计算机网络_第1章习题解答.doc

第一章习题解答
1.1什么是计算机网络？
答：我们可以把计算机网络定义为：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行下，以实现网络中资源共享为目标的系统。

1.2试分析阐述计算机网络与分布式系统的异同点。
答：计算机网络是把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，实现资源的共享；分布式系统是在分布式计算机操作系统或应用系统的支持下进行分布式数据处理和各计算机之间的并行工作，分布式系统在计算机网络基础上为用户提供了透明的集成应用环境。所以，分布式系统和计算机网络之间的区别主要在软件系统。

1.3计算机网络的拓扑结构种类有哪些？各自的特点是什么？
答：网络的拓扑（Topology）结构是指网络中各节点的互连构形，也就是连接布线的方式。网络拓扑结构主要有五种：星形、树形、总线形、环形和网络形，如图1.1所示。
星型结构 树型结构 总线型结构 环型结构 网络型结构

图1.1
星形结构的特点是存在一个中心节点，其他计算机与中心节点互连，系统的连通性与中心节点的可靠性有很大的关系。树形结构的特点是从根节点到叶子节点呈现层次性。总线形结构的特点是存在一条主干线，所有的计算机连接到主干线上。环形结构是将所有计算机连接到一个环形的线路，每两个计算机之间有两条线路相连。网络型是一种不规则的连接，事实上，目前的因特网就是这种拓扑结构。

1.4从逻辑功能上看，计算机网络由哪些部分组成？各自的内涵是什么？
答：根据定义我们可以把一个计算机网络概括为一个由通信子网和终端系统组成的通信系统
终端系统：终端系统由计算机、终端控制器和计算机上所能提供共享的软件资源和数据源（如数据库和应用程序）构成。计算机通过一条高速多路复用线或一条通信链路连接到通信子网的结点上。终端用户通常是通过终端控制器访问网络。终端控制器能对一组终端提供几种控制，因而减少了终端的功能和成本。
通信子网：通信子网是由用作信息交换的网络结点和通信线路组成的独立的数据通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。 网络结点提供双重作用：一方面作终端系统的接口，同时也可作为对其他网络结点的存储转发结点。作为网络接口结点，接口功能是按指定用户的特定要求而编制的。由于存储转发结点提供了交换功能，故报文可在网络中传送到目的结点。它同时又与网络的其余部分合作，以避免拥塞并提供网络资源的有效利用。

1.5由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中，共有多少个直接的连接？对由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中呢？对由n个结点构成的全连接网络中呢？
答：在由n个结点构成的一星型拓扑结构的网络中有（n-1）个直接连接。
在由n个结点构成的环状拓扑结构的网络中有（n）个直接连接。
在由n个结点构成的全连接拓扑结构的网络有（n－1）n/2个直接连接。

1.6在广播式网络中，当多个节点试图同时访问通信通道时，信道将会产生冲突，所有节点都无法发送数据，形成信道容量的浪费。假设可以把时间分割成时间片，n个节点中每个节点在每个时间片试图使用信道的概率为p，试计算由于冲突而浪费的时间片的百分比。
答：每个时间片只有一个节点访问的概率为：
p(1-p)n-1+ p(1-p)n-1+….+ p(1-p)n-1=n* p(1-p)n-1
从而每个时间片冲突的概率为：
1- n× p(1-p)n-1
即位由于冲突而浪费的时间片百分比。

1.7什么是网络体系结构？为什么要定义网络的体系结构？
答：计算机网络体系结构是计算机网络的分层及其服务和协议的集合，也就是它们所应完成的所有功能的定义，是用户进行网络互连和通信系统设计的基础。因此，体系结构是一个抽象的概念，它只从功能上描述计算机网络的结构，而不涉及每层的具体组成和实现细节。
计算机网络由多个互连的节点组成，节点之间要不断地交换数据和控制信息,要做到有条不紊地交换数据,每个节点就必须遵守一整套合理而严谨的规则，才能实现网络的互连，网络的体系结构包含了各个层次的服务及协议规程，为软件和硬件的具体实现提供了统一的规范。

1.8什么是网络协议？由哪几个基本要素组成？
答：简单地说，协议是指通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合，是一套语义和语法规则，用来规定有关功能部件在通信过程中的操作，它定义了数据发送和接收工作中必经的过程。协议规定了网络中使用的格式、定时方式、顺序和检错。
一般说，一个网络协议主要由语法、语义和同步三个要素组成。
语法：指数据与控制信息的结构或格式，确定通信时采用的数据格式，编码及信号电平等。即对所表达内容的数据结构形式的一种规定,也即"怎么讲".例如,在传输一份数据报文时数据格式,传输一封信函的地址格式等。
语义：协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释,也即"讲什么".不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容(含义).例如,在基本型数据链路控制协议中规定,协议元素SOH的语义表示所传输报文的报头开始;而协议元素ETX的语义,则表示正文结束等。
同步：规定了事件的执行顺序.例如在双方通信时,首先由源站发送一份数据报文,如果目标站收到的是正确的报文,就应遵循协议规则,利用协议元素ACK来回答对方,以使源站知道其所发出的报文已被正确接收。

1.9试分析协议分层的理由。
答：在设计和选择协议时，不仅要考虑网络系统的拓扑结构、信息的传输量、所采用的传输技术、数据存取方式，还要考虑到其效率、价格和适应性等问题。因此，协议的分层可以将复杂的问题简单化。通信协议可被分为多个层次，在每个层次内又可分成若干子层次，协议各层次有高低之分。每一层和相邻层有接口，较低层通过接口向它的上一层提供服务，但这一服务的实现细节对上层是屏蔽的。较高层又是在较低层提供的低级服务的基础上实现更高级的服务。
采用层次化方法的优点是：各层之间相互独立,即不需要知道低层的结构,只要知道是通过层间接口所提供的服务；灵活性好,是指只要接口不变就不会因层的变化(甚至是取消该层)而变化；各层采用最合适的技术实现而不影响其他层；有利于促进标准化,是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明。

