计算机网络与数据库复习题答案西北工业大学2017.doc

复 习 题1. 对于带宽为8kHz的信道，若有8种不同的物理状态来表示数据，信噪比为30db，按奈氏定理，最大限制的数据速率是多少？按香农定理，最大限制的数据速率是多少？答：奈奎斯特准则只考虑理想信道，最大波特率RP =2*BW=16Baud/s,最大传输速率为RS=2*BW*log2n=48kbps。香农定理考虑了热噪声，30db = 103=1000;RS=BW* log2(1+s/n)=79.74kbps，与编码方式无关2. 在数据链路层实现帧同步的方法中有“使用比特填充的首尾标志方法”，比如用01111110来标志帧的开始和结束，但帧数据段中也会有01111110这样的数据，请给出发送方和接收方各自的处理方法？答：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。可以采用“0比特插入法”来解决。该法在发送端监视除标志码以外的所有字段，当发现有连续5个“1”出现时，便在其后添插一个“0”，然后继续发后继的比特流。在接收端，同样监除起始标志码以外的所有字段。当连续发现个“1”出现后，若其后一个比特“0”则自动删除它，以恢复原来的比特流；若发现连续6个“1”，则可能是插入的“0”发生差错变成的“1”，也可能是收到了帧的终止标志码。后两种情况，可以进一步通过帧中的帧检验序列来加以区分。这种方法也称作比特填充的首尾标志法。3. 简述载体侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）技术的工作原理？答：“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要在总线上不段的发出信号去探测线路是否空闲，如果不空闲则随机等待一定时间，在继续探测。直到发出型号为止（1）当一个站点想要发送数据的时候，它检测网络查看是否有其他站点正在传输，即监听信道是否空闲。（2）如果信道忙，则等待，直到信道空闲；如果信道闲，站点就传输数据。（3）在发送数据的同时，站点继续监听网络确信没有其他站点在同时传输数据。因为有可能两个或多个站点都同时检测到网络空闲然后几乎在同一时刻开始传输数据。如果两个或多个站点同时发送数据，就会产生冲突。（4）当一个传输节点识别出一个冲突，它就发送一个拥塞信号，这个信号使得冲突的时间足够长，让其他的节点都能发现。（5）其他节点收到拥塞信号后，都停止传输，等待一个随机产生的时间间隙（回退时间，Backoff Time）后重发。从以上叙述可以看出，CSMA/CD的工作原理可用四个字来表示：“边听边说”，即一边发送数据，一边检测是否产生冲突。但因为数据传输速率的限制，有时候并不能马上检测到冲突。最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。确定基本退避时间，一般是取为争用期 2；定义重传次数 k，k = Min重传次数, 10；从整数集合0,1, (2k -1)中随机地取出一个数，记为 r，重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。4. 香农（Shannon）定理指出，有噪声信道的最大数据速率可由下面的公式计算：C=Wlog2(1+S/N)其中，W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率，S/N叫做信噪比（单位为分贝dB）。对于带宽为4000Hz的信道，其信噪比为30dB，若传送二进制信号则可达到最大数据率是多少？答：10lgS/N=30 则：S/N=103C=Wlog2(1+S/N)=39.8kbps;因为n=2； 由奈奎斯特定律知RP=C/ log2n=39.8Baut/s5. 说明TCP协议建立连接的过程。TCP通过“三次握手”建立连接。（1） A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步位 SYN = 1，并选择序号 seq = x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；（2） B 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。B 在确认报文段中应使 SYN = 1，使 ACK = 1，其确认号ack = x+1，自己选择的序号 seq = y，此时服务器进入SYN_RECV状态；（3） A 收到此报文段后向 B 给出确认，其 ACK = 1，确认号 ack = y+1，A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。（4） B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层 应用进程：TCP 连接已经建立。6. 说明停止等待协议的工作原理。答：”停止等待”就是指发送完一个分组就停止发送,等待对方的确认,只有对方确认过,才发送下一个分组。（1） 无差错情况:发送方发送分组,接收方在规定时间内收到并且回复确认.发送方再发送下一分组（2） 超时重传有以下三种情况: 分组丢失:发送方发送分组,接收方没有收到分组,那么接收方不会发出确认,只要发送方过一段时间没有收到确认,就认为刚才的分组丢了,那么发送方就会再次发送.；确认丢失:发送方发送成功,接收方接收成功,确认分组也被发送,但是分组丢失,那么到了等待时间,发送方没有收到确认,又会发送分组过去,此时接收方前面已经收到了分组,那么此时接收方要做的事就是:丢弃分组,重新发送确认. 