1计算机网络习题讲解计算机网络习题讲解第一章第一章第一章第一章l基本概念l端到端延迟计算端到端延迟计算2OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型l请从低到高的顺序指出OSI参考模型中的七层,并对其中（任选的）五层的每一层指出一个实际协议的例子。l答：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层（或会晤层）、表示层、应用层物理层：任何一种调制解调体制数据链路层：ALOHA、CSMA或CSMA/CD、TDMA、FDMA、CDMA、FDDI等之一网络层：ARP、IP、ICMP、OSPF、BGP等传输层：TCP、UDP之一会话层：NetBIOS等表示层：XML、HTML、MIME、XDR等应用层：FTP、HTTP、DNS、SMTP、DHCP、 RIP 、ODBC、RPC等3OSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型l从下到上列举OSI7层模型，并概要说明每层的主要功能。物理层：该层包括物理连网媒介，是计算机连网的基础。数据链路层：在不可靠的物理线路上进行可靠的数据传递网络层：实际完成主机到主机的通信服务。（IP、ARP、RARP、ICMP+各种选路协议）传输层：在终端用户之间提供透明的数据传输。（TCP、UDP）会话层：负责在网络中的两节点之间建立和维持通信表示层：为不同终端的上层用户提供数据和信息的格式化方法。（例如加密解密）应用层：负责对软件提供接口以使程序能够使用网络服务（注意不是运行的那些应用程序，而是提供的接口或者服务）4练习练习练习练习l（1）以下功能典型地属于OSI模型的哪一层？介质访问控制(MediumAccessControl)位的差错检测与恢复路由学习分组转发进程-进程之间的可靠传输l(2)以下具体设备或软件工作在OSI模型的哪一层？XML（扩展超标记语言）IP路由器Web服务器JAVARMI（远程方法调用）以太网网卡5数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层传输层表示层应用层应用层端到端延迟计算端到端延迟计算端到端延迟计算端到端延迟计算l考虑两台主机A和B由一条速率为Rbit/s的链路相连。假定这两台主机相隔m米，沿该链路的传播速率为sm/s。主机A向主机B发送长度为L比特的分组。书上课后习题5. P46a.根据m和s表达传播时延dpropb.根据L和R确定分组的传输时延dtransc.忽略处理时延和排队时延，得出端到端时延的表达式d.假定主机A在时刻t=0开始传输该分组，在时刻t=dtrans，该分组的最后一个比特在什么地方？e.假定dprop大于dtrans，在时刻t=dtrans，该分组的第一个比特在何处？f.假定dprop小于dtrans，在时刻t=dtrans，该分组的第一个比特在何处？g.假定s=2.5*108，L=100b，R=28kb/s。求出传播时延等于传输时延的距离m。6la.m/slb.L/Rlc.L/R+m/sld.atthespotofAle.在链路上且距离Adtrans*s米处lf.atthespotofBlg.大约8.9*105米7解答解答解答解答课后习题课后习题课后习题课后习题1818l假定两个主机A和B相隔10000km，由一条直接的R=1Mb/s的链路相连。假定跨越该链路的传播速率是2.5*108m/s。书上课后习题18. P47a.计算“带宽时延”积R*tprop。b.考虑从主机A到主机B发送一个400kb的文件，假定该文件作为一个大报文连续发送。在任何给定时间，在链路上具有的比特数量最大值是多少？c.给出带宽时延的一种解释。d.在该链路上一个比特的宽度（以m计）是多少？它比一个足球场更长吗？e.根据传播速率s，带宽R和链路m的长度，推导出比特宽度的一般表达式。8解答解答解答解答la.“带宽时延”积（1e7/2.5e8）*1e6=40,000bitlb.40000bitlc.一条链路的带宽时延积就是这条链路上具有的比特数的最大值。ld.1e7/4e4=250m,比一个足球场的长度还长。le.s/R9传输层传输层传输层传输层l滑动窗口信道利用率计算滑动窗口信道利用率计算lTCP连接建立、删除连接建立、删除l连接开始到结束的序列号及确认号计算填空连接开始到结束的序列号及确认号计算填空lUDP和和TCP的区别的区别10滑动窗口计算题滑动窗口计算题滑动窗口计算题滑动窗口计算题l卫星信道上数据传输速率为1Mb/s，数据帧长为1000bit，卫星信道的传播时延为270ms，而帧的控制信息、确认帧长及帧处理时间均可忽略不计。当采用下列三种协议时，试计算可能达到的信道利用率是多少？