计算机网络 第一章 绪论(习题)

第 1 章 绪论

1-1 填空题

1. 最早的计算机网络是（ ARPANET ）。
2. 电话网络采用（ 电路 ）交换技术，计算机网络采用（ 分组 ）交换技术。
3. （ TCP/IP ）协议是 Internet 事实上的标准协议。
4. 分组交换技术的核心是（ 存储转发 ）。
5. 分组由（首部 ）和数据组成。
6. 根据所采用的传输技术的不同，计算机网络可以分为（ 广播式 ）网络和（ 点对点 ）网络。
7. 根据网络规模大小不同，计算机网络可以分为（局域网 ）、（ 城域网 ）和（广域网 ）。
8. 因特网标准常以（ RFC ）文档的形式发布。
9. 实现数据交换的三种技术分别是（ 电路交换）、（ 报文交换）和（ 分组交换 ）。

1-2 选择题

1. 有关虚电路和数据报，正确的是（ B ）。
   A．数据报方式中，每个分组一定走同样的路到达目的地
   B．虚电路方式中，分组首部中存放虚电路号
   C．数据报方式中，需要建立连接
   D．虚电路方式中，不需要建立连接
   
2. 在网络拓扑中，每个结点都通过通信线路与一个中心结点相连，这种拓扑是（ B ）
   A．总线型 B．星型 C．树型 D．网状型
   
3. 在网络拓扑中，结点之间的连接没有规律，存在冗余路径，这种拓扑是（ D ）
   A．总线型 B．星型 C．树型 D．网状型
   
4. 下列说法中哪些正确？ （ C ）
   A．虚电路与电路交换中的电路没有实质不同
   B．在通信的两站间只能建立一条虚电路
   C．虚电路也有连接建立、数据传输、连接释放三阶段
   D．虚电路的各个结点需要为每个分组作路由选择
   
5. 下列交换技术中，节点不采用“存储—转发”方式的是（ A ）
   A．电路交换技术 B．报文交换技术
   C．虚电路交换技术 D．数据报交换技术
   
6. 以下各项中，不是数据报操作特点的是（ C ）
   A．每个分组自身携带有足够的信息，它的传送是被单独处理的
   B．在整个传送过程中，不需建立虚电路
   C．使所有分组一定会按顺序到达目的端系统
   D．网络节点要为每个分组做出路由选择
   
7. 一座大楼内的一个计算机网络系统，属于（ B ）
   A．PAN B．LAN C．MAN D．WAN
   

1-3 判断题

1. 电路交换是计算机网络的基础。 ×
2. 电路交换要经过建立连接、通信和断开连接三个过程。√
3. 数据报方式中，每个分组的首部中都含有目的地的完整地址。√
4. 分组交换能够保证分组发送顺序和接收顺序一样。×
5. 报文交换和分组交换相比，报文交换时延更短。×
6. 带宽越大，传播时延越小。×
7. 带宽越大，发送时延越小。√
8. 数据块越大，传播时延越大。×
9. 数据块越大，发送时延越大。√
10. 传播时延是指分组从主机进入线路所用的时间。×
11. 发送时延是指分组从线路一端到达另一端的时间。×

1-4 简答题

1. 什么是计算机网络？计算机网络的功能有哪些？
   答：
        计算机网络是指自主计算机的互连集合。自主是指每个计算机都是自治独立的，一台计算机的运行不依赖另外一台计算机。互连是指计算机之间能够通信，交换数据。
        计算机网络的功能：数据通信、资源共享、信息服务、分布式计算
   
2. 简述计算机网络的组成。
   答：
        （1）端系统：端系统主要产生数据、发送和接收数据，并且处理数据，如计算机，智能手机
        （2）通信线路：端系统通过通信线路连接在一起，通信线路是通信的物理基础。如双绞
   线、光纤、无线电、微波。
        （3）交换设备：在主机之间转发数据，如路由器，交换机
   