传送延迟:发送方发送成功,接收方接收成功,确认分组也被发送,没有丢失,但是由于传输太慢,等到了发送方设置的时间,发送方又会重新发送分组,此时接收方要做的事情:丢弃分组,重新发送确认. 发送方如果收到两个或者多个确认,就停止发送,丢弃其他确认.（3） 实现这个功能应该保证：一、A 在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。只有在收到相应的确认后才能清除暂时保留的分组副本。二、分组和确认分组都 必须进行编号。三、超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。7. 什么叫计算机对等网络?答：对等网络，即对等计算机网络，是一种在对等者（Peer）之间分配任务和工作负载的分布式应用架构。在网络中的每个节点的地位都是对等的。每个节点既充当服务器，为其他节点提供服务，同时也享用其他节点提供的服务。流行的网络布线拓扑结构是总线型和星型，环形，树形。对等网络一般是在小规模的办公室或学生寝室中，将几台或十几台计算机连接起来，这样这些计算机就可以相互共享资源。对等网络分布范围比较小，通常在一间办公室或一个家庭内！网络安全管理分散，因此数据保密性差！8. 在局域网参考模型中，数据链路层又被分为哪两层？每层的功能是什么？为什么要分为这样两层？服务访问点SAP有什么用途？答：广域网中，数据链路层的功能相对简单。它只负责将数据从一个节点可靠地传输到相邻节点。但在局域网中，多个节点共享传输介质，必须有某种机制来决定下一个时刻，哪个设备占用传输介质传送数据。因此，局域网的数据链路层要有介质访问控制的功能。为此，一般将数据链路层分为逻辑链路控制层（LLC）媒体介入控制层（MAC）。LLC子层负责向其上层提供服务； MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等，与传输媒体有关。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。分层以后，各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。SAP是临层实体（“实体”也就是对应层的逻辑功能）间实现相互通讯的逻辑接口，位于两层边界处。从物理层开始，每一层都向上层提供服务访问点（应用层除外），每一层都有SAP，但不同层的SAP内容和表示形式是不一样的。可以屏蔽底层差异。SAP是一个层次系统的上下层之间进行通信的接口，LLC子层为了网络层的各种协议提供服务，而上层可能运行不同协议，为区分不同上层协议的数据，要采用服务访问点9. 比较电路交换、虚电路分组交换和数据报分组交换的数据传输特点。虚电路服务与数据报服务的本质差别是什么？答：网络交换方式可以分为电路交换、虚电路交换和数据报交换。电路交换：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用；适用于系统间要求高质量的大量数据的传输虚电路分组交换的主要特点是：在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出；在交互式应用中，每次传输很短的数据在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的。每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带有足够的信息，它的传送是被单独处理的。整个数据报传送过程中，不需要建立虚电路，网络节点为每个数据报作路由选择，各数据报不能保证按顺序到达目的节点，有些还可能会丢失。集中集中交互式通讯。传输少数几个分组时，速度灵活。广域网向上提供的服务主要有面向连接的网络服务（虚电路）和无连接的网络服务（数据报）。虚电路方式是在两个通信节点之间建立一条虚电路,端系统中的数据(某一进程)沿着这条虚电路传输,虚电路提供的是一种使所有分组按顺序到达目的地的、可靠的数据传送方式。数据报方式提供的是面向无连接的服务,各数据报不能保证按顺序到达目的地。虚电路与数据报服务的本质差别表现为是将顺序控制、差错控制和流量控制等通信功能交由通信子网完成,还是由端系统自己来完成。虚电路服务与数据报服务的区别如下表所示： 虚电路 数据报 端一端连接 要 不要 目的站地址 仅连接是需要 每个分组都需要 分组顺序 按序 不保证端一端差错控制和流量控制 均由通信子网负责 均由主机负责10. 叙述IP数据报的发送和接收过程。答：如果主机A要发送数据给互联网上的另一台主机B，那么，主机A首先要构造一个目的IP地址为主机B的IP数据报。如果目的主机和主机A在同一网段，利用缓存或者ARP协议获取目标MAC地址，封装成mac帧进行发送。如果目的主机B和A不在同一网段，则A将数据发往默认网关，由路由器通过路由表进行转发。主机B收到数据报后，发现目的ip和自己匹配，将数据传递到上层协议。当一个数据报的尺寸大于将发往网络的最大传输单元（MTU）值时，路由器会将IP数据报分成若干较小的部分，称为分片，然后再将每片独立地进行发送。分片后的数据报也由报头区和资料区两部分构成，而且除一些分片控制域（如标志域、片偏移域）之外，分片的报头与原IP数据报的报头非常相似，在接收到所有分片的基础上，目的主机对分片进行重新组装即IP数据报重组。11. 某单位分配到一个B类IP地址，其net-id为129.250.0.0。