1-01 計算機網絡可以向用戶提供哪些服務？

1-02 試簡述分組交換的要點。

答：采用了存儲轉發技術，即將報文（要發送的整塊數據）劃分為幾個較小的等長數據段，在每個數據段前加上必要的控制信息組成的首部，這些帶有首部的數據段就構成了分組。首部中包含了目的地址和源地址等重要控制信息。
分組交換在傳輸數據之前不必占用一條端到端的通信資源，路由器接收分組后，先臨時存儲下來，檢查其首部，查找轉發表，按照首部中的目的地址，通過適當接口轉發給下一個路由器。
分組在傳輸時逐段占用通信資源，省去了建立鏈接和釋放鏈接的開銷，傳輸效率更高。
優點：
高效：在分組傳輸的過程中動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路逐段占用。
靈活：每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由。
迅速：以分組作為傳輸單位，不先建立連接就能向其他主機發送分組。
可靠：保證可靠性的網絡協議，分布式多路由的分組交換網，使網絡有很好的生存性。
缺點：
失序：當分組采用數據報服務時，分組可能出現失序、丟失或重復。
時延：分組在各路由器存儲轉發時需要排隊。
開銷：分組必須攜帶控制信息，整個分組交換網絡還需要專門的管理和控制機制。

1-03 試從多個方面比較電路交換、報文交換和分組交換的主要優缺點。

電路交換：
特點：通信有三個階段：建立連接、通信、釋放連接，通信過程始終占用物理信道。

優點：

• 靜態分配傳輸帶寬，建立連接后，通信雙方所需的傳輸帶寬不會再改變。
• 雙方通信不受其他用戶影響，占用通信資源的時間不受限制。

缺點：

• 通信線路的利用率較低。
• 整個連接中只要有一條鏈路或一個交換機出現故障，就會引發通信中斷。

分組交換：
特點：以分組作為傳輸單位，采用存儲轉發技術。

優點：

• 沒有建立連接和釋放連接階段，傳送數據比較迅速。
• 動態分配傳輸帶寬，逐段占用通信線路，能夠比較合理的利用各鏈路的傳輸帶寬。
• 采用分布式的路由選擇協議，當網絡中某個節點或鏈路出現故障，分組傳送的路由可以動態改變，使數據能夠繼續傳輸。

缺點：

• 路由器存儲轉發時需要排隊，造成時延。
• 因為動態分配傳輸帶寬，各段鏈路寬帶不同，當網絡某處通信量突然增大，可能在網絡中某處產生擁塞，延長數據傳輸時間。
• 分組必須攜帶控制信息，產生額外開銷。整個分組交換網絡還需要專門的管理和控制機制。

報文交換：
特點:采用存儲轉發技術，傳輸單位為整個報文。

優點：

• 省去劃分為分組的步驟，終點節省了重裝報文的過程。

缺點：

• 靈活性不如分組交換，時延較大。

1-04 為什么說互聯網是自印刷術發明以來人類在存儲和交換信息領域的最大變革？

1-05 因特網的發展大致分為哪幾個階段？請指出這幾個階段的主要特點。

第一階段是從單個網絡 ARPANET 到互聯網發展的過程。從單個的分組交換網向多種網絡互聯發展，互聯網也因此產生。
第二個階段是建成了三級結構的互聯網即 NFSNET。分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。
第三個階段是建成了多層次 ISP 結構的互聯網。NFSNET 被若干個商用互聯網主干網替代，由 ISP 提供互聯網服務。

1-06 簡述因特網標準指定的幾個階段？

(1) 互聯網草案——有效期只有六個月。這個階段還不能是 RFC 文檔。
(2) 建議標準——從這個階段開始就成為 RFC 文檔。
(3) 互聯網標準——經過長期的檢驗，某個建議標準能稱為互聯網標準，就分配標準編號。

1-07 小寫和大寫開頭的英文名 internet 和 Internet 在意思上有何重要區別？

internet，通用名詞，由多個計算機網絡互聯而成的網絡，網絡間通信協議可以是任意的。
Internet，專用名詞，指全球最大的、開放的、由眾多網絡互聯而成的計算機網絡，采用 TCP/IP 協議。

