习题及参考答案说明

第1章

1-1 计算机网络向用户可以提供哪些服务？

解答：计算机网络是一种通信基础设施，向用户提供的最核心的服务就是信息交互服务和资源共享服务。虽然计算机网络与电信网络和有线电视网络一样，都是一种通信基础设施，但与这两个网络最大的不同在于计算机网络的端设备是功能强大且具有智能的计算机。利用计算机网络这个通信基础设施，计算机上运行的各种应用程序通过彼此间的通信能为用户提供更加丰富多彩的服务和应用，如文件传输、电子邮件、网络电视等待。

1-2 试简述分组交换的要点。

解答：分组交换采用存储转发技术，当需要发送数据时无需在源和目的之间先建立一条物理的通路，而是将要发送的报文分割为较小的数据段，将控制信息作为首部加在每个数据段前面（构成分组）一起发送给分组交换机。每一个分组的首部都含有目的地址等控制信息。分组交换网中的分组交换机根据分组首部中的控制信息，把分组转发到下一个分组交换机。用这种存储转发方式将分组转发到达最终目的地。

1-3 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。

解答：

电路交换通信双方独占端端固定传输带宽，其优点是适合传输大量连续实时的数据。其缺点是对于突发数据信道利用率低。

报文交换采用存储转发方式，其优点是简单，信道利用率高。其缺点是存储转发时延长，过长的报文误码率高不利于可靠传输，而且过长的报文占用链路时间太长，不利于资源共享。

分组交换将长的报文划分为多个短的分组减小的资源共享的粒度，提高了整个系统的平均响应时间，存储转发时延比报文交换要短，灵活的路由选择提高了网络的生存性。其缺点是分组在各结点转发时可能排队，端到端时延不确定，网络通信量过大时会导致网络拥塞。分组首部携带的控制信息造成一定的额外开销。

1-4 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？

解答：因特网已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络，缩小了人际交往的时间和空间，大大改变着我们工作和生活的各个方面。

1-5 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段最主要的特点。

解答：因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。第一阶段——从单个网络ARPANET向互联网发展。第二阶段——逐步建成了三级结构的因特网。第三阶段——逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。

1-6 试简述因特网标准制定的几个阶段。

解答：制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段：

（1）因特网草案（Internet Draft）——在这个阶段还不是RFC文档。

（2）建议标准（Proposed Standard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。

（3）草案标准（Draft Standard）。

（4）因特网标准（Internet Standard）。

1-7 小写和大写开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要区别？

解答：以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。

以大写字母I开始的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

1-8 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？

解答：见1.4.2节。

1-9 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？

解答：因特网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以划分为以下的两大块：

（1）边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）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（提供连通性和交换）。

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)，数据传输速率为b (bit/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)，假设x >p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。）

解答：分组交换时延为：word/media/image1.gif。电路交换时延为：word/media/image2.gif。因此，分组交换时延较电路交换时延小的条件为：word/media/image3.gif

1-11 在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和 (ph)(bit)，其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据传输速率为b (bit/s)，排队时间可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取多大？

解答：假设每段链路的传播时延为d (s)，计算总时延D为：

word/media/image4.gif，

求D对p的导数，令其为零。解出

word/media/image5.gif

1-12 从差错控制、时延和资源共享3个方面分析，分组交换为什么要将长的报文划分为多个短的分组进行传输？

答：（1）若报文太大在传输中出现差错的概率大，并且一旦出现差错可能要重传整个报文，而划分为小的分组，该分组出现差错的概率减小了，并且一次仅需要重传一个分组。（2）将长的报文划分为多个短的分组可以减小储存转发的时延。（3）太大的报文占用链路太长，不利于资源共享，将长的报文划分为多个短的分组减小的资源共享的粒度，提高整个系统的平均响应时间，例如如一台计算机在传输大的文件时，而另一台计算机通过同一链路可以上网浏览网页，而无需等待文件传输结束。

1-13 计算机网络有哪些常用的性能指标？

解答：速率、带宽、吞吐量、时延、利用率

1-14 收发两端之间的传输距离为1000 km，信号在媒体上的传播速率为word/media/image6.gif。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word/media/image7.gifbit，数据发送速率为100 kbit/s；