该单位有4000多台机器，分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0，试给每一个地点分配一个子网号码，并计算出每个主机号码的最小值和最大值。答：4000/16=250，每个网络有约250台主机，选用子网掩码255.255.255.0, 则可以选择子网网络号为129.250.1.0129.250.16.0.除去广播地址和网络号，对应主机号码的最小值和最大值分别为129.250.x.1和129.250.x.254.附加：为什么用中继器进行局域网扩展的时候，中继器不能超过4个？用网桥扩展有这个限制吗？为什么？中继器工作在物理层，只是简单地把衰减的电信号予以能量放大，它看不懂数据链路层的帧结构；网桥工作在数据链路层，可以理解帧结构。这种差别导致中继器联接的网段实际上成为了一个网络，所联接形成的网络受CSMA/CD基本工作原理的限制，所以无法超过4个。网桥理论上无此限制。12. 简述透明网桥的工作原理。答：“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥的目标是：当几个LAN接入网桥后，不用启动任何硬件和软件设置，只要将电缆接通，就可以运行了。为了避免产生转发的帧在网络中不断地兜圈子，透明网桥之间会通过生成树算法排除环路（1） 从端口 x 收到无差错的帧（如有差错即丢弃），在转发表中查找目的站 MAC 地址。（2） 如有，则查找出到此 MAC 地址应当走的端口 d，然后进行（3），否则转到（5）。（3） 如到这个 MAC 地址去的端口 d = x，则丢弃此帧（因为这表示不需要经过网桥进行转发）。否则从端口 d 转发此帧。（4） 转到（6）。（5） 向网桥除 x 以外的所有端口转发此帧（这样做可保证找到目的站）。（6） 如源站不在转发表中，则将源站 MAC 地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到（8）。如源站在转发表中，则执行（7）。（7） 更新计时器。（8） 等待新的数据帧。转到（1）。13. 描述分组转发算法。答：1、从数据报的首部提取目的主机的IP地址D，计算出目的主机的网络地址N。(将IP数据报中目的主机的IP地址和路由表上的子网掩码进行&运算，就可以得出网络地址N)2、若N就是与此路由器直接相连的某个网络的网络地址。则直接进行交付，不需要经过其他路由器，而是直接将IP数据报交付给目的主机。(注意，直接交付时，路由器需要将目的主机地址D转换为具体的硬件地址，把数据报封装在MAC帧，在发送此帧。)若N不是与此路由器直接相连的网络，就进行间接交付。执行3或执行43、若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行4。4、若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行5。5、如果3和4都没能将IP数据报转发出去，若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；负责，执行66、报告转发分组出错。14. 简述共享式集线器（HUB）与交换机（SWITCH）的异同点。答：以太网的集线器和交换机都是数据传输的枢纽。Hub 是将信号收集放大后传输给所有其它端口，即传输线路是共享的。而交换机能够选择目标端口，在很大程度上减少冲突(Collision)的发生，为通信双方提供了一条独占的线路。交换机基于MAC地址进行数据帧的端口转发，工作在数据链路层；集线器没有MAC端口表，工作在物理层。集线器直接转发数据，所以增大了碰撞域。交换机定向转发数据，在保证不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信的同时，分割了碰撞域15. 解释1NF、2NF、3NF、BCNF、4NF。答：1NF: 原子性，若关系模式R的所有属性都是不可分的基本数据项，则满足1NF2NF：若R1NF，且每个非主属性完全依赖于码，则称R2NF（消除非主属性对码的部分依赖）3NF: 关系模式R( U , F)中，若不存在这样的码X，属性组Y及非主属性Z(Z 不是Y的子集)，使得下式成立：XY , YX , YZ则称R3NF（消除非主属性对码的传递依赖）BCNF: 关系模式R( U , F)中，对于属性组X，Y，若XY且Y不是X的子集时X必含有码，则R( U , F ) BCNF.4CNF: 关系模式R( U , F ) 1NF，若XY（Y不是X的子集）是非平凡的多值依赖，且X含有码，则称R4NF(1) 4NFBCNF3NF2NF1NF(2) 如果关系满足某个范式要求，也会满足级别较低 的所有范式的要求(3) 较高层次的范式比较低层次的范式更合乎要求16. 数据库具有哪些基本特点？请分别详细解释之。答：1. 数据结构化(1) 将整个组织的数据结构化成一个数据整体(2) 包含数据之间的联系(3) 有利于实现数据共享(4) 数据不再面向应用（程序），而是面向系统，系统弹性大，易扩充2. 数据共享(1) 数据共享是数据库系统区别于文件系统的最大特点(2) 共享是指多用户、多种应用、多种语言共享数据集合(3) 可实现文件级、记录级、数据项级的数据共享3. 可控数据冗余度数据共享结构化数据独立性冗余度低数据一致性好4 .易扩充5. 数据独立性高大大简化应用程序的设计维护的工作量，数据的独立性包括数据库中数据库的逻辑结构和应用程序相互独立，也包括数据物理结构的变化不影响数据的逻辑结构。6. 