1-08 計算機網絡都有哪些類別？各種類別的網絡都有哪些特點？

按范圍：
（1）廣域網 WAN：遠程、通過高速鏈路相連、是 Internet 的核心網。
（2）城域網 MAN：城市范圍，連接多個局域網。
（3）局域網：范圍小，通過高速線路相連。
（4）個域網 PAN：無線連接個人個人電子設備的小范圍網絡。
按使用者分類：
（1）公用網，電信公司出資建設的大型網絡，交錢即可用。
（2）專用網，某個部門的網絡，內部人員可用。
按交換技術來分：
（1）電路交換網。
（2）分組交換網。
（3）混合交換網。

1-09 計算機網絡中的主干網和本地接入網的主要區別是什么？

主干網由許多高速鏈路和路由器組成，能迅速傳送數據。
本地接入網把用戶接入互聯網，速率低。

1-10 試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報文共 x（bit）。從源點到終點共經過 k 段鏈路，每段鏈路的傳播時延為 d（s），數據率為 b(b/s)。在電路交換時電路的建立時間為 s(s)。在分組交換時分組長度為 p(bit)，且各結點的排隊等待時間可忽略不計。問在怎樣的條件下，分組交換的時延比電路交換的要小？（提示：畫一下草圖觀察 k 段鏈路共有幾個結點。）

電路交換：
發送時延：$\frac{x}{b}$
傳播時延：$kd$
電路建立時間：$s$
總時延：$\frac{x}{b}+kd+s$
分組交換：
主機發送時延：$?\frac{x}{p}?\frac{p}{b}$
傳播時延：$kd$
節點處發送時延：$(k?1)\frac{p}{b}$
總時延：$?\frac{x}{p}?\frac{p}{b}+kd+(k?1)\frac{p}{b}$

條件：$\frac{x}{b}+kd+s<?\frac{x}{p}?\frac{p}{b}+kd+(k?1)\frac{p}{b}$

當 $x>>p$ 或 $x=kp，k為整數$ 時，條件為：$(k?1)\frac{p}{b}>s$

1-11 在第10題的分組交換網中，設報文長度和分組長度分別為x和(p+h)(bit)，其中p為分組的數據部分的長度，h為每個分組所添加的首部長度，與p的大小無關。通信的兩端共經過k段鏈路。鏈路的數據率為b(bit/s)，但傳播時延和節點的排隊時間均可忽略不計。若打算使總的時延為最小，問分組的數據部分長度p應取為多大？

主機發送時延：$\frac{x}{p}\frac{p+h}{b}$
節點處發送時延：$(k?1)\frac{p+h}{b}$
總時延D：$\frac{x}{p}\frac{p+h}{b}+(k?1)\frac{p+h}{b}$
對 p 求導：$\frac{dD}{dp}=\frac{k?1}{b}?\frac{xh}{b{p}^2}$，令其為 0。
得：$p=\sqrt{\frac{xh}{k?1}}$

1-12 因特網的兩大組成部分（邊緣部分與核心部分）的特點是什么？它們的工作方式各有什么特點？

邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成，用戶用來進行通信和資源共享的。
工作方式：C/S方式和P2P方式。
核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成，為邊緣部分提供連通性和交換服務。
工作方式：路由器連接網絡，利用存儲轉發技術轉發分組；路由器之間交換路由信息。

1-13 客戶-服務器方式與P2P對等通信方式的主要區別是什么？有沒有相同的地方？

客戶-服務器方式：客戶請求服務，服務器提供服務。客戶需要知道服務器地址，不需要特殊硬件和復雜操作系統。服務器不需要知道客戶地址，需要特殊硬件和復雜操作系統。兩者的通信是雙向的。
P2P方式：兩個主機平等的進行通信。

1-14 計算機網絡有哪些常用的性能指標？

速率：數據的傳送速率。
帶寬：單位時間內從網絡中某一點到另一點所能通過的最高數據率。
吞吐量：單位時間內通過某個網絡的數據量。
時延：數據從網絡的一段到另一端的時間。
時延帶寬積：傳播時延和帶寬的乘積。
往返時間RTT：發送數據到接受確認的時間
利用率：

