分组交换最主要的特点就是采用存储转发技术；将要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。分组又称为“包”，是在互联网中传送的数据单元。正是由于分组的首部包含了目的地址、源地址等重要控制信息，每一个分组才能在互联网中独立的选择传输路径；路由器是用来转发分组的，每收到一个分组，先临时存储下来，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，把这个分组转交给下一个路由器。这样一步步的经过若干个或几十个不同的路由器，以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机，最后在目的主机完成分组重组，还原为原始报文。

2 互联网的两大组成部分的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？

正确答案：

（1）边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。

（2）核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的。

（3）在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户—服务器方式（C/S方式）和队等方式（p2p方式）。核心部分的工作方式也有两种：一种是路由器转发分组，另一种是路由器之间不断地交换路由信息。

3 协议和服务有什么区别？有何关系？

正确答案：

（1）协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。
（2）协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。

4 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？

正确答案：

网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：

（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式。

（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。

5 有一个点对点链路,长度为20000km。数据的发送速率是1kbit/s,要发送的数据有100bit。数据在此链路上的传播速度为2×10^8m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特,试画出我们看到的线路上的比特(画两个图,一个在100bit刚刚发送完时,另一个是再经过0.05s后)。

正确答案：

（1）发送时延：100bit/1kbit/s=0.1s 传播时延：20000km/2×10^8m/s =0.1s，于是可得到结论：将100bit发送完毕，则第一个比特刚好到达终点。

（2）再经过0.05s时，由于传播时延为0.1s，于是正好过了一半传播时延，即有50bit到达终点。

6 有一个点对点链路,长度为20000km。数据的发送速率是1Mbit/s,要发送的数据有100bit。数据在此链路上的传播速度为2×10^8m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特,试画出我们看到的线路上的比特(画两个图,一个在100bit刚刚发送完时,另一个是再经过0.05s后)。

正确答案：

（1）发送时延：100bit/1Mbit/s=10^(-4)s 传播时延：20000km/2×10^8m/s =0.1s，(10^(-4)/0.1s=1/1000，20000km×1/1000=20km，于是可得到结论：将100bit发送完毕时，则第一个比特只传输了20km。

（2）再经过0.05s时，由于传播时延为0.1s，正好过了一半传播时延，于是最后一个比特正好直到链路中间，即10000km处。

7 以1 Gbit/s的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时,一个比特的宽度分别是多少?

正确答案：

距离：1 bit × 2 × 10^8 m/s(在光纤中的速率)/ 1 Gbit/s = 0.2 m＝20cm

时间：1 bit / 1 Gbit/s = 10^(- 9) s＝1ns

8 在OSI/RM模型中，各层都有差错控制过程，指出以下每种差错发生在OSI/RM的哪些层中？

（１）噪声使传输链路上的一个０变成１或一个１变成０。

（２）一个分组被传输到错误的目的站。

（３）收到一个序号错误的帧。

（４）一台打印机正在打印，突然收到一个错误指令要打印头回到本行的开始位置。

正确答案：

（１）物理层。（２）网络层。（３）数据链路层。（４）应用层。

三.名词解释

1 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。

正确答案：

（1）协议栈：由于计算机网络的体系结构采用了分层结构，这些一层层的协议画起来很像堆栈的结构。

（2）实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

（3）对等层：在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层。

（4）协议数据单元：通常记为PDU，对等层实体进行信息交换的数据单位。

（5）服务访问点：通常记为SAP，在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，它是一个抽象的概念，它实体上就是一个逻辑接口。

（6）客户：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务请求方。

（7）服务器：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务提供方。

（8）客户-服务器方式：这种方式所描述的是进程之间服务的请求方和服务的提供方的关系。

四.计算题

1 收发两端之间的传输距离为1000KM，信息在媒体上的传播速率为2×10^8m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

（1）数据长度为10^7bit,数据发送速率为100kb/s。

（2）数据长度为10^3bit,数据发送速率为1Gb/s。

从上面的计算中可以得到什么样的结论?

正确答案：

（1）发送时延：ts=10^7bit /（100kb/s）=100s

传播时延：tp=1000KM /（2×10^8m/s）=0.005s

发送时延远大于传播时延。

（2）发送时延：ts=10^3bit /（1Gb/s）=1µs

传播时延：tp=1000KM /（2×10^8m/s）=0.005s

发送时延远小于传播时延。

结论：若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高，则传播时延又可能是总时延中的主要成分。

第一题发送时延远远大于传播时延，发送时延决定了总时延的数值

第二题发送时延远远小于传播时延，传播时延决定了总时延的数值

2 长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据(即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销)。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？

正确答案：

(1)100/(100+20+20+18)=63.3%

(2)1000/(1000+20+20+18)=94.5%

3 有一个点对点链路，长度为50km。若数据在此链路上的传播速度为2×10^8m/s，试问链路的带宽为多少才能使传播时延和发送100字节的分组的发送时延一样大？如果发送的是512字节长度的分组，结果又应如何？

正确答案：

分析：传播时延=信道长度/传播速率=50*10^3/(2x108)=0.00025=2.5x10^(-4)s

发送时延=数据长度/发送速率

带宽（某信道能通过的最高数据率）bit/s

解答：

传播时延 = 50 × 10^3 m / (2 × 10^8) m/s = 2.5 × 10^(-4) s

100字节时带宽 = 100 字节/ 2.5 × 10^(-4) s = 字节/s = 3.2 Mbit/s

512字节时带宽 =512 字节/ 2.5 × 10^(-4) s = 2.048 字节/s = 16.384 Mbit/s

4 假定网络的利用率达到了90%，试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？

正确答案：

利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几百的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。这是因为，根据排队的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。当网络的通信量很少时，网络产生的时延并不大。但在网络通信量不断增大的情况下，由于分组在网络结点（路由器或结点交换机）进行处理时需要排队等候，因此网络引起的时延就会增大。如果令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么适当的假定条件下，可以用下面的简单公式来表示D，D0和利用率U之间的关系:
$D = D 0 / (1 - U)$
于是：D＝D0/(1-U)=D0/(1-90%)=10D0

5 假定要在网络上传送1.5MB的文件。设分组长度为1KB，往返时间RTT=80ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间，这时间是2×RTT=160ms。试计算在以下几种情况下接收方收完该文件的最后一个比特所需的时间。

（1）数据发送速率为10Mb/s，数据分组可以连续发送。

（2）数据发送速率为10Mb/s，但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能再发送一个分组。

（3）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但规定在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。