3. 请简述分组交换、电路交换和报文交换的原理和区别。
   答：
        电路交换：用于电话系统，通话前呼叫建立连接（电路），电路经过的每个交换机要为这个电路预留资源（如带宽），电路建立完成后，通话的所有数据沿建立好的电路顺序到达目的地，通话完毕，连接关闭，交换机释放为电路预留的资源。
        报文交换：起源于电报系统。采用的是存储转发机制，不需要事先建立连接。报文包括正文和地址信息，发送方将整个报文发送给报文交换机，报文会在交换机内暂存，交换机根据报文的目的地，将报文转发给下一站报文交换机，就这样一站一站接力式的传送，最终报
   文到达接收方。
        分组交换：将大的报文分成小的分组，每个分组包括首部和数据，首部中含有地址信息。分组交换也采用存储转发机制，不需要建立连接。分组经过分组交换机一站一站地传递，最后到达接收方。
   电路交换发送数据前，需要申请、预留资源，建立连接（电路），连接建好后，数据沿着建好的电路按序到达，数据传输效率高，但需要有建立连接和关闭连接的过程。如果设备或线路出现故障，电路需要重建，通信会中断，容错性差。
        报文交换和分组交换都采用存储转发机制，不需要建立连接，发送数据更快速，如果设备或线路发生故障，当存在冗余线路的情况下，数据可以及时更换转发线路，灵活性和容错性好。但每个报文和分组前面都会有地址信息等额外的开销，并且存储转发机制，延时也会较电路交换高。
        分组交换会将大的报文切分成小的分组，传输效率比报文交换要高。但属于同一个报文的多个分组可能会乱序到达目的地，需要在目的地进行排序和重组。报文交换不对报文进行切分，对于大的报文，需要的缓存和延时会比较大。
   
4. 数据报和虚电路有什么区别？
   答：
   

5. 简述数据传输中的几种时延。
   答：
   (1) 发送时延
        发送时延是分组从主机或分组交换机内部到线路上所花的时间。
        发送时延=分组长度/线路带宽。带宽越大，发送时延越小。
   (2) 传播时延
        传播时延是分组在线路上传播所用的时间。
        传播时延=线路长度/信号在线路上的传播速度。线路越长，传播时延越大。
   (3) 处理时延
        分组进入分组交换机，分组交换机要进行差错检测，读取分组首部信息，计算决定分组      的下一站，这部分所花费的时间是处理时延。处理时延与分组交换机的性能有关，不能做定量的计算。
   (4) 排队时延
        在分组交换机内部，分组会按照到达的先后顺序进行转发，如果前面有分组还没有处理完，后面分组就要排队。在队列中等待的时间称为排队时延。排队时延与网络状况，队列长度，交换机的处理能力都相关，也无法做定量的计算
   
6. 请解释带宽和时延带宽积的基本概念。
   答：
        带宽：计算机网络中用带宽表示数据的发送速率，单位为比特每秒（b/s）,意思是一秒钟能够发送的比特数，因此带宽又被称为比特率。
        时延带宽积是指传播时延和线路带宽的乘积。时延带宽积=传播时延×带宽。时延带宽积表示当线路充满比特时，线路上的比特数目。
   
7. 请简述计算机网络的拓扑结构。
   答：
   （1）星型拓扑
        在星型拓扑中，每个结点都通过通信线路与一个中心结点相连，中心结点控制全网的通信，任何两个结点的通信都需要经过中心结点
   （2）环形拓扑
        在环型拓扑中，各个结点通过通信线路连接成一个封闭的环路，一个结点发出的信息会沿着环流动，到达每一个结点
   （3）总线型拓扑
        在总线型拓扑中，所有的结点共享一条通信线路，一个结点发出的信息沿总线传播，可以被所有的结点接收到
   （4）树型拓扑
        树型拓扑就像一个树根朝上的树，各个结点分层次地接入网络。
   （5）网状型拓扑
        在网状型拓扑结构中，结点之间的连接是没有规律的，结点间的连线构成一张网。
   

1-5 计算题

1. 收发两端之间的传输距离为 10km，信号在媒体上传播速率为 2 * 10⁸m/s。试计算若数据块
   长度为 1500bit，带宽为 100Mb/s 的情况下，它的传播时延和发送时延。
   答：
        传播时延=10km/ 2 * 10⁸m/s=5 * 10^-5s
        发送时延=1500bit/100Mb/s=1.5 * 10^-5s

2．主机 A 和主机 B 之间通过两个分组交换机传递数据，如下图所示。

      所有链路的带宽都为 100Mbps ，分组大小为 1000 字节 ，其中分组首部大小 20 字节，若主机 A 向主机 B 发送一个大小为 980000 字节 的文件，则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下，从 A 发送到 B 接收完为止，需要的时间至少是多少秒？

答：

     不考虑分组拆装时间和传播延时，只计算发送时延即可。

     每个分组 1000 字节，首部 20 字节，数据部分为 980 字节。980000 字节的文件需要分为 1000 个分组。总共发送的数据量为 1000 字节*1000=10⁶ 字节。

