 
9
  s ) 。因此，在以时间为横坐标的图上，每一个比
特的宽度是1 ns (见图T-1-32 上面的一个）。

现在看以距离为横坐标的情况。
假定信号在线路上的传播速度是2x1 0 8 10^810 
8
 m/s( 即2/3 的光速），那么在一个比特时间内（即
1 0 − 9 10^{-9}10 
−9
  s) 信号可以前进20cm 。图T-1-32 中下面的一个即表示这种情况，即当时间为某一数值
时信号在线路上的“快照＂。请注意，横坐标的量纲不同，我们不能说哪一个信号更宽一些或
更窄一些。这是不能相比的。

第二章 物理层
2-01 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体。现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。也就是说，发送方发送1 (或0) 时，接收方应当收到1(或0) 而不是0 (或1) 。因此物理层要考虑用多大的电压代表" 1 " 或"0 "'以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。当然，哪几个比特代表什么意思，则不是物理层所要管的。传递信息所利用的一些传输媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面。因此也有人把传输媒体当作第0 层。

2-04 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。

数据： 是运送消息的实体。

信号：是数据的电气的或电磁的表现。

模拟数据： 即连续数据，即数据的变化是连续的。例如，我们人说话的声音数据（声波）就是连续变化的。

模拟信号： 即连续信号，其特点是代表消息的参数的取值是连续的。当我们打电话时，

模拟数据（声波）通过电话机的话筒后，变成了连续变化的电信号（模拟信号）。

基带信号：即来自信源的信号，也就是基本频带信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

带通信号：把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号。这种信号仅在一段频率范围内（即频带）能够通过信道。

数字数据：即离散数据，即数据的变化是不连续的（离散的） 。例如，计算机键盘输出的就是数字数据。但在经过调制解调器后，就转换成为模拟信号（连续信号）了。

数字信号：即离散信号，其特点是代表消息的参数的取值是离散的。

码元：码(code)是信号元素和字符之间的事先约定好的转换。例如， A 的ASCII 码的表示就是1000001, 而这里的每一个二进制数字(1或0) 都可称为码元(code element) 。码元实际上就是码所包含的元素。上面的例子说明了A 的ASCII 码包含有7 个码元。在采用最简单的二进制编码时，一个码元就是一个比特。但在比较复杂的编码中， 一个码元可以包含多个比特。

单工通信：又称为单向通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属千这种类型。

半双工通信：又称为双向交替通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收） 。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

全双工通信： 又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。

串行传输：数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输的。

井行传输：数据在传输时采用了n 个并行的信道。在每一个信道上，数据仍然是串行传输的，即逐个比特按照时间顺序依次传输。但把这n 个信道一起观察时，就可看出，数据的传输是每次n 个比特。

2-05 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？

(1) 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。
(2) 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
(3) 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
(4) 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2-06 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？

数据在信道中的传输速率是受限制的。首先，具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么在接收端收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭了，每一个码元所占的时间界限也不再是很明确的，而是前后都拖了＂尾巴＂。也就是说，扩散了的码元波形所占的时间也变得更宽了。这样，在接收瑞收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。这种现象叫做码间串扰。严重的码间串扰使得本来分得很清楚的一串码元变得模糊而无法识别。为了避免码间串扰，码元的传输速率就受到了限制。其次，所有的电子设备和通信信道中都存在噪声。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误(1 判决为0 或0 判决为1) 。但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。对于一定的信噪比，码元的传输速率越大就越容易出现接受时的判决错误。如果增大信噪比，那么码元的传输速率就可以提高而不至千使判决错误的概率增大。

在实际的传输环境中，信噪比不可能做到任意大。一方面，我们的信号传输功率是受限的（经济问题、器件问题、材料的绝缘问题，等等），而任何电子设备的噪声也不可能做到任意（任何电子设备都有其固有噪声）。因此，在实际的传输环境中，信噪比不可能做到任意大。

香农公式的意义就在于，只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。不过，香农没有告诉我们具体的实现方法。这要由研究通信的专家去寻找。

“比特／秒”和“码元／秒”是不完全一样的，因为比特和码元所代表的意思并不相同。在使用二进制编码时， 一个码元对应于一个比特。在这种情况下，“比特／秒”和＂码元／秒”在数值上是一样的。但一个码元不一定总是对应于一个比特。根据编码的不同， 一个码元可以对应于几个比特，但也可以是几个码元对应于一个比特。

2-07 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为 20000 码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16 个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率(bit/s)？

如果我们用二进制数字来表示这16 个不同等级的振幅，那么需要使用4 个二进制数字。即0000, 0001, 0010, 0011 , 0100, 0101, 0110, Olli, 1000, 1001, 1010, 1011 , 1100, 1101,1110, 1111 。可见现在用一个码元就可以表示4 个比特。因此码元速率为20000 码元／秒时，我们得到的数据率就是4 倍的码元速率，即80000 bit/s 。

