第四章习题解答

1、第四章：网络层 1 、网络层向上提供的服务有哪两种试比较其优缺点。 （教材 109） 答：网络层向上提供了数据报和虚电路两种服务，其优缺点的比较如 下： （1）虚电路是面向连接的， 提供的服务可以保证数据传输的可靠性和投递顺 序的正确性；数据报是无连接的，只提供尽最大努力的交付，不能保证传输 的可靠性和投递顺序的正确性。 （2）网络采用数据报传输方式可大大简化网络层的结构； 虚电路让电信网络 负责保证可靠通信所采取的措施， 使得电信网的结点交换机复杂而昂贵。 但 是相对而言，采用数据报时，由主机负责端到端的可靠性，包括差错处理和 流量控制，因此主机的处理负担较大。 （3）虚电路有连接建立和释放

2、阶段，数据传输启动慢；数据报不用建立连 接，数据传输启动快。 （4）为了在交换结点进行存储转发，在使用数据报时，每个分组必须携带 完整的地址信息。 而在使用虚电路的情况下， 每个分组不需要携带完整的目 的地址， 只需要有一个简单的虚电路号码标识， 这就使得虚电路分组中的控 制信息部分的比特数减少，从而减少了系统开销。 （5）虚电路在连接建立的阶段确定数据传输的路由， 属于同一条虚电路的 分组均按照同一条路由进行转发；数据报对每个分组都独立的做路由选择。 显然，在数据传输阶段，数据报的路由处理负担较大。但是在网络出现故障 的情况下， 所有通过故障结点的虚电路都不能工作， 而数据报可以灵活的选 择

3、替代路由。 2、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（教材 110） 答：（1）单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此，把许多种 不同类型的物理网络互相连接在一起， 可以实现更大范围内的通信。 实际中 使用的 TCP/IP 协议，定义了一种抽象的网络，隐藏了互连的各种不同物理 网络的细节，使得互连后的网络像一个单一的大网络。 （2）进行网络互连时，需要解决的共同的问题：不同的寻址方案、不 同的最大分组的长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错 恢复方法、不同的状态报告方法、不同的路由选择技术、不同的用户接入控 制、不同的服务（面向连接的服务和无连接的

4、服务） 、不同的网络管理和控 制方式等。 3、作为中间设备， 转发器、网桥、 路由器和网关有何区别 （教材 111） 答：它们工作在的层次不同，并且功能不同： 转发器：物理层中继系统，在转发数据时不对传输媒体进行检测，只 是对数据分组进行简单的转发（逐比特转发） ，因此只能连接相同速率的网 络。 网桥：工作在数据链路层， 网桥在转发数据前先对传输媒体进行检测， 并且是把整个数据帧都收下之后再进行存储转发， 具有过滤帧的功能， 故能 够连接不同速率的网络。 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅 仅是把一个网络扩大了，而从网络层看仍然是一个网络。 路由器：工作在网络层，具有

5、存储转发功能，作用是在互连网中完成 路由选择的功能。（由于历史的原因，有时把路由器称为网关） 网关：网络层以上的中继系统，用网关连接两个互不兼容的系统需要 在高层进行协议转换。 （由于网关较复杂，用的较少） 4、试简单说明下列协议的作用。 （参考资料 129） 答：IP:网际协议（互连网协议），用来使互连起来的网络能够相互通 信。 ARP地址解析协议，用来把IP地址映射成物理地址。 RARP逆地址解析协议，使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP 地址。 ICMP互连网控制报文协议，允许主机或路由器报告差错情况和提供 有关是否有异常情况的报告。 5、IP 地址分为几类各如何表示 IP 地址的主

6、要特点是什么 （教材 115、 116） 答：IP地址共分为5类：A,B,C,D,E。A,B,C三类的网络号字段分别为 1 个， 2 个， 3个字节；而网络号字段的最前面有 13 位的类别比特，其二 进制数值分别为0，01, 110。A类，B类，C类地址的主机号字段分别为3, 2, 1个字节。D类地址用于多播；前4位包含二进制数值1110。E类地址保 留为未来使用,前 5位包含二进制数值 11110。 IP 地址的特点： （1）是一种分等级的地址结构,每一个 IP 地址由网络号和主机号两 部分组成。 2） IP 地址实际上是标识一个主机（或路由器）和一条链路的接口 当一个主机同时连接到两个网络

