计算机网络基础答案全解

计算机网络基础

请在以下五组题目中任选一组作答，满分100分。

第一组：

一、计算题（20分）

1.卫星信道的数据率为1Ｍb/s。数据帧长为2000bit。忽略确认帧长和处理时间。试计算下列情况下的信道利用率：

（1）停止等待协议。答：k=1,2/504=1/252

（2）连续ARQ协议，Wt=7。答：14/504=7/252

（3）连续ARQ协议，Wt＝127。答：254/504=127/252

（4）连续ARQ协议，Wt＝255。答：2W=510>504，故信道利用率为1。

二、论述题（40分）

试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三次握手。说明如不这样做可能会出现什么情况。

答：我们知道，3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作（双方都知道彼此已准备好），也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

现在把三次握手改成仅需要两次握手，死锁是可能发生的。作为例子，考虑计算机A和B之间的通信，假定B给A发送一个连接请求分组，A收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，A认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，B在A的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道A是否已准备好，不知道A建议什么样的序列号，B甚至怀疑A是否收到自己的连接请求分组。在这种情况下，B认为连接还未建立成功，将忽略A发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。而A在发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

三、简答题（每小题20分，共40分）

1. 简述异步传输模式的特点。

答：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是

计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。ATM能够比较理想地实现各种QoS，既能够支持有连接的业务，又能支持无连接的业务。是宽带ISDN（B-ISDN）技术的典范。ATM为一种交换技术，在传送资料时，先将数位资料切割成多个固定长度的封包，之后利用光纤或DS1/DS3传送。到达目的地后，再重新组合。ATM网络可同时将声音、影像及资料整合在一起。针对各种资讯型态，提供最佳的传输环境。

2.常用的数据交换技术有那些并说明其特点。

3.答：通常，网络系统所采用的数据传输技术有以下三种：电路交换、报文交换和分组交换。

电路交换

电路交换的原理是：在数据传输时，源节点和目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理链路，此线路将一直保持到数据传输结束。若是这两个节点之间的通信量很大，则可同时建立多条连接。使用这种技术，在传输数据之前会事先建立一条端到端的线路。电路交换的有点在于数据传输可靠、迅速，且保持原有序列。但是，一旦通信双方占有一条通道后，即使不传送数据，其他用户也不能使用，造成资源浪费。电路交换适于数据传输要求质量高，批量大的情况。典型的是电话通信网络。

报文交换

为解决电路交换占用通道的缺陷，报文交换产生。其原理是：数据以报文为单位传输，长度不限且可变。数据传送过程采用存储－转发的方式。发送方在发送一个报文时把目的地址附加在报文上，途径的节点根据报文上的地址信息，将报文转发到下一个节点，接力式的完成整个传送过程。每个节点在受到报文后，会将之暂存并检查有无错误，然后通过路由信息找出适当路线的下一个节点的地址，再把报文传送给下一个节点。这个过程中，报文的传输只是占用两个节点之间的一段线路，而其他路段可传输其他用户的报文。于是，这种解决方案不会像电路交换占用终端间的全部信道。但是，报文在经过节点时会产生延迟。这段延迟包括接收报文所有位（bit）所需的时间，等待时间和发送到下一个节点所需的排队延迟。相对于电路交换，报文交换的优点有：线路效率高；节点可暂存报文并对报文进行差错控制和码制转换；电路交换网络中，通信量很大时将不能接收某些信息，但在报文交换网络中却仍然可以，只是延迟会大些；可以方便地把报文发送到多个目的节点；建立报文优先权，让优先级高的报文优先传送。

分组交换

为了更好地利用信道资源，降低节点中数据量的突发性，在报文交换的基础上发展出了分组交换。在分组交换的网络中，每个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文会被分割成若干份。每个分组中都包含数据和目的地址。传输过程和报文交换类似，只是由于限制了每个分组的长度，减轻了节点负担，改善了网络传输性能。分组交换的特点是：1、把数据传送单位的最大长度作出了限制，从而降低了节点所需的存储量。2、分组是较小的传输单位，只有出错的分组会被重发而非整个报文，因此大大降低了重发比例，提高了交换速度。3、源节点发出第一个报文分组后，可以连续发出随后的分组，而这时第一个分组可能还在途中。这些分组在各节点中被同时接收、处理和发送，而且可以走不同路径以随时利用网络中的流量分布变化而确定尽可能快的路径。终端与主机间的通信通常采用分组交换。第二组：