（4）数据发送速率极快，可以不考虑发送数据所需的时间。但在第一个RTT往返时间内只能发送一个分组，在第二个RTT内可发送两个分组，在第三个RTT内可发送四个分组（即2^(3-1)=22=4个分组）。

正确答案：

题目的已知条件中的M=2^{20=1048576，K=2}10=1024。

（1）发送这些比特所需时间=1.5×2^20 ×8bit/（10×10^6bit/s）=1.258s。

最后一个分组的传播时间还需要0.5×RTT=40ms。

总共需要的时间=2×RTT+1.258+0.5×RTT=0.16+1.258+0.04=1.458s。

（2）需要划分的分组数=1.5MB/1KB=1536。

从第一个分组到达直到最后一个分组到达要经历1535×RTT=1535×0.08=122.8s。

总共需要的时间=1.458+122.8=124.258s。

（3）在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。1536个分组，需要76个RTT，76个RTT可以发送76×20=1520个分组，最后剩下16个分组，一次发送完。但最后一次发送的分组到达接收方也需要0.5×RTT。

因此，总共需要的时间=76.5×RTT+2×RTT=6.12+0.16=6.28s。

（4）在两个RTT后就开始传送数据。

经过n个RTT后就发送了1+2+4+…+2n=2^n-1个分组。

若n=10，那么只发送了2^10-1=1023个分组。可见10个RTT不够。

若n=11，那么只发送了2^11-1=2047个分组。可见11个RTT足够了。

这样，考虑到建立TCP连接的时间和最后的分组传送到终点需要的时间，现在总共需要的时间=（2+10+0.5）×RTT=12.5×0.08=1s。

第二章物理层

一、简答题

1 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？

正确答案：

（1）物理层要解决的问题是如何能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，尽可能地屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异

（2）物理层的主要特点包括：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。

2 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些内容？

正确答案：

物理接口协议中的物理接口有4个特性，分别是机械特性、电气特性、功能特性与过程特性。

（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

（3）功能特性，指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。

（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

3 数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？得农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/秒”和“码元/秒”有什么区别？

正确答案：

（1）码元传输速率受奈氏准则的限制，信息传输速率受香农公式的限制；

（2）信噪比不能任意提高；

（3）香农公式在数据通信中的意义是：只要信息传输速率低于信道的极限传信率，就可实现无差传输；

（4）比特/s是信息传输速率的单位码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。一个码元不一定对应于一个比特。

4 假定有一种双绞线的衰减是0.7dB/km（在1kHz），若容许有20dB的衰减，试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长？如果要使这种双绞线的工作距离增大到100公里，问应该使衰减降低到多少？

正确答案：

（1）使用这种双绞线的链路的工作距离为=20/0.7=28.6km；

（2）衰减应降低到20/100=0.2db。

5 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

正确答案：

（1）为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。

（2）频分多路复用、时分多路复用、统计时分多路复用、码分多路复用、波分多路复用。

6 试写出下列英文缩写的全文，并做简单的解释。

FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM，CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48。

正确答案：

（1）FDM（frequency division multiplexing）频分复用：给每个信号分配唯一的载波频率并通过单一媒体来传输多个独立信号的方法。组合多个信号的硬件称为复用器；分离这些信号的硬件称为分用器。

（2）TDM（Time Division Multiplexing）时分复用：把多个信号复用到单个硬件传输信道，它允许每个信号在一个很短的时间使用信道，接着再让下一个信号使用。

（3）STDM（Statistic Time Division Multiplexing）统计时分复用：是一种改进的时分复用，它能明显提高信道的利用率。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。

（4）WDM（Wave Division Multiplexing）波分复用：就是光的频分复用。

（5）DWDM（Dense Wave Division Multiplexing）密集波分复用：可以把几十路甚至一百多路的光载波信号复用到一根光纤中来传输。

（6）CDMA（Code Wave Division Multiplexing）码分多址：即码分复用。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

（7）SONET（ynchronous Optical NetworkS）同步光纤网：一种数字传输标准。整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

（8）SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字系列：以美国标准SONET为基础制定出的国际标准。

（9）STM-1（Synchronous Transfer Module）第1级同步传递模块：通过光纤传输数据的一系列标准。

（10）OC-48（Optical Carrier）第48级光载波：OC就是光载波，48就是48倍的OC-1速率。

7 共有4个站进行码分多址CDMA通信。4个站的码片序列为：

$B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）\\ C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1） D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）$

现收到这样的码片序列
$S ：（－ 1 ＋ 1 － 3 ＋ 1 － 1 － 3 ＋ 1 ＋ 1 ）。$
问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？

正确答案：

S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1， A发送1

S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0

S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0， C无发送

S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1， D发送1

二.计算题

1 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（bit/s）？

正确答案：

16＝2^4

根据奈氏准则：
$C=R*log2（16）=R*log2(2^4)=20000b/s*4=80000b/s$

2 假定要用3kHz带宽的电话信道传送64kbit/s的数据（无差错传输），试问这个信道应该具有多高的信噪比（分别用比值和分贝来表示）？这个结果说明什么问题？

正确答案：

（1）根据香农公式
$C = W l o g 2 （ 1 + S / N ）$
由于
$W ＝ 3 k H z$
C为64kbit/s，即
$3 k H z l o g 2 （ 1 + S / N ）＝ 64 k b i t / s$
于是得
$S/N＝2^(64/3)－1＝2642199$
再由
$信噪比＝ 10 * l o g 10 （ S / N ）＝ 64.219$
得出dB，所以信噪比为64.2dB。

（2）这个结果说明此信道的信噪比很高。

3 用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kbit/s，那么若想使得最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/Ny应增大到多少倍？如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大10倍，问最大信息传输速率能否再增加20%？

正确答案：

（1）根据香农公式
$C = W l o g 2 (1 + S / N) b / s$

可得：
$$
SN1=2* （C1/W）-1=2*（35000/3100）-1\

SN2=2* （C2/W）-1=2*（1.6C1/W）-1=2（1.6*35000/3100）-1
$$
SN2/SN1=100 ，于是有信噪比应增大到约100倍。

（2）
$C 3 = W l o n g 2 （ 1 + S N 3 ） = W l o g 2 （ 1 + 10 * S N 2 ）$
C3/C2=18.5%

如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍，最大信息通率只能再增加18.5%左右。

4 试计算工作在1200nm到1400nm之间经及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度。假设光在光纤中的传播速率为2×10^8m/s。

