1、習題解答1-1講1. 網絡有哪些構件？主機之間互聯有哪幾種方式？端系統上的現代操作系統通常定義了哪些編程開發接口？答：網絡實體可以被抽象為兩種基本構件：結點和鏈路。主機之間互聯有3種方式：直接連接的方式，間接連接的網絡云方式；(3) 間接連接的網絡云互聯方式。端系統上的現代操作系統通常定義了兩種編程開發接口：系統與通信網連接的硬件接口，位于網絡層與鏈路層之間，用以開發與各種不同的通信網連接的網絡適配器的驅動程序；操作系統與應用程序的接口，位于運輸層與應用層之間，為編程人員提供了一套API以進行網絡應用程序的開發。2. 參見圖1-11，因特網具有大致分層的ISP等級結構。由此回答：為何說因特網是

2、網絡的網絡？每層ISP是否大致與地理范圍對應？內容提供商正在以何種方式改變因特網的結構？答：從ISP等級結構圖可以看到，因特網由眾多ISP網絡互連而成，因此因特網可以稱為網絡的網絡。每層ISP大致與地理范圍有對應關系：第一層ISP連接各個國家之間，覆蓋洲際范圍；第二層ISP連接各本地ISP，覆蓋國家或區域范圍；本地ISP直接連接用戶，覆蓋一個城市。內容提供商如谷歌公司在全世界部署了一個專用的TCP/IP網絡，用以連接約50個數據中心。每個數據中心具有幾十萬臺到幾百臺不等的服務器，每時每刻會產生巨大的網絡流量。谷歌專網不僅與第一層ISP相連，而且直接與更低層ISP相連，從而改變了因特網的結構。3

3、. 什么叫做網絡協議？構成協議的幾個要素是什么？是否可以缺失其中的某個要素？請舉例說明原因。答：網絡協議是指為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。網絡協議包括三個要素：語法、語義和定時。語法描述了數據與控制信息的結構或格式，語義定義了需要發出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種響應等，定時給出了事件實現順序的詳細說明。網絡協議的三要素缺一不可，缺失語法則無法對分組進行解析，缺失語義則無法完成相應的動作，缺失定時則無法保證協議的正確執行。舉例來說：一組偵察兵約定下午5點到某高地集結。語法是中文，語義正確：有時間有地點有任務，但是缺少定時。萬一有人在預定時間沒有到達，如何辦？因此，需要

4、增加一條定時約束，如“過時自行返回”。1-2講1. 數據在各層之間的傳遞過程中，各層協議的首部起著什么作用？“水平的”協議和“垂直的”服務之間有什么關系？答：每層協議的首部定義了本層協議進行交互時需要的控制信息。協議是控制（水平的）對等實體之間進行通信所需要的規則。協議的實現一方面需要利用（垂直的）下一層為其提供的服務，另一方面又能夠為上一層提供服務。2. TCP/IP體系結構具有哪些層次？該體系結構的主要特點是什么？答： TCP/IP的體系結構層次自上而下是應用層、運輸層、網絡層和網絡接口層。其中應用層可以定義各種網絡應用協議，運輸層提供可靠字節流服務和不可靠數據報服務兩種服務，網絡層只有一

5、個網際協議IP，支持互聯多種網絡技術以形成一個邏輯網絡，網絡接口層包括諸如以太網、電話網等多種通信網絡。TCP/IP體系結構的特點包括：協議棧呈沙漏形狀，IP作為體系結構的細腰，一方面IP之上可以通過運輸層協議，為多種應用程序提供不同的信道抽象，即一切運行在IP之上；其次，多種異構網絡可以通過IP實現互聯互通，及IP運行在一切網絡之上。這一設計理念能夠使高層應用和底層通信網技術獨立發展，大大提高了因特網的靈活性。3. 考慮一個長度為L的分組從端系統A開始，經一段鏈路傳送到一臺分組交換機，并從該分組交換機經第二段鏈路傳送到目的端系統。令di、si和Ri表示鏈路i的長度、傳播速度和傳輸速率（i=1

6、,2）。該分組交換機對每個分組的時延為dproc。假定沒有排隊時延，根據di、si、Ri (i=1,2)和L，該分組總的端到端時延是什么？現在假定該分組是1,000字節，分組交換機的處理時延是1 ms，第一段鏈路的長度是4,000km，并且最后一段鏈路的長度是1,000km。對于這些值，該端到端時延為多少？答：2-3講1. 奈奎斯特公式與香農公式在數據通信中的意義是什么？比特/每秒和碼元/每秒有何區別和聯系？答：奈奎斯特公式給出了任何實際的信道所能傳輸的最大數據傳輸速率，而香農公式則指出信道的極限信息傳輸速率。比特/每秒和碼元/每秒可以相互轉換，前者是從信息量角度描述信息傳輸速率，而后者是從碼

7、元角度衡量數據傳輸速率。如果每個碼元僅有1比特信息，則兩者在數值上是相等的；如果每個碼元有n比特信息，則碼元/每秒在數值上等于n倍比特/每秒。2. 常用的傳輸媒體有哪幾種類型？它們的主要特點是什么？其中的多模光纖和單模光纖各適用于什么場合？答：常用的傳輸媒體可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。在導向傳輸媒體中，電磁波被導向沿著固體媒體(銅線或光纖)傳播，而非導向傳輸媒體通常指自由空間，在非導向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳輸。光脈沖在多模光纖中傳輸時會逐漸展寬，造成失真，故多模光纖只適合于短距離傳輸。單模光纖可使光線一直向前傳播，而不會產生多次反射，損耗較小，可進行高速率遠距離傳