一、计算题（20分）

1.设TCP使用的最大窗口为64ＫＢ，即64×1024字节，而传输信道的带宽可认为是不受限制的。若报文段的平均往返时延为20mS，问所能得到的最大吞吐量是多少？

答：=50*64KB=50*64*1024*8=26.2Mbps

二、论述题（40分）

1、OSI有几个管理功能域？都有哪些内容？这几个功能域之间有何关系？

答：OSI管理的用户需求可以划分为5个管理功能域MFA（Management Functional Area）它们是故障管理（Fault Management）、记费理（Accounting Management）、配置管理（Configuration Management）、性能管理（Performance Management）和安全管理（Security Management）。故障管理用来维持网络的正常运行，包括及时发现网络中发生的故障，找出网络故障产生的原因，必要时启动控制功能来排除故障，从而可对OSI环境中的不正常的操作进行检测、分隔和纠正。记费管理负责对被管对象的使用建立记帐机制，从而对用户使用网络资源的情况进行记录并核算费用。配置管理负责对被管目标进行控制、标识、从其收集数据以及为其提供数据，从而管理网络中每个设备的功能、工作参数和连接关系。性能管理是指持续地评测网络运行中的主要性能指标，检验网络服务是否达到了预定的水平，找出已经发生或潜在的瓶颈，报告网络性能的变化趋势，从而可用于评估被管对象的行为以及通信活动中的效率。安全管理提供正确进行OSI网络管理以及保护所管理对象的OSI安全机制，从而使安全管理功能可用于保护网络资源的安全，并利用各种层次的安全防卫机制使非法入侵事件尽可能少发生。5个功能域之间的关系表现在，每个MFA可以

通过一个或多个功能来实现，而每一个功能又可满足一种或多种MFA的需求。

三、简答题（每小题20分，共40分）

1. 简述帧扩展技术。

答：帧突发在千兆以太网上是一种可选功能，它使一个站或一个服务器一次能连续发送多个帧。 1.帧突发技术：（1）当一个站点需要发送很多短帧时，该站点先试图发送第一帧，该帧可能是附加了扩展位的帧；（2）一旦第一个帧发送成功，则具有帧突发功能的该站就能够继续发送其它帧，直到帧突发的总长度达到1500字节为止。（3）为了使得在帧突发过程中，媒体始终处于“忙状态”，必须在帧间的间隙时间中，发送站发送非“0”、“1”数值符号，以避免其它站点在帧间隙时间中占领媒体而中断本站的帧突发过程。（4）在帧突发过程中只有第一个帧在试图发出时可能会遇到媒体忙或产生碰撞，在第一个帧以后的成组帧的发送过程中再也不可能产生碰撞。（5）如果第一帧恰恰是一个最长帧，即1518字节，则标准规定帧突发过程的总长度限制在3000字节范围内。

2.简述代理服务器的主要功能。

答：代理服务器英文全称是Proxy Server，其功能就是代理网络用户去取得网络信息。形象的说：它是网络信息的中转站。在一般情况下，我们使用网络浏览器直接去连接其他Internet站点取得网络信息时，是直接联系到目的站点服务器，然后由目的站点服务器把信息传送回来。代理服务器是介于浏览器和Web服务器之间的另一台服务器，有了它之后，浏览器不是直接到Web服务器去取回网页而是向代理服务器发出请求，信号会先送到代理服务器，由代理服务器来取回浏览器所需要的信息并传送给你的浏览器。大部分代理服务器都具有缓冲的功能，就好象一个大的Cache，它有很大的存储空间，它不断将新取得数据储存到它本机的存储器上，如果浏览器所请求的数据在它本机的存储器上已经存在而且是最新的，那么它就不重新从Web服务器取数据，而直接将存储器上的数据传送给用户的浏览器，这样就能显著提高浏览速度和效率。更重要的是：代理服务器是 Internet链路级网关所提供的一种重要的安全功能，它的工作主要在开放系统互联 (OSI) 模型的对话层，从而起到防火墙的作用。鉴于上述原因，代理服务器大多被用来连接INTE。