A.stop-and-waitB.Go-Back-N,WT=6,WB=1;C.SelectRepeat,WT=5，WB=511答案：信道利用率=数据发送时间/（数据发送时间+传播时延）1)信道利用率=(1000bit/1Mb/s)/(1000bit/1Mb/s+270ms*2)=0.184842%2)信道利用率=(1000bit/1Mb/s*6)/(1000bit/1Mb/s*6+270ms*2)=1.098901%3)信道利用率=(1000bit/1Mb/s*5)/(1000bit/1Mb/s*5+270ms*2)=0.91743%TCPTCP建立连接建立连接建立连接建立连接l3-way handshakingSYN=1，Seq# = mTCP clientTCP serverSYN=1，Seq#=n, ACK=1, Ack#= m+1ACK=1，Ack#=n+1m：客户端起始序列号，：客户端起始序列号，n：客户端起始序列号：客户端起始序列号TCPTCP删除删除删除删除/ /关闭连接关闭连接关闭连接关闭连接FIN=1 Seq#=MACK=1，Ack#= M+1M=连接关闭前已经被确认收到数据的最后一个字节的序列号加连接关闭前已经被确认收到数据的最后一个字节的序列号加1任何一方任何一方(client or server)都能够发送关闭请求，单向关闭都能够发送关闭请求，单向关闭.TCP TCP 关闭连接具有单向性关闭连接具有单向性关闭连接具有单向性关闭连接具有单向性FIN=1，Seq#=MABACK=1，Ack#= M+1A 到到 B 的连接关闭的连接关闭, 而而B到到A的连接并未关闭仍可继续传输数据的连接并未关闭仍可继续传输数据Stream？TCPTCP整个过程练习整个过程练习整个过程练习整个过程练习SYN=1,序列号序列号= ？ABBase Seq#.=6999 建立连接建立连接 400B readyA到到B的连接关的连接关闭闭SYN=1, Seq#=？, ACK=1，Ack#= ？ACK=1, Ack#=？ Base Seq#=1999 500B Ready ACK=1，Ack#= ？Seq#=？, 500B Seq#= ？, 400B ACK=1, Ack#=？FIN=1，Seq#=？ACK=1，Ack#= ？此时，此时，A还能继续向还能继续向B传输数据吗，反过来呢，为什么传输数据吗，反过来呢，为什么解答解答解答解答SYN=1,序列号序列号= (6999) ABBase Seq#.=6999 建立连接建立连接 400B readyA到到B的连接关的连接关闭闭SYN=1, Seq#=(1999 ), ACK=1，Ack#= (7000)ACK=1, Ack#=(2500) Base Seq#=1999 500B Ready ACK=1，Ack#= (2000)Seq#=(2000), 500B Seq#= (7000), 400B ACK=1, Ack#=(7400)FIN=1，Seq#=(7400)ACK=1，Ack#= (7401)此时，此时，A不能继续向不能继续向B传输数据，反过来可以，因为传输数据，反过来可以，因为TCP关闭连接关闭连接具有单向性，上面只关闭了具有单向性，上面只关闭了A到到B的连接，的连接，B到到A的连接未关闭的连接未关闭关闭连接练习关闭连接练习关闭连接练习关闭连接练习l设TCP客户端当前已被确认的最大序列号是9453,服务器端当前已被确认的最大序列号是65778，画出关闭从服务器端到客户端的TCP连接的过程,并在图上标出正确的序列号和确认号。17l以下是一个TCP传输过程,假设每次接收方都全部接受到达的数据,请正确填写图中括号中的数字。18解答解答解答解答19UDPUDP和和和和TCPTCP比较比较比较比较lUDP和TCP都是因特网传输层协议，它们有哪些重要区别？l答：UDP为无连接传输，TCP为有连接传输；UDP不可靠，TCP可靠；UDP支持广播和组播，TCP对这两者都不能支持；UDP没有流量调节机制，TCP有流量调节机制；UDP面向消息（数据有边界）；TCP面向字节流（数据无边界）。l一个多媒体应用软件需要支持视频流的组播功能，问采用TCP还是UDP实现较为合适？说明理由。l答：采用UDP，因为UDP支持组播但TCP不支持。20网络层网络层网络层网络层lIP地址（地址分类、子网掩码、特殊的地址（地址分类、子网掩码、特殊的IP地址）地址）lIP首部（首部（IHL，totallenth）lIP寻址（根据路由表选路填表题）寻址（根据路由表选路填表题）lIP组网（包括组网（包括IP地址分配、静态路由表生成和路由汇聚）地址分配、静态路由表生成和路由汇聚）lIP 选路选路lIP分片与组装分片与组装l组播与广播异同组播与广播异同21IPIP地址分类地址分类地址分类地址分类l可根据第一个十进制数来判断网络类别lA类：1126，127预留lB类：128191lC类：192223lD类：224239lE类：24025522IPIP地址分类及特殊的地址分类及特殊的地址分类及特殊的地址分类及特殊的IPIP地址地址地址地址lA类地址类地址第1字节为网络地址，其它3个字节为主机地址。地址范围：1.0.0.1-126.255.255.254A类地址中的私有地址和保留地址：10.X.X.X是私有地址（所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）。范围（10.0.0.0-10.255.255.255）127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。lB类地址类地址第1字节和第2字节为网络地址，其它2个字节为主机地址。地址范围：128.0.0.1-191.255.255.254。B类地址的私有地址和保留地址172.16.0.0-172.31.255.255是私有地址169.254.X.X是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器。