2-08 假定要用 3 kHz 带宽的电话信道传送64 kbit/s 的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示）？这个结果说明什么问题？

将以上数据代入香农公式，得出C = 3 k H z × l o g 2 ( 1 + S N ) = 64 k b i t / s C=3 kHz \times log_2^{(1 + \frac{S}{N})} =64 kbit/sC=3kHz×log 
2
(1+ 
N
S
​    
 )
​    
 =64kbit/s

解出1 + S N = 2 64 3 1+\frac{S}{N}=2^{\frac{64}{3}}1+ 
N
S
​    
 =2 
3
64
​    
 

S N = 2.64 × 1 0 6 \frac{S}{N}=2.64 \times 10^6 
N
S
​    
 =2.64×10 
6

分贝表示：( S N ) d B = 10 l o g 10 ( 2.64 × 1 0 6 ) = 64.2 d B (\frac{S}{N})_{dB}=10log_{10}^{(2.64 \times10^6)}=64.2dB( 
N
S
​    
 ) 
dB
​    
 =10log 
10
(2.64×10 
6
 )
​    
 =64.2dB

说明这是一个信噪比很高的信道

2-09 用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100 Hz，最大信息传输速率为35 kbit/s，那么若想使最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/N 应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N 再增大到10 倍，问最大信息速率能否再增加20%？

将以上数据带入香农公式：35000 = 3100 l o g 2 ( 1 + S N ) 35000=3100log_2^{(1 + \frac{S}{N})}35000=3100log 
2
(1+ 
N
S
​    
 )
​    

l o g 2 ( 1 + S N ) = 35000 / 3100 = 350 / 31 = l g ( 1 + S N ) / l g 2 log_2^{(1+\frac{S}{N})}=35000/3100=350/31=lg^{(1+\frac{S}{N})}/lg_2log 
2
(1+ 
N
S
​    
 )
​    
 =35000/3100=350/31=lg 
(1+ 
N
S
​    
 )
 /lg 
2
​    

l g ( 1 + S N ) = l g 2 × 350 / 31 lg^{(1+\frac{S}{N})}=lg_2 \times 350/31lg 
(1+ 
N
S
​    
 )
 =lg 
2
​    
 ×350/31

1 + S N = 1 0 l g 2 × 350 / 31 1+\frac{S}{N}=10^{lg^{2\times350/31}}1+ 
N
S
​    
 =10 
lg 
2×350/31
 

S / N = 1 0 l g 2 × 350 / 31 − 1 = 2505 S/N=10^{lg^{2\times350/31}}-1=2505S/N=10 
lg 
2×350/31
 
 −1=2505

最大信息传输速率增加60%，设信噪比应该增大到x倍，则易得x=109.396

设在此基础上将信噪比S/N 再增大到10 倍，而最大信息传输速率可以再增大到y 倍，则
利用香农公式，得出y=1.184

即最大信息速率只能再增加18.4%左右。

2-11 假定有一种双绞线的衰减是0.7 dB/km（在1 kHz 时），若容许有20 dB 的衰减，试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长？如果要使这种双绞线的工作距离增大到100 公里，问应当使衰减降低到多少？

这种双绞线的链路的工作距离是： 20 / 0.7 = 28.6 km
若工作距离增大到100 km, 则衰减应降低到20 I I 00 = 0.2 dB/km 。

2-13 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

许多用户通过复用技术就可以共同使用一个共享信道来进行通信。虽然复用要付出一定代价（共享信道由于带宽较大因而费用也较高，再加上复用器和分用器也要增加成本），但如果复用的信道数量较大，那么总的来看在经济上还是合算的。

常用的复用技术有 频分复用、时分复用（ 包括统计时分复用）、波分复用（ 包括密集波
分复用和稀疏波分复用）和码分复用（即码分多址） 。

2-14 试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。
FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48。

FDM (Frequency Division Multiplexing) 频分复用：给旬个伈号分配唯一的载波频率并通过单一媒体来传输多个独立信号的方法。组合多个信号的硬件称为复用器：分离这些信号的硬件称为分用器。

TOM (Time Division Multiplexing) 时分复用：把多个信号复用到单个硬件传输信道，它允许每个信号在一个很短的时间使用信道， 接着再让下一个信号使用。

STDM (Statistic TDM) 统计时分复用：又称为异步时分复用，是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。STDM 帧不是固定分配时隙， 而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。

WDM (Wavelength Division Multiplexing) 波分复用：就是光的频分复用。入们借用传统的载波电话的频分复用的概念，就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。这样就使光纤的传输能力成倍地提高了。由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。