8、輸。3. 與有線鏈路相比，無線鏈路通信有哪些重要的區別特征？答：與有線鏈路相比，無線鏈路通信的特征是：a. 衰減的信號強度：當電磁波穿過物體時，信號強度將減弱；b. 來自其他源的干擾：在同一個頻段發送信號的電波源將相互干擾。此外，環境中的電磁噪聲也會形成干擾；c. 多徑傳播：當電磁波的一部分受物體和地面反射，在發送方和接收方之間走了不同長度的路徑，則會出現多徑傳播。這使得疊加后的信號變得時強時弱，難以控制。2-4講1. 假定用戶共享一條2 Mbps鏈路。同時假定當每個用戶傳輸時連續以1 Mbps傳輸，但每個用戶僅傳輸20%的時間。a. 當使用電路交換時，能夠支持多少用戶？b. 對于該問題的遺留

9、問題，假定使用分組交換。為什么如果兩個或更少的用戶同時傳輸的話，在鏈路前面基本上沒有排隊時延？為什么如果3個用戶同時傳輸的話，將有排隊時延？c.求出某指定用戶正在傳輸的概率。d. 假定現在有3個用戶。求出在任何給定的時間，所有3個用戶在同時傳輸的概率。求出排隊增長的時間比率。答：a.當使用電路交換時，信道帶寬需要用戶獨占，最多智能支持2個用戶。b.因為2Mbps鏈路僅能容納兩個或更少的用戶同時以1Mbps連續傳輸時，這時統計上會有資源富余，而當3個用戶同時傳輸時，統計上便會出現供不應求的現象，導致排隊時延。c.每個用戶僅可能有20%的時間在傳輸，因此正在傳輸的概率是p=0.2。d.其中傳輸概率

10、由二項式公式決定：，其中n3為傳輸用戶數。當n=3時，上式=0.23×0.80=0.008。因為僅當n=3時排隊才會增長，因此排隊增長的時間比率也為0.008。2. ADSL的上下行帶寬為何設計為不對稱？答：因為家庭用戶較多將信息取回家，較少向網絡提供信息。3. 當前無線接入所使用的WiFi技術基于何種標準？為何3G技術經常要與WiFi技術配合使用？答：當前無線接入所使用的WiFi技術基于IEEE 802.11。3G技術的通信速率較低，約為幾百kbps，上網費用高；而WiFi的通信速率為54Mbps或以上，且上網費用低。因此，在有WiFi的地方，就盡可能地使用WiFi，而在沒有WiF

11、i的地方就使用3G技術。3-5講1. 鏈路層協議能夠向網絡層提供哪些可能的服務？舉例說明鏈路層協議相應的服務。答：鏈路層協議能夠向網絡層提供的服務包括：成幀、差錯檢測、可靠交付、媒體訪問、流量控制。例如，HDLC協議提供了數據鏈路層的成幀和CRC檢測功能等。2. 考慮4 bit的生成多項式G(x)=x3+1，假設數據M(x)的值為10101010。附加比特R(x)的值是什么？答：R(x)=101（需要過程）。3. 在SW3協議中，從接收方向發送方流動的ACK分組沒有設置序號。為什么這些ACK分組不需要序號呢？答：在SW3協議中，發送方需要序號以便讓接收方判斷是否出現了分組冗余，而ACK與發送的

12、數據分組一一對應，不會出現ACK的冗余，故ACK分組不需要序號。3-6講1. 在課件中給出了SW3的發送方FSM，請畫出協議SW3的接收方的FSM。答：協議SW3的接收方的FSM如下圖所示：注意：SW2接收方與SW3接收方協議是相同的（SW3發送方協議的與SW2發送方協議的差異在于增加了超時機制。超時機制的引入增加了發送方到接收方數據流中冗余分組的可能性。然而，SW2接收方已經能夠處理冗余分組了。即如果接收方發送的ACK丟失，則在SW2接收方側將出現冗余，發送方則會重傳舊分組。）。2. 考慮討論流水線時的例子，網絡跨越國家的例子。窗口長度設置成多少時，才能使該信道的利用率超過90%？答：對于2

13、.5Gbps光傳輸系統，RTT為35ms。分組長L1,500 byte，發送時延：當一次僅傳輸一個分組，信道的利用率僅為：如果要使信道的利用率超過90%，窗口長度至少要大于：0.9/0.000137=6570，即一個發送窗口中，為得到應答的分組數量要大于6570個。3. 考慮一種GBN協議，其發送方窗口為3，序號范圍為1,024。假設在時刻t，接收方期待的下一個有序分組的序號是k。假設媒體不會對報文重新排序。回答以下問題：a. 在t時刻，發送方窗口內的報文序號可能是多少？為什么？b. 在t時刻，在當前傳播回到發送方的所有可能報文中，ACK字段中所有可能值是多少？為什么？答：一般而言，發送方窗口