• 信道利用率：信道有百分之幾的時間被利用。
• 網絡利用率：全網絡信道利用率的加權平均值。

1-15 假定網絡利用率達到了90%。試估計一下現在的網絡時延是它的最小值的多少倍？

$D=\frac{D_0}{1?U}=\frac{D_0}{0.1}=10D_0$
10倍

1-16 計算機通信網有哪些非性能特征？非性能特征與性能特征有什么區別？

1-17 收發兩端之間的傳輸距離為$1000km$，信號在媒體上的傳播速率為$2\times 10^{8}m/s$。試計算以下兩種情況的發送時延和傳播時延：
（1） 數據長度為$10^{7}bit$, 數據發送速率為$100kb/s$。
（2） 數據長度為$10^{3}bit$, 數據發送速率為$1Gb/s$。
從上面的計算中可以得到什么樣的結論？

（1）發送時延：$10^7/10^5=100s$，傳播時延：$10^6/(2\times 10^8)=0.005s$
（2）發送時延：$10^3/10^9=1\mu s$， 傳播時延：$10^6/(2\times 10^8)=0.005s$
數據量大，發送速率低時，主要時延由發送時延引起；數據量少，發送速率高時，主要時延由傳播時延引起。

1-18 假設信號在媒體上的傳播速度為$2.3\times 10^{8}m/s$.媒體長度 l 分別為： （1）10cm（網絡接口卡）（2）100m（局域網）（3）100km（城域網）（4）5000km（廣域網） 現連續傳輸數據，試計算出當數據率為1Mb/s和10Gb/s時在以上媒體中正在傳播的比特數。

（1）傳播時延 = $0.1/(2.3\times 10^{8}m/s)=4.35\times 10^{?10}s$。

• 1Mb/s：比特數 $10^6\times 4.35\times 10^{?10}=4.35\times 10^{?4}bit$。
• 10Gb/s：比特數 $10^{10}\times 4.35\times 10^{?10}=4.35bit$
  其他計算方法類似。

1-19 長度為100字節的應用層數據交給傳輸層傳送，需加上20字節的TCP首部。再交給網絡層傳送，需加上20字節的IP首部。最后交給數據鏈路層的以太網傳送，加上首部和尾部工18字節。試求數據的傳輸效率。數據的傳輸效率是指發送的應用層數據除以所發送的總數據（即應用數據加上各種首部和尾部的額外開銷）。若應用層數據長度為1000字節，數據的傳輸效率是多少？

100/（100+20+20+18）=63.3%
1000/（1000+20+20+18）=94.5%

1-20 網絡體系結構為什么要采用分層次的結構？試舉出一些與分層體系結構的思想相似的日常生活。

分層可以將復雜問題劃分為若干個較小問題，便于研究和處理。

1-21 協議與服務有何區別？有何關系？

協議概念： 為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定被稱為網絡協議。協議是控制兩個對等實體進行通信的規則的集合。協議語法定義信息格式，語義定義操作。

關系： 協議控制本層向上層提供服務，本層協議的實現要使用下層提供的服務。
區別：

• 協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協議。下面的協議對上面的服務用戶是透明的。
• 協議是“水平的”，即協議是控制兩個對等實體進行通信的規則。但服務是“垂直的”，即服務是由下層通過層間接口向上層提供的。

1-22 網絡協議的三個要素是什么？各有什么含義？

（1）語法：即數據與控制信息的結構或格式。
（2）語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。
（3）同步：即事件實現順序的詳細說明。

1-23 為什么一個網絡協議必須把各種不利的情況都考慮到？

提高協議面對異常情況的能力。

1-24 論述具有五層協議的網絡體系結構的要點，包括各層的主要功能。

綜合OSI 和TCP/IP 的優點，采用一種原理體系結構。
（1）物理層：透明傳輸比特流。
（2）數據鏈路層：把網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰節點間的鏈路上透明地傳輸幀。
（3）網絡層：把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包，通過路由器傳送給目的主機。
（4）運輸層：向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。主要使用傳輸控制協議(TCP) 或 用戶數據報協議(UDP)。
（5）應用層：直接為用戶的應用進程提供服務。