DWDM (Dense WDM) 密集波分复用：是波分复用的一种具体表现形式。DWDM 的波长间隔很小，不到2 nm, 甚至小于0 .8 nm 。因此现在可以把几十路甚至一百多路的光载波信号复用到一根光纤中来传输。由于DWDM 的普及应用，现在人们谈论的WDM 系统几乎全都是DWDM 系统。

CDMA (Code Division Multiplex Access) 码分多址：即码分复用，也是一种共享信道的方法。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，各用户之间并不会造成干扰，因此这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力。

SONET (Synchronous Optical Network) 同步光纤网：美国在1988 年首先推出了一个数字传输标准。整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。SONET 为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其传输速率以51.84 Mbit/s 为基础倍增上去。当这个倍数是768 时，传输速率就近似为40 Gbit/s 。

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 同步数字系列： ITU-T 以美国标准SONET 为基础制定出的国际标准。但SDH 的基本速率为155.52 Mbit/s, 称为STM-1 。

STM-1 (Synchronous Transfer Module- I) 第1 级同步传递模块： 通过光纤传输数据的一系列标准。SDH 标准规定第1 级同步传递模块（即STM-1) 的传输速率是155.52 Mbit/s, 然后把n 倍的速率记为STM-n 。

OC-48 (Optical Carrier-48) : OC (Optical Carrier) 的意思就是光载波，是SONET 标准的表示方法。此标准规定第1 级光载波（即OC-1) 的传输速率是51.84 Mbit/s , 然后把n 倍的速率记为OC-n 。例如， OC-48 的比特率是48 倍的OC-1 速率，即2488.32 Mbit/s, 一般就写为2.5 Gbit/s 。

2-16 共有四个站进行码分多址CDMA 通信。四个站的码片序列为：
A: (–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1) B: (–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)
C: (–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1) D: (–1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1)
现收到这样的码片序列：(–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1)。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是1 还是0？

A 站的内积： (-1 +1-3 +1 -1 -3 +1 +1)• (-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) / 8
= (+1 -1 +3 +1 -1 +3 +1 +1) / 8 = 1
B 站的内积： (-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)• (-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1) / 8
=(+1-1-3-1 - 1-3+1-1) / 8=-1
C 站的内积： (- 1 +1 -3 +1 - 1 - 3 +1 +1)• (-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) / 8
=(+1 +1 +3+1-1-3-1-1)/8=0
D 站的内积： (-1 +1 -3 +1 -1 - 3 +1 +1)• (-1 +1 -1 -1-1 -1+1-1)/8
= (+1 +1 +3 - 1 +1 +3 +1 -1) / 8 = 1
因此， A 和D 发送1, B 发送0, 而C 未发送数据。

第三章 数据链路层
3-01 数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电路接通了”与“数据链路接通了”的区别何在？

所谓链路就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点。在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。

数据链路则是另一个概念。这是因为当需要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通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用网络适配器（如拨号上网使用拨号适配器，以及通过以太网上网使用局域网适配器）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

也有人采用另外的术语。这就是把链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。

3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。

链路控制的主要功能有三： (1) 封装成帧； (2) 透明传输； (3) 差错检测。

数据链路层做成可靠的链路层，就表示从源主机到目的主机的整个通信路径中的每一段链路的通信都是可靠的。这样做的优点是可以使网络中的某个结点及早发现传输中出了差错，因而可以通过数据链路层的重传来纠正这个差错。如果数据链路层不是做成可靠的链路层，那么当网络中的某个结点发现收到的帧有差错时（不管数据链路层是否做成是可靠的，这个检查差错的步骤总是要有的），就仅仅丢弃有差错的帧，而并不通知发送结点重传出现差错的帧。只有当目的主机的高层协议（例如，运输层协议TC P ) 发现了这个错误时，才通知源主机重传出现差错的数据。但这时已经较迟了，可能要重传较多的数据（包括没有出差错的数据），对网络资源有些浪费。

但是，有时高层协议使用的是不可靠的传输协议UDP 。UDP 并不要求重传有差错的数据。在这种情况下，如果数据链路层做成是可靠的链路层，那么在某些情况下这并不会带来更多的好处（例如，当高层传送实时音频或视频信号时） 。换言之，增加了可靠性，牺牲了实时性，有时反而是不合适的。

3-03 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？

适配器又称为网络接口卡或简称为“网卡＂。在适配器上面装有处理器和存储器（包括RAM 和ROM) 。适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行的。因此，适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。由千网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。若在主板上插入适配器时，还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉适配器，应当从存储器的什么位置上把多长的数据块发送到局域网， 或 者应当在存储器的什么位置上把局域网传送过来的数据块存储下来。适配器还要能够实现以太网协议。

适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的CPU。这时CPU 可以处理其他任务。当适器收到有差错的帧时， 就把这个帧丢弃而不必通知计算机。当适配器收到正确的帧时， 它就使用中断来通知该计算机并交付协议栈中的网络层。当计算机要发送 IP 数据报时，就由协议栈把IP 数据报向下交给适配器， 组装成帧后发送到局域网。