正确答案：

（1）1200nm到1400nm:

$$
1/(1200nm/2*10^8)=166.67THz\

1/(1400nm/2*10^8)=142.86THz
$$
带宽：166.67-142.86=23.81THz

（2）1400nm到1600nm:

$$
1/(1400nm/2*10^8)=142.86THz\

1/(1600nm/2*10^8)=125THz
$$
带宽：142.86-125=17.86THz

第三章数据链路层

一、选择题

1 在CSMA/CD协议中，下列指标与碰撞时间没有关系的是（）。

A、检测一次碰撞所需要的最长时间

B、最短帧长度

C、最大帧长度

D、帧碎片长度

正确答案： C

答案解析：

检测一次碰撞所需要的最长时间大约为信号的往返传播时延，所以Ａ相关；帧需要有一个最短帧长度以保证帧在发送时间内能够检测到碰撞，所以Ｂ相关；帧碎片由于碰撞产生，碎片长度与碰撞发生的时间相关。

2 以太网交换机根据（）转发数据包。

A、ＩＰ地址

B、ＭＡＣ地址

C、ＬＬＣ地址

D、ＰＯＲＴ地址

正确答案： B

3 通过交换机连接的一组工作站（）。

正确答案： B4

4 100Mb/s交换式以太网的全双工端口带宽为（）Ｍb/s。

A、 200

B、 100

C、 150

D、 400

正确答案： A

二.简答题

1 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。

正确答案：

（1）链路控制的主要功能有：链路管理、封装成帧；透明传输；流量控制、差错检测、寻址等。

（2）可靠的链路层的优点：可以使网络中的某个结点及早发现传输中出了差错，因而可以通过数据链路层的重传来纠正这个差错。对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损。缺点：有时高层协议使用的是不可靠的传输协议UDP。UDP并不要求重传有差错的数据，在这种情况下，如果做成可靠地数据链路层，那么并不会带来更多的好处。反而会增大资源开销，影响传输效率。

2 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?

正确答案：

（1）网络适配器（即网卡）用来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件。能进行数据的串并转换，有存储芯片，能实现以太网协议。

（2）网络适配器工作在OSI/RM体系结构的数据链路层和物理层，TCP/IP体系结构的网络接口层。

3 如果在数据链路层不进行封装成帧，会发生什么问题？

正确答案：

如果在数据链路层不进行封装成帧，那么数据链路层在收到一些数据时，就无法知道对方传送的数据中哪些是数据，哪些是信息，甚至数据中有没有差错也不清楚（因为无法进行差错检测）。数据链路层也无法知道数据传送结束了没有，因此不知道应当什么时候把收到的数据交给上一层。

4 .PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

正确答案：

（1）011011111011111000（其中带下划线的0为填充的）；

（2）000111011111－11111－110（其中连字符表示删除了0）。

5 数据链路层的三个基本问题（封装成帧、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？

正确答案：

封装成帧是分组交换的必然要求；透明传输是避免二进制比特流中出现与帧定界符相同的模式，使得节点错误识别帧；差错检测是为了避免接收到错误的信息和防止信道中出现的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源。

6 一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？

正确答案：

分析：PPP协议的帧定界符为01111110（十六进制为7E），转换原则：（1）当信息中出现每一个7E字节转变为2字节序列（7D，5E）；（2）当信息中出现每一个7D字节转变为2字节序列（7D，5D）。所以本题中的真正数据为去掉转义字符后的数据。题目中的转义字符有：（7D 5E）＝7E FE 27 （7D 5D）＝7D （7D 5D）＝7D 65 （7D 5E）＝7E

所以结果为：7E FE 27 7D 7D 65 7E

7 局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？

正确答案：

（1）局域网的主要特点有：局域网共享传输信道，通常网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。

（2）在局域网中各站点通常进行一对多访问，随机使用信道，共享通信媒体，采用广播通信方式是最合适的，且局域网中站点较少，带宽相对较大，也适宜于广播信道方式通信。而广域网中用户数量较多，若采用广播通信，会造成广播风暴，降低网络性能，甚至使得整个网络无法使用。

8 数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？

正确答案：

码元传输速率就是波特率，以太网使用曼彻斯特编码，这意味着发送的每一位都有两个信号周期。所以数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是20M码元/秒。

9 试说明10BASE－T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

正确答案：

“10”：10Mbps；

“BASE”：电缆上的信号民基带信号；

“T”：代表双绞线星形网。

10 以太网使用CSMA/CD 协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？

正确答案：

传统的时分复用TDM是静态时隙分配，均匀高负荷时信道利用率高，低负荷或负荷不均匀时资源浪费较大。CSMA/CD协议采用“先听后说，边说边听”机制，在网络负荷较轻时，协议灵活，利用率高；在网络负荷很重时，冲突加剧，效率下降。

11 10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s、1Gbit/s和10Gbit/s时，都需要解决哪些技术问题？为什么以太网能够在发展过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？

正确答案：

（1）升级时要解决的技术问题有：使参数α（α＝τ/T0，其中τ是以太网单程端到端时延，T0是帧的发送时延）保持较小的数值，可以通过减小最大电缆长度或增大帧的最小长度来实现。

（2）在100Mbit/s的以太网中采用最短帧长64字节不变，将一个网段的最大电缆长度减小到100m，帧间间隔从9.6微秒改为0.96微秒；1Gbit/s以太网保持网段最大长度为100m，但采用“载波延伸”的方法，使最短帧长仍为64字节，同时将争用时间增大为512字节，并降低“分组突发”开销；10Gbit/s以太网的帧格式与前面几种完全相同，并保留了标准规定的以太网最小帧长和最大帧长，但采用光纤作为传输媒体。通过技术创新，采用专用的交换集线器，缩小冲突域，发送、接收和冲突检测传输线路独立，降低对媒体带宽的要求，采用新的信号编码技术等，以便能够工作在城域网和广域网。

12 某学院的以太网交换机有三个接口分别和A、B、C学院三个系的以太网相连，另外三个接口分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接互联网的路由器相连。A、B、C都是100Mbit/s以太网交换机。假定所有的链路的速率都是100Mbit/s，并且A、B、C中的9台主机（每个3台主机）中的任何一个都可以和任何一个服务器或主机通信。试计算这9台主机和两个服务器产生的总的吞吐量的最大值。为什么？（说明：A、B、C是以太网交换机接入。）

