习题答案

Posted 2023-03-30 进击的博仔

1-01 计算机网络可以向用户提供哪些服务？

1-02 试简述分组交换的要点。

答：采用了存储转发技术，即将报文（要发送的整块数据）划分为几个较小的等长数据段，在每个数据段前加上必要的控制信息组成的首部，这些带有首部的数据段就构成了分组。首部中包含了目的地址和源地址等重要控制信息。
分组交换在传输数据之前不必占用一条端到端的通信资源，路由器接收分组后，先临时存储下来，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，通过适当接口转发给下一个路由器。
分组在传输时逐段占用通信资源，省去了建立链接和释放链接的开销，传输效率更高。
优点：
高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用。
灵活：每一个分组独立地选择最合适的转发路由。
迅速：以分组作为传输单位，不先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠：保证可靠性的网络协议，分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。
缺点：
失序：当分组采用数据报服务时，分组可能出现失序、丢失或重复。
时延：分组在各路由器存储转发时需要排队。
开销：分组必须携带控制信息，整个分组交换网络还需要专门的管理和控制机制。

1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

电路交换：
特点：通信有三个阶段：建立连接、通信、释放连接，通信过程始终占用物理信道。

优点：

• 静态分配传输带宽，建立连接后，通信双方所需的传输带宽不会再改变。
• 双方通信不受其他用户影响，占用通信资源的时间不受限制。

缺点：

• 通信线路的利用率较低。
• 整个连接中只要有一条链路或一个交换机出现故障，就会引发通信中断。

分组交换：
特点：以分组作为传输单位，采用存储转发技术。

优点：

• 没有建立连接和释放连接阶段，传送数据比较迅速。
• 动态分配传输带宽，逐段占用通信线路，能够比较合理的利用各链路的传输带宽。
• 采用分布式的路由选择协议，当网络中某个节点或链路出现故障，分组传送的路由可以动态改变，使数据能够继续传输。

缺点：

• 路由器存储转发时需要排队，造成时延。
• 因为动态分配传输带宽，各段链路宽带不同，当网络某处通信量突然增大，可能在网络中某处产生拥塞，延长数据传输时间。
• 分组必须携带控制信息，产生额外开销。整个分组交换网络还需要专门的管理和控制机制。

报文交换：
特点:采用存储转发技术，传输单位为整个报文。

优点：

• 省去划分为分组的步骤，终点节省了重装报文的过程。

缺点：

• 灵活性不如分组交换，时延较大。

1-04 为什么说互联网是自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革？

1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。

第一阶段是从单个网络 ARPANET 到互联网发展的过程。从单个的分组交换网向多种网络互联发展，互联网也因此产生。
第二个阶段是建成了三级结构的互联网即 NFSNET。分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
第三个阶段是建成了多层次 ISP 结构的互联网。NFSNET 被若干个商用互联网主干网替代，由 ISP 提供互联网服务。

1-06 简述因特网标准指定的几个阶段？

(1) 互联网草案——有效期只有六个月。这个阶段还不能是 RFC 文档。
(2) 建议标准——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
(3) 互联网标准——经过长期的检验，某个建议标准能称为互联网标准，就分配标准编号。

1-07 小写和大写开头的英文名 internet 和 Internet 在意思上有何重要区别？

internet，通用名词，由多个计算机网络互联而成的网络，网络间通信协议可以是任意的。
Internet，专用名词，指全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的计算机网络，采用 TCP/IP 协议。

1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？

按范围：
（1）广域网 WAN：远程、通过高速链路相连、是 Internet 的核心网。
（2）城域网 MAN：城市范围，连接多个局域网。
（3）局域网：范围小，通过高速线路相连。
（4）个域网 PAN：无线连接个人个人电子设备的小范围网络。
按使用者分类：
（1）公用网，电信公司出资建设的大型网络，交钱即可用。
（2）专用网，某个部门的网络，内部人员可用。
按交换技术来分：
（1）电路交换网。
（2）分组交换网。
（3）混合交换网。

1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？

主干网由许多高速链路和路由器组成，能迅速传送数据。
本地接入网把用户接入互联网，速率低。

1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共 x（bit）。从源点到终点共经过 k 段链路，每段链路的传播时延为 d（s），数据率为 b(b/s)。在电路交换时电路的建立时间为 s(s)。在分组交换时分组长度为 p(bit)，且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察 k 段链路共有几个结点。）

电路交换：
发送时延：$\frac{x}{b}$
传播时延：$kd$
电路建立时间：$s$
总时延：$\frac{x}{b}+kd+s$
分组交换：
主机发送时延：$\lceil \frac{x}{p}\rceil \frac{p}{b}$
传播时延：$kd$
节点处发送时延：$(k-1)\frac{p}{b}$
总时延：$\lceil \frac{x}{p}\rceil \frac{p}{b}+kd+(k-1)\frac{p}{b}$

条件：$\frac{x}{b}+kd+s<\lceil \frac{x}{p}\rceil \frac{p}{b}+kd+(k-1)\frac{p}{b}$

当 $x>>p$ 或 $x=kp，k为整数$ 时，条件为：$(k-1)\frac{p}{b}>s$

1-11 在第10题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit)，其中p为分组的数据部分的长度，h为每个分组所添加的首部长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(bit/s)，但传播时延和节点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大？

主机发送时延：$\frac{x}{p}\frac{p+h}{b}$
节点处发送时延：$(k-1)\frac{p+h}{b}$
总时延D：$\frac{x}{p}\frac{p+h}{b}+(k-1)\frac{p+h}{b}$
对 p 求导：$\frac{dD}{dp}=\frac{k-1}{b}-\frac{xh}{b{p}^2}$，令其为 0。
得：$p=\sqrt{\frac{xh}{k-1}}$

1-12 因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，用户用来进行通信和资源共享的。
工作方式：C/S方式和P2P方式。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换服务。
工作方式：路由器连接网络，利用存储转发技术转发分组；路由器之间交换路由信息。

1-13 客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？

客户-服务器方式：客户请求服务，服务器提供服务。客户需要知道服务器地址，不需要特殊硬件和复杂操作系统。服务器不需要知道客户地址，需要特殊硬件和复杂操作系统。两者的通信是双向的。
P2P方式：两个主机平等的进行通信。

1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？

速率：数据的传送速率。
带宽：单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率。
吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量。
时延：数据从网络的一段到另一端的时间。
时延带宽积：传播时延和带宽的乘积。
往返时间RTT：发送数据到接受确认的时间
利用率：

• 信道利用率：信道有百分之几的时间被利用。
• 网络利用率：全网络信道利用率的加权平均值。

1-15 假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？

$D=\frac{D_0}{1-U}=\frac{D_0}{0.1}=10D_0$
10倍

1-16 计算机通信网有哪些非性能特征？非性能特征与性能特征有什么区别？

1-17 收发两端之间的传输距离为$1000km$，信号在媒体上的传播速率为$2\times 10^{8}m/s$。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$10^{7}bit$, 数据发送速率为$100kb/s$。
（2） 数据长度为$10^{3}bit$, 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？