7、上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，而且其网络号必须是不相同的。 （3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络， 这些局 域网都具有相同的网络号。 （4）在 IP 地址中，所有分配到网络号的网络，不论大小，都是平等 的。 6、试根据 IP 地址的规定，计算出表 4-2 中的各项数据。 答：即表 4-2. 7、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（教材 117） 答： IP 地址是主机在抽象的网络层中的地址，硬件地址是物理网络在 数据链锯层地址。 IP 地址是不能直接用来进行通信的，例如：在局域网中， 若要将网络层中传输的数据报交给目的主机，

8、还要传到链路层转变成 MAC帧 后发送到物理往里中。 因此不管网络层使用的是什么协议， 在实际网络的链 路传输数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。这就是说，我们需要使用两 种不同的地址。 8、IP 地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点式什么 答：IP地址是世界范围内统一的，通常采用点分十进制记法，现在使 用的是 32 位的，分成两个部分：网络号和主机号，用来标识某个网络中的 某台主机。对于网络中的某台主机，系统分配给它的 IP 地址可能是不固定 的。 电话号码各国表示方法不同。通常用电话号码来 固定的标识某一个用户终 端，透过一个具体的电话号码，可以知道相应的国家代码，地区代码，交换 局代

9、码，然后是用户代码。 9、回答下列问题： （3）个A类网络和一个B类网络的子网号sub net-id分别为16个1 和8个1，问这两个网络的子网掩码有什么不同 试问在每一个子网上的主机数目是多少 （5）个A类网络，它是否是一个有效的子网掩码 （6）某个IP地址的十六进 （7）C类网络使用子网掩码有无实际意义为什么 答：（1）C类网络对应的默认子网掩码。但也可以是 A类或B类地址 的掩码，即主机号由最后的8位决定。而路由器寻找网络由前 24位决定。 （2）6个主机。（用3位进行编写主机号，去除全 0和全1） （3）子网掩码一样（因为除去网络号和子网号后，都是用 8位表示 主机号，所以掩码相同），

10、但子网数目不同（A:用16位表示子网，B:用8 位表示子网）。 （4）最多可有4094个（用12位表示主机号，不考虑全 0和全1的 主机号）。 （5）有效（因为此掩码只是针对 A类网络）。但不推荐这样使用。 （6） （7）有实际意义。因为对于小网络这样做还可进一步简化路由表。 10、试辨认以下IP地址的网络类别 答：（1） B类。（2） A类。（3） B类。（4） C类。（5） A类。（6） C类 11、IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最 大好处是什么坏处是什么 答：好处：不检验数据部分会节省时间，从而转发分组更快； 坏处：数据部分若有差错时不能及时发现。 12、当某个

11、路由器发现一 IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢 弃的办法而不是要求源站重传此数据报计算首部检验和为什么不采用 CRC 检验码 答：因为IP首部中的源地址也可能是错误的， 请求错误的源地址重传 数据是没有任何意义的。利用 CRC检验码要消耗较多的路由器系统时间， 不采用CRC可以节省时间。 13、设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如下所示，（除 IP地址外，均用十进制表示）。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检 验和字段的数值（用二进制表示）。 45 0 28 1 0 0 4 17 首部检验和（待计算后写入） .5 1267.9 14、重新计算上题，但使用十六进制运算方法 （

12、每16位二进制数字转 换为4个十六进制数字，再按照十六进制加法规则计算）。比较这两种方法。 答：8B B1 15、什么是最大传送单元MTU它和IP数据报中的哪个字段有关（教 材 123） 答：在IP层的下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，在帧格式 中包括数据字段的最大长度，这便称为最大传送单元 MTU。当一个IP数据 报备封装成数据链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分） 一定不能超过下面的数据链路层的 MTU值。 MTU和IP数据报首部中的“总长度”字段有关。 16、在因特网中将IP数据报分片传输的数据报在最后的目的主机中进 行组装。还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络

13、进行一次组装。试 比较这两种方法的优劣。 答：在目的主机组装而不是在中间的路由器组装是因为： （1）路由器处理数据报更简单些（节省转发时间） （2） 并非所有的数据报片都经过同样的路由器，因此在每个中间的路 由器进行组装就有可能缺少部分数据报片。 （3） 在中间的路由器组装后可能还有再经过另外一个网络，这时又要 把这些数据报进行分片，因此，如果在中间的路由器进行组装就要进 行多次组装。 17、一个3200bit长的TCP报文传到IP层，加上160bit的首部后成 为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。 但第二个局域 网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有 1200bit，因此数