第三组：

一、计算题（20分）

1.使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100m，信号在线路上传播速率为2×108m/s。数据的发送速率为1Gbit/s。试计算帧长度为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。

答：a=τ/T0=τC/L=100÷（2×108）×1×109/L=500/L，信道最大利用率Smax =1/（1+4.44a），最大吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s帧长512字节时，a=500/（512×8）=0.122，Smax =0.6486，Tmax=648.6 Mbit/s 帧长1500字节时，a=500/（1500×8）=0.0417，Smax =0.8438 ，Tmax=843.8 Mbit/s 帧长64000字节时,a=500/（64000×8）=0.000977,Smax =0.9957，Tmax=995.7 Mbit/s可见，在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下，帧长度越大，信道利用率越大，信道的最大吞吐量月越大。

二、论述题（40分）

1.试述数字签名的原理。

答：公开密钥密码不仅能够实现数字签名,而且安全方便而且相比于传统密码更容易达到书面签名的效果,所以公开密钥密码深受欢迎!由于数字签名的形式是多种多样的,比如有通用数字签名,仲裁数字签名,不可否认签名,盲签名,群签名,门限签名等,在这里我就以数字签名的一般方法解答吧!

(1)A和B都将自己的公开密钥Ke公开登记并存入管理中心的共享的公开密钥数据库PKDB,以此作为对方及仲裁者验证签名的数据之一.

（2）A用自己的保密的解密密钥Kda对明文数据M进行签名得到签名S,然后A查询PKDB 查到B的公开的加密钥Kea,并对用Kea对S再加密,得到密文C

（3）最后A把C发送给B,并将S和C留底.

三、简答题（每小题20分，共40分）

1. 简述网桥的地址自学习过程

答：网桥的学习过程是这样的。启动时，没有关于网络的任何信息。当有数据到达时，他会查询自己的转发表，如果表中有目的地址和端口的信息，那么就通过这个端口把数据转发；如果没有这个信息，那么就把这个数据包广播到除了源端口以外的所有端口，目的主机收到广播后，就会把自己的MAC地址送回给网桥，网桥就知道了这个设备在这个端口上，并且把这个信息记录到转发表。这就是他的学习过程。

2.简述计算机网络和分布式系统的关系和区别。

答：计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。主要作用(1）硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷。

（2）软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大弄数据库，可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于集中管理。（3）用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送电子邮件、发布新闻消息和进行电子商务活动。分布式计算机系统分布式计算机系统是一种计算机硬件的配置方式和相应的功能配置方式。它是一种多处理器的计算机系统，各处理器通过互连网络构成统一的系统。系统采用分布式计算结构，即把原来系统内中央处理器处理的任务分散给相应的处理器，实现不同功能的各个处理器相互协调，共享系统的外设与软件。这样就加快了系统的处理速度，简化了主机的逻辑结构，特别适合于工业生产线自动控制和企事业单位的管理，成本低，易于维护，成为计算机在应用领域发展的一个重要方向。

分布式计算机系统的特点：无主从区分；计算机之间交换信息；资源共享；相互协作完成一个共同任务

分布式计算机系统的功能：通信结构；网络操作系统；分布式操作系统（透明性）分布式计算机系统是在计算机网络的基础上建立起来的把计算机的作用发挥出更大的功能是计算机网络的拓展。

