04741计算机网络原理李全龙计算机网络原理,课后习题第一章

《计算机网络原理》（李全龙著）课后习题解析：第一章引言《计算机网络原理》作为计算机科学与技术领域的核心课程，其第一章通常致力于构建学科的基础框架，引领读者迈入计算机网络的世界。李全龙教授的教材在阐述基本概念、原理与体系结构方面往往条理清晰，深入浅出。课后习题则是检验学习效果、巩固知识要点、启发深入思考的关键环节。本章习题解析旨在辅助读者更好地理解第一章的核心内容，掌握基本概念，并能够运用所学知识分析和解决简单的网络问题。第一章核心知识点回顾在深入习题之前，我们简要回顾一下本章可能涵盖的核心知识点，这对于高效解答习题至关重要：1.计算机网络的定义与基本特征：理解计算机网络是地理上分散的多台自主计算机系统通过通信设备和线路互连起来，在功能完善的网络软件（尤其是网络操作系统）的管理和控制下，实现资源共享和信息传递的系统。其基本特征包括资源共享、数据通信、分布式处理、提高可靠性等。2.计算机网络的发展历程：从早期的面向终端的网络、ARPANET的诞生与发展，到分组交换技术的成熟，再到Internet的普及与下一代网络的探索，了解这一历程有助于把握技术演进的脉络。3.计算机网络的分类：*按地理范围：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、个人区域网（PAN）等。*按拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、网状型等，理解不同拓扑的优缺点及适用场景。*按传输技术：广播式网络与点对点网络。*按服务方式：客户机/服务器（C/S）模式、对等（P2P）模式。4.计算机网络的主要功能：数据通信（核心功能）、资源共享（硬件、软件、数据）、分布式处理、负载均衡与容错。5.计算机网络的主要性能指标：带宽（Bandwidth）、吞吐量（Throughput）、时延（Delay/Latency，包括发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）、时延带宽积、往返时间（RTT）、丢包率等，理解这些指标的含义及其对网络性能的影响。6.网络协议的三要素：语法（数据与控制信息的结构或格式）、语义（需要发出何种控制信息，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）。7.计算机网络体系结构：*OSI七层模型：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。理解各层的主要功能、服务与协议。*TCP/IP四层/五层模型：网络接口层（或物理层与数据链路层）、网际层（IP层）、运输层（TCP/UDP层）、应用层。掌握其与OSI模型的对应关系及主要特点。*协议栈的概念，以及分层思想带来的好处（如各层独立、易于实现和维护、有利于标准化）。课后习题解析（注：由于未能直接获取李全龙教授《计算机网络原理》教材第一章课后习题的具体内容，以下将基于上述核心知识点，模拟若干典型习题类型，并进行解析。实际解题时，请读者对照教材原题进行针对性思考。）类型一：基本概念辨析与理解题习题示例1：请简述计算机网络的定义，并说明其最基本的两个功能。解答思路：此类型题目主要考察对核心概念的记忆与准确表述能力。计算机网络的定义应突出“自主计算机”、“互连”、“通信协议”、“资源共享”和“信息传递”等关键词。最基本的功能通常认为是数据通信（实现联网计算机之间的信息传输与交换）和资源共享（包括硬件资源、软件资源和数据资源的共享）。习题示例2：什么是网络协议？它包含哪三个基本要素？请分别解释其含义。解答思路：网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。其三个基本要素是：1.语法（Syntax）：指数据与控制信息的结构或格式，即“怎么说”。例如，一个数据帧的各个字段如何排列，每个字段的长度等。2.语义（Semantics）：指需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应，即“说什么”。例如，在何种条件下发送确认帧，出现错误时应如何处理。3.同步（Synchronization）：也称为时序，指事件实现顺序的详细说明，即“何时说”。例如，数据发送的先后顺序，速率匹配等。类型二：网络分类与拓扑结构分析题习题示例3：试比较局域网（LAN）和广域网（WAN）的主要区别。解答思路：比较题应从多个维度进行分析，条理清晰。LAN和WAN的主要区别包括：*覆盖范围：LAN通常覆盖较小的地理范围（如一栋楼、一个校园），WAN则覆盖广阔的地理范围（如一个国家、一个洲甚至全球）。*传输速率：LAN的传输速率通常较高（如百兆、千兆乃至更高），WAN的传输速率相对较低（受技术和成本限制）。