14、据报在路由器 必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据 （这里的 “数据”当然指局域网看见的数据） 答：3200+4X 160=3840 bit 因为第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有 1200bit，即每个IP数据片的数据部分1200-160(bit)，所以IP数据片的 数据部分最大不超过1024bit，由于片偏移是以8字节即64bit为单位的， 这样3200bit的报文要分4个数据片，所以第二个局域网向上传送的比特数 等于(3200+4X 160),共 3840bit。 18、(1)有人认为“ ARP协议向网络层提供了转换地址的服务，因此 ARP应该属于数据

15、链路层。”这种说法为什么是错误的 (2) 试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置 1020分 钟的超时计时器。这个时间设置的太大或太小会有什么问题 (3) 至少举出两种不需要发送ARP请求分组的情况(即不需要请求 将某个目的IP地址解析为相应的硬件地址)。(参考资料131) 答: (1)不能说ARP向网络层提供了服务，仅仅是IP使用了 ARP,ARP 本身属于网络层的一部分。数据链路层使用硬件地址(物理地址)而不使用 IP地址，因此，ARP不在数据链路层。 (2) 当网络中的某个IP地址和硬件地址的映射关系发生变化时，ARP 高速缓存中的相应的项目就要改变。例如：更换以太网网卡就要发

16、生这样的 事件。 超时时间设置的太小就会使 ARP请求和响应分组的通信量太频繁；而 超时时间太长会使更换了新网卡的主机迟迟不能和网络上的其它主机通信。 (3) 在源主机的ARP高速缓存中已经有了该目的IP地址的项目；源 主机发送的是广播分组；源主机和目的主机使用点到点通信 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 答：6次。主机A用一次，每个路由器各用一次。 20、设某路由器建立了如下路由表（这三列分别是目的网络、子网掩 码和下一跳路由器，若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出 去）: 目的网络 子网掩码 下一跳

17、接口 mO 接口 m1 R2 R3 默认 R4 现在共收到5个分组，其目的地址分别是： 试分别计算其下一跳地址。 答：（1）接口 mO;（2）R2（3）R3 （4）R3 （5）R4 （1）分组的目的站IP地址为：分组经接口 mO转发 分组经R2转发。 （经R4转发。 该分组经R3转发。 经R4转发。 21、某单位分配到一个 B类IP地址 还可以用 8 位来表示主机号，即每个网络所连主机数 =28=256250，因 为是B类网络，所以可以用8位来表示子网号，因此共有子网数=28=25616, 能满足实际需求，因此该子网掩码可以使用。 每个地点的 子网号可以是（用二进制表示，此处的子网号远远能够满

18、 足实际需求，所以为了习惯，编号从 1 开始）： 0000 0001 ， 0000 0010， 0000 0011 ， 0000 0100， 0000 0101 ， 0000 0110， 0000 0111 ， 0000 1000 ， 0000 1001 ， 0000 1010， 0000 1011 ， 0000 1100， 0000 1101， 0000 1110， 0000 1111， 0001 0000。 每个地点主机号的最小值是 1，最大值是 250。（因为每个子网内的地 址数也大于实际需求，因此为了习惯，主机号可以从 1 开始，到 250为止， 剩余部分可以留作以后使用） 。 22、

19、一数据报（ IP 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 答：4000字节的 IP 数据报，减去 20字节的固定首部，所含数据长度 是 3980字节。而网络能够传输的最大数据长度为 1 500字节（即数据链路层 的数据帧中包含的数据最大是 1500 字节），该数据长度是数据帧中封装的 IP 数据报的最大长度（含有 IP 数据报的首部，即总长度） 。 通过分析可知，该数据报应该被分为 3 个数据报片，数据字段的长度 分别

20、 为 1480， 1480， 1020 字节。片 偏移量是 ：0， 1480/8=185, （1480+1480）/8=370. MF 字段的值分别是： 1， 1， 0。 23、分两种情况（使用子网掩码和使用 CIDR写出因特网的IP层查 找路由的算法。（参考资料 132） 24、试找出可以产生以下数目的 A类子网的子网掩码（采用连续掩码）。 答：即分别找出一个A类的子网掩码，使其能够分别产生的子网数目 如下： （ 1）255.128.0.0 （ 5）255.254.0.0 （ 6） 25、以下有四个子网掩码，哪些不是推荐使用的为什么 1 作为子网掩码的特点： 由一连串 1加上一连串的 0 组