3-04 数据链路层的三个基本问题（封装成帧、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部（在首部和尾部里面有许多必要的控制信息） ， 这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

所谓“透明传输”就是上层交下来的数据，不管是什么形式的比特组合，都必须能够正确传送。由千帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符，因此，所传输的数据中的任何比特组合一定不允许和用作帧定界的控制字符的比特编码一样，否则就会出现帧定界的错误。数据链路层不应当对要传送的数据提出限制，即不应当规定某种形式的比特组合不能够传送。

如果数据链路层没有差错检测， 那么当目的主机收到其他主机发送来的数据时，在交给高层后，如果应用程序要求收到的数据必须正确无误，那么目的主机的高层软件可以对收到的数据进行差错检测。如果发现数据中有差错，就可以请求源主机重传这些数据。这样做就可以达到正确接收数据的目的。但这种工作方式有一个很大的缺点，就是一些在传输过程中出现了错误的数据（请注意，这些已经是没有用处的数据）还会继续在网络中传送，这样就浪费了网络的资源。例如，源主机到目的主机的路径中共有20 个结点。在传送数据时，第一个结点就检测出了差错。如果数据链路层有差错检测的功能，就可以把这个有差错的帧丢弃，以后就不再传送了。否则这个没有用处的帧还要在网络上继续传送， 还要陆续通过后面的19个结点，这就造成了网络资源的浪费。

3-05 如果在数据链路层不进行封装成帧，会发生什么问题？

如果在数据链路层不进行封装成帧，那么数据链路层在收到一些数据时，就无法知道对方传送的数据中哪些是数据，哪些是控制信息，甚至数据中有没有差错也不清楚（因为无法进行差错检测）。数据链路层也无法知道数据传送结束了没有，因此不知道应当在什么时候把收到的数据交给上一层。

3-06 PPP 协议的主要特点是什么？为什么PPP 不使用帧的编号？PPP 适用于什么情况？为什么PPP 协议不能使数据链路层实现可靠传输？

PPP 协议具有以下的一些特点：

(1) 简单： PPP 协议很简单。接收方每收到一个帧，就进行C RC 检验。如CRC 检验正确，就收下这个帧；反之，就丢弃这个帧，其他什么也不做。

(2) 封装成帧： PPP 协议规定了特殊的字符作为帧定界符，以便使接收端从收到的比特流中能准确地找出帧的开始和结束位置。

(3) 透明性： PPP 协议能够保证数据传输的透明性。如果数据中碰巧出现了和帧定界符一样的比特组合， PPP 规定了一些措施来解决这个问题

(4) 支待多种网络层协议： PPP 协议支待多种网络层协议（如IP 和IPX 等）在同一条物理链路上的运行。当点对点链路所连接的是局域网或路由器时， PPP 协议必须同时支待在链路所连接的局域网或路由器上运行的各种网络层协议。

(5) 支待多种类型链路： PPP 能够在多种类型的链路上运行。例如，串行的（ 一次只发送一个比特）或并行的（一次并行地发送多个比特），同步的或异步的，低速的或高速的，电的或光的，交换的（动态的）或非交换的（静态的）点对点链路。

PPP 不使用帧的编号，因为帧的编号是为了出错时可以有效地重传，而PPP 并不需要实现可靠传输。

PPP 适用千线路质量不太差的清况下。如果通信线路太差，传输就会频频出错。但PPP又没有编号和确认机制，这样就必须靠上层的协议（有编号和重传机制）才能保证数据传输的正确无误。这样就使数据的传输效率降低。

3-07 要发送的数据为1101011011。采用CRC 的生成多项式是P(X) = X 4 X^{4}X 
4
  + X + 1。试求应添加在数据后面的余数。
数据在传输过程中最后一个1 变成了0，问接收端能否发现？
若数据在传输过程中最后两个1 都变成了0，问接收端能否发现？
采用 CRC 检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

用二进制表示是P = 10011。现在除数是5 位，因此在数据后面添加4 个0 就得出被除数（如图T-3-07-a 所示）。

除法运算得出的余数R 就是应当添加在数据后面的检验序列： 1110 。现在数据在传输过程中最后一个1 变成了O, 即1101011010 。然后把检验序列1110 接在数据110101 1010 的后面。下一步就是进行CRC 检验（如图T-3-07-b 所示）。

从图T-3-07-b 可看出，余数R 不为零，因此判定所接收的数据有差错。可见这里的CRC检验可以发现这个差错。若数据在传输过程中最后两个1 都变成了o, 即1101011000 。把检验序列1110 接在数据1101011000 的后面，下一步就是进行CRC 检验（如图T-3-07-c 所示）。