正确答案：

因为每台主机独占100Mbit/s的带宽，9台共900Mbit/s，又两台服务器各自独占100Mbit/s，共200Mbit/s，所发这里的9台主机和两个服务器都工作时的总吞吐量是900+200=1100Mbit/s。因为三个系各有一台主机分别访问两个服务器和通过路由器上网。其他主机在系内通信。

13 某学院的以太网交换机有三个接口分别和A、B、C学院三个系的以太网相连，另外三个接口分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接互联网的路由器相连。A、B、C都是100Mbit/s以太网集线器。假定所有的链路的速率都是100Mbit/s，并且A、B、C中的9台主机（每个3台主机）中的任何一个都可以和任何一个服务器或主机通信。试计算这9台主机和两个服务器产生的总的吞吐量的最大值。为什么？（说明：A、B、C是以太网集线器接入。）

正确答案：

500Mbit/s。因为两台服务器各自独占100Mbit/s，共200Mbit/s，每个系是一个碰撞域，共享100Mbit/s，三个系共300Mbit/s。

14 以太网交换机有6个接口，分别接到5台主机和一个路由器（其中A接到1号接口，D接到4号接口，E接到5号接口）。在下面表中的“动作”栏中，表示先后发送了4个帧。假定在开始时，以太网交换机的交换表是空的。试把该表中其他的栏目都填写完。

动作	交换表的状态	向哪些接口转发帧	说明
A发送帧给D
D发送帧给A
E发送帧给A
A发送帧给E

正确答案：

动作	交换表的状态	向哪些接口转发帧	说明
A发送帧给D	写入（A，1）	所有的接口	开始时交换表是空的，交换机不知道应向何接口转发帧
D发送帧给A	写入（D，4）	A	交换机已知道A连接在接口1
E发送帧给A	写入（E，5）	A	交换机已知道A连接在接口1
A发送帧给E	不变	E	交换机已知道E连接在接口5

15 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中，某个站点在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r=100。试问这个站点需要等待多长时间才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？

正确答案：

（1）对于10Mb/s的以太网，其争用期定义为51.2μs，要退避100个争用期，等待时间为51.2μs×100=5210μs=5.12ms。

（2）对于100Mb/s的以太网，其争用期定义为5.12μs，要退避100个争用期，等待时间为5.12μs×100=512μs。

三.计算题

1 假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

正确答案：

1km长的CSMA/CD网络的端到端传播时延τ=1/200000=5µs，2τ=10µs。在此时间内要发送（1Gbit/s）×10µs=10000bit。

只有经过这样一段时间后，发送端才能收到碰撞的信息，也才能检测到碰撞的发生。因此，最短帧是10000 bit位或1250字节。

2 要发送的数据为101110。采用CRC的生成多项式为

$P（X）＝X^3+1$

试求应添加在数据后面的余数。

正确答案：

作二进制除法101110000÷1001得到余数011，于是添加在数据后面的余数为011。

3 有10个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

（1）10个站都连接到一个10Mbit/s以太网集线器；

（2）10个站都连接到一个100Mbit/s以太网集线器；

（3）10个站都连接到一个10Mbit/s以太网交换机。

正确答案：

（1）10个站共享10Mbit/s的带宽，每个站得到的带宽为1Mbit/s；

（2）10个站共享100Mbit/s的带宽，每个站得到的带宽为10Mbit/s；

（3）每个站独占10Mbit/s的带宽，每个站得到的带宽为10Mbit/s。

第四章网络层

一、选择题

1 在路由器互联的多个网络中，每个网络的（）。

A、数据链层协议和物理层协议都必须相同

B、物理层协议必须相同，数据链层协议可以不同

C、物理层协议可以不同，数据链层协议必须相同

D、数据链层协议和物理层协议都可以不相同。

正确答案： D

2 采用数据报服务，（）。

正确答案： D

3 IP数据报的最大长度为（）。

A、 64KB

B、 32KB

C、 1500B

D、 512B

正确答案： A

答案解析：IP分组的“总长度”字段占16位，2^16=64KB。

4 IP分组中的校验字段的检查范围是（）。

A、整个IP分组

B、仅检查IP分组首部

C、仅检查静载荷数据

D、以上都是

正确答案： B

5 CIDER路由技术的意义在于（）。

A、 IP地址利用率高

B、子网划分更加灵活

C、不仅可以划分子网，还能合并超网

D、以上都是

正确答案： D

6 下列各种网络互联设备中，不能隔离碰撞域的是（）。

A、 IP路由器

B、以太网交换机

C、以太网集线器

D、透明网桥

正确答案： C

7 当一个IP分组经过某路由器转发时会产生时延，其原因可能是（）。

A、排队等待时延

B、路由选择处理时延

C、协议转换时延

D、以上都是

正确答案： D

8 路由表中“0.0.0.0/0”所代表的是（）。

A、动态路由

B、通过RIP协议获得的路由

C、缺省路由（默认路由）

D、无法识别的路由

正确答案： C

9 以下IP地址中，不属于专用地址的是（）。

A、 10.10.10.2

B、 192.168.10.3

C、 172.168.0.4

D、 10.10.10.1

正确答案： C

答案解析：

A类专用地址：10.0.0.0 到 10.255.255.255（或记为10.0.0.0/8，24位地址块）

B类专用地址：172.16.0.0 到 172.31.255.255（或记为172.16.0.0/12，20位地址块）

C类专用地址：192.168.0.0 到 192.168.255.255（或记为192.168.0.0/16，16位地址块）

10 下列哪个设备能够隔离ARP广播帧（）。

A、路由器

B、网桥

C、以太网交换机

D、以太网集线器

正确答案： A

二.简答题

1 网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。

正确答案：

（1）数据报服务和虚电路服务。

（2）比较如下：

对比的方面	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应由用户主机来保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号	每个分组都有终点的完整地址
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	所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作	出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
分组的顺序	总是按发送顺序到达终点	到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制	可以由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责

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？

正确答案：

（1）单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此，将许多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细节，使得互连后的网络像一个单一的大网络。

（2）需要解决的问题：不同的寻址方案；不同的最大分组长度；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服务）、不同的网络管理和管制方式等。

3 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？

正确答案：

（1）从层次的角度来看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。（2）IP地址是不能直接用来进行通信的，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，但全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构的网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此由用户或用户主机来完成这项工作几乎是不可能的事。但统一的IP地址把这个复杂的问题解决了，连接到互联网的主机只需要拥有统一的IP地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样方便。因此需要使用这两种不同的地址。

