第一章 計算機網絡概述

1.什么是計算機網絡？(大綱考點)P22
計算機網絡是互聯的、自治的計算機的集合。

2 網絡協議的三要素是什么？每個要素的含義什么？(大綱考點)P23
語法：即實體之間交換信息格式與結構，或者定義之間傳輸信號的電平等；
語義：定義實體之間交換的信息中需要發送（或包含）哪些控制信息，這些信息的具體含義，以及針對不同含義的控制信息，接收消息端應該如何響應。定義彼此采用何種差錯編碼，以及采取何種差錯處理機制等。
時序：時序也稱為同步，定義實體之間交換信息的順序以及如何匹配或適應彼此的速度。

3.計算機網絡的功能是什么？(大綱考點)P24
計算機網絡的功能是在不同的主機之間實現快速的信息交換。通過信息交換，計算機網絡可以實現資源共享這一核心功能，包括硬件資源共享、軟件資源共享和信息資源共享。

4.按網絡覆蓋范圍劃分，主要有哪幾類計算機網絡？各有什么特點？(大綱考點)P24
個域網（PAN）：由個人設備通過無線通信技術構成小范圍的網絡。通常覆蓋范圍在1~10m。
局域網（LAN）：部署在辦公室、辦公樓、校園等局部區域內，實現高速有線或無線鏈路連接主機，實現局部范圍內高速數據傳輸。通常覆蓋范圍在10m~1km。
城域網（MAN）：覆蓋一個城市的網絡。通常覆蓋范圍在5~50km。
廣域網（WAN）：跨越更大的地理空間，可以實現異地城域網或局域網的互連。通常覆蓋范圍在幾十~幾千米。

5.按網絡的拓撲劃分，主要有哪幾類計算機網絡？各有什么特點？P25
（1）星型：多用于局域網、個域網中；
優點：易于監控與管理，故障診斷與隔離容易；
缺點：是中央結點是網絡瓶頸，一旦故障，全網癱瘓，網絡規模受限于中央結點的端口數量。
（2）總線型：采用廣播信道作為公共傳輸介質，所有結點均與總線麗連接，通信通過總線進行；
優點：結構簡單，所需電纜數量少，易于擴展；
缺點：通信范圍受限，故障診斷與隔離困難，容易發生沖突。
（3）環形：利用通信鏈路將所有結點連成一個閉合的環，多見于早期的局域網、園區網和城域網中；
優點：所需電纜長度短，可使用光纖，易于避免沖突；
缺點：某結點故障容易引起全網癱瘓，新結點加入或撤出比較麻煩，存在等待時間問題。
（4）網狀：結點通過多條鏈路與不同的結點直接連接。如果任一結點與其余所有結點均有直接鏈路連接，則稱為完全網狀拓撲網絡，否則稱之為非完全網狀拓撲網絡；
優點：可靠性高，一條或多條鏈路故障時，網絡仍可聯通；
缺點：結構復雜，造價成本高，選路協議復雜。
（5）樹型：總線拓撲或星型拓撲網絡的擴展；
優點：易于擴展，故障隔離容易；
缺點：對根結點的可靠性要求高。
（6）混合型：由兩種以上簡單拓撲結構網絡混合連接而成的網絡。絕大多數實際網絡的拓撲都屬于混合拓撲結構，比如Internet；
優點：易于擴展，可以構建不同規模網絡；
缺點：網絡結構復雜，管理與維護復雜。

6.計算機網路結構主要包括哪幾部分？每部分主要功能是什么？(大綱考點)P27
（1）網絡邊緣：為網絡用戶提供網絡應用服務
（2）接入網絡：實現網絡邊緣的端系統與網絡核心連接與接入的網絡。
（3）網絡核心：利用數據交換實現網絡邊緣中主機之間的數據中繼與轉發。

7.簡要描述你了解的接入網絡，這些接入網絡都有什么特點？經常使用的是哪類接入網絡？P28
特點：
（1）電話撥號接入：利用電話網絡。（通過調制解調器將數字信號調制到模擬電話線路，通過電話網絡的模擬語音信號作為載波傳送到遠端，再利用調制解調器將數字信號從模擬信號解調出來。）
（2）非對稱數字用戶線路ADSL：利用現有的電話網絡的用戶線路實現的接入網絡。（基于頻分多路復用（FDM）技術，實現電話語音通信與數字通信，共享一條用戶線路，進行網絡通信的同時可以進行電話語音通信。非對稱：是因為在用戶線路實現上行帶寬比下線小）
（3）混合光纖同軸電纜HFC接入網絡：利用有線電視網絡實現網絡接入的技術。（HFC接入網絡的用戶端使用電纜調制解調器連接有線電視網的入戶同軸電纜，同軸電纜連接到光纖結點，再通過光纖鏈路連接電纜調制解調端接系統，進而連接網絡。也是基于頻分多路復用（FDM）技術，利用有線電視網絡同軸電纜剩余的傳輸能力實現電視信號傳輸與網絡數據傳輸的共享。非對稱：上行帶寬比下行帶寬小）
（4）局域網：連接所有需要接入外部網路的主機，通過企業網絡或校園網的邊緣路由器連接網絡核心。
（5）移動接入網絡：利用移動通信網絡。
常用：
ADSL、HFC和移動接入網絡。

