计算机网络崔答案版.pdf

一、基本概念和名词(术语) 1.计算机网络的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 2.网络体系结构：网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬 件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是国际标准 化组织(ISO)在1979年提出的开放系统互连(OSI-Open System Interconnection)的参考模型。 3.分层：对网络进行层次划分就是将计算机网络这个庞大的、复杂的问 题划分成若干个较小的、简单的问题。 4.协议：控制两个对等实体进行通讯的规则的集合(三要素：语法，语 义，同步/时序) 语法：数据与控制信息的结构或格式。 语义：需要发出控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。 同步：事件实现顺序的详细说明。 5.协议栈：协议栈是指网络中各层协议的总和，其形象的反应了一个网 络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协 议。 6.协议规范：协议规范是OSI最低级别的抽象，它精确地定义某层实体 为了协同工作和交互活动所需传送控制信息的语义和语法，以及才采用 什么样的规程去分析、解释和加工它们。 7.互操作：所谓互操作是指一种能力，使得分布的控制系统设备通过相 关信息的数字交换，所能协调工作，从而达到一个共同的目标。 8.OSI体系结构与参考模型：OSI体系结构，意为开放式系统互联。国际 标准组织(国际标准化组织)制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工 作分为7层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应 用层。 OSI 中的“开放”是指只要遵循OSI标准，一个系统就可以与位于世界上 任何地方同样遵循同一标准的其他任何系统进行通信。在OSI标准的制 定过程中，采用的方法是将整个庞大而复杂的问题划分为若干个容易处 理的小问题，这就是分层的体系结构方法。在OSI标准中，采用的是三 级抽象。 ； 9. TCP/IP参考模型：特指传输控制协议和网际协议簇，与OSI模型类 似，TCP/IP也采用分层体系结构，每一层提供特定的功能，层与层相互 独立，改变某一层的功能都不会影响其他层 10. 无连接的服务(网络)：对等实体在传输PDU之前，无须建立起连接， 单所传输的数据中必须携带地址信息，有关的控制要求只能静态约定。 11.面向连接的服务(网络)：对等实体在传输PDU之前，必须建立起连 接，整个过程包括建立连接、传输数据和释放连接等三个阶段 12.带宽：指在一段特定的时间内网络所能传送的比特数。 13.时延(=传播+传输+排队)：时延是将一个消息从网络的一端传到另一 端所需花费的时间； 14.吞吐量/吞吐率：吞吐量是指在没有帧丢失的情况下，设备能够接受 的最大速率 15.往返时间RTT：一个消息从网络的一端传送到另一端并返回所花费的 时间； 16.延迟和带宽的乘积：相当于第一个比特到达接收者之前，发送者必 须发送的比特数； 17.抖动：变化的时延被称作抖动，抖动大多起源于网络中的队列或缓 冲，尤其是在低速链路时； 18.存储转发(store-and-forward)：路由器收到一个分组，先暂时存储在 内存中，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。 在存储转发网络中的每个节点先通过某条链路接收一个完整的分组， 将这个分组存于它的内存，然后将完整的分组转发给下一个节点 19.电路交换(circuit switched)：在发端和收端之间建立电路连接，并保 持到通信结束的一种交换方式； 20.分组交换(packet switched)：通过标有地址的分组进行路由选择传送 数据，使信道仅在传送分组期间被占用的一种交换方式。 21.多路复用(时分复用、频分复用、统计多路复用)：系统资源在多个用 户之间共享。 22.节点：节点通常是指通用的计算机，如像一台桌面工作站、一台多 处理机或一台PC机； 23.链路(物理链路)：所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线 路，而中间没有任何其他的交换节点； 24.点到点(点到点信道)：两个节点之间信道即点到点信道； 25.多路访问(广播信道)：多个节点可以共享一条链路，称为多路访问。 26.互连网络：由多个计算机网络相互连接而成，而不论采用何种协议 与技术的网络。 27.网间网：即Internetwork，是一系列局域网和广域网的组合，因此包 含的技术也是现有的局域网和广域网技术的综合。Internet便是一个当前 最大也最为典型的网间网。 28.网际互连：一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，可使不同 网络上的用户互相通信和交换信息 网络互连： 29.局域网(LAN)：是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。 