（2）数据长度为word/media/image8.gifbit，数据发送速率为1 Gbit/s。

从以上计算结果可得出什么结论？

解答：(1) 发送时延为100 s，传播时延为5 ms。发送时延远大于传播时延。

(2) 发送时延为1 s，传播时延为5 ms。发送时延远小于传播时延。

1-15 网络体系结构为什么要采用分层次的结构？试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活中的例子。

解答：网络体系结构采用分层结构是因为“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

在我们的日常生活中不乏层次结构的系统，例如邮政系统就是一个分层的系统，而且它与计算机网络有很多相似之处，如图所示。

word/media/image9.gif

1-16 协议与服务有何区别？有何关系？

解答：这些为进行网络中的数据交换而建立的规则或约定称为网络协议（network protocol）。网络协议也可简称为协议。协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

协议和服务在概念上是很不一样的。首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”。

1-17 试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

解答：

(1) 物理层：在物理媒体上传送比特流。具体包括：与物理媒体的接口、比特的表示与同步、数据率、线路配置、物理拓扑等。

(2) 数据链路层：在两个相邻结点间（主机和路由器或路由器和路由器之间）的链路上传送以帧为单位的数据。具体包括：组帧、差错控制、物理编址、接入控制、流量控制等。

(3) 网络层：负责将分组从源主机（按照合适的路由）通过中间若干路由器的转发传送到目的主机。核心功能是逻辑编址、路由选择和分组转发。

(4) 运输层：负责主机中两个进程之间的逻辑通信（端到端通信）。具体包括：复用与分用、可靠数据传输、流量控制、拥塞控制等。

(5) 应用层：通过应用进程间的交互来实现特定网络应用，直接为用户或应用进程提供特定的应用服务，如文件传输、电子邮件等。

1-18 试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、客户、服务器、客户-服务器方式。

解答：

协议栈：将网络协议几个层次画在一起很像一个栈的结构，因此将这些协议层称为协议栈。

实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

对等层：通信双方实现同样功能的层。协议定义的就是对等层间的通信规则。

协议数据单元：OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU。

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。

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。

客户-服务器方式：通常指的是一种网络应用程序的工作方式。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务器总是一直运行并被动等待通信，而客户总是主动发起通信。服务器可以同时处理多个客户的请求，而客户程序之间不直接进行通信。

1-19 试解释everything over IP和IP over everything的含义。

解答：TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务，即IP协议之上可以运行各种各样的网络应用，这就是所谓的everything over IP。同时TCP/IP协议也允许IP协议互连各种各式各样的物理网络而构成的互联网，在IP层以上看不见下层不同的物理网络，这就是所谓的IP over everything。

1-20 判断以下正误。

（1）提高链路速率意味着降低了信道的传播时延。（×）

原因：

提高链路速率是提高了将数据推送到链路的速率。而信道的传播时延仅跟信号的传播速率和信道长度有关，与发送速率无关。因此提高链路速率不会影响信道的传播时延。

（2）在链路上产生的传播时延与链路的带宽无关。（√）

原因：

由于承载信息的电磁波在通信线路上的传播速率（这是光速的数量级）与数据的发送速率并无关系，因此在链路上产生的传播时延仅与信号传播速率和信道长度有关。

（3）跨越网络提供主机到主机的数据通信的问题属于运输层的功能。（×）

原因：

跨越网络提供主机到主机的数据通信的问题属于网络层的功能。运输层为不同主机上的应用进程和应用进程间提供逻辑通信功能。

（4）发送时延是分组的第一个比特从发送方发出到该比特到达接收方之间的时间。（×）

原因：

发送时延是主机或路由器将分组发送到通信线路上所需要的时间，也就是从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送到线路上所需要的时间。

（5）由于动态分配通信带宽和其他通信资源，分组交换能更好更高效地共享资源。（√）

（6）采用分组交换在发送数据前可以不必先建立连接，发送突发数据更迅速，因此不会出现网络拥塞。（×）

原因：

由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源，因而无法确保通信时端到端所需的带宽，在通信量较大时可能造成网络拥塞。

1-21 一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，网络软件在每层都加上h字节的协议头，网络带宽中至少有多大比率用于协议头信息的传输？