第四组：

一、计算题（20分）

1.一个TCP连接下面使用256kb/s的链路，其端到端时延为128mS。经测试，发

现吞吐量只有120kb/s。试问发送窗口是多少？

答：发送窗口是7228字节

二、论述题（40分）

1．简要说明电路交换和存储器转发交换这两面种交换方式，并加以比较。

答：电路交换是一种直接的交换方式，它为一对需要进行通信的装置（站）之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，即可是物理通道又可是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路，例如，目前公用电话网广泛使用的交换方式是电路交换。存储转发交换方式又可以分为报文存储转发交换与报文分组存储转发交换，报文分组存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路方式。分组交换属于“存储转发”交换方式，但它不像报文交换那样以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准的“报文分组”（packet）为单位进行交换传输。分组经过通信网络到达终点有2种方法：虚

电路和数据报。与电路交换相比，报文交换方式不要求交换网为通信双方预先建立，条专用的数据通路，因此就不存在建立电路和拆除电路的过程。

三、简答题（每小题20分，共40分）

1. 简述脉码调制过程。

答：主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样,使其离散化,同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值，以实现话音数字化。PCM编码的最大的优点就是音质好，最大的缺点就是体积大。我们常见的Audio CD就采用了PCM编码，一张光盘的容量只能容纳72分钟的音乐信息。

2. 请写出OSI七层模型，并简述其功能。

第五组：

一、计算题（20分）

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。

答：对于1km电缆，单程传播时间为1/200000=5为微秒，来回路程传播时间为10微秒，为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于10*10^-6/1*10^-9=10000,因此，最短帧是10000位或1250字节长。

二、论述题（40分）

1．局域网的主要特点是什么，一个工作在多用户系统下的小型计算机，也基本上能完成局域网所能做的工作，二者相比局域网的优点在于什么？

答：常见的局域网拓扑结构网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做"拓扑结构"，通俗地讲这些网络设备如何连接在一起的。目前常见的网络拓扑结构主要有以下四大类：（1）星型结构（2）环型结构（3）总线型结构（4）星型和总线型结合的复合型结构下面我们分别对这几种网络拓朴结构进行一一介绍。 1. 星型结构这种结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星型网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。这类网络目前用的最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。这种拓扑结构网络的基本特点主要有如下几点：（1）容易实现：它所采用的传输介质一般都是采用通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜，如目前正品五类双绞线每米也仅

1.5元左右，而同轴电缆最便宜的也要

2.00元左右一米，光缆那更不用说了。这种拓扑结构主要应用于IEEE 802.2、IEEE 802.3标准的以太局域网中；（2）节点扩展、移动方便：节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可，而不会像环型网络那样"牵其一而动全局"；（3）维护容易；一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，可任意拆走故障节点；（4）采用广播信息传送方式：任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这在网络方面存在一定的隐患，但这在局域网中使用影响不大；（5）网络传输数据快：这一点可以从目前最新的1000Mbps到10G以太网接入速度可以看出。其实它的主要特点远不止这些，但因为后面我们还要具体讲一下各类网络接入设备，而网络的特点主要是受这些设备的特点来制约的，所以其它一些方面的特点等我们在后面讲到相应网络设备时再补充。 2. 环型结构这种结构的网络形式主要应用于令牌网中，在这种网络结构中各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递，通常把这类网络称之为"令牌环网"。这种拓扑结构的网络主要有如下几个特点：（1）这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5的令牌网（Token ring network），在这种网络中，"令牌"是在环型连接中依次传递。所用的传输介质一般是同轴电缆。（2）这种网络实现也非常简单，投资最小。可以从其网络结构示意图中看出，组成这个网络除了各工作站就是传输介质--同轴电缆，以及一些连接器材，没有价格昂贵的节点集中设备，如集线器和交换机。但也正因为这样，所以这种网络所能实现的功能最为简单，仅能当作一般的文件服务模式；（3）传输速度较快：在令牌网中允许有16Mbps的传输速度，它比普通的10Mbps以太网要快许多。当然随着以太网的广泛应用和以太网技术的发展，以太网的速度也得到了极大提高，目前普遍都能提供100Mbps