现在余数R 不为零，因此判定所接收的数据有差错。可见这里的CRC 检验可以发现这个差错。
采用CRC 检验后，数据链路层的传输并非变成了可靠的传输。当接收方进行CRC 检验时，如果发现有差错，就简单地丢弃这个帧。数据链路层并不能保证接收方接收到的和发送方发送的完全一样。

3-08 要发送的数据为101110。采用CRC 的生成多项式是P(X) = X 3 X^{3}X 
3
  + 1。试求应添加在数据后面的余数。

CRC 的生成多项式是P(X) =x3 + 1, 因此用二进制表示的除数P= 1001 。除数是4位。在数据后面要添加3 个0 。
进行CRC 运算后，得出余数R = 011 C 如图T-3-08 所示）。

3-09 一个 PPP 帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？

把由转义符7D 开始的2 字节序列用下划线标出：
7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E
7D 5E 应当还原成为7E 。
7D 5D 应当还原成为7D 。
因此，真正的数据部分是： 7E FE 27 7D 7D 65 7E

3-10 PPP 协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP 帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

第一个比特串0110111111111100:
零比特填充就是在一连5 个1 之后必须插入一个0 。
经过零比特填充后变成011011111011111000 (加下划线的0 是填充的）
另一个比特串0001110111110111110110:
删除发送端加入的零比特，就是把一连5 个1 后面的0 删除。因此，删除发送端加入的
零比特后就得出：000111011111-11111-110 (连字符表示删除了0) 。

3-13 局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？

局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。在局域网刚刚出现时，局域网比广域网具有更高的数据率、更低的时延和更小的误码率。但随着光纤技术在广域网中普遍使用，现在广域网也具有很高的数据率和很低的误码率。

局域网的地理范围较小，且为一个单位所拥有，采用广播通信方式十分简单方便。但广域网的地理范围很大，如果采用广播通信方式势必造成通信资源的极大浪费，因此广域网不采用广播通信方式。

3-16 数据率为 10 Mbit/s 的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？

从图T-3-16 可以看出，数据率为10 Mbit/s 的以太网就表明，在以太网适配器中，在进行曼彻斯特编码之前，基带信号是每秒发送10 × 1 0 6 10\times 10^610×10 
6
 个码元。但是经过曼彻斯特编码器之后，原来的信号源的每一个码元都变成了两个码元。因此，最后经过网络适配器发送到线路上的码元速率是每秒20 × 1 0 6 20\times 10^620×10 
6
  个码元，即速率是每秒20 兆码元。
请注意，也有的曼彻斯特编码出现电平转换的规定，正好与图T-3-16 所示的相反。也就
是说， 1 对应千曼彻斯特编码的负跳变，而0 对应千曼彻斯特编码的正跳变。

3-18 试说明 10BASE-T 中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

“10” 代表这种以太网具有10 Mbit/s 的数据率， BASE 表示连接线上的信号是基带信号， T 代表双绞线(Twisted-pair) 。

3-19 以太网使用的CSMA/CD 协议是以争用方式接入到共享信道的。这与传统的时分复用TDM 相比优缺点如何？

应当说， CSMA/CD 协议与传统的时分复用TOM 各有优缺点。
网络上的负荷较轻时， CSMA/CD 协议很灵活，哪个站想发送就可以发送，而且发生碰撞的概率很小。如使用时分复用TOM, 效率就比较低。当很多站没有信息要发送时，分配到的时隙也浪费了。但网络负荷很重时， CSMA/CD 协议引起的碰撞很多，重传经常发生，因而效率大大降低。但这时TOM 的效率就很高。
这好比在一个城市中的交叉路口的红绿灯系统。当车辆很少时，红绿灯可能会产生一些不必要的红灯等待。但车辆的流量很大时，使用红绿灯系统就是非常必要的，可以使得车辆的通行有条不紊。

3-20 假定 1 km 长的CSMA/CD 网络的数据率为1 Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200 000 km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

1 km 长的CSMA/CD 网络的端到端传播时延= (1 km)/ (200000 km/s) = 5μs
$2\tau = 10 \mu s $, 在此时间内要发送(1Gbit/s) (10μs) = 10000 bit
只有经过这样一段时间后发送端才能收到碰撞的信息（如果发生碰撞的话），也才能检测
到碰撞的发生。
因此，最短帧长为1 0000 bit, 或1250 字节。

3-22 假定在使用 CSMA/CD 协议的10 Mbit/s 以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r = 100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100 Mbit/s 的以太网呢？

对于10 Mbit/s 的以太网，争用期是512 比特时间。现在r = 100, 因此退避时间是51200 比特时间。
这个站需要等待的时间是51200 / 10 = 5120μs = 5.12 ms 。
对于1 00 Mbit/s 的以太网，争用期仍然是512 比特时间，退避时间是51200 比特时间。
因此，这个站需要等待的时间是51200 / 100 = S 12μs 。