统一数据控制功能(1) 数据安全性控制(2) 数据完整性控制(3) 并发控制(4) 数据库恢复数据一致性和可维护性，以确保数据的安全性和可靠性。主要包括：安全性控制：以防止数据丢失、错误更新和越权使用；完整性控制：保证数据的正确性、有效性和相容性；并发控制：使在同一时间周期内，允许对数据实现多路存取，又能防止用户之间的不正常交互作用；故障的发现和恢复：由数据库管理系统提供一套方法，可及时发现故障和修复故障，从而防止数据被破坏17. 在数据库三级体系结构中，三个模式之间存在两种映射。详细叙述采用映射技术的优点有哪些？答：有内模式、模式、外模式三种模式。外模式是数据库的外层，也是与用户相联系的一层。它属于模式的一个子集，因而也被称为子模式，它是面向用户的逻辑组织。内模式又称数据的存储模式，具体描述了数据如何组织并存入外部存储器上，因此也被称为存储模式。内模式一般由系统程序员根据计算机系统的软硬件配置决定数据存取方式，并编制程序实现存取，因而内模式对用户是透明的。外模式模式映象的用途：保证数据的逻辑独立性当模式改变时，数据库管理员修改有关的外模式模式映象，使外模式保持不变应用程序是依据数据的外模式编写的，从而应用程序不必修改，保证了数据与程序的逻辑独立性，简称数据的逻辑独立性模式内模式映象的用途：保证数据的物理独立性当数据库的存储结构改变了（例如选用了另一种存储结构），数据库管理员修改模式内模式映象，使模式保持不变应用程序不受影响。保证了数据与程序的物理独立性，简称数据的物理独立性。18. 设有R和S两个关系，试计算它们的交、并、差、选择、投影、连接。答：RS 仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成 RS = t|t Rt S R - S 仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成 R -S = t|tRtS RS仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成 RS = t|t Rt S 选择运算符的含义在关系R中选择满足给定条件的诸元组 F(R) = t|tRF(t)= 真 F：选择条件，是一个逻辑表达式投影运算符的含义从R中选择出若干属性列组成新的关系 A(R) = tA | t R A：R中的属性列19. 假设学生选课数据库如下： Student（Sno，Sname，Age，Dept） Couse（Cno，Cname，Teacher） SC（Sno，Cno，Score）用关系代数分别进行如下查询：（1）学号为9900111的学生的系别和年龄；（2）有不及格（成绩60）学生的课程名；（3）计算机系有不及格课程的学生名单；（4）学生张林的“数据库原理”课成绩。答：1、 2、 3、 4、 20. 一个电影资料数据库有三个基本表：电影表Movie（含电影名、制作年份、长度、是否彩色、制片商）、演员表Actor（含演员姓名、地址、性别、出生年月）和电影主演表Acts（电影名、制作年份、演员姓名）。用SQL的建表语句建立这三个基本表，注意合理地选择属性的数据类型。答：CREATE TABLEmovie ( MovieName VARCHAR(45) NOT NULL, Year INT NULL, length INT NULL, IsColor TINYINT NULL, Producer VARCHAR(45) NULL, PRIMARY KEY (MovieName,Year);CREATE TABLE actor ( ActorName VARCHAR(45) NOT NULL, Address VARCHAR(45) NULL, Sex TINYINT(2) NULL, Birthday DATE NULL, PRIMARY KEY (ActorName);CREATE TABLE acts ( MovieName VARCHAR(45) NULL, Year INT NULL, ActorName VARCHAR(45) NULL, CONSTRAINT Movie FOREIGN KEY (MovieName , Year) REFERENCES mysest.movie (MovieName , Year), CONSTRAINT Actor FOREIGN KEY (ActorName) REFERENCES mysest.actor (ActorName);21. 在上题建立的表的基础上，用SQL实现如下查询或更新操作：（1）统计1999年制作电影的平均长度和最短长度；（2）在1999年主演过电影的演员姓名；（3）所有同名电影各自的电影名和制作年份；（4）往演员关系Actor插入一个演员记录，具体的数据值由你指定；（5）把电影“我的世界“的长度改为109分钟；（6）删除1940年以前制作的所有电影记录以及电影主演记录。答：1、select avg(length) as avglen,min(length) as minlenfrom moviewhere Year=1999;2、select ActorNamefrom actswhere Year=1999;3、select s1.MovieName, s1.Yearfrom movie as s1 join movie as s2on s1.MovieName=s2.MovieNamewhere s1.Years2.Year;4、Insert into acts values (“大话西游”,1999,“周星驰”)/必须现在前两个表插入相关数据5、UPDATE movie SET lengt