14、為N（本題中N=3）。a. 一種情況是，接收方收到k-1號分組，并且對之前接收到的所有分組都進行了確認，且確認正確到達了發送方，那么發送方的窗口k,k+N-1。如果處于另一種極端，發送方未收到任何ACK，窗口k-N,k-1。因此，窗口始于k-N,k中某一點，大小為3。b. 接收方等待分組k，收到和確認了k-1及其以前所有分組，如果這N個ACK未到達發送方，ACK范圍k-N,k-1，由于發送方已經發送分組k-N,k-1，所以肯定收到了ACK k-N-1，根據累積確認原理，接收方一旦對k-N-1進行確認，則不會再對小于k-N-1號分組確認，故而ACK范圍k-N-1,k-1。4. 在SR協議中，如果

15、報文在窗口中，發送方就會不等待確認而傳輸報文。考慮設計一種新的SR協議，一次發出一對報文，而且只有在知道第一對報文中的兩個報文都正確到達后才發送第二對報文。答：這種新的SR協議可描述為下圖：3-7講1. 在分析多路訪問協議時進行了哪些假設？現有的幾十種多路訪問協議是如何分類的？這種分類的方法與結點數量和結點訪問信道的頻率是否有關？答：分析多路訪問協議時的假設有： a. 結點。N 個獨立結點，彼此獨立地產生數據幀。在一個長度為t 時隙中生成一個幀的概率是t，其中是新幀的到達速率。b. 單一信道。單一信道速率R bps 為所有發送方所用。所有結點能夠在信道上發送和接收幀。結點的硬件為等同的，而協議

16、軟件可以為它們分配不同的優先權。c. 碰撞。如果兩個幀同時傳輸，它們在時間上將重疊，導致碰撞幀的信號糾纏在一起無法分清。該事件被稱為碰撞。所有結點都能夠檢測到碰撞。碰撞的幀必須在以后再次傳輸。d. 時間。對于連續時間，能夠在任意時刻開始傳輸幀。對于時隙時間，時間分為離散間隔(時隙)。幀總是在時隙起始時傳輸。一個時隙包含0、1 或多個幀，分別對應著空閑、成功傳輸或碰撞時隙。e. 偵聽。如果使用載波偵聽，在試圖使用信道前，結點能夠分辨出信道是否正在使用。如果偵聽到信道正在忙，任何結點將等待信道空閑后才會嘗試使用它。如果不使用載波偵聽，結點將直接傳輸幀，傳輸以后再來確定此次傳輸是否成功。現有的幾十種

17、多路訪問協議分為下列三類：信道劃分協議、輪流協議和隨機接入協議。這種分類方法與結點數量和結點訪問信道的頻率有關系：當許多用戶都有大量信息要發時，可使用信道劃分協議；當許多用戶都以較低概率發送信息時，可使用隨機接入協議；而使用輪流協議的情況，介于這兩種情況之間。2. 我們討論了時隙ALOHA效率推導。本習題將繼續這個推導。(a)當有N個活躍結點時，時隙ALOHA的效率是。 求出使這個表達式最大化的值。(b)使用在(a)中求出的值，令N接近于無窮，求出時隙ALOHA的效率。(提示：當N接近于無窮時，接近于。)(c)進一步說明純ALOHA的最大效率是。答：（a）當有N個活躍結點時，時隙ALOHA的效

18、率是Np(1-p)N-1。對該式求導，并令導數為0，可得N(1-p)N-1-Np(N-1)(1-p)N-2 = 0。故使表達式最大化時，p=1/N。（b）代入p=1/N ，則Np(1-p)N-1=(1-1/N)N-1。當N趨向于無窮時，上式的極限為1/e。（c）N個活躍結點時，ALOHA的效率是Np(1-p)2(N-1)。對該式取極限，得協議最大效率為：1/(2e)。3-8講1. 考慮某讓所有結點直接與一個集線器相連的100 Mbps的100BASE-T以太網。為了獲得0.5的效率，結點和集線器之間的最大距離是多少？假設幀長為64 byte并且中間沒有轉發器。這個最大距離也確保正在傳輸的結點A

19、能夠檢測出當A在傳輸時是否有其他任何結點在傳輸嗎？為什么？你得到的最大距離和實際的100 Mbps標準比較將有什么結論？答：根據因特網的效率公式 ，因為傳輸一個幀 的時間為，故有，結點和集線器之間的最大距離d為：。又，故能檢測出其他在傳輸的結點。最大距離遠大于實際的100Mbps標準200m，說明理論是實踐的參考，需考慮實際傳輸時的損耗等因素的影響。2. 考慮在圖3-26環境中的交換機的情況。假定A向D發送一個幀，D向A回答一個幀，C向D發送一個幀，D向C回答一個幀。該交換機表初始為空。顯示在這些時間的前后該交換機表的狀態。對于這些事件的每個，確定傳輸的幀在上面的轉發的鏈路，并簡要地論證你的答

20、案。答：對各接口編號如圖所示，且假設過程中記錄未發生超時。地址接口時間MAC A1T1由于初始表空，交換機接收到來到A的幀后，首先記錄MAC A與接口1的對應關系，然后洪泛，向接口2、3、4轉發。地址接口時間MAC A1 T1MAC D4 T2交換機接收到來到D對A的響應幀后，首先記錄MAC D與接口4的對應關系，然后向接口1轉發。地址接口時間MAC A1 T1MAC D4 T2MAC C3 T3交換機接收到來到C幀后，首先記錄MAC C與接口3的對應關系，然后查表得到D對應接口4，便向接口4轉發。交換機接收到來到D對C的回答后，查表得到C對應接口3，便向接口3轉發。3-9講1. 在IEEE