8.簡述電路交換工作過程以及電路交換特點。(大綱考點)P31
電路交換的基本原理：在電路交換網絡中，首先需要通過中間交換結點為兩臺主機之間建立一條專用的通信線路，稱為電路，然后再利用該電路進行通信，通信結束后再拆除電路。
電路交換的優點：實時性高，時延和時延抖動都較小；
電路交換的缺點：對于突發性數據傳輸，信道利用率低，且傳輸速率單一。

9.什么是報文交換？什么是分組交換？比較兩者的優劣。(大綱考點)P32
報文交換：也稱為消息交換，發送方把發送的信息附加上發送/接收主機的地址以及其他控制信息，構成一個完整的報文。然后以報文為單位在交換網絡的各結點之間以存儲-轉發的方式發送，直至送達目的主機。
分組交換：將待傳送數據（即報文）分割成較小數據塊，每個數據塊附加上地址、序號等控制信息構成數據分組，每個分組獨立傳輸到目的地，目的地將收到的分組重新組裝，還原為報文。
分組的優點：①交換設備存儲容量要求低②交換速度快③可靠傳輸效率高④更加公平

10.OSI參考模型包括那幾層？每層主要功能是什么？(大綱考點)P40
第1層是物理層,其主要功能是 在介質上實現無結構比特流的傳輸；
第2層是數據鏈路層,其主要任務是 實現相鄰結點之間的數據可靠而有效的傳輸。
第3層是網絡層,其解決的核心問題是如何將分組通過交換網絡傳送至目標主機。
第4層是傳輸層,其主要功能包括復用/分解、端到端的可靠傳輸、連接控制、流量控制、擁塞控制等。
第5層是會話層,其主要功能有在建立會話時核實雙方的權限，核實雙方選擇的各項功能是否一致，并在會話建立后，對進程間的對話進行管控；
第6層是表示層,其主要功能是處理應用實體間數據交換的語法，解決格式和數據表示的差別。
第7層是應用層,其主要功能是為用戶提供了一個使用網絡應用的“接口”。

11.TCP/IP參考模型包括幾層？每層主要包括那些協議？(大綱考點)P44
（1）應用層：TCP/IP參考模型將OSI參考模型中的會話層和表示層合并到應用層來實現。用戶通過應用層來實現網絡提供的各種服務。例如萬維網的HTTP協議，用于文件傳輸的FTP協議，電子郵件的SMTP和POP3協議。數據形式為報文。
（2）傳輸層：傳輸層協議可以解決（如果需要）諸如端到端的可靠性，保證數據按照正確的順序到達等，例如提供可靠傳輸的TCP協議，和非可靠傳輸的的UDP協議。數據形式為段。
（3）網絡互聯層：是整個參考模型的核心，主要解決把數據分組發往目標網絡或主機的問題。本層核心的協議是IP，還包括控制報文協議ICMP，多播組管理協議IGMp，以及路由協議BGP,OSPF,RIP。數據形式為數據段。
（4）網絡接口層：實際上參考模型沒有真正描述這一層，只是給網絡互聯層提供一個接口，具體的實現方法將隨著網絡類型的不同而不同。數據形式為幀。

12.考慮兩臺主機A和主機B由一條帶寬為R(bit/s)、長度為D(m)的鏈路互聯，信號傳播速率為V(m/s)。假設主機A從t=0時刻開始向主機B發送分組，分組長度為L位，P38試求：
1）傳播延遲dp;
dp=D/V