3-24 假定站点 A 和B 在同一个10 Mbit/s 以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225 比特时间。现假定A 开始发送一帧，并且在A 发送结束之前B 也发送一帧。如果A 发送的是以太网所容许的最短的帧，那么A 在检测到和B 发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕？换言之，如果A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能否肯定A 所发送的帧不会和B 发送的帧发生碰撞？（提示：在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时，在MAC 帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符。）

3-25 在上题中的站点A 和B 在t = 0 时同时发送了数据帧。当t = 225 比特时间，A 和B同时检测到发生了碰撞，并且在t = 225 + 48 = 273 比特时间完成了干扰信号的传输。A 和B 在CSMA/CD 算法中选择不同的r 值退避。假定A 和B 选择的随机数分别是r A r_Ar 
A
​    
  = 0 和r B r_Br 
B
​    
  = 1。试问A 和B 各在什么时间开始重传其数据帧？A 重传的数据帧在什么时间到达B？A 重传的数据会不会和B 重传的数据再次发送碰撞？B 会不会在预定的重传时间停止发送数据？

3-27 有 10 个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。
(1) 10 个站都连接到一个10 Mbit/s 以太网集线器；
(2) 10 个站都连接到一个100 Mbit/s 以太网集线器；
(3) 10 个站都连接到一个10 Mbit/s 以太网交换机。

3-28 10 Mbit/s 以太网升级到100 Mbit/s、1 Gbit/s 和10 Gbit/s 时，都需要解决哪些技术问题？为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？

3-30 在图 3-30 中，某学院的以太网交换机有三个接口分别和学院三个系的以太网相连，另外三个接口分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接互联网的路由器相连。图中的A, B 和C 都是100 Mbit/s 以太网交换机。假定所有的链路的速率都是100 Mbit/s，并且图中的9 台主机中的任何一个都可以和任何一个服务器或主机通信。试计算这9 台主机和两个服务器产生的总的吞吐量的最大值。为什么？
3-31 假定在图 3-30 中的所有链路的速率仍然为100 Mbit/s，但三个系的以太网交换机都换成为100 Mbit/s 的集线器。试计算这9 台主机和两个服务器产生的总的吞吐量的最大值。为什么？

3-33 在图 3-31 中，以太网交换机有6 个接口，分别接到5 台主机和一个路由器。
在下面表中的“动作”一栏中，表示先后发送了4 个帧。假定在开始时，以太网交换机的交换表是空的。试把该表中其他的栏目都填写完。

动作    交换机的状态    向哪些接口转发帧    说明
A 发送帧给D            
D 发送帧给A            
E 发送帧给A            
A 发送帧给E            
第四章 网络层
4-01 网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。

4-02 网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？

4-03 作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？

4-04 试简单说明下列协议的作用：IP, ARP, RARP 和ICMP。

4-05 IP 地址分为几类？各如何表示？IP 地址的主要特点是什么？

4-07 试说明 IP 地址与硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？

4-09
(1) 子网掩码为 255.255.255.0 代表什么意思？
(2) 一个网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？
(3) 一个A 类网络和一个B 类网络的子网号subnet-id 分别为16 个1 和8 个1，问这
两个网络的子网掩码有何不同？
(4) 一个 B 类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最
多是多少？
(5) 一个A 类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否为有效的子网掩码？
(6) 某个 IP 地址的十六进制表示是C2.2F.14.81，试将其转换为点分十进制的形式。
这个地址是哪一类IP 地址？
(7) C 类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？

4-13 设 IP 数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如图4-65 所示（除IP 地址外，均为十进制表示）。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值（用二进制表示）。

4-15 什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？

4-16 在互联网中将IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。

4-19 主机 A 发送IP 数据报给主机B，途中经过了5 个路由器。试问在IP 数据报的发送过程中总共使用了几次ARP?

4-20 设某路由器建立了如下路由表：

目的网络    子网掩码    下一跳
128.96.39.0    255.255.255.128    接口 m0
128.96.39.128    255.255.255.128    接口 m1
128.96.40.0    255.255.255.128    R2
192.4.153.0    255.255.255.192    R3
*（默认）    -    R4
现共收到 5 个分组，其目的地址分别为：
(1) 128.96.39.10
(2) 128.96.40.12
(3) 128.96.40.151
(4) 192.4.153.17
(5) 192.4.153.90
试分别计算其下一跳。

4-26 有如下的 4 个/24 地址块，试进行最大可能的聚合。
212.56.132.0/24
212.56.133.0/24
212.56.134.0/24
212.56.135.0/24