21、802.11 LAN體系結構中，有哪些重要的構件？能否將WLAN技術用于網絡主干？答：802.11體系結構的基本構件模塊是基本服務集BBS。在一個BBS中通常包含一個或多個無線站點、一個接入點AP和無線信道。由于無線信道速率較低且不夠穩定，目前通常不將WLAN技術用于網絡主干。2. 試描述IEEE 802.11CSMA/CA協議。假設IEEE 802.11 RTS和CTS幀與標準的DATA數據和ACK幀一樣長，使用CTS和RTS幀還會有好處嗎？為什么？答：（1） IEEE 802.11CSMA/CA協議可描述為：如果信道中站點都能監聽到其他站點之間的通信，則a. 如果初始時某站點監聽到信道空閑

22、，它等待一個被稱作分布式幀間間隔的短時間段后發送該幀。b. 否則，站點選取一個隨機回退值。當偵聽到信道空閑時，遞減該值；當偵聽到信道忙時，計數值保持不變。c. 當計數值減為 0 時，站點發送整個數據幀并等待確認。d. 如果收到確認，傳輸站點的得知其幀已被目的站正確接收了。如果該站點要發送另一幀，它將跳轉第一步重新開始。如果未收到確認，傳輸站點將重新進入第二步中的回退階段，并選取一個更大的范圍的隨機值。如果信道中站點無法監聽到其他站點之間的通信，則a. 當發送方要發送一DATA幀時，它能夠首先向AP 發送一個RTS 幀，指出傳輸DATA 幀和確認幀需要的總時間。b. 當AP 收到RTS 幀后，它

23、廣播一個CTS 幀作為響應，以給發送方明確的發送允許，也指示其他站點在預約期內不要發送。c. 如果當兩個站點RTS發生碰撞，則不會在預定時間內收到CTS，則站點可隨機延遲后再重新發送RTS預約信道。（2）若RTS和CTS幀與標準的DATA數據幀和ACK幀一樣長，則使用CTS和RTS幀預約信道就不再具有原先的優點了。設計CTS和RTS采用短幀就是要用短幀碰撞來代替長數據幀碰撞，即使產生了短幀的碰撞也不致浪費過大，從而提高了協議利用率。3. 802.11幀中有4個地址字段。試畫出這4個地址分別對應的802.11無線LAN的環境。答：802.11幀中有4個地址字段分別為：地址1是接收該幀的無線主機或

24、AP的MAC 地址；地址2是傳輸該幀的無線主機或AP的MAC 地址；地址3是與AP連接的路由器接口的MAC地址；地址4是僅用于自組織模式。對應的802.11無線LAN的環境圖示如下：4-10講1. 根據圖4-1，為什么說IP網絡是一個虛擬網絡？如果IP網絡不實際傳輸分組，那么它的作用是什么？答：直接連接的網絡是能夠實際傳送分組的通信網，但它們通常覆蓋區域較小、協議異構且沒有統一的地址，無法互聯互通。設計了具有統一IP地址和規格的IP協議，其他異構網絡通過IP網絡轉換了格式進行中繼，使得它們能夠網絡互聯互通。因此，IP網絡相當于在異構的直接連接的網絡之上構建的一個虛擬網絡，它僅僅提供在各個異構子

25、網之間全局性路由選擇和轉發功能，而下面網絡則提供了分組實際的通信功能。2. 根據圖4-2，試填寫出路由器R3的轉發表內容。答：路由器R3的轉發表內容如下：目的網絡N下一跳R（或輸出接口）接口1（直接交付）接口2（直接交付）接口1（間接交付）接口1（間接交付）3. 分組的直接交付和間接交付有什么區別與聯系？在交付過程中，它們分別要用到哪些層次的地址？答：直接交付：兩臺端系統在一個直接連接的網絡上，分組從一臺主機上直接傳送到另一臺主機的過程。間接交付：兩臺端系統不在同一個直接連接的網絡上時，源主機必須先把分組先發給一個路由器的過程。直

26、接交付和間接交付的區別是：直接交付是分組在直接連接的網絡中傳送，而間接交付是分組在不同的直接連接的網絡中傳送；兩者的聯系是直接交付是間接交付的最后一跳。在直接交付過程中，用到MAC地址，而間接交付過程中，要用到MAC地址和IP地址。4-11講1. 從IP協議支持網絡層編址和轉發兩大功能的角度看，IP協議數據報首部至少要包括哪些字段？這些字段應當包括什么內容？答：為支持網絡層編制功能，即設計特定的IP地址結構支持高效完成分組轉發任務，因此協議數據報首部至少要包括目的地址字段，而源地址是為接收方提供回應的地址，因此也要包括源地址字段。轉發是將分組從路由器的輸入移動到適當的路由器輸出，為防止IP數據

27、報無休止地轉發，要具有壽命字段；為使不同服務類型具有較好質量，要具有服務類型字段；為使不同長度的數據塊能夠轉發，要具有標識符、標志和段偏移字段。為了使網絡層編址和轉發兩大功能正確，還需要有互聯網檢驗和字段。互聯網檢驗和字段中放置互聯網檢驗和。當IP分片時，標志字段除最后一片為0外，其他均為1；而段偏移字段指示本片數據在長數據報中的位置（字節數除以8）。而其他字段均放置二進制序列。2. 考慮使用8 bit主機地址的數據報網絡。假定一臺路由器使用最長前綴匹配并具有下列轉發表：前綴匹配接口101111112其他3 對這4個接口，給出相關的目的主機地址的范圍和在該范圍中的地址數量。答：如果使用最長前綴