1-25 試舉出日常生活中有關“透明”這種名詞的例子。

1-26 試解釋以下名詞：協議棧、實體、對等層、協議數據單元、服務訪問點、客戶、服務器、客戶-服務器方式。

協議棧：主機或路由器中的協議層稱為協議棧。
實體：任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。
對等層：網絡體系結構中，通信雙方實現相同功能的層。
協議數據單元：對等層次之間傳送的數據單位，PDU。
服務訪問點：同一系統中相鄰兩層交互的接口。
客戶：通信的應用進程中的服務請求方。
服務器：通信的應用進程中的服務提供方。
客戶-服務器方式：客戶請求服務，服務器提供服務的通信方式，此外還有P2P方式。

1-27 試解釋everything over IP 和IP over everthing 的含義。

TCP/IP協議可以為各式各樣的應用提供服務 （所謂的everything over ip）
允許IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行（所謂的ip over everything）

1-28 假定要在網絡上傳送 1.5MB 的文件。設分組長度為 1KB，往返時間RTT=80ms。傳送數據之前還需要有建立TCP連接的時間，這時間時2*RTT=160ms。試計算在以下幾種情況下接收方收完該文件的最后一個比特需要的時間。
(1)數據發送速率為10Mbit/s，數據分組可以連續發送。
(2)數據發送速率為10Mbit/s，但每發送完一個分組后要等待一個RTT時間才能在發送下一個分組。
(3)數據發送速率極快，可以不考慮發送數據所需要的時間。但規定在每一個RTT往返時間內只能發送20個分組。
(4)數據發送速率極快，可以不考慮發送數據所需要的時間。但在第一個RTT往返時間內只能發送一個分組，在第二個RTT內可以發送兩個分組，在第三個RTT內可以發送四個分組。

$MB=2^{20}B=1048576B,KB=2^{10}=1024B,1B=8b$
（1）這里沒有說經過幾段鏈路，節點的發送時延就不考慮了。

• 發送時延：$1.5\times 1048576\times 8/10^7=1.258s$
• 傳播時延：$0.5\times RTT=40ms$
• 總時間： $2\times RTT+1.258+0.5\times RTT=0.16+1.258+0.04=1.458s$

（2）

• 發送時延：$1.5\times 1048576\times 8/10^7=1.258s$
• 傳播時延：$0.5\times RTT=40ms$
• 等待的RTT總時間：$(1.5MB/1KB?1)\times RTT=1535\times RTT=1535\times 0.08=122.8（s）$（發送完最后一個分組不需要再發送，所以要減一）
• 總時間： $1.258+0.04+122.8+0.16=124.258s$

（3）

• 傳播時延：$0.5\times RTT=40ms$
• 分組數：$1.5MB/1KB=1536$
• 需要的RTT：$?\frac{1536}{20}?=76$
• 剩余$1536?76\times 20=16$個分組不受規定約束直接發送完。
• 總時間：$76\times RTT+0.16+0.04=6.28s$

（4）

• 若n=10，那么只發送了 2ⁿ-1=1023個分組。10個RTT不夠。
  若n=11，那么能發送了 2ⁿ-1= 2047個分組。11個RTT夠了。
• 現在總共需要的時間=$（2+10+0.5)\times RTT=12.5\times 0.08=1s$
  剩余$513$個分組不受規定約束直接發送完。

1-29 有一個對點鏈路，長度為50KM。若數據在此鏈路上的傳播速率為$2\times 10^{8}m/s$，試問鏈路的帶寬為多少才能使傳播時延和發送100字節的分組的發送時延一樣大？如果發送的是512字節長的分組，結果又是如何？

傳播時延：$5\times 10^4/(2\times 10^8)=2.5\times 10^{?4}s$
寬帶：

• 100字節：$100\times 8/(2.5\times 10^{?4})=3.2\times 10^{6}bit/s$
• 512字節：$512\times 8/(2.5\times 10^{?4})=1.6384\times 10^{7}bit/s$

1-30 有一個點對點鏈路，長度為 20000 km。數據的發送速率是 1kbit/s。要發送的數據有100bit。數據在此鏈路上的傳播速度為$2\times 10^{8}m/s$; 假定我們可以看見在線路上傳播的比特，試畫出我們看到的線路上的比特（畫兩個圖，一個在100 bit 剛剛發送完時，另一個是再經過 0.05 s 后）。

發送時延：$100/1000=0.1s$
傳播時延：$2\times 10^7/2\times 10^8=0.1s$
剛發送完最后一個bit發送完第一個bit剛好到，0.05s后傳播一半，還剩一半bit在信道里。

1-31 條件同上題。但數據的發送速率改為1Mbit/s。和上題的結果相比較,你可以得出什么結論?