4 请回答下列问题：

（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？

（2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？

（3）一A类网络和一B网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个子网掩码有何不同？

（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？

（5）一A类网络的子网掩码为255.255.0.255；它是否为一个有效的子网掩码？

（6）某个IP地址的十六进制表示C2.2F.14.81，试将其转化为点分十进制的形式。这个地址是哪一类IP地址？

（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？

正确答案：

（1）有三种含义：其一是一个A类网的子网掩码，对于A类网络的IP地址，前8位表示网络号，后24位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前8位为网络号，中间16位用于子网段的划分，最后8位为主机号。第二种情况为一个B类网，对于B类网络的IP地址，前16位表示网络号，后16位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前16位为网络号，中间8位用于子网段的划分，最后8位为主机号。第三种情况为一个C类网，这个子网掩码为C类网的默认子网掩码。

（2）255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000。掩码位数29，每一个子网上的主机为(2^3)=8台

理论上该网络能够连接8个主机，但是扣除全1和全0的情况后，该网络实际上能够连接6个主机。

（3）A类网络：11111111 11111111 11111111 00000000

给定子网号（16位“1”）则子网掩码为255.255.255.0

B类网络：11111111 11111111 11111111 00000000

给定子网号（8位“1”）则子网掩码为255.255.255.0

可见这两个网络的子网掩码一样，但它们的子网数目不同。

（4）IP地址的第3个字节是（240）10=（128+64+32+16）10=（11110000）2

B类地址的子网掩码是：11111111.11111111.11110000.00000000

主机号的位数为4+8=12，因此，最大主机数为：2^12-2=4096-2=4094个。

（5）A类网络的子网掩码为10111111 11111111 00000000 11111111

它是一个有效的子网掩码，但不推荐这样使用，因为子网中的1不是连续的。

（6）C2 2F 14 81=(1216+2).(216+15).(16+4).(8*16+1)=194.47.20.129

C2 2F 14 81=11000010.00101111.00010100.10000001

前3位是110，所以这个地址是C类地址。

（7）有实际意义。C类子网IP地址的32位中，前24位用于确定网络号，后8位用于确定主机号。如果划分子网，可以选择后8位中的高位，这样做可以进一步划分网络，并且不增加路由表的内容，但是代价是主机数量减少。

5 设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如下表所示（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）。

正确答案：

（1）将所有数据转成2进制，例如：

01000101 00000000 //4500

00000000 00111000 //28

（2）全部相加，得到校验位数据；

0100 0101 0000 0000

0000 0000 0001 1100

0000 0000 0000 0001

0000 0100 0001 0001

0000 1010 0000 1100

0000 1110 0000 0101

0000 1100 0000 0110

+ 0000 0111 0000 1001

0111 0100 0100 1110

（3）取反码，得出首部检验和字段的值

1000 1011 1011 0001

6 一个数据报长度为4000字节（固定首部长度）。现在经过一个网关传送，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？

正确答案：

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。而网络能够传送的最长数据长度为1500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（包括首部和数据，即总长度），于是每个分片数据字段的长度只能为1500－20（IP数据报固定首部长度）＝1480bit。所以：分为3个数据报片。每片数据字段长度分别为1480，1480和1020字节。片偏移字段的值分别为0，185和370。MF字段的值分别为1，1和0。

7 分两种情况（使用子网掩码和使用CIDR）写出互联网的IP层查找路由的算法。

正确答案：

第一种情况：使用子网掩码。

（1）从收到的数据报的首部提取目的IP地址D。

（2）先判断是否直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位相与，看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则把分组进行直接交付，转发任务结束。否则就是间接交付，执行（3）。

（3）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）对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一条地址），用其中的子网掩码和D逐位相与，其结果为N。若N与改行的目的网络地址匹配，则把数据报传送给改行指明的下一跳路由器；否则，执行（5）。

（5）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；否则，执行（6）。

（6）报告转发分组出错。

第二种情况：使用CIDR。

使用CIDR时，互联网的IP层查找路由算法和上面的算法并无什么不同。但应注意的是，在使用CIDR时，我们使用地址掩码。它的前一部分是一连串的1，对应于CIDR中的网络前缀。而掩码中的后一部分是一连串的0，对应于CIDR中的网络后缀（即对应于主机号部分）。路由表中由“网络前缀”和“下一条地址”组成。但是在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，这是应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。如果在路由表中的各项目是按网络前缀的长度排序的，把最长的网络前缀放在最前面，那么当查找路由表找到匹配时，就是找到了正确的路由，因而结束了查找。但如果在路由表中的各项目不是按网络前缀的长度排序，那么就应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。

8 有如下的4个/24地址块，试进行最大可能性的聚合。

212.56.132.0/24

212.56.133.0/24

212.56.134.0/24

212.56.135.0/24

正确答案：

这几个地址的前面2个字节都一样，因此只需要比较第3个字节。

212=（11010100）2，56=（00111000）2

132=（10000100）2，

133=（10000101）2

134=（10000110）2，

135=（10000111）2

所以共同的前缀有22位，即11010100 00111000100001，聚合的CIDR地址块是：212.56.132.0/22

9 以下地址中的哪一个和86.32/12匹配？请说明理由。

（1）86.33.224.123

（2）86.79.65.216

（2）86.58.119.74

（4）86.68.206.154

正确答案：

观察地址的第二个字节0x32=00100000，前缀12位，说明第二字节的前4位在前缀中。给出的四个地址的第二字节的前4为分别为：0010,0100,0011和0100。因此只有（1）是匹配的。

10 下面的前缀中的哪一个和地址152.7.77.159及152.31.47.252都匹配？请说明理由。

（1）152.40/13

（2）153.40/9

（3）152.64/12

（4）152.0/11

正确答案：

给出的四个地址的前缀是9位到12位，因此我们就观察这两个地址的第二字节。

这两个地址的前两个字节的二进制是：

10011000 0000 0111和10011000 00011111。

152.40/13的前缀是13位：10011000 00101000，与这两个地址不匹配；

153.40/9 的前缀是9位：10011001 00101000，与这两个地址不匹配；

152.64/12的前缀是12位：10011000 01000000，与这两个地址不匹配；

152.0/11的前缀是11位：10011000 00000000，与这两个地址都匹配。

11 已知地址块中的一个地址是190.87.140.202/29。试求这个地址块中的最小地址和最大地址。地址掩码是什么？地址块***有多少个地址？相当于多少个C类地址？