28、匹配，匹配的地址的前幾位必定要與前綴相同，而前綴后1位必定要不同，由此給出下表：接口目的主機地址范圍地址量01000 0000 1011 111126=6411100 0000 1101 111125=3221110 0000 1110 111124=1630000 0000 0111 111127=1283. 在4-14網絡環境中，若內網有30臺主機從/24地址塊中分配地址，公網地址為。當內網主機瀏覽公網Web網站(用80端口)和用FTP下載文件(用20端口)時，NAT的端口隨機申請。試填入NAT轉換表的值。答：NAT轉換表的值可以是（注意答案不唯一

29、）：NAT轉換表專網端公網端, 12345, 3000, 21211, 35014-12講1. 在圖4-17所示的網絡中，端系統A要與端系統E通信。試簡述它們之間具體的通信過程。答：a. A比較E的網絡地址，發現不在相同網絡，就送往路由器R左端口；b. A的ARP表中沒有R左端口MAC地址，使用ARP從得到R的MAC地址；c. A生成以R左端口的MAC地址作為目的地的鏈路層幀,幀包含A到E IP數據報；d. A的適配器發送幀，R的適配器接收幀；e. R知道目的地是E，使

30、用選路協議確定路由器右端口； f. R出端口將E的IP地址與本網絡地址相比，發現網絡地址匹配，就進行直接交付；發現ARP表中沒有發現E的MAC地址，用ARP得到E的MAC地址；g. R適配器生成包含A到E IP數據報的幀向E發送； h. E收到來自A的IP分組。2. 設計ICMP用于處理網絡管理問題的基本思路是什么？Traceroute程序的工作原理符合這個基本思路嗎？答：設計ICMP用于處理網絡管理問題的基本思路是允許端系統或路由器報告差錯情況，為網管人員提供適當的工具以查詢網絡結點的信息。Traceroute程序的工作原理符合這個基本思路。首先它構造TTL=1的ICM

31、P數據報，使第一臺路由器報錯，從而獲得其入口IP地址，接下來構造TTL=2,3,的ICMP數據報，從而獲得其沿途的路由器不斷報錯，依次獲得了它們的入口地址。因此，traceroute利用了ICMP的工作機制。3. 與IPv4相比，IPv6在其數據報格式中出現的主要差異是什么？答：IPv6數據報擴大地址容量；首部固定長度40字節；不允許分段；完全去除“檢查和”，以減小每跳的處理時間；允許“選項”，但在首部之外，由“下一個首部”字段指示等。4-13講1. 考慮圖4-27上的網絡。試用距離矢量算法給出結點b的距離表表項。答：距離矢量算法通過鄰居之間交換路由選擇報文，根據Bellman-Ford方程進

32、行迭代得到距離表表項的。在如下圖所示網絡中，第一輪時各結點只知道各自的鄰居情況；第二輪時各結點收到其他鄰居結點的路由選擇報文，更新自己的表信息；經過三輪，各結點已經找到最優路徑。代價到a b c d來a自b c d0581250358302121120代價到a b c d來a自b c d05105035103021120結點b表代價到a b c d來a自b c d50311代價到a b c d來a自b c d0581050358302121120代價到a b c d來a自b c d0581250311103021120結點a表代價到a b c d來a自b c d0510代價到a b c d來a

33、自b c d05105031183021120結點c表代價到a b c d來a自b c d05101250358302121120代價到a b c d來a自b c d10302代價到a b c d來a自b c d05105031110302121120代價到a b c d來a自b c d05101250358302101120結點d表代價到a b c d來a自b c d011202. 考慮圖4-27的網絡。用Dijkstra的最短路算法計算出從b到所有網絡結點的最短路徑。通過計算一個類似于表4-10的表，給出該算法的工作過程。答：結點b建立轉發表的過程如下表。步驟證實表試探表注釋1(b,0,-

34、)因為b是證實表中唯一的新成員，等待鏈路狀態報文2(b,0,-)(a,5,a)(c,3,c)(d,11,d)鏈路狀態報文告訴b，可以費用5通過a到達a，可以費用3通過c到達c，可以費用11通過d到達d，因此將其加入試探表。同理c也加入3(b,0,-)(c,3,c)(a,5,a) (d,11,d)將試探表中費用最小的記錄費用3通過c到達c是表中最好的路徑，c加入證實表中。檢查證實表中新成員c的鏈路狀態報文4(b,0,-)(c,3,c)(a,5,a) (d,5,c)(a,10,c)用費用5到達a為最好，a加入證實表中。通過c到達d的費用是2,記錄(d,11,d)被替換為(d,5,c); c的鏈路狀

35、態報文告知可以費用10到達a5(b,0,-)(c,3,c)(a,5,a) (d,5,c)(a,10,c)把試探表中費用最小的記錄d加入證實表中，觀察d的鏈路狀態報文,沒有更好的路徑4-14講1. BGP有哪些主要功能。描述在BGP中是如何檢測路徑中的環路的。答：BGP是AS之間提供可達路徑的分層路由選擇協議。BGP具有以下功能：從相鄰AS處獲得子網可達性信息；向本AS內部的所有路由器傳播這些可達性信息；基于可達性信息和AS策略，決定到達子網的“好”路由。BGP從相鄰AS獲得子網可達性信息，基于自己的策略，決定是否向其他AS通告，一旦通告就承諾向該子網轉發數據報；BGP還向本AS內部的所有路由器