1.10 OSI参考模型的层次划分原则是什么？画出OSI－RM模型的结构图，并说明各层次的功能。
答：OSI-RM体系结构是一种分层的结构，它遵循协议分层的原则，具体体现在：
(1)层次不能太多,也不能太少。太多则系统的描述和集成都有困难,太少则会把不同的功能混杂在同一层次中。
(2)每一层应该有明确定义的功能,这种功能应在完成的操作过程方面,或者在涉及的技术方面与其他功能层次有明显不同,因而类似的功能应归人同一层次。
(3)每一层的功能要尽量局部化。这样,随着软硬件技术的进展,层次的协议可以改变,层次的内部结构可以重新设计,但是不影响相邻层次的接口和服务关系。
(4)考虑数据处理的需要。在数据处理过程需要不同的抽象级(例如,词法,句法,语义等)的地方设立单独的层次。
(5)每一层只与它的上,下邻层产生接口,规定相应的业务.在同一层内相应子层的接口也适用这一原则。
如图所示,OSI七层模型从下到上分别为物理层(Physical Layer),数据链路层(Data Link Layer),网络层(Network Layer),传输层(Transport Layer),会话层(Session Layer),表示层(Presentation Layer)和应用层(Application Layer)。各层的功能如下：
物理层：利用传输介质为通信的网络结点之间建立、维护和释放物理连接，实现比特流的透明传输，进而为数据链路层提供数据传输服务。
数据链路层：在物理层提供服务的基础上，在通信的实体间建立数据链路连接，传输以帧(frame)为单位的数据包，并采取差错控制和流量控制的方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。
网络层：控制着通信子网的运行，为以分组（packet）为单位的数据包通过通信子网选择适当的路由，并实现拥塞控制、网络互连等功能。
传输层：向用户通过可靠的端到端（end-to-end）的数据传输服务，实现为上层屏蔽低层的数据传输问题。
会话层：负责维护通信中两个结点之间的会话连接的建立、维护和断开，以及数据的交换。
表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式变换、数据的加密与解密、数据压缩与恢复等功能。
应用层：为应用程序通过网络服务，它包含了各种用户普通使用的协议。
应用层
表示曾
会话层
传输层

网络层

数据链路层
物理层
计算机B
对等协议层
对等协议层
物理通信媒体
网络层

数据链路层
物理层
网络层

数据链路层
物理层
应用层
表示曾
会话层
传输层

网络层

数据链路层
物理层
计算机A
通信子网

图1.2 OSI-RM层次模型

1.11在OSI参考模型中各层的协议数据单元(PDU)是什么？
答：(N+1)层实体通过访问SAP向(N)层实体发送协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)。PDU由两部分造成，如(N)层PDU的构成如图1.3所示。一部分为本层用户的数据，记为(N)用户数据；另一部分为本层的协议控制信息，记为(N)PCI(Protocol Control Information)。PCI就是前面讲到的每一层传递过程中加上的包头。
（N-1）层PDU
（N-1）层用户数据
（N）层用户数据
（N）层PCI
（N）层PDU
（N-1）层PCI

图1.3 PDU的组成

1.12 试比较OSI-RM与TCP/IP模型的异同点。
答：它们的相同点主要体现在：1）都参与层次化模型，
TCP/IP与OSI-RM都采用层次化体系结构，都按功能分层。其差别主要体现在以下两方面:
1） 出发点不同
OSI-RM是作为国际标准而制定的,不得不兼顾各方,考虑各种情况,造成OSI-RM相对比较复杂,协议的数量和复杂性都远高于TCP/IP。早期TCP/IP协议是为军用网ARPANET设计的体系结构,一开始就考虑了一些特殊要求,如可用性,残存性,安全性,网络互联性以及处理瞬间大信息量的能力等。此外,TCP/IP是最早的互联协议,它的发展顺应社会需求,来自实践,在实践中不断改进与完善,有成熟的产品和市场,为人们所广泛接受。
2） 对以下问题的处理方法不相同
①对层次间的关系。OSI-RM是严格按"层次"关系处理的,两个(N)实体通信必须通过下一层的(N—1)实体,不能越层.而TCP/IP则不同,它允许越层直接使用更低层次所提供的服务。因此,这种关系实际上是"等级"关系,这种等级关系减少了一些不必要的开销,提高了协议的效率。②对异构网互连问题。TCP/IP一开始就考虑对异构网络的互连，并将互连协议IP单设一层。但OSI-RM最初只考虑用一个标准的公用数据网互联不同系统,后来认识到互联协议的重要性,才在网络层中划出一个子层来完成IP任务。③OSI-RM开始只提供面向连接的服务,而TCP/IP一开始就将面向连接和无连接服务并重,因为无连接的数据报服务,对互联网中的数据传送和分组话音通信是很方便的。此外,TCP/IP有较好的网络管理功能,而OSI-RM也是到后来才考虑这个问题。

1.13 设有一个系统具有n层协议，其中应用进程生成长度为m字节的数据，在每层都加上长度为h字节的报头，试计算传输报头所占用的网络带宽百分比。
答：若应用层数据长度为m字节，则每一层加 h 字节的报头，经过n 层后总数据长度为：
m+ n×h,
从而，传输报头所占用的网络带宽百分比为：
nh /( m+ n×h)

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