一种覆盖一座或几座大楼、一个校园或者一个厂区等地理区域的小范围 的计算机网 30.广域网(WAN)：一种用来实现不同地区的局域网或城域网的互连， 可提供不同地区、城市和国家之间的计算机通信的远程计算机网。 31.城域网(MAN)：一种界于局域网与广域网之间，覆盖一个城市的地 理范围，用来将同一区域内的多个局域网互连起来的中等范围的计算机 网。 32.网络拓扑结构：在计算机网络中指定设备和线路的安排或布局；在 地理网络中指网络要素之间的连接关系。指用传输媒体互连各种设备的 物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。它的结 构主要有星型结构、环型结构、总线结构、树型结构、网状结构以及它 们的混合拓扑结构等。 33.以太网的最小帧长：以太网规定了最小有效帧长为64字节，凡长度 小于64字节的帧都是由于冲突异常中止的无效帧； 34.以太网的最大帧长：以太网的最大帧长为1518字节，每个数据帧前 面有8个字节的前导字段，帧间隔为9.6微秒。 35.学习型网桥：学习型网桥组合了机遇第三层地址的业务流转发能 力，使它接近于路由器，但不能完成路由处理。学习型网桥的优点包括 易于安装(路由表是学来的，不是配置的)、兼容于现有路由器以及高性 能但价格低于传统路由器。 36.中继器repeater：中继器是网络物理层上面的连接设备。适用于完全 相同的两类网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转 发，来扩大网络传输的距离。 37.集线器Hub：HUB是一个多端口的转发器，属于数据通信系统中的基 础设备。 38.网桥bridge：一种在链路层实现中继，常用于连接两个或更多个局域 网的网络互连设备 39.交换机switch：网络节点上话务承载装置、交换级、控制和信令设备 以及其他功能单元的集合体。交换机能把用户线路、电信电路和(或)其 他要互连的功能单元根据单个用户的请求连接起来。 40.路由器router：为信息流或数据分组选择路由的设备。 41.网关gateway：在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时， 用于提供协议转换、路由选择、数据交换等网络兼容功能的设施。 42.虚拟局域网(VLAN)：是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网 段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。由一些局域网网段构成 的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有相同的需求。 43.虚电路：在两个终端设备的逻辑或物理端口之间，通过分组交换网 建立的双向、透明传输信道。 44. 数据报交换：报文交换不要求在两个通信结点之间建立专用通路. 结点把要发送的信息组织成一个数据包-报文,该报文中含有目标结点 的地址,完整的报文在网络中一站一站的向前传送。 45.流量控制：流量控制用于防止在端口阻塞的情况下丢帧，这种方法 是当发送或接收缓冲区开始溢出时通过将阻塞信号发送回源地址实现 的。流量控制可以有效的防止由于网络中瞬间的大量数据对网络带来 的冲击，保证用户网络高效而稳定的运行。 46.差错控制：差错控制是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的 差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。 47.拥塞：当网络中一个或多个网络单元对已建立的连接和新的连接请 求，不能满足协商的服务质量(QoS)目标要求时的状态。 48.网络寻址：指计算机自动寻找并获取自己的网络地址 49.网络地址：一个IP地址的网络部分被称为网络地址，主机可以与其具 有相同的网络号的设备直接通讯。 50.物理地址：网卡物理地址存储器中存储单元对应的实际地址 51.MAC地址：用来定义网络设备的位置，一个网卡会有一个全球唯一 固定的MAC地址； 52.IP地址：就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址 53.逻辑地址：就是IP地址，是虚拟的，实际不存在的，它在网络中用来 定义不同的网络，使其不会发生数据混乱。 54.IP(Internet Protocol)：就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的 协议； 55.ARP(Address Resolution Protocol)：地址解析协议，互联层中将IP地 址转换为相应物理地址的协议 56.ICMP(Internet Control Message Protocol)：是Internet控制报文协议。 它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制 消息； 57.DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)：是一个局域网的网络协 议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应 商自动分配IP地址给用户给内部网络管理员作为对所有计算机作中央管 理的手段。 