36、傳播相關可達性信息。在AS-PATH屬性包含了傳遞前綴的通告所經過的AS，由此可以判斷是否存在環路。2. 觀察圖4-30所示的路由器體系結構。如何體現出路由器具有互聯異構網絡、轉發和選擇路由等幾項關鍵功能。答：互聯異構網絡：不同異構通信子網中的分組經過路由器的物理層、鏈路層和網絡層功能轉換，在IP層實現地址和報文結構的統一，能夠進行統一尋址。轉發：分組進入路由器不同輸入接口卡后，通過將分組目的地址與轉發表進行比較，經過交換結構后，由輸出接口卡輸出到不同路由器不同接口。路由選擇：路由器接收來自不同路由器的路由選擇報文，通過執行路由選擇協議，更新了轉發表內容，使分組能夠到達正確的輸出端口 。這些功

37、能由路由器的控制器卡提供，包括路由計算與更新、拓撲和地址信息交換。4-15講1. 考慮在一個具有一個外部代理的外部網絡中的兩個移動結點。在移動IP中，這兩個移動結點是否可能使用相同的轉交地址？為什么？答：使用移動IP方案時，移動結點通常有永久IP地址和一個轉交地址。該轉交地址實際上是由歸屬代理所使用的。當通信者給移動結點的永久IP地址發送分組時，歸屬代理會將該數據報截獲并用轉交地址轉發給移動用戶。因此，兩個不同的移動結點如果位于相同子網中時，完全有可能使用相同的轉交地址。當收到具有轉交地址的分組時，外部代理將根據兩個移動結點的注冊信息，通過它們不同的MAC地址與之進行直接連接的網絡通信。2.

38、試討論MPLS在流量工程中的作用。它是否能夠彌補IP的不足？答： IP技術通過路由器端口是與某種通信網相連的，而這些通信網要以自己的方式傳送路由器交付的數據報，直至它們到達與通信網另一端連接的路由器。這種方式不足之處包括：首先，通信網通常不具備以IP方式轉發IP數據報的能力，多次轉換格式將降低系統的效率。其次，預先計算的路徑不一定與IP路由選擇協議確定的路徑相匹配。第三，無法支持某種類型的虛擬專用網絡。MPLS通過采用一個固定長度的標簽達到改善IP路由器的轉發速率的目的，并且能夠提供多條非IP路由的路徑，提供特定的虛擬專用網絡，從而彌補了IP的不足。5-16講1. 根據網絡應用的時延和可靠性可

39、以將它們分為幾類？運輸層是否應當由此設計幾種不同的協議？因特網的運輸層協議能夠為網絡應用提供哪些服務？不能夠提供哪些服務？答：根據對時延和可靠性，可以將網絡應用分為兩類：一類是傳統的彈性網絡應用，它們具有可靠傳輸但對時延要求并不很高的特點；另一類是多媒體網絡應用，它們具有時延敏感和丟包容忍的特點。TCP/IP的運輸層設計了兩種運輸層協議即UPD和TCP。TCP能夠支持彈性網絡應用，而UDP也具有時延較小的特點，不過這兩種協議對時延都沒有保證。兩者并不與上述兩類網絡應用形成一一對應。TCP能夠提供多路復用/分解、面向連接、可靠數據傳輸和擁塞控制服務，而UDP則提供無連接的、不可靠的傳輸服務，具有

40、多路復用/分解和差錯檢測功能。但兩者都沒有提供帶寬和時延保證，也不提供安全性服務等。2. 可以認為端口號是一種地址嗎？如果是，它是標識什么的地址？將端口號分為周知端口號和一般端口號有什么好處，這與網絡應用的模式有關系嗎？答：IP地址標識了因特網上的每臺主機的接口，而端口標識了網絡主機上的每個進程，這樣才能支持網絡應用進程之間的交互。因此端口號是一種地址。運輸層的端口號分為兩部分，一部分是周知端口號，另一部分是用戶可自行分配的端口號。由于UDP套接字和TCP套接字均與目的/源端口號有關，每個進程之間的通信鏈必須是唯一的，端口號錯誤將造成連接鏈的混亂。周知端口號范圍為01023,通常保留用于如HT

41、TP、FTP和DNS等著名的應用服務器的端口號的，由因特網管理機構統一分配。1023以上部分的端口號可由用戶自行使用，這就大大降低了出處差錯的可能性。一般在C/S模式中，服務器端口通常使用周知端口好，而且必須要長期處于打開狀態，因此端口號劃分與網絡設計模式有關。3. 給出標識圖5-5中TCP套接字的所有四元組。與UDP套接字忽略了源端的標識信息相比，TCP的套接字標識能力是增強了還是削弱了？答：圖5-5中TCP套接字的所有四元組包括：（IPA,1212;IPB,80）、（IPA,2323;IPB,80）、（IPA,3434;IPC,80）、 (IPC,4545;IPA,5656）。TCP通過四

42、元組來表示一個進程，相對于UDP的二元組，TCP的套接字標識能力更強。5-17講1. 簡單解釋TCP的如下特性：面向連接的端到端、點對點、全雙工數據、可靠的交付服務、客戶/服務器模式、面向字節流、流量控制和擁塞控制。答：面向連接的端到端是指用三次握手方式建立連接，且TCP運行在兩個端系統上；點對點是指TCP只有一個發送方和一個接收方；全雙工數據是指同一連接上雙向數據流同時通信；可靠的交付服務是指保證套接字之間數據無差錯、不丟失、不重復、且按序地到達；客戶/服務器模式是指服務器被動打開而客戶主動打開；面向字節流是指TCP之間的數據以無結構的字節流方式；流量控制是指發送方不能淹沒接收方；擁塞控制是