就会得到其中一个IP。23lC类地址类地址C类地址范围：192.0.0.1-223.255.255.254。C类地址中的私有地址：192.168.X.X是私有地址。(192.168.0.0-192.168.255.255)lD类地址类地址D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前四位固定为1110。D类地址范围：224.0.0.1-239.255.255.254lE类地址类地址E类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前五位固定为11110。E类地址范围：240.0.0.1-255.255.255.25424练习练习练习练习l以下IP地址分别属A、B、C、D哪一类？l12.92.56.7l131.90.7.60l110.70.75.58l205.7.88.21l224.9.8.2925ABACD子网掩码子网掩码子网掩码子网掩码l子网掩码与IP地址做“与”运算得到该IP地址的网络地址。l1.根据子网掩码的长度，计算以下IP地址的子网地址：136.52.121.9/8136.52.121.9/11136.52.121.9/16136.52.121.9/19136.52.121.9/24l2.分别写出用点分十进制记号表示的9位、11位、17位、21位和25位长度的子网掩码.26解答解答解答解答l1.136.52.121.9/8136.0.0.0136.52.121.9/11136.32.0.0136.52.121.9/16136.52.0.0136.52.121.9/19136.52.96.0136.52.121.9/24136.52.121.0l2.255.128.0.0255.224.0.0255.255.128.0255.255.248.0255.255.255.12827IPIP首部首部首部首部lIHL(IPHeaderLength):首部长度,占4bit,可表示最大数是15个单位,一个单位一个单位4个字节个字节，因此首部的最大值是60字节。一般是20字节。lTotallength:总长度，指首部和数据之和的长度，单位是字节，占用16bit,因此数据报的总长度为65535字节，即64KB。28IPIP寻址练习寻址练习寻址练习寻址练习1 1l一个网络见下图,写出路由器R1、R2的路由表(lan1,lan2等是接口的名字；对直接相连的网络,表项中的下一跳IP地址请用”C”标记；不要求写默认路由项)29路由表格式:目标IP地址子网掩码下一跳的IP地址离出接口的名字解答解答解答解答目标IP地址子网掩码下一跳的IP地址离出接口的名字224.20.0.0255.255.0.0CLan1102.204.65.0255.255.255.0CLan2102.204.64.0255.255.255.0102.24.65.9Lan2112.109.25.0255.255.0.0102.24.65.9Lan230目标IP地址子网掩码下一跳的IP地址离出接口的名字224.20.0.0255.255.0.0102.204.65.1vlan160102.204.65.0255.255.255.0CVlan160102.204.64.0255.255.255.0CVlan159112.109.25.0255.255.0.0CVlan2R1的路由表:R2的路由表:IPIP寻址练习寻址练习寻址练习寻址练习2 2l一个路由器R上的路由表如下,试画出该路由器与其邻居路由器的连接关系,并在图上标出各个接口的名字、接口的IP地址、通过每个邻居路由器可到达的目标网络。l注：“下一跳的IP地址”栏的C表示直接相邻。31目标IP地址子网掩码下一跳的IP地址RIP-距离离出接口的名字211.47.45.0255.255.255.0C0lan2192.14.4.0255.255.255.0C0lan159192.14.5.0255.255.255.0C0lan160223.97.46.0255.255.255.0211.47.45.97lan2223.93.79.0255.255.255.0211.47.45.95lan2170.112.0.0255.255.0.0211.47.45.11lan2170.38.0.0255.255.0.0211.47.45.11lan2解答解答解答解答32IPIP寻址练习寻址练习寻址练习寻址练习3 3l（1）什么是分组转发过程中的“最长掩码匹配”规则？l（2）对目标地址分别为224.211.71.0/12、224.211.71.0/24、224.211.71.0/17的三个路由项，在路由表中正确的排列顺序是什么？33答:（1）“最长掩码匹配”规则是指对相同前缀的目标地址，子网掩码越长则越排列在路由表的前面，子网掩码越短则越排列在路由表的后面。（2）正确的（从前向后）顺序是224.211.71.0/24、224.211.71.0/17、224.211.71.0/12。IPIP组网练习组网练习组网练习组网练习1 1l假定一个网络上需要连接最多709台计算机设备。（1）若对其分配VLSM(可变长子网掩码的)IP地址,问子网掩码最长可达多少?简要说明计算过程。地址空间的使用效率（%）是多少？