4-28 已知路由器 R1 的路由表如表4-13 所示。

地址掩码    目的网络地址    下一跳地址    路由器接口
/26    140.5.12.64    180.15.2.5    m2
/24    130.5.8.0    190.16.6.2    m1
/16    110.71.0.0    -----    m0
/16    180.15.0.0    -----    m2
/16    190.16.0.0    -----    m1
默认    默认    110.71.4.5    m0
试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑，标注出必要的IP地址和接口。对不能确定的情况应当指明。

4-30 一个大公司有一个总部和三个下属部门。公司分配到的网络前缀是 192.77.33/24。公司的网络布局如图4-67 所示。总部共有5 个局域网，其中的LAN1 ~ LAN4 都连接到路由器R1 上，R1 再通过LAN5 与路由器R2 相连。R2 和远地的三个部门的局域网LAN6 ~ LAN8 通过广域网相连。每一个局域网旁边标明的数字是局域网上的主机数。试给每一个局域网分配一个合适的网络前缀。

4-31 以下地址中的哪一个和86.32/12 匹配？请说明理由。
(1) 86.33.224.123；
(2) 86.79.65.216；
(3) 86.58.119.74；
(4) 86.68.206.154。

4-33 下面的前缀中的哪一个和地址152.7.77.159 及152.31.47.252 都匹配？请说明理由。
(1) 152.40/13；(2) 153.40/9；(3)152.64/12；(4) 152.0/11。

4-35 已知地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试求这个地址块中的最小地址和最大地址。地址掩码是什么？地址块中共有多少个地址？相当于多少个C 类地址？

4-36 已知地址块中的一个地址是190.87.140.202/29。重新计算上题。

4-41 假定网络中的路由器B 的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”）：
N 1 7 A N 2 2 C N 6 8 F N 8 4 E N 9 4 F N_1\qquad 7\qquad A\\ N_2\qquad 2\qquad C\\ N_6\qquad 8\qquad F\\ N_8\qquad 4\qquad E\\ N_9\qquad 4\qquad F
N 
1
​    
 7A
N 
2
​    
 2C
N 
6
​    
 8F
N 
8
​    
 4E
N 
9
​    
 4F

现在 B 收到从C 发来的路由信息（这两列分别表示“目的网络”和“距离”）：
N 2 4 N 3 8 N 6 4 N 8 3 N 9 5 N_2\qquad 4\\ N_3\qquad 8\\ N_6\qquad 4\\ N_8\qquad 3\\ N_9\qquad 5
N 
2
​    
 4
N 
3
​    
 8
N 
6
​    
 4
N 
8
​    
 3
N 
9
​    
 5

试求出路由器B 更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。

4-42 假定网络中的路由器A 的路由表有如下的项目（格式同上题）：
N 1 4 B N 2 2 C N 3 1 F N 4 5 G N_1\qquad 4\qquad B\\ N_2\qquad 2\qquad C\\ N_3\qquad 1\qquad F\\ N_4\qquad 5\qquad G
N 
1
​    
 4B
N 
2
​    
 2C
N 
3
​    
 1F
N 
4
​    
 5G

现在 A 收到从C 发来的路由信息（格式同上题）：
N 1 2 N 2 1 N 3 3 N 4 7 N_1\qquad 2\\ N_2\qquad 1\\ N_3\qquad 3\\ N_4\qquad 7
N 
1
​    
 2
N 
2
​    
 1
N 
3
​    
 3
N 
4
​    
 7

试求出路由器A 更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。

4-45 什么是 NAT？NAPT 有哪些特点？NAT 的优点和缺点有哪些？

4-54 某单位分配到一个起始地址为14.24.74.0/24 的地址块。该单位需要用到三个子网，他们的三个子地址块的具体要求是：子网N1 需要120 个地址，子网N2 需要60 个地址，子网N3 需要10 个地址。请给出地址块的分配方案。

第五章 运输层
5-08 为什么说 UDP 是面向报文的，而TCP 是面向字节流的？

5-09 端口的作用是什么？为什么端口号要划分为三种？

5-11 某个应用进程使用运输层的用户数据报UDP，然后继续向下交给IP 层后，又封装成IP 数据报。既然都是数据报，是否可以跳过UDP 而直接交给IP 层？哪些功能UDP提供了但IP 没有提供？

5-12 一个应用程序用UDP，到了IP 层把数据报再划分为4 个数据报片发送出去。结果前两个数据报片丢失，后两个到达目的站。过了一段时间应用程序重传UDP，而IP 层仍然划分为4 个数据报片来传送。结果这次前两个到达目的站而后两个丢失。
试问：在目的站能否将这两次传输的4 个数据报片组装成为完整的数据报？假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然保存在目的站的缓存中。

5-13 一个 UDP 用户数据报的数据字段为8192 字节。在链路层要使用以太网来传送。试问应当划分为几个IP 数据报片？说明每一个IP 数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。