43、指抑止發送方速率來防止過分占用網絡資源。2. 主機A和B經一條TCP連接通信，并且主機B已經收到了來自A的到字節248的所有字節。假定主機A隨后向主機B發送兩個緊接著的報文段。第一個和第二個報文段分別包含了40和60 byte的數據。在第一個報文段中，序號是249，源端口號是503, 目的地端口號是80。無論何時主機B接收到來自主機A的報文段，它都會發送確認。a. 在從主機A發往B的第二個報文段中，序號、源端口號和目的端口號各是什么？b. 如果第一個報文段在第二個報文段之前到達，在第一個到達報文段的確認中，確認號、源端口號和目的端口號各是什么？c. 如果第二個報文段在第一個報文段之前到達，在第

44、一個到達報文段的確認中，確認號是什么？d. 假定由A發送的兩個報文段按序到達B。第一個確認丟失了而第二個確認在第一個超時間隔之后到達，如在下一頁上的圖中所顯示的那樣。畫出時序圖，顯示這些報文段和發送的所有其他報文段和確認。(假設沒有其他分組丟失。)對于你圖上每個報文段，標出序號和數據的字節編號；對于你增加的每個應答，標出確認號。答：a.在第二個報文段中，序號為289，源端口號為503，目的端口號為80。b. 如果第一個報文段在第二個報文段前到達，在確認報文中，確認號為289，目的端口為503，源端口為80。c. 如果第二個報文段在第一個報文段之前到達，在第一個到達的報文段的確認中，確認號是24

45、9，指示該接收端仍然在等待序號為249的報文的到達。d. 時序圖如下。其中當主機B收到主機A因超時發送的冗余報文后，對最后一個字節349進行確認（累計確認）。3. 一旦網絡出現丟包時，RTT估值算法就要修正，否則可能出錯。請闡述可能出現的問題，以及針對這些問題的修正算法。答：一旦網絡出現丟包時，無法判斷收到的確認報文段是對原來報文的確認還是對重傳報文的確認，這樣會使得RTT估計值與實際RTT的誤差很大。Karn算法提出估算RTT時，只要報文重傳，就不再采用其往返時延的樣本了。Karn算法仍存在問題：一旦網絡恰好現在此時時延持續變大，將將進入死循環。為此，Karn修正算法指出：報文段每重傳一次，

46、就將超時時限增大一倍，而保持RTT估計值不變；當報文段不再重傳時再計算RTT估值。4. 簡要說明TCP連接與網絡層的虛電路的區別。答：（1）TCP連接是運輸層的一種邏輯連接，而虛電路是網絡層的邏輯連接。（2）TCP的連接信息僅保存和維護在端系統中，對于下面的路由器而言是透明的；網絡層的虛電路不僅在端系統而且在所經過的沿途所有路由器中，都必須保存和維護虛電路的狀態信息。5-18講1. 觀察圖5-9所示的TCP報文段結構，其中哪些字段分別與多路復用/分解功能有關？哪些字段分別與可靠數據傳輸功能有關？哪些字段分別與流量控制功能有關？哪些字段分別與擁塞控制傳輸功能有關？答：所謂多路復用/分解是指運輸層

47、擔負著將多個應用進程的報文通過同一個網絡層傳輸通道傳輸，并正確地交給某個應用進程的任務的功能。源TCP報文段結構中，端口和目的端口號字段與多路復用/分解功能有關；序號、確認號、檢驗和字段與可靠數據傳輸有關；接收窗口號與流量控制有關；序號和確認號與擁塞控制有關。2. TCP創建連接采用了三次握手過程。分析第三次握手有何作用？試舉例說明之。當TCP一端釋放連接后，這端是否還能夠發送報文段？此時，另一端是否還能夠繼續發送報文段？答：在TCP創建連接的三次握手過程中，第三次握手表明第一次握手的確是自己發送的，以防止第一次握手是以前遺留的連接。舉例來說，如圖所示的一個連接沒有成功，該失效的A的連接請求報

48、文段突然出現在TCP服務器B處了，B將回送第二次握手報文，但A看到該第二次握手報文將意識到這是一次錯誤的連接，就不會再發送第三次握手報文，從而防止了這次錯誤。當TCP一端釋放連接后，這端不能發送報文段了，但可以對對方的報文段進行確認。而TCP另一端能夠繼續發送報文段。3. 網絡擁塞的主要成因有哪些？它們帶來的危害分別有哪些？有哪幾種網絡擁塞控制方法？答：網絡擁塞的主要成因及其危害是： 當分組到達速率超過路由器輸出鏈路的容量時，路由器將要緩存輸入但無法立即輸出的分組。這導致第一種危害，即當分組以大于或接近鏈路容量的速率到達時，分組將承受很大的時延。 當分組到達某路由器時，當有限的緩存已滿，分組將