*拓扑结构：LAN常用总线型、星型、环型等拓扑；WAN由于地理跨度大，多采用网状拓扑。*ownership：LAN多为一个组织或单位拥有和管理；WAN通常由多个服务提供商（ISP）建设和运营，用户通过租用线路接入。*通信介质：LAN常使用双绞线、同轴电缆、光纤等有线介质，或无线局域网技术；WAN则可能使用光纤、微波、卫星等多种传输介质。*核心技术：LAN侧重于共享信道技术（如以太网的CSMA/CD）；WAN则依赖于复杂的路由选择和交换技术。习题示例4：简述星型拓扑结构的优缺点。解答思路：分析拓扑结构需从可靠性、成本、易维护性、扩展性、传输延迟等方面考虑。星型拓扑的优点：1.易于安装和配置：每个节点只需连接到中心节点，布线简单。2.易于维护和故障诊断：单个节点故障不会影响全网，故障点定位容易，只需检查该节点与中心节点的连接。3.中央节点可方便地对各个节点进行管理和控制。缺点：1.中心节点依赖性强：中心节点一旦发生故障，整个网络将瘫痪，是网络的单一故障点。2.成本较高：需要大量的线缆连接到中心节点，并且中心节点通常需要高性能的设备（如交换机、集线器）。3.（对于使用共享式集线器的星型以太网）存在冲突问题，带宽利用率可能不高。类型三：网络性能指标计算题习题示例5：假设在某段链路上，发送方发送一个长度为L比特的数据帧，链路的传输速率为Rbps。信号在链路上的传播速率为vm/s，链路的物理长度为d米。试计算：（1）该数据帧的发送时延（传输时延）。（2）该数据帧的传播时延。（3）若L=1000比特，R=1Mbps，v=2x10^8m/s，d=1000公里，分别计算上述两个时延并比较大小。解答思路：此类型题目考察对基本性能指标计算公式的掌握和应用能力。（1）发送时延（TransmissionDelay）：是主机或路由器将数据帧发送到传输介质所需要的时间。计算公式：发送时延=数据帧长度（L比特）/传输速率（R比特/秒）=L/R。（2）传播时延（PropagationDelay）：是电磁波在信道中传播一定距离所需要的时间。计算公式：传播时延=信道长度（d米）/电磁波在信道上的传播速率（v米/秒）=d/v。（3）代入数据计算：L=1000bit,R=1Mbps=1x10^6bps,d=1000km=1x10^6m,v=2x10^8m/s。发送时延=1000/(1x10^6)=0.001秒=1毫秒。传播时延=(1x10^6)/(2x10^8)=0.005秒=5毫秒。比较：在此例中，传播时延（5ms）大于发送时延（1ms）。*注意*：发送时延与数据帧长度和传输速率相关，而传播时延与链路长度和信号传播速度相关。在不同的参数配置下，两者的大小关系可能发生变化。类型四：体系结构与协议分层题习题示例6：OSI七层模型和TCP/IP四层（或五层）模型是网络体系结构的两种重要参考模型。请简述OSI七层模型从上到下各层的名称，并说明运输层的主要功能。解答思路：体系结构是网络的骨架，必须牢记各层名称和核心功能。OSI七层模型从上到下依次为：7.应用层（ApplicationLayer）6.表示层（PresentationLayer）5.会话层（SessionLayer）4.运输层（TransportLayer）3.网络层（NetworkLayer）2.数据链路层（DataLinkLayer）1.物理层（PhysicalLayer）运输层的主要功能包括：1.提供端到端（进程到进程）的逻辑通信：屏蔽了下面各层（主要是网络层）的差异，使应用进程感觉不到通信子网的存在。2.复用与分用：复用是指多个应用进程可以同时使用下面运输层的服务；分用是指将运输层收到的信息正确交付给上层对应的应用进程。3.差错控制：提供检错和纠错机制，保证数据传输的可靠性。4.流量控制：控制发送方的发送速率，使其不超过接收方的接收能力，防止接收方缓冲区溢出。5.拥塞控制：当网络出现拥塞时，运输层应能采取措施缓解网络拥塞，避免吞吐量下降和时延增加。6.提供不同服务质量（QoS）的服务：如TCP提供面向连接的、可靠的、有序的、字节流服务；UDP提供无连接的、不可靠的服务。习题示例7：简述网络协议分层的主要优点。解答思路：协议分层是计算机网络领域的重要思想方法。网络协议分层的主要优点包括：1.各层之间相互独立：高层只需知道低层通过接口提供的服务，而无需了解低层的具体实现细节。2.灵活性好：当某一层的实现需要变化时，只要保持其接口定义不变，其他层不受影响。例如，更换物理层的传输介质。3.结构上可分割开：每层可以选择最合适的技术实现，也便于模块化设计和开发。4.易于实现和维护：庞大而复杂的系统被分解为若干相对独立的子系统，使实现和调试变得容易。5.有利于标准化工作：每一层的功能和服务都有明确的定义，便于制定相应的标准。总结与学习建议第一章的习题通常以概念理解和基本原理应用为主，难度相对较低，但却是后续学习的基石。在解答过程中，建议：1.回归教材：习题是对教材内容的延伸和检验，遇到不确定的知识点应及时查阅教材相关章节。2.勤于思考：不仅要知其然，更要知其