5-14 一个UDP 用户数据报的首部的十六进制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17。试求源端口、目的端口、用户数据报的总长度、数据部分长度。这个用户数据报是从客户发送给服务器还是从服务器发送给客户？使用UDP 的这个服务器程序是什么？

5-21 假定使用连续ARQ 协议，发送窗口大小是3，而序号范围是[0, 15]，而传输媒体保证在接收方能够按序收到分组。在某一时刻，在接收方，下一个期望收到的序号是5。试问：
(1) 在发送方的发送窗口中可能出现的序号组合有哪些？
(2) 接收方已经发送出的、但在网络中（即还未到达发送方）的确认分组可能有哪些？说明这些确认分组是用来确认哪些序号的分组。

5-23 主机 A 向主机B 连续发送了两个TCP 报文段，其序号分别是70 和100。试问：
(1) 第一个报文段携带了多少字节的数据？
(2) 主机 B 收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？
(3) 如果 B 收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180，试问A 发送的第二个报文段中的数据有多少字节？
(4) 如果 A 发送的第一个报文段丢失了，但第二个报文段到达了B。B 在第二个报文段到达后向A 发送确认。试问这个确认号应为多少？

5-24 一个 TCP 连接下面使用256 kbit/s 的链路，其端到端时延为128 ms。经测试，发现吞吐量只有120 kbit/s。试问发送窗口W 是多少？（提示：可以有两种答案，取决于接收端发出确认的时机。）

5-27 一个 TCP 报文段的数据部分最多为多少个字节？为什么？如果用户要传送的数据的字节长度超过TCP 报文段中的序号字段可能编出的最大序号，问还能否用TCP 来传送？

5-38 设 TCP 的ssthresh 的初始值为8（单位为报文段）。当拥塞窗口上升到12 时网络发生了超时，TCP 使用慢开始和拥塞避免。试分别求出第1 轮次到第15 轮次传输的各拥塞窗口大小。你能说明拥塞窗口每一次变化的原因吗？

5-39 TCP 的拥塞窗口cwnd 大小与传输轮次n 的关系如下所示：

(1) 试画出如图 5-25 所示的拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。
(2) 指明 TCP 工作在慢开始阶段的时间间隔。
(3) 指明 TCP 工作在拥塞避免阶段的时间间隔。
(4) 在第 16 轮次和第22 轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超时检测到丢失了报文段？
(5) 在第 1 轮次、第18 轮次和第24 轮次发送时，门限ssthresh 分别被设置为多大？
(6) 在第几轮次发送出第70 个报文段？
(7) 假定在第 26 轮次之后收到了三个重复的确认，因而检测出了报文段的丢失，那么拥塞窗口cwnd 和门限ssthresh 应设置为多大？

5-40 TCP 在进行流量控制时，以分组的丢失作为产生拥塞的标志。有没有不是因拥塞而引起分组丢失的情况？如有，请举出三种情况。

5-46 试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三报文握手。说明如不这样做可能会出现什么情况。

5-62 TCP 连接处于ESTABLISHED 状态。以下的事件相继发生：
(1) 收到一个FIN 报文段。
(2) 应用程序发送“关闭”报文。
在每一个事件之后，连接的状态是什么？在每一个事件之后发生的动作是什么？

5-66 主机 A 通过TCP 连接向B 发送一个很长的文件，因此这需要分成很多个报文段来发送。假定某一个TCP 报文段的序号是x，那么下一个报文段的序号是否就是x + 1 呢？

5-70 假定用 TCP 协议在40 Gbit/s 的线路上传送数据。
(1) 如果 TCP 充分利用了线路的带宽，那么需要多长的时间TCP 会发生序号绕回？
(2) 假定现在 TCP 的首部中采用了时间戳选项。时间戳占用了4 字节，共32 位。每隔一定的时间（这段时间叫做一个嘀嗒）时间戳的数值加1。假定设计的时间戳是每隔859 微秒，时间戳的数值加1。试问要经过多少时间才发生时间戳数值的绕回？

第六章 应用层
6-02 域名系统的主要功能是什么？域名系统中的本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器以及权限域名服务器有何区别？

6-05 文件传送协议FTP 的主要工作过程是怎样的？为什么说FTP 是带外传送控制信息？主进程和从属进程各起什么作用？

6-08 解释以下名词。各英文缩写词的原文是什么？
WWW, URL, HTTP, HTML, CGI, 浏览器，超文本，超媒体，超链，页面，活动文档，搜索引擎。

6-24 试述邮局协议POP 的工作过程。在电子邮件中，为什么需要使用POP 和SMTP 这两个协议？IMAP 与POP 有何区别？

6-33 什么是网络管理？为什么说网络管理是当今网络领域中的热门课题？

6-37 SNMP 使用哪几种操作？SNMP 在Get 报文中设置了请求标识符字段，为什么？