的网速，远比16Mbps要高。（4）维护困难：从其网络结构可以看到，整个网络各节点间是直接串联，这样任何一个节点出了故障都会造成整个网络的中断、瘫痪，维护起来非常不便。另一方面因为同轴电缆所采用的是插针式的接触方式，所以非常容易造成接触不良，网络中断，而且这样查找起来非常困难，这一点相信维护过这种网络的人都会深有体会。（5）扩展性能差：也是因为它的环型结构，决定了它的扩展性能远不如星型结构的好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络，在环的两端作好连接器才能连接。 3. 总线型结构这种网络拓扑结构中所有设备都直接与总线相连，它所采用的介质一般也是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如后面我们将要讲的ATM 网、Cable Modem所采用的网络等都属于总线型网络结构。这种结构具有以下几个方面的特点：（1）组网费用低：从示意图可以这样的结构根本不需要另外的互联设备，是直接通

过一条总线进行连接，所以组网费用较低；（2）这种网络因为各节点是共用总线带宽的，所以在传输速度上会随着接入网络的用户的增多而下降；

三、简答题（每小题20分，共40分）

1. 简述CSMA/CD机理。

答：CSMA/CD载波监听/冲突检测，属于计算机网络以太网的工作类型，即在总线上不段的发出信号去探测线路是否空闲，如果不空闲则随机等待一定时间，在继续探测。直到发出型号为止。CSMA/CD工作原理：在Ethernet中，传送信息是以“包”为单位的，简称信包。在总线上如果某个工作站有信包要发送，它在向总线上发送信包之前，先检测一下总线是“忙”还是“空闲”，如果检测的结果是“忙”，则发送站会随机延迟一段时间，再次去检测总线，若这时检测总线是“空闲”，这时就可以发送信包了。而且在信包的发送过程中，发送站还要检测其发到总线上的信包是否与其它站点的信包产生了冲突，当发送站一旦检测到产生冲突，它就立即放弃本次发送，并向总线上发出一串干扰串（发出干扰串的目的是让那些可能参与碰撞但尚未感知到冲突的结点，能够明显的感知，也就相当于增强冲突信号），总线上的各站点收到此干扰串后，则放弃发送，并且所有发生冲突的结点都将按一种退避算法等待一段随机的时间，然后重新竞争发送。从以上叙述可以看出，CSMA/CD的工作原理可用四个字来表示：“边听边说”，即一边发送数据，一边检测是否产生冲突。

2．物理层的接口有哪个个方面的特性，各包含些什么内容？

答：物理层的接口包含4个特性：

1．机械特性

也叫物理特性，指明通信实体间硬件连接接口的机械特点，如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。这很像平时常见的各种规格的电源插头，其尺寸都有严格的规定。

已被ISO 标准化了的DCE接口的几何尺寸及插孔芯数和排列方式。

DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备，用于发送和接收数据的设备，例如用户的计算机）的连接器常用插针形式，其几何尺寸与．DCE（Data Circuit-terminating Equipment，数据电路终接设备，用来连接DTE与数据通信网络的设备，例如Modem调制解调器）连接器相配合，插针芯数和排列方式与DCE连接器成镜像对称。

2．电气特性

规定了在物理连接上，导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻

抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。

3．功能特性

指明物理接口各条信号线的用途（用法），包括：接口线功能的规定方法，接口信号线的功能分类--数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。

4．规程特性

指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序，包括事件的执行顺序和数据传输方式，即在物理连接建立、维持和交换信息时，DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。

以上4个特性实现了物理层在传输数据时，对于信号、接口和传输介质的规定。

要求：

1.独立完成，作答时要写明题型、题号；

2.作答方式：手写作答或电脑录入，使用A4格式白纸；

3.提交方式：以下两种方式任选其一，

1)手写作答的同学可以将作业以图片形式打包压缩上传；

2)提交电子文档的同学可以将作业以word文档格式上传；

4.上传文件命名为“中心-学号-姓名-科目.rar”或“中心-学号-姓名-科

目.doc”；

5.文件容量大小：不得超过20MB。