正确答案：

给定地址的前缀是29位，因此我们只要观察地址的第四字节，只把第四字节写成二进制。

190.87.140.202/29 是 190.87.140.(1100 1010)/29，取前29位，后面全是0，即得出最小地址。取前29位，后面全是1，即得出最大地址。

最小地址是 190.87.140.(11001000)/29 = 190.87.140.200/29；

最大地址是 190.87.140.(1100 1111)/29 = 190.87.140.207/29。

地址数是23=8，相当于1/32个C类地址。

12 从IPV4过渡到IPV6的方法有哪些？

正确答案：

由于现在整个互联网上使用IPV4的路由器数量太大，向IPV6过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的IPV6系统能够向后兼容。下面介绍两种向IPV6过渡的策略，即使用双协议栈和隧道技术。

（1）双协议栈：是指在完全过渡到IPV6之前，使一部分主机装有两个协议栈，因此双协议栈主机既能够和IPV6的系统通信，又能够和IPV4的系统通信。

（2）隧道技术：要点是在IPV6数据报要进入IPV4网络时，把IPV6数据报封装成为IPV4数据报。然后，IPV6数据报就在IPV4网络的隧道中传输。当IPV4数据报离开IPV4网络中的隧道时再把数据部分交给主机的IPV6协议栈。

三. 论述题

1 某单位分配到一个起始地址为14.24.74.0/24的地址块。该单位需要用到三个子网，它们的三个子地址块的具体要求是：子网N1需要120个地址，N2需要60个地址，N3需要10个地址。请给出地址块的分配方案。

正确答案：

这个单位的地址块的网络前缀是24位，因此主机号有8位，即一共有256个地址。可以拿总地址的一半（128个）分配给子网N1。这个地址块的网络前缀是25位。

再将剩下的一半（64个）分配给子网N2。这个地址块的网络前缀是26位。

还剩下的64个地址，可以拿出1/4（即16个地址）分配给子网N3。这个地址块的网络前缀是28位。

最后剩下的48个地址留给以后再用。

这样，分配给子网N1的首地址是14.24.74.0/25，末地址是14.24.74.127/25。

分配给子网N2的首地址是14.24.74.128/26，末地址是14.24.74.191/26。

分配给子网N3的首地址是14.24.74.192/28，末地址是14.24.74.207/28。

2 假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目（格式同上题）：

  N1     4     B

  N2     2     C

  N3     1     F

  N4     5     G

现将A收到从C发来的路由信息（格式同上题）：

试求出路由器A更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。

正确答案：

先把收到的路由信息中的“距离”加1：

路由器A更新后的路由表如下：

N1  3  C　　　　不同的下一跳，距离更短，改变

N2  2  C　　　　不同的下一跳，距离一样，不变

N3  1  F　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变

N4  5  G　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变

3 假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”）

     N1    7    A

     N2    2    C

     N6    8    F

     N8    4    E

     N9    4    F

现在B收到从C发来的路由信息（这两列分别表示“目的网络”“距离”）：

试求出路由器B更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。

正确答案：

先把收到的路由信息中的“距离”加1：

路由器B更新后的路由表如下：

N1   7  A　　　　无新信息，不改变

N2   5  C　　　　相同的下一跳，更新

N3   9  C　　　　新的项目，添加进来

N6   5  C　　　　不同的下一跳，距离更短，更新

N8   4  E　　　　不同的下一跳，距离一样，不改变

N9   4  F　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变

4 某单位分配到一个地址块136.23.12.64/26。现在需要进一步划分为4个一样大的子网。试问:

（1）每一个子网的网络前缀有多长？

（2）每一个子网中有多少个地址？

（3）每一个子网的地址是什么？

（4）每一个子网可分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么？

正确答案：

（1）原来网络前缀是26位，需要再增加2位，才能划分4个一样大的子网，每个子网前缀28位。

（2）每个子网的地址中有4位留给主机用，因此共有16个地址。（可用的有14个地址）

（3）四个子网的地址块是：

第一个地址块136.23.12.64/28，可分配给主机使用的：

最小地址：136.23.12.0100 0001＝136.23.12.65/28

最大地址：136.23.12.0100 1110＝136.23.12.78/28

第二个地址块136.23.12.80/28，可分配给主机使用的：

最小地址：136.23.12.0101 0001＝136.23.12.81/28

最大地址：136.23.12.0101 1110＝136.23.12.94/28

第三个地址块136.23.12.96/28，可分配给主机使用的：

最小地址：136.23.12.0110 0001＝136.23.12.97/28

最大地址：136.23.12.0110 1110＝136.23.12.110/28

第四个地址块136.23.12.112/28，可分配给主机使用的：

最小地址：136.23.12.0111 0001＝136.23.12.113/28

最大地址：136.23.12.0111 1110＝136.23.12.126/28

5 一个大公司有一个总部和三个下属部门。公司分配到的网络前缀是192.77.33/24。公司的网络布局如下图。总部共有五个局域网，其中的LAN1_{LAN4都连接到路由器R1上，R1再通过LAN5与路由器R2相连。R2和远地的三个部门的局域网LAN6}LAN8通过广域网相连。每一个局域网旁边标明的数字是局域网上的主机数。试给每一个局域网分配一个合适的网络前缀。

正确答案：

本题的解答有很多种，下面给出其中的一种答案（先选择需要较大的网络前缀）：

LAN1：192.77.33.0/26

LAN3：192.77.33.64/27；LAN6:192.77.33.96/27；LAN7:192.77.33.128/27；LAN8:192.77.33.160/27

LNA2：192.77.33.192/28；LAN4:192.77.33.208/28

LAN5；192.77.33.224/29（考虑到以太网上可能还要再接几个主机，故留有余地）

WAN1：192.77.33.232/30； WAN2：192.77.33.236/30； WAN3：192.77.33.240/30

6 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台机器，平均分布在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，并算出每个地点主机号码的最小值和最大值。