解答：(N×h/(N×h + M)) × 100%。若应用程序产生的报文再分为多个小的分组则比率会更大。

第2章

2-1 物理层要解决哪些问题？物理层协议的主要任务是什么？

解答：物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。因此物理层要考虑如何用电磁信号表示“1”或“0”；考虑所采用的传输媒体的类型，如双绞线、同轴电缆、光缆等；考虑与物理媒体之间接口，如插头的引脚数目和排列等；考虑每秒发送的比特数目，即数据率。

物理层协议的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。

2-2 规程与协议有什么区别？

解答：用于物理层的协议也常称为物理层规程（procedure）。其实物理层规程就是物理层协议。只是在“协议”这个名词出现之前人们就先使用了“规程”这一名词。

2-3 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？

解答：

（1）机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。常见的各种规格的电源接插件都有严格的标准化的规定。

（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表示何种意义。

（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。

2-4 试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构件的作用。

解答：一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。

word/media/image10.gif

源系统一般包括以下两个部分：

源点：源点设备产生要传输的数据，例如，从PC的键盘输入汉字，PC产生输出的数字比特流。源点又称为源站或信源。

发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多PC使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器），用户在PC外面看不见调制解调器。

目的系统一般也包括以下两个部分：

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。

终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后进行信息输出（例如，把汉字在PC屏幕上显示出来）。终点又称为目的站或信宿。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。

2-5 请画出数据流1 0 1 0 0 0 1 1的不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的波形（从高电平开始）。

解答：所求波形图如图所示。

题2-5之图

2-6 “比特/秒”和“码元/秒”有何区别？

解答：“比特/秒”和“码元/秒”是不完全一样的，信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”（“码元/秒”）在数量上却有一定的关系。若1个码元只携带1 bit的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上是相等的。但若使1个码元携带n bit 的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M n bit/s。

2-7 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用幅移键控，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（b/s）？

解答：16个等级可以表达4位二进制数，每个码元可以表示4个比特，因此，可以获得80000 b/s的数据率。

2-8 假定用3 kHz带宽的电话信道传送64 kb/s的数据，试问这个信道应具有多高的信噪比？

解答：根据香农公式：word/media/image12.gif，word/media/image13.gif

word/media/image14.gif

2-9 试解释以下名词：数据，信号，模拟信号，基带信号，带通信号，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。

解答：

数据：运送消息的实体。

信号：数据的电气或电磁表现。

模拟信号：连续信号，其特点是其代表消息的信号参数的取值是连续变化的。

基带信号：来自信源的信号（没有经过调制和搬移过频谱的信号），因为往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，因此常被称为基带信号（即基本频带信号）。

带通信号：经过载波调制后的信号（把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输）称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

数字信号：离散信号，代表消息的信号参数的取值是离散的。

码元：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。码元是承载信息的基本信号单位。

单工通信：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

半双工通信：即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。

串行传输：数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输。

并行传输：数据在传输时采用n个并行的信道，一次同时传输n个比特。

2-10 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？

解答：

双绞线，用两根绝缘铜线扭在一起的通信媒体，绞合在一起是为了减少相邻导线的电磁干扰。双绞线可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比特，则传输距离可达几公里。双绞线价格便宜，布线方便，主要用于电话用户线和局域网中。

同轴电缆，由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。同轴电缆的这种结构和屏蔽性使得它有比双绞线高得多的带宽和更好的抗干扰特性。目前同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。

光纤，是利用光导纤维传递光脉冲信号来进行通信，由于可见光的频率非常高（108MHz），因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他传输媒体的带宽。光纤可分为单模光纤和多模光纤。光纤不仅通信容量非常大，而且传输损耗小，抗干扰和保密性能好。光纤通常用在主干网络中和高速局域网中。

无线传输媒体，即利用自由空间传播电磁波。当通信距离很远，或跨越复杂地理环境时，铺设电缆既昂贵又费时，利用无线电波在自由空间传播，可以实现多种通信。无线传输所使用的频段很广。人们现在利用无线电、微波、红外线以及可见光这几个波段进行通信。无线传输媒体的最大缺点就是容易被干扰，保密性差。