21、成，因此只有（4） 是推荐使用的。 26、有如下的 4 个/24 地址块，试进行最大的地址聚合。 00. .00000000 答：通过把每个地址块转换成二进制表示可以看出，这四个地址块的 共同的前缀是。 答：把两个CIDR地址块分别转换成二进制表示如下： 11 = ; 00010 000111 ； 可以看出，前一个地址块包含了后一个地址块。 28、已知路由器R1的路由表如下所示: 地址掩码 目的网络地址 下一跳地址 路由器接口 /26 M2 /24 M1 /16 M0 /16 M2 /16 M1 默认 默认 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

22、情况应当指明。（教材380） 答: 29、一个自治系统有5个局域网，其连接图如下，LAN2至 LAN5（教材 380) 答: 30001 011 123 所以该自治系统中的任何一个局域网的地址块的前23位和该自治系 统的地址块的前23位是一样的。 在给自治系统中的LAN分配网络前缀时，应该先给地址数（主机数（含 路由器）较多的网络分配前缀。题目中没有说 LAN1上有几个主机，但是它 至少需要3个地址给3个路由器使用。 LAN3有150个主机加一个路由器地址为151个地址。 LAN2 有91个主机加一个路由器地址为 92个地址。 LAN5 有15个主机加一个路由器地址为16个地址。需要127地址

23、块， 可分配/26地址块。 分配地址块 00 LAN4 有3个主机加一个路由器地址为 4个地址。至少需要/29地址块 LAN1 至少有3个IP地址供路由器用。也分一个/29地址块 按照同样的方法，可以计算出其它几个局域网的网络前缀如下（均有 多种情况）： 局域网 答案1 答案2 LAN1 LAN2 LAN3 24 LAN4 27 LAN5 是局域网上的主机数。试给每个局域网分配一个网络前缀。 答：该题的解析方法同29题。有多种答案。 1100 0001 /24,所以该公司下属的LAN及WAN勺前缀的前24位均是 1100 0001 ,先考虑为需要地址数较多的LAN分配其前缀。 LAN1,主机数

24、50,加上一个路由器，最少需要 51个地址，51表示成 二进制为：51二0011 0011，即最低需要6位二进制来表示，因此LAN1的 网络前缀可以是26位（其中前24位固定为1100 0001，后2位可以是任 意值）表示为/26 LAN3主机数30,加上一个路由器，最少需要 31个地址，31表示成 二进制为：3仁00011111,即最低需要用5位二进制来表示，因此LAN3的 网络前缀可以是 27 位（前 24位固定，后 3位任意），可以表示为 64/27 ； 考虑到以后网络还要增加主机数, 所以可用 6 位二进制来表示地址, 即其网 络前缀可以用 26 位二进制来表示： 按照同样的方法,可以

25、分配给： 后可能还要增加几个主机,故留有 31 、以下哪个地址和 12 匹配说明理由。 .123 （ 2）86. 答：把 12 转换成二进制： 0101 0110. 0010 0001/12, 可以看出第 2 字节的前 4 位在前缀中。给出这四个地址中的第二个字节的前 4位二进制表 示： （1 ）0010 （2） 0100 （3）0011 （ 4）0100 只有（ 1 ）是相匹配的。 32、 （1 ）0/4 （2）32/4 （3）4/6（ 4）80/4 （1）0/4 的二进制表示是： 0000/4 通过类似计算,可以知道, （4） 33、 （1 ）13 （2） 9 （3）12 （4）11 10

26、01 1111 1001 1100 (1) 13的二进制表示是： 1001 1/13 (2) 9的二进制表示是： 1001 9 (3) 12的二进制表示是： 1001 12 (4) 11的二进制表示是： 1001 11 通过分析可知，（4）和这两个地址都匹配。 34、与下列掩码相对应的前缀各有多少位 答：（1）/2（2）、4（3）111 （4）/30 192二11000000 （属于 C 类网络） 240二11110000 =1111 0000 1111 11 00 于多少个C类地址 1000 0000 所以地址掩码是 最大地址是：10001111/20 最小地址是：10000000=1 该地址块中共有212个地址，即4096个地址 该地址块相当于24个C类地址。 答：计算方法和上题相同。 地址掩码是：11111000 共有23个，即8个地址。 相当于1/32个C类地址 步划分为 4 个一样大的子网，试问： （1）每个子网的网络前缀有多长 （2）每个子网中有多少个地址 （3）每个子网的地址块是多少 （4）每个子网可以分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么 答：（1）每个子网的前缀是 28 位。 （2）每个子网中有 24个地址，即每个子网中有 16 个地址。 （3）每个子网的地址块分别是 = 0000/28 。