正确答案：

第五章运输层

一、选择题

1 运输层的作用是向源主机和目的主机进程之间提供（）数据传输。

A、点到点

B、点到多点

C、端到端

D、多端口之间

正确答案： C

2 TCP协议是一种网络协议，其特点是（）。

正确答案： A

3 网络中唯一标识一个进程需要用一个（）。

A、一元组（服务器端口号）

B、二元组（主机IP地址，服务器端口号）

C、三元组（主机IP地址，服务器端口号，协议）

D、五元组（本机IP地址，本机服务器端口号，协议，远程主机IP地址，远程服务器端口号）

正确答案： B

4 以下网络协议中，实现进程到进程通信的是（）。

A、 ARP

B、 IP

C、 TCP

D、 HDLC

正确答案： C

5 在什么条件下可以打开一条TCP连接（）。

A、在两个套接字之间当前不存在连接

B、两个应用进程达成一致，并有足够的资源支持连接

C、 MTU和缓冲区大小相等

D、序列号匹配

正确答案： B

6 TCP/IP在多个层次引入了安全机制，其中TLS协议位于（）。

A、数据链路层

B、网络层

C、运输层

D、应用层

正确答案： C

在TCP协议中，采用（）来区分不同的应用进程。

A、端口号

B、 IP地址

C、协议类型

D、 MAC地址

正确答案： A

8 TCP协议使用慢启动算法，最大数据段的长度为1KB，当前TCP的拥塞窗口被设置为60KB，并且出现了一个超时，如果接下来的4次突发传输全部成功的话，则拥塞窗口的尺寸是（）。

A、 1KB

B、 4KB

C、 16KB

D、 64KB

正确答案： C

答案解析：

超时后，拥塞窗口变为1KB，门限值减半，变为30KB：慢启动时拥塞窗口值是指数增大，题目中４次突发传输都成功，则拥塞窗口值为2^4＝16KB。

9 主机A和主机B之间建立了一个TCP连接，主机A向主机B发送了两个连续的TCP报文段，分别包含300B和500B的有效载荷，第一个报文段的序列号为200，主机B正确接收两个报文段后，发送给主机A的确认序列号是（）。

A、 500

B、 700

C、 800

D、 1000

正确答案： D

10 一个TCP连接总是以1KB的最大段长发送TCP段，发送方有足够多数据要发送。当拥塞窗口为16KB时发生了超时，如果接下来的4个RTT时间内的TCP段的传输都是成功的，那么当第4个RTT时间内发送的所有TCP段都得到肯定确认时，拥塞窗口大小是（）。

A、 7KB

B、 8KB

C、 9KB

D、 16KB

正确答案： C

答案解析：

根据题意，超时后，门限值减半（16/2=）8KB，拥塞窗口重置为1KB，开始慢启动算法。接下来３个RTT时间内TCP段成功传输，则拥塞窗口大小依次为2KB，4KＢ，8KB。第3次传输成功时拥塞窗口达到门限值的8KB，下面采用拥塞避免，线性增加，所以第4次传输时，拥塞窗口加１KB，故此时拥塞窗口大小为８+１＝９ＫＢ。

二.简答题

1 为什么说UDP是面向报文的，而TCP是面向字节流的？

正确答案：

（1）发送方 UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界，即一次发送一个报文。接收方 UDP对 IP 层交上来的 UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，即一次交付一个完整的报文。

（2）发送方TCP对应用程序交下来的报文数据块，视为无结构的字节流（无边界约束，可分拆/合并），但维持各字节。

2 某个应用进程使用运输层的用户数据报UDP，然而继续向下交给IP层后，又封装成IP数据报。既然都是数据报，可否跳过UDP而直接交给IP层？哪些功能UDP提供了但IP没有提供？

正确答案：

不可跳过UDP而直接交给IP层。因为：（1） IP数据报只能找到目的主机而无法找到目的进程。如果应用进程直接把数据交给下面的IP层，那么在传送到对方IP层后，就只能交付目的主机，但不知道应当交付哪一个应用进程。（2）UDP提供对应用进程的复用和分用功能，以及提供对数据差分的差错检验。这些功能IP层没有提供。

3 一个应用程序用UDP，到了IP层把数据报再划分为4个数据片并发送出去。结果前两个数据报片丢失，后两个到达目的站。过了一段时间应用程序重传UDP，而IP层仍然划分为4个数据报片来传送。结果这次前两个到达目的站而后两个丢失。试问：在目的站能否将这两次传输的4个数据报片组装成为完整的数据报？假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然保存在目的站的缓存中。

正确答案：

不行。因为：重传时IP数据报的标识字段有另外一个标识符。标识符相同的IP数据报片才能组装成一个IP数据报。前两个IP数据报片的标识符与后两个IP数据报片的标识符不同，所以不能组装成一个IP数据报。

4 一个UDP用户数据的数据字段为8192字节。在数据链路层要使用以太网来传送。试问应当划分为几个IP数据报片？说明每一个IP数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。

正确答案：

UDP用户数据报的长度=8192+8=8200B（UDP首部为8字节）

以太网数据字段最大长度是1500B。若IP固定首部为20B，则IP数据报的数据部分最多只能有1480B。8200=1480*5+800，因此划分的数据报片共6个。

数据字段的长度：前5个是1480字节，最后一个是800字节。

片偏移字节分别是：0，1480B，2960B，4440B，5920B和7400B。

把片偏移字节数除以8，就得出片偏移字段中应当写入的数值：0，185，370，555，740，925。

5 一个UDP用户数据报的首部的十六进制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17。试求源端口、目的端口、用户数据报的总长度、数据部分长度。这个用户数据报是从客户发送给服务器还是从服务器发送给客户？使用UDP的这个服务器程序是什么？

正确答案：

在UDP首部中，源端口占2个字节，即06 32 ，化为十进制是1586.

目的端口占2字节，即00 45 ，化为十进制是69.

用户数据报总长度也占2个字节，即00 1C ,十进制为：28。

数据部分为数据报总长度减去首部长度8字节，28-8=20。

因为目的端口=69<1023，所以是从客户发送给服务器的，服务器程序是TFTP。

6 假设使用连续ARQ协议中，发送窗口大小是3，而序列范围是[0,15]，而传输媒体保证在接收方能够按序接收到分组。在某一时刻，在接收方，下一个期望收到的序号是5。试问：

（1）在发送方的发送窗口中可能出现的序号组合有哪些？

（2）接收方已经发送出去的，但在网络中（即还未到达发送方）的确认分组可能有那些？说明这些确认分组是用来确认哪些序号的分组。

正确答案：

（1）此时，序号到4为止的分组都已经收到。若这些确认都已经到达发送方，则发送窗口的范围是[5，7]。假定所有的确认都丢失了，发送方没有收到这些确认，这时，发送窗口应为[2，4]。因此，发送窗口可以是：[2,4],[3,5],[4,6],[5,7]中的任何一个。