2-11 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

解答：许多用户可以通过复用技术共同使用一个共享的信道来进行通信。当网络中传输媒体的传输容量大于单一信道传输的通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。

常用的复用技术包括：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。

2-12 试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。

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

解答：

FDM(Frequency Division Multiplexing)频分复用，将传输线路的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每一条子频带传输一路信号，从而实现在同一条线路上传输多路信号。

TDM(Time Division Multiplexing)时分复用，将一条物理线路的传输时间分成若干个时间片（时隙），按一定的次序轮流给各个信号源使用，从而实现在同一条线路上传输多路信号。

STDM(Statistic TDM)统计时分复用，又称为异步时分复用，将线路的传输时间按需动态地分配给各个信号源，而不是给每个信号源分配固定的时隙。

WDM(Wavelength Division Multiplexing)波分复用，就是光的频分复用，将不同波长的光信号复用到同一根光纤上。

DWDM(Dense WDM)密集波分复用，最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号。这种复用方式称为波分复用WDM。随着技术的发展，在一根光纤上复用的光载波信号的路数越来越多。现在已能做到在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。于是就使用了密集波分复用DWDM这一名词。DWDM的波长间隔很小，不到2 nm。

CDMA(Code Division Multiplex Access)码分多址，给每个用户分配一个唯一的正交码，在发送端，不同用户的数据用该正交码编码后复用到同一信道进行传输；在接收端，用同一正交码解码进行分用。CDMA主要用于无线通信，具有很强的抗干扰能力。

SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网，美国在1988年首先推出的一个在光纤传输基础上的数字传输标准。整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其传输速率以51.84 Mbit/s为基础。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列，ITU-T以美国标准SONET为基础制定的国际标准，SDH的基本速率为155.52 Mbit/s。

STM-1(Synchronous Transfer Module-1)第1级同步传递模块，是SDH的一系列传输标准之一，规定了SDH的基本速率为155.52 Mbit/s。

OC-48(Optical Carrier-48)第48级光载波，是SONET的一系列传输标准之一，其速率是SONET第1级光载波OC-1速率（51.84 Mbit/s）的48倍，即2488.32 Mbit/s。

2-13 码分多址CDMA的复用方法有何优缺点？

解答：优点是容量大，有很强的抗干扰能力，发送功率小。缺点是技术相对复杂。

2-14 共有4个用户进行CDMA通信。这4个用户的码片序列为：

A:(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)；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)

现收到码片序列：(–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1)。问是哪些用户发送了数据？发送的是1还是0？

解答：A的内积为1，B的内积为–1，C的内积为0，D的内积为1。因此，A和D发送的是1，B发送的是0，而C未发送数据。

2-15 试比较ADSL、HFC及FTTx接入技术的特点。

解答：ADSL最大好处是利用现有电话网中的用户线，改造成本低，每户独占该用户线，并可以同时上网和打电话，但接入速率与用户线的质量和长度有很大关系。

HFC的优点是利用现有的有线电视系统，传输带宽高，但要将现有单向传输的有线电视电缆改造为双向通信的电缆，小区用户共享同一媒体。

FTTx带宽高，是解决宽带接入最理想的方案，但需要铺设大量光纤，投入的建设成本较高。

2-16 为什么在ADSL技术中，在不到1 MHz的带宽中可以传送的速率却可以高达每秒几个兆比特？

解答：采用先进的编码技术，每个码元携带多个比特，即每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。

2-17 判断以下正误。

（1）DSL和电话网拨号接入技术都要通过电话网经过电话交换机连接到ISP的路由器的。（×）

原因：拨号上网使用拨号调制解调器，利用电话网（电路交换）在用户计算机与ISP的路由器之间建立一条物理链路（话音信道），使用这条话音信道传输数据。而DSL仅使用用户线，利用频分复用技术将用户线划分了数据信道和话音信道分离，上网的数据并不通过电话网。

（2）通过ADSL上网的同时可以利用同一电话线打电话。（√）

原因：ADSL仅使用用户线，利用频分复用技术将用户线划分了数据信道和话音信道分离，上网的数据并不通过电话网，因此可以同时上网和打电话。

（3）双绞线由两个具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞在一起组成，这样不容易被拉断。（×）