（2）若分配有类型的IP地址,问A、B、C哪一类最合适?简要说明理由。地址空间的使用效率（%）是多少？34解:(1)设k位主机号，由2k-1-270910位）作为主机号。由此，8个子网的IP地址分别是：202.100.0.0/19202.100.32.0/19202.100.64.0/19202.100.96.0/19202.100.128.0/19202.100.160.0/19202.100.192.0/19202.100.224.0/19RoutingintheInternet36/54路由汇聚路由汇聚路由汇聚路由汇聚RoutingprotocolscansummarizeaddressesofseveralnetworksintooneaddressIcanroutetothe172.16.0.0/16network.RoutingTable172.16.0.0/16B BRoutingTable172.16.25.0/24172.16.26.0/24172.16.27.0/24172.16.27.0/24172.16.26.0/24172.16.25.0/24A ARoutingintheInternet37/54（Summarizing within an OctetSummarizing within an Octet）172.16.168.0/24=10101100.00010000.10101000.00000000相同的位数为21（NumberofCommonBits=21）不同位数11位（NoncommonBits=11）汇总：172.16.168.0/21（Summary:172.16.168.0/21）172.16.169.0/24=172.16.10101001.0172.16.170.0/24=172.16.10101010.0172.16.171.0/24=172.16.10101011.0172.16.172.0/24=172.16.10101100.0172.16.173.0/24=172.16.10101101.0172.16.174.0/24=172.16.10101110.0172.16.175.0/24=172.16.10101111.0IP IP 选路选路选路选路l自治系统内部选路：RIP：距离向量路由选择协议,它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。OSPF:链路状态路由选择协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。38练习练习练习练习l以下是RX路由器上的路由表.见表1，其中路由一列中，C代表直连，RA代表通过邻居RA学习到。表1RX的路由表表2收到RB的路由表l某个时刻，邻居RB发来的路由表，见表2，问题（1）请问经过路由更新后，该路由器的路由表变为？请画出最终路由表。问题（2）该路由协议采用RIP协议，请大概解释一下rip协议的工作原理。39目标网络地址 掩码路由RIP距离202.204.65.0255.255.255.0C0202.204.64.0255.255.255.0RA3202.38.70.128255.255.255.192RB3112.38.70.0255.255.255.0RL4199.0.0.0255.0.0.0RB7202.124.254.0255.255.255.0RB5176.20.0.0255.255.0.0RM10目标网络地址掩码RIP距离202.204.65.0255.255.255.01202.204.64.0255.255.255.01202.38.70.128255.255.255.1923117.78.70.0255.255.255.04202.124.254.0255.255.255.05解答解答解答解答目标网络地址 掩码路由RIP距离202.204.65.0255.255.255.0C0202.204.64.0255.255.255.0RB2202.38.70.128255.255.255.192RB4112.38.70.0255.255.255.0RL4199.0.0.0255.0.0.0RB7202.124.254.0255.255.255.0RB6176.20.0.0255.255.0.0RM1040l1l2.RIP工作原理lRIP协议是基于距离向量算法的一种动态路由协议，路由实现时，RIP作为一个系统长驻进程（daemon）而存在于路由器中，负责从网络系统的其它路由器接收路由信息，从而对本地IP层路由表作动态的维护，保证IP层发送报文时选择正确的路由。同时负责广播本路由器的路由信息，通知相邻路由器作相应的修改。RIP协议处于UDP协议的上层，RIP所接收的路由信息都封装在UDP协议的数据报中，所以它是种应用层协议IPIP分片与组装分片与组装分片与组装分片与组装l不同的链路层协议能承载的最大数据量为最大传输单元(MTU)不同，如上图所示。网络层分组在传输的过程中就需要分片。l除了最后一片外所有初始有有效效载载荷荷数数据据的数量应当是8字节的倍数，并且偏移值(offset)应当被规定以8字节块为单位l书上219页例题41hosthostrouterrouterMTU=4000MTU=1500MTU=200042组播和广播异同组播和广播异同组播和广播异同组播和广播异同l组播和广播的相同点和不同点是什么?l答：相同点：一个发送端，多个接收端；不同点：与发送方处于同一网段上的所有计算机都是广播中的接收端；组播中的接收端只能是与发送方处于同一组群内的计算机。