（2）接收方下一个期望收到的序号是5，说明序号为2，3，4的分组都已收到，并且发送了确认。对序号为1的分组的确认肯定被发送方收到了，否则发送方不可能发送4号分组。可见，对序号为2，3，4的分组的确认有可能仍旧滞留在网络中，这些确认是用来确认序号为2，3，4的分组。

我的答案：

(1)当接收方接受正确的包，序号4之前的包都收到，发送方收到(2，3，4）确认包，则发送窗口可能序号为(5，6，7)

当发送方没有收到确认包时，发送窗口可能的序号为(2，3，4)，(3，4，5)，(4，5，6)

(2)接收方会发出当前按序接收的最后序号，而序号1的确认已经被接收方接收，所以这个序号可能是2，3，4，分别是用来确认2，3，4序号的分组。

7 主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段，其序号是70和100，问：

（1）第一个报文段携带了多少个字节？

（2）主机B收到第一个报文段后发回的确认中确认序号应当是多少？

（3）如果主机B收到第二个报文段后发挥确认中的确认序号是180，试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节？

（4）如果A发送的第一个报文段丢失了，但第二个报文段到达了B，B在第二个报文段到达后向A发送确认，试问这个确认号应该是多少？

正确答案：

（1）TCP报文段的序号：发送数据段的首字节编号70~99有30个字节，所以第一个报文段携带了30个字节。

（2）因为TCP报文段的确认号：期望下一次收到的字节的序号，所以该确认序号是100。

（3）确认序号是180，说明它期望下次收到180编号的字节，那么180以前的就已经收到了，即100~179，80个字节。

（4）因为第一个报文段的丢失，需要重传，所以确认号是70。

8 设TCP的ssthresh的初始值为8，当拥塞窗口上升到12时网络发送了超时，TCP使用慢开始和拥塞避免，试求出第一次到第15此的拥塞窗口大小。你能说明拥塞窗口每一次变化的原因吗？

正确答案：

轮次	拥塞窗口	拥塞窗口变化的原因
1	1	网络发生了超时，TCP使用慢开始算法
2	2	拥塞窗口值加倍
3	4	拥塞窗口值加倍
4	8	拥塞窗口值加倍
5	9	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
6	10	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
7	11	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
8	12	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
9	1	网络发生了超时，TCP使用慢开始算法
10	2	拥塞窗口值加倍
11	4	拥塞窗口值加倍
12	6	拥塞窗口值加倍，但到达12的一半时，改为拥塞避免算法
13	7	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
14	8	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1
15	9	TCP使用拥塞避免算法，拥塞窗口值加1

9 TCP 连接处于 ESTABLISHED 状态。以下的事件相继发生：

（1）收到一个 FIN 报文段

（2）应用程序发送 “关闭” 报文

在每一个事件之后，连接的状态是什么？在每一个事件之后发生的动作是什么？

正确答案：

（1）处于 ESTABLISHED 状态又能够收到一个 FIN 报文段，只有 TCP 的服务器端而不会是客户端。当这个服务器端收到 FIN 时，服务器就向客户端发送 ACK 报文段，并进入到 CLOSE-WAIT 状态。这是被动关闭。请注意，这时客户端不会再发送数据了，但服务器端如还有数据要发送给客户端，那么还是可以继续发送的。

（2）应用程序发送 “关闭” 报文给服务器，表明没有数据要发送了。这时服务器就应当发送 FIN 报文段给客户，然后转换到 LAST-ACK 状态，并等待来自客户端的最后的确认。

10 主机 A 通过 TCP 连接向 B 发送一个很长的文件，因此这需要分成很多个报文段来发送。假定某一个 TCP 报文段的序号是 x，那么下一个报文段的序号是否就是 x + 1 呢？

正确答案：

假定某一个 TCP 报文段的序号是 x，那么下一个报文段的序号应当是 x+n，这里的 n 是这个报文段中的数据长度的字节数。如 n = 400，那么下一个报文段的序号应当是 x + 400。若此报文段中仅有一个字节的数据，则下一个报文段的序号才是 x + 1。

三.论述题

1 TCP的拥塞窗口cwnd大小与传输轮次n的关系如下所示：

（1）试画出拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。

（2）指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。

（3）指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔。

（4）在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超时检测到丢失了报文段？

（5）在第1轮次、第18轮次和第24轮次发送时，门限ssthresh分别被设置为多大？

（6）在第几轮次送出第70个报文段？

（7）假定在第26轮次之后收到了三个重复的确认，因而检测出了报文段的丢失，那么拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大？

正确答案：

（１）

（２）慢开始时间间隔：【1，6】和【23，26】。

（3）拥塞避免时间间隔：【6，16】和【17，22】。

（4）在第16轮次之后发送方通过收到三个重复的确认检测到丢失了报文段。在第22轮次之后发送是通过超时检测到丢失了报文段。

（5）在第1轮次发送时，门限ssthresh被设置为32。

在第18轮次发送时，门限ssthresh被设置为发生拥塞时的一半，即21。

在第24轮次发送时，门限ssthresh是第22轮次发送时设置的13。

（6）第70报文段在第7轮次发送出。

（7）拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为8的一半，即4。

2 假定用 TCP 协议在 40 Gbit/s 的线路上传送数据。

（1）如果 TCP 充分利用了线路的带宽，那么需要多长的时间 TCP 会发生序号绕回？

（2）假定现在 TCP 的首部中采用了时间戳选项。时间戳占用了 4 字节，共 32 位。每隔一定的时间（这段时间叫做一个滴答）时间戳的数值加 1。假定设计的时间戳是每隔 859 微秒，时间戳的数值加 1。试问要经过多长时间才发生时间戳数值的绕回。

正确答案：

（1）40 Gbit/s 的线路上传送数据，每秒可传送 5∗10^9 字节的数据。

TCP 的序号字段有32 位，共有 2^32个不同序号，可以发送的时间是

2^32/5000000000=0.859s=859ms

（2）时间戳数据绕回的时间是：

2^{32∗859∗10}(−6)s=3.69∗10^6s=42.72天，比原来的绕回时间大大增加了。

（3）现在每一个 TCP 的数据报文段在其首部有两个字段用来标志这个报文段。一个是序号，另一个是时间戳。但发送方发送了 2^32个字节的数据后，序号又绕回到初始的数值了，但这时时间戳还没有绕回（因为在本例中，这需要 42.7 天才绕回），而是指在某个数值，这和一开始的时间戳初始值肯定是不一样的。这样，即使是序号一样，接收方也能够根据时间戳判断这是一个新的数据报文段，而不是以前发送过得旧的数据报文段。