發送時延：$100/1000000=0.0001s$
傳播時延：$2\times 10^7/2\times 10^8=0.1s$
剛發送完最后一個bit發送完第一個bit走了20km
0.05s后傳播一半，還最后一個bit在10000km處。
結論：提高發送速率能一定程度上提高數據傳輸速率。

1-32 以1 Gbit/s的速率發送數據。試問在以距離或時間為橫坐標時,一個比特的寬度分別是多少?

時間：$1/10^9=10^{?9}s$
距離：$10^{?9}\times 2\times 10^8=0.2m$

1-33 我們在互聯網上傳輸數據經常是從某個源點傳送到某個終點，而并非傳送過去再傳送回來。那么為什么往返實際RTT是一個很重要的性能指標呢？

有些協議傳輸數據時需要對方的確認。

1-34 主機A向主機B發送一個長度為 $10^7$ 比特的報文。中間要經過兩個節點交換機，即一共經過三段鏈路。設每條鏈路的傳輸速率為2Mbit/s。忽略傳播、處理和排隊時延。
(1)如果采用報文交換，即整個報文不分段，每臺節點交換機收到整個的報文后再轉發。問從主機A把報文傳送到第一個節點交換機需要多少時間？從主機A把報文傳送到主機B需要多長時間？

(2)如果采用分組交換。報文被劃分為1000個等長的分組，并連續發送。節點交換機能夠邊接受邊發送。試問從主機A把第一個分組傳送到第一個節點交換機需要的時間？從主機A把第一個分組傳送到主機B需要多少時間？從主機A把1000個分組傳送到主機B需要多少時間？

(3)就一般情況而言，比較用整個報文來傳送和用劃分多個分組來傳送的優缺點。

（1）

• 到交換機：即發送時延：$10^7/(2\times 10^6)=5s$
• 到B：三段發送時延：15s

（2）

• 第一個分組傳送到第一個節點交換機需要的時間：$10^4/(2\times 10^6)=5\times 10^{?3}s$
• 從主機A把1000個分組傳送到主機B需要的時間：
  $5\times 10^{?3}\times 1000+2\times 5\times 10^{?3}=5.01s$ (1000個分組的發送時延加上經過（3-1）個節點的發送時延。）

（3）分組交換：快；如果某個分組出錯，只重傳那一個即可；可使某些分組通過不擁堵的鏈路傳輸。但缺一個分組其他分組就不能重組；首部帶來額外開銷。
報文交換：沒有額外開銷。但只要有一個bit出錯就要全部重傳。

1-35 主機A向主機B連續傳送一個600000bit的文件。A和B之間有一條帶寬為1Mbit/s的鏈路相連，距離為5000KM，在此鏈路上的傳播速率為$2.5\times 10^{8}m/s$.
(1)鏈路上的比特數目的最大值是多少？
(2)鏈路上每比特的寬度是多少？
(3)若想把鏈路上每比特的寬度變為5000KM，這時應把發送速率調整到什么數值？

（1）傳播時延：$5\times 10^6/(2.5\times 10^8)=2\times 10^{?2}s$
最大比特數：$2\times 10^{?2}\times 10^6=2\times 10^{4}bit$
（2）一比特的持續時間：$10^{?6}s$
距離：$10^{?6}\times 2.5\times 10^8=250m$
（3）持續時間：$5\times 10^6/(2.5\times 10^8)=2\times 10^{?2}s$
發送速率：$1/(2\times 10^{?2})=50bit/s$

1-36 主機A到主機B的路徑有三段路，其速率分別為2Mbit/s，1Mbit/s和500kbit/s。現在A向B發送一個文件。
（1）試計算該文件傳送的吞吐量。

（2）設文件長度為10MB，而網絡上沒有其他流量。試問該文件從A傳送到B大約需要多少時間？為什么這里只是計算大約的時間？

（1）由最小速率鏈路決定，即為 500kbit/s

（2）整個鏈路的傳輸速率按吞吐率計算，所以大約時間：$8\times 10^{7}bit/5\times 10^{5}bit/s=160s$

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络原理 谢希仁（第8版）第一章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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