58.数据段：是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区 域。 59.MTU(Maximum Transmission Unit)：指一种通信协议的某一层上面所 能通过的最大数据包大小(以字节为单位)； 60.分段和重组：是指当数据从一个能处理较大数据单元的网络段传送 到仅能处理较小数据单元的网络段时，网络层减小数据单元的大小的过 程，重组是重构被分段的数据单元。 61.子网：IP网络中划分出的子网络 62.子网掩码：是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的 子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。 63.默认子网掩码：不划分子网的网络的子网掩码，默认子网掩码中1比 特的位置和IP地址中的网络号相对应。 64.自治系统：处于一个管理机构控制下的路由器和网络群组 65.超网：IP地址根据子网掩码被分为独立的网络地址和主机地址，把一 些小网络组合成一个大的网络。 66.CIDR(Classless Inter-Domain Routing)：无类型域间选路,是一个在 Internet上创建附加地址的方法，用来减轻路由器的负担。 67.隧道：通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式， 能使来自许多信息源的网络业务在同一个基础设施中通过不同隧道进行 传输。 68.虚拟专用网(VPN)：利用因特网来实现本机构的专用网 69.端到端：网络链接中，源和目标间建立链接，属于传输层 70.端口号：标志本计算机应用层中的各进程，分为熟知端口和一般端 口 71. TCP(Transmission Control Protocol) 传输控制协议，TCP是一种面向 连接(连接导向)的、可靠的、基于字节流的运输层(Transport layer)通信 协议； 72.UDP(User Datagram Protocol)是用户数据包协议，是 OSI 参考模型中 一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务； 73.HTTP(HyperText Transfer Protocol)超文本协议，一种发布和接收 HTML页面的方法。 74.SNMP(Simple Network Management Protocol)简单网络管理协议，用 来对通信线路进行管理。 二、简答 1.数据报或帧交换的基本原理。 答：只要确保每个分组带有足够的信息，使得任何一个交换机都能决 定怎样使它到达目的地，就是说每个分组都带有完整的目的地。 2.简述中继器、集线器和网桥的优缺点。 中继器 优点：安装方便、使用方便、价格便宜，不仅起到扩展 网络的作用，还能将不同传输介质的网络连接在一起；缺点：不能提供 网段间的隔离能力，不能将两个具有不同链路层协议的LAN连接起来。 集线器 优点：能对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网 络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上；缺点：基 本上不具有类似于交换机的“智能记忆“能力和“学习“能力。它也不 具备 交换机所具有的MAC地址表。 网桥p114优点：工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范 围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性；缺点：由于网桥在执行 转发前先接收帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延。由于网桥 不提供流控功能，因此在流量较大时有可能使其过载，从而造成帧的丢 失。 3.TCP连接拆除/关闭的过程。 答：当前连接的双方都可以发起拆除连接操作，但简单的拆除连接 可能会造成数据丢失。为此，TCP采用四次握手的方式拆除连接。 四次握手与三次握手类似： 1发拆除请求 2收到请求，并发确认，1收到该确认后不再发送数据，但任然会 接收数据(半连接) 2发拆除请求 1收到请求，并确认，到此拆除完成 4.简述电子邮件应用程序主要组成部分及邮件格式。 答：主要有三个组成部分：用户代理，邮件服务器，邮件使用协议 邮件格式：分为两部分，首部和主体，首部是一系列以终 止的行，首部与主体间用一个空格分隔，每个部首行包括了有冒号分隔 的类型和值。 5.简述数据报交换和虚电路的主要区别。 对比方面虚电路数据报 思路可靠通信应该由网络 来保证 由用户主机来保证 连接的建立必须有不需要 目的站地址仅在连接建立阶段使 用，每个分组使用短 的虚电路号 每个分组都有目的站的 全地址 分组的转发属于同一条虚电路的 分组均按照同一路由 进行转发 每个分组独立选择路由 进行转发 当结点出故 障时 所有通过出故障结点 的虚电路均不能工作 可能会丢失分组，一些 路由可能会发生变化， 但是能工作 分组的顺序总是按发送顺序到达 目的站 到达目的站时不一定按 发送顺序 端到端的差 错处理和流 量控制 可以由分组交换网或 用户主机负责 由用户主机负责 6.比较TCP和UDP的特点。 