2）傳輸延遲dt;
dt=L/R

3）若忽略節點處理延遲和排隊延遲，則端到端延遲T是多少？
T=dc+dq+dt+dp=0+0+L/R+D/V=L/R+D/V

4）若dp>dt，則t=dt時刻，分組的第一位在哪里？
Vdt=VL/R

5）若V=250000km/s,L=512bit,R=100Mbit/s,則使時延帶寬積剛好為一個分組長度（即512bit）的鏈路長度D是多少？
答：
$$\begin{gathered} G=d_p?R \\ G=\frac{D}{V}?R \\ 512=\frac{D}{250000000}\times 100000000 \\ 512/100000000=D/250000000 \\ D/5=512/2 \\ D=1280 \end{gathered}$$

13.假設主機A向主機B以存儲-轉發的分組交換方式發送一個大文件。主機A到達主機B的路徑上有3段鏈路，其速率分別是R1=500 kbit/s, R2 =2 Mbit/s, R3=1 Mbit/s。P38 試求:

1)假設網絡沒有其他流量，則該文件傳送的吞吐量是多少?
沒有其他流量->最大吞吐量
R1=500kbit/s=500×10^ 3bit/s = 5×10^5 bit/s
R2=2Mbit/s=2×10^6 bit/s
R3=1Mbit/s=1×10^6 bit/s
Thr=min(R1，R2，R3)=5×10^5 bit/s

2)假設文件大小為4 MB,則傳輸該文件到主機B大約需要多少時間?
? t=（4×10^6 ×8）/（5×10 ^ 5）=64s

14.假設主機A向主機B發送一個L=1500B的分組，主機A到達主機B的路徑上有3段鏈路、2個分組交換機，3段鏈路長度分別為$D_1=5000km$、$D_2=4000km$、$D_3=1000km$;每段鏈路的傳輸速率均為R =2 Mbits,信號傳播速率為V=250 000 km/s,分組交換機處理每個分組的時延為$d_c$=3 ms。試求:
1)若以存儲-轉發的分組交換方式，則該分組從主機A到達主機B的端到端時延是多少?
2)若$d_c$=O,且不采取存儲轉發的分組交換方式，而是分組交換機直接轉發收到的每個
分組(即直通交換)，則該分組從主機A到達主機B的端到端時延是多少?

L=1500B=1500×8=1.2×10^4 bit
R=2 Mbit/s=2×10^6 bit/s
V=250000 km/s=2.5×10^8 m/s

1)該分組從主機 A 到達主機 B 的端到端時延：
de =L/R+L/R+L/R+D1/V+D2/V+D3/V+dproc+dproc
=3×1500×8/2000000+(5000+4000+1000)×1000/250000000+2×0.003（s）
=0.018+0.04+0.006（s）=0.064s=64ms
注：dproc為結點處理時延

2)該分組從主機 A 到達主機 B 的端到端時延：
de =L/R+d1/S+d2/S+d3/S
=1500×8/2000000+(5000+4000+1000)×1000/250000000（s）
=0.006+0.04（s）=0.046s=46ms

15.如圖所示的網絡。A在t=0時刻開始向C發送一個2Mbit的文件: B在t=0.1+es (e為無限趨近于0的小正實數)向D發送一個1 Mbit的文件。忽略傳播延遲和結點處理延遲(注: $k=10^3,M=10^6$)。

請回答下列問題:
1)如果圖中網絡采用存儲轉發的報文交換方式，則A將2 Mbit的文件交付給C需要多長時間? B將1 Mbit的文件交付給D需要多長時間?
答：由于 A 先發報文所以，A 的報文在路由器的隊列中排在 B 的報文前面，所以 A交付 2Mbits 報文需要時間為：2/10+2/20+2/10=0.5s=500ms；B 將 1Mbits 的 文 件 交 付 給 D 需要時間為： 1/10+2/20( 排隊時間)+1/20+1/10=0.35s=350ms。

2)如果圖中網絡采用存儲-轉發的分組交換方式，分組長度為等長的1 kbit,且忽略分組頭開銷以及報文的拆裝開銷，則A將2Mbit的文件交付給C需要大約多長時間? B將1 Mbit的文件交付給D需要大約多長時間?
答：從 t=0 時刻到 t=0.1s，A 發送了 1000 個分組，用時：1000×1000/10000000=0.1s， 從 t=0.1s 時刻起與 B 共享連接路由器的鏈路，平均各共享到帶寬 10Mbps，A 大約再用時：1/10+2×1000/10000000=0.1002s交付剩余的1000個分組，故A向C交付2Mbits文件大約需要(0.1+0.1002)s≈0.2s；B 向 D 交付 1Mbits 文件需要時間大約為：1/10+2×1000/10000000=0.1002s≈0.1s。

3)報文交換與分組交換相比，哪種交換方式更公平?P9
答：分組交換比報文交換更公平。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络原理(04741)课后习题答案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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