43数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层lARP原理原理lCSMA/CD的原理和应用的原理和应用l差错检测和纠错差错检测和纠错lMAC地址和地址和IP地址的区别地址的区别44ARPARP原理原理原理原理l1.说明ARP协议的主要功能，并简述其工作过程.ARP协议的主要功能是将32位IP地址转换为48位物理地址。工作过程：首先每台主机都会在缓冲区建立一个ARP列表，以表示IP与MAC的对应关系。当有数据包发送时，会先检查ARP列表中是否存在该IP对应的MAC地址，如果有，则直接将包发送到这个MAC地址，如果没有，就向本地网段发起一个ARP请求的广播包，网络中所有主机收到这个ARP包后，会先检查自己的IP是否与包中的IP地址一致，如果不一致则忽略，如果一致，则将发送端的MAC地址和IP地址添加到自己的ARP列表中（已存在的则覆盖），然后向发送端发送一个响应包，发送方收到该响应包后将接收方的IP与MAC添加到自己的ARP列表中。然后开始数据的传输。45ARPARP原理原理原理原理l2.在什么情况下,一个主机在发送一个IP分组前不需要检索其ARP缓存或使用ARP?答：广播或组播。l3.ARP缓存用来提高ARP的效率，请问为什么强制ARP缓存的表项寿命有限？答：ARP缓存表项表示MAC地址-IP地址对应关系,但这种对应关系可以发生变化,(例如更换网卡),因此必须强制ARP缓存的表项寿命有限。46CSMA/CDCSMA/CD的原理和应用的原理和应用的原理和应用的原理和应用l说明局域网的介质访问控制协议的主要目的，并概述CSMA/CD协议的工作过程。主要目的是：提供寻址及媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通讯而不互相冲突工作过程：CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）在发送帧的同时对信道进行侦听，以确定是否发生冲突，若在发送数据过程中检测到了冲突，则发送阻塞信息并立即停止发送数据，然后等待随机时间再次发送47差错检测和纠错差错检测和纠错差错检测和纠错差错检测和纠错l1.假设分组的信息内容是比特模式1010101010101011，并且使用了偶校验方案。在二维奇偶校验情况下，该检查和字段的值是什么？你的答案应该使用最小长度检查和字段。课后习题1l2.利用CRC校验法计算：假设D的值为10101010，生成多项式G的值为1001。求出R的值是什么？课后习题548解答解答解答解答l1.最右面的一列和最下面的一行是校验比特。所以该检查和字段的值为00010001l2.如果我们用10101010000除以1001，我们可以得到10111101，余数是101，即R=101。49MACMAC地址和地址和地址和地址和IPIP地址区别地址区别地址区别地址区别lMAC地址和IP地址有什么本质区别？l答：MAC地址是数据链路层地址，IP地址是网络层地址；MAC地址没有结构性涵义，IP地址有结构性涵义，表示计算机与网络之间的连接关系。50物理层物理层物理层物理层lNyquist公式公式lShannon公式公式lNyquist公式和公式和Shannon公式对比公式对比51NyquistNyquist公式公式公式公式lNyquist公式：用于无噪声理想低通信道。（奈奎斯特公式）lNyquist公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。l例，话音级线路的带宽约为3.1kHz，根据上式计算的信道最大数据传输率如下表所示52C = 2W log2 MC=该信道最大数据传输率，单位b/sW=带宽，单位HzM=信号编码级数M最大数据率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s53ShannonShannon公式公式公式公式lShannon公式：用于有噪声干扰信道l（香农公式）l例 ： 信 道 带 宽 W=3.1kHz， S/N=2000， 则 C = 3100log2（1+2000）34kb/s，即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。l注意：信噪比的单位也可用分贝(dB)表示：S/NdB=10log10S/N所以，若S/NdB=30dB，则S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）C:传输率，单位b/sW:带宽，单位HzS/N:信噪比54NyquistNyquist公式和公式和公式和公式和ShannonShannon公式公式公式公式lC=2Wlog2M用于理想信道（这样的信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。lC=Wlog2（1+S/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。