答：TCP的特点：它提供面向连接的服务，TCP不提供广播或多播服 务，由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增 加了许多的开销，这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许 多的处理机资源； UDP的特点：在传送数据之前不需要先建立连接，对方的运输层在收 到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在 某些情况下，UDP是一种最有效的工作方式。 7.延迟与带宽乘积的意义。答：信道所能容纳的比特数。 8.网络传输中的差错类型有哪些？滑动窗口的作用。传输层使用滑动窗 口的原因。 答：差错类型有：数据帧出错、丢失，确认帧丢失，比特错，成组差 错； 滑动窗口的作用：保持管道的满载； 原因：为了提高报文段的传输速率； 滑动窗口本质上是描述接受方的TCP数据报缓冲区大小的数据，发送方 根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据。如果发送方收到接收 方的窗口大小为0的TCP数据报，那么发送方将停止发送数据，等到接 收方发送窗口大小不为0的数据报的到来。点之间实现流量控制，而用 于数据链路层是为了在相邻结点之间实现流量控制。TCP采用可变长的 滑动窗口，使得发送端与接收端可根据自己的CPU和数据缓存资源对数 据发送和接收能力作出动态调整，从而灵活性更强，也更合理。 9.流量控制与拥塞控制的异同。 答：流量控制是一种接收方能够控制发送方的一种反馈机制，这种机制 用于抑制发送方发送过快；拥塞控制用来描述网络节点为防止和响应过 载状态所做的工作，拥塞控制是考虑到网络上自愿的缺乏，因而阻止一 组发送方发送过多的数据到网络中 10.简述学习(透明)网桥的工作原理。 答：透明网桥以混杂方式工作，它接收与之连接的所有LAN传送的每一 帧，当一帧到达时，网桥必须决定将其丢弃还是转发。如果要转发，则 必须决定发往哪个LAN。这需要通过查询网桥中一张大型散列表里的目 的地址而做出决定。该表可列出每个可能的目的地，以及它属于哪一条 输出线路(LAN)。在插入网桥之初，所有的散列表为空，由于网桥不知 道任何目的地的位置，因而采用扩散算法，把每个到来的、目的地不明 的帧输出到连在网桥的所有LAN中(除了发送该帧的LAN)。随着时间的 推移，网桥将了解每个目的地的位置，一旦知道了目的地位置，发往该 处的帧就只放到适当的LAN上，而不再散发。 11.简述数据链路层成帧方式的类型。 答：类型：字符填充法，字节计数法，比特填充法 12.为什么以太网有最小帧长的问题？ 答：因为凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧，如 果前64字节没有发生冲突，那么后续的数据就不会发送冲突，以太网就 认为这个数据帧的发送是成功的。 13.简述交换机和路由器的优缺点。 答：路由器是用来连接不同的网络的，而结点交换机只是在一个特定 的网络中工作； 路由器是专门用来转发分组的，而结点交换机还可接上许多个主机； 路由器使用统一的IP协议，而结点交换机使用在广域网的特定协议； 路由器根据目的网络地址找出下一跳(下一个路由器)，而结点交换机 则根据目的站所接入的交换机号找出下一跳(下一个结点交换机)； 14.简述以太网数据链路层协议CSMA/CD的基本原理. 答：1.如果介质是空闲的，则发送，否则转2； 2.如果介质是忙的，则继续监听，一旦发现介质空闲，就立即发送； 3.站点在发送帧的同时还需要继续监听是否发生冲突，若在帧发送期间 检测到冲突，就立即停止发送，并向介质发送一串阻塞信号，以强化冲 突； 4.发送了阻塞信号之后，等待一段时间，返回步骤1重试； 15.下面的图表示了个应用层在层次中的位置 (a)简单讨论一下为什么有的应用协议要使用TCP，而有的却要使用 UDP？ (b)为什么MIME画在SMTP之上？ (c)为什么路由选择协议RIP放在应用层？ BGP FTP TELNET HTTP SMTP MIME SNMP TFTP DNS BOOTP DHCP RIP TCP UDP IP ICMP IGMP OSPF ARP RARP 答：(a)应用层协议根据各自功能的需求，有的需要使用面向连接的TCP 服务，提供可靠的数据传输服务，如FTP，HTTP等；而有的协议使用无 连接的UDP服务，提供比较灵活的服务，如DHCP，SNMP等。 (b)MIME协议是扩展了的SMTP协议，是基于SMIP的，所以要放在SMTP上 画。 (c)由于RIP协议是基于UDP协议而创建的。所以RIP协议应该放在UDP协 议的上一层，即应用层协议。 三、计算(简单应用) 1. 一个数据报长度为4000字节(固定首部长度)。现在经过一个网络传 送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几 个短些的数据报片?各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志 应为何数值? 解：IP数据报的首部有20个字节，则原始数据报的数据字段为4000- 20=3980B，网络传送最大数据报的数据字段为1500-20=1480B 3980/1480=21020 故应该划分3个数据报片，长度为1480B,1480B,1020B; 片偏移以8B为偏移单元则片偏移字段分别为：0/8=0 1480/8=185 2960/8=370 MF标志位为110 2. 