49、被丟棄。這導致發送方因為分組被路由器丟棄而進行了不必要的重傳，引起路由器利用其鏈路帶寬轉發不必要的分組拷貝。 每當有一個分組在某路由器上被丟棄時，傳輸路徑上的前幾跳路由器的工作都是徒勞的。網絡擁塞控制方法是： 端到端的擁塞控制:該方法不從網絡得到明確的反饋，而是設法從端系統根據觀察到的時延/丟失推斷出擁塞，這是TCP所采用的方法。 網絡輔助的擁塞控制: 路由器為端系統提供反饋，如用一個bit指示一條鏈路出現擁塞，指示發送方的發送速率。4. 分析產生網絡擁塞條件的公式(5-6)，式中的資源通常包括哪些東西？該公式能夠為我們設計和解決網絡管理和網絡安全方案和問題提供哪些思路？答：(5-6)式中的資

50、源可以包括了帶寬、緩存、CPU甚至打印機等網絡可以共享的東西。從（5-6）式可知，任意一種或多種資源的需求失衡都會導致擁塞的發生。該式可以為我們提供如下思路：解決網絡擁塞的問題可以從尋找使上述不等式不成立的條件著手。如一方面減少對資源的需求或增加可用資源，另一方面許多網絡攻擊行為都致力于消耗網絡某環節的最為緊缺的資源，從而以較少的代價導致系統崩潰。5-19講1. TCP擁塞控制的基本思想是什么？有哪些基本擁塞控制機制？試簡要闡述它們的基本思想。答：TCP擁塞控制的基本思想是，當出現丟包事件時，迅速減小擁塞窗口的長度使發送方降低其發送速率；而一般情況下則謹慎增加擁塞窗口的長度使發送速率緩慢增長。

51、TCP的擁塞機制是：慢啟動和加性增、乘性減。慢啟動的基本思想是：從較小的擁塞窗口出發，逐步試探出網絡狀態，而試探的增長速率以要指數的速度快速增加，直到接近某個閾值。加性增的基本思想是：在擁塞避免階段，TCP發送方的發送速率以線性增長的速率進行發送。乘性減的基本思想是：發現丟包后，TCP急劇減小擁塞窗口的措施。當發生丟包事件時，將閾值=擁塞窗口/2并且擁塞窗口減少至1報文段，再進入慢啟動階段；對于接收到3個冗余ACK事件，先將擁塞窗口減半，再線性增加擁塞窗口（快速恢復）。2. 考慮下圖中TCP窗口長度作為時間的函數。假設TCP Reno是一個經歷如上所示行為的協議，回答下列問題。在各種情況中，請

52、簡要地論證你的回答a. 指出當TCP慢啟動運行時的時間間隔。b. 指出當TCP擁塞避免運行時的時間間隔。c. 在第16個傳輸輪回之后，報文段的丟失是根據3個重復確認還是根據超時檢測出來的？d. 在第22個傳輸輪回之后，報文段的丟失是根據3個重復確認還是根據超時檢測出來的？e. 在第一個傳輸輪回里，ssthresh的初始值設置為多少？f. 在第18個傳輸輪回里，ssthresh的值設置為多少？g. 在第24個傳輸輪回里，ssthresh的值設置為多少？h. 第70個報文段在哪一個傳輸輪回內發送？i. 假定在第26個發送輪回后，通過收到3個冗余ACK檢測出有分組丟失，擁塞的窗口長度和ssthres

53、h的值將應當是多少？答：a. 慢啟動的時間間隔是1，6和23，26。b. TCP擁塞避免的時間間隔為6，16和17，22。c. 在第16個傳輸輪回之后，報文段丟失是根據3個重復確認檢測出來的，因為如果是超時檢測出丟包，擁塞窗口的長度將為降為1。d. 在第22個傳輸輪回上，報文段的丟失是根據超時檢測出來的，因為擁塞窗口降為1，并進入了滿啟動階段。e. 在第一個傳輸輪回里，ssthresh的初始值是32。此時是慢啟動停止，擁塞避免開始的擁塞窗口的長度。f. 在16輪檢測出3個冗余確認，擁塞窗口為42, 所以在18輪ssthresh的值是42/2=21.g.在第22輪檢測出丟包，擁塞窗口為29,在第

54、24個傳輸輪回里，ssthresh的值是14（14.5的下界）。h. 在第一個傳輸輪回里，發送了1個報文，在第2個輪回里發送了報文2-3，在第3個輪回里發送了報文4-7，在第4個輪回里發送了報文8-15，在第5個輪回里發送了報文16-31，在第6個輪回里發送了報文32-63，在第7個輪回里發送了報文 64-96.因此第70個報文在第7個輪回里進行了傳輸。i.當丟包出現時閾值將被設置為當前擁塞窗口（8）的一半，即為4。擁塞窗口將被設置為新閾值+3,即為7。3. 若通信信道帶寬為1Gbps,兩個端系統之間的時延為15ms，而TCP的發送窗口最大為65535字節。試計算：能達到的最大吞吐量是多少？信道的利用率是多少？答：將通信信道看做數字管道，設最大吞吐量為S，兩個端系統之間的往返時延RTT為15ms，協議最多只能發送RTT*S字節數。但由于窗口W的限制，一次最多只能發送填滿窗口的數量:W=RTT*S因此S=W/RTT=65536*8/(15*10-3)=34.953*10635Mbps。此時，發送速率遠比信信道帶寬1Gbps小，此信道的利用率為：35Mbps/1000Mbps=3.5%。4. 在5.6.3節我們討論了這樣的事實；一個應用程序能夠打開多條TCP連接并獲得較高吞吐量(或等價地一個較快的傳輸時間)。如果所有