计算最多有多少个C类网络号，每个网络最多可以接多少台主机？(默 认的子网掩码是什么？A类网络，B类网络) 已知子网掩码和地址类 别，求子网数和最大可连接的主机数。 解：例如：子网掩码为，地址类别为B类 最多有221 =2097152个C类网路号，每个网路最多可连接28 -2=254台主 机，默认子网掩码为， B类网络默认子码掩码为 ，由于比的二进制值多了两位“1”， 故子网数为22=4,最大主机数为2(16-2)=16384 4. 通信信道带宽为1Gb/s，端到端延时为10ms，TCP发送窗口为65535字 节，问可能达到的最大吞吐量是多少bit/s，信道的利用率是多少？(如果 给定的时间是RTT，又该如何计算？) 解：一个往返延时为 210ms = 20ms，则每秒可传送1000ms/20ms=50个 窗口的数据 可达到的最大吞吐量为 655358bit 50 = 26.214Mb/s 信道利用率为：26.214Mb/1Gb 100%=2.6214% 5. 一个信道的传播时延15ms，使用TCP可靠的传输服务，计算建立连接 和释放连接花在网络传播上的时延为多少？ 解：TCP连接的建立与释放分别需要三次和四次，故在网络上传播时延 分别为 建立：15ms 3 = 45ms 释放15ms 4 = 60ms 7. 设TCP使用的最大窗口为64 KB，即64*1024字节，而传输信道的带宽 可认为是不受限制的。若报文段的平均往返时延为20ms，问所能得到的 最大吞吐量是多少bit/s? 解：所能得到的最大吞吐量为：64 1024 8bit / 0.02s = 25Mb/s 8. (第1章18题)计算下列情况的时延(从第一个比特发送初到最后一个比 特接收完) (a)10Mbps以太网，其路径上有一个存储转发式交换机，分组长度为 5000比特。假定每条链路的传播延迟为10s，并且交换机在接收完分组 后立即转发。 (b)有三个交换机，其它同(a)。 解：(a)10s 2 + (5000bit/10Mbps) 2 = 1020s (b)10s 4 + (5000bit/10Mbps) 4 = 2040s 9. 使用RSA公开密钥体制进行加密明文。若p=7, q=11，试计算出d和e。 解：n = pq = 711=77 (n)=(p-1)(q-1)=610=60 在0,59中选一个与60互质的数e=11 11d = 1mod60 得出d = 11 10. (第1章22题) 如图所示，主机A和B分别通过10Mbps链路连接到交换 机S上。每条链路的传播延迟为20s，S是一个存储转发式的设备；它在 收到35s后再开始将其转发。计算从A到B发送10000比特所需要的总时 间。 A S B (a)作为一个分组。 (b)作为两个5000比特的分组一个紧接另一个发送。 解：(a)210000bit/10Mbps + 20s2 + 35s = 2075s (b)500s2 + 500s + 20s 2 + 35s = 1575s 分析b,第一个分组A比第二个分组B提前500s发出，并一定在B之前到 达目的地，分组B的延时为500s+20s+35s+500s+20s=1075s 则总延时为500s+1075s=1575s 四、综合应用 1. 如图所示，一台路由器连接3个以太网。请根据图中给出的参数解 答下列问题： (a)该TCP/IP网络使用的是哪一类的IP地址？ B类 (b)写出该网络划分子网后所采用的子网掩码。 (c)系统管理员将计算机D和E按照途中所示的结构连入网络并使用所分 配的地址对TCP/IP软件进行常规配制后，发现这两台机器上的网络应 用不能够正常通信。这是为什么？ 答：因为D、E处于不同的子网中，不能直接通信 (d)如果在主机C上要发送一个IP分组，使得主机D和E都会接收它，而 子网3和4上的主机都不会接收它，那么该IP分组应该填写什么样的目 标IP地址？ (子网1) 19.1 12.1 11.1 11.2 12.2 (子网4) (子网3) E C D B A (子网2) 路由器 (d)答：55 2. 在Internet上实现视频直播。假定视频的分辨率为320240，2字 节/像素,25帧/秒。计算如果不用压缩，一秒钟需要传送的数据量；分 析并说明需要用到哪些协议。需要做多大量的压缩才比较适用？ 解：3202402825=30720000bit 3. 如图所示的以太网，网络号为，回答下列问题。确 定主机b的IP地址，子网掩码。 (1)主机b需要安装几块网卡？主机b相当于什么类型的网络设备？(6) (2)定主机b的IP地址，子网掩码。(7) 解：(1)三块网卡；路由器 (2)主机b连接到3个子网，故应从主机号字段中取两位用作子网号，主 机号变为6位 b的IP地址 子网掩码 2中任一个 92 526中任一个 92 2990中任一个 92 4. 以太网的最小帧长是多少个字节？将以太网与Internet相连接，分 别计算使用UDP和TCP协议时，应用层至少需要有多少字节的数据使得 以太网不产生最小帧？ 解：64B IP数据报首部为20B TCP数据报首部为20B，UDP数据报 首部为8B，帧头帧尾长度之和为18B 故使用TCP时，64-20-20-18=6B 使用UDP时， 64-20- 8-18