      最后一个分组离开主机 A 的时间=10⁶字节/100Mbps=8 * 10⁶bit/100Mbps=0.08s=80ms

      最后一个分组在后面两个分组交换机上的发送时延为：2 * 1000 字节/100Mbps=0.16ms

     总的延时=80ms+0.16ms=80.16ms

3. 主机 A 通过一个分组交换机与主机 B 互联，两段链路的带宽均为 10Mbps ，主机 A 分别采用报文交换和分组交换（分组大小为 10kbit）向主机 B 发送大小为 8Mbit 的一个报文。若忽略链路传播延迟、 分组头开销和分组拆装时间， 则两种交换方式完成该报文传输所需的时间分别为多少？
   答：
        仅考虑发送时延。
        （1）报文交换：总的时间为主机 A 和分组交换机发送时延之和。
   报文交换总的时间为：2*8Mbit/10Mbps=1.6s
        （2）分组交换
         报文大小为 8Mbit,每个分组大小为 10kbit，共有 800 个分组。
         最后一个分组离开主机 A 的时间为： 800 * 10kbit/10Mbps=0.8s。再经过一个交换机的转发时间 10kbit/10Mbps=0.001s, 总的时间为 0.8+0.001=0.801s
   
4. 两个主机 A 和 B 相隔 1000km,由一条链路直接相连，链路带宽 R=1Mb/s,该链路信号传
   播速度为 2.5 * 10⁸m/s。
   （1）假设主机 A 持续不断地向主机 B 发送数据，当第一个比特到达主机 B 时，线路上总共有多少比特？
   答：
         计算时延带宽积。
         时延带宽积=1Mb/s*(1000km/2.5*10⁸m /s)=4000 比特
   （2）假设主机 A 向主机 B 发送一个 30kb 的文件，将该文件作为一个报文发送，请问线路上具有比特数量的最大值是多少？在什么时间区间内具有这个最大值？
   答：
         30kb 大于 4000 比特，所以线路上具有最大的比特数量为 4000 比特。
         从第一个比特到达主机 B 开始，到最后一个比特离开主机 A 的这段时间内，线路上的比特具有最大值。第一个比特到达主机 B 的时间为：1/1Mb/s+(1000km/2.5 * 10⁸m/s)=4.001ms。最后一个比特离开主机 A 的时间为：30kb/1Mb/s=30ms.所以在 4.001ms 到30ms 之间，线路上的比特数目最多。
   
5. 假定地球同步卫星与地球的基站之间有一条 10Mb/s 的微波链路。每分钟该卫星拍摄一幅数字照片，并将它发送到基站。地球同步卫星距离地面的高度为 3.6 * 10⁷ 米，假定信号传播速度为 2.4 * 10⁸m/s。
   答：
        （1）该链路的传播延时是多少？
         答：传播延时 = 3.6 * 10⁷ 米/2.4* 10⁸m/s=0.15s
        （2）带宽时延积（带宽与传播延时乘积）是多少？
        答：时延带宽积=10Mb/s*0.15s=1.5Mb
   
6. 在分组交换网络中，主机 A 和主机 B 之间相隔了两个分组交换机，每段链路是 1.5Mb/s。一个报文长度为 7.5Mb,从主机 A 发送到主机 B，忽略传播时延、排队时延和处理时延。
   （1）报文不分段的情况下，从源主机到目的主机，共需要多长时间？
   答：
        仅考虑发送时延。
        总的发送时延=3*7.5Mb/1.5Mb/s=15s
   （2）假定报文被分成了 5000 个分组，每个分组 1.5kb。何时第一个分组从第一台交换机发送到第二台交换机？何时第二个分组从源主机发送到第一个交换机？整个报文，从源主机到目的主机需要多长时间？
   答：
        一个分组在每段链路的发送时延=1.5kb/1.5Mb/s=10^-3s
        第一个分组从第一台交换机发送到第二台交换机的时间=第一个分组从主机 A 到达第一台交换机的时间+第一个分组从第一台交换机到达第二台交换机的时间=2 个分组的发送时延=2 * 10^-3s。
        第二个分组从源主机发送到第一个交换机的时间=2 个分组的发送时延=2 * 10^-3s
        整个报文到达目的主机的时间=5002 个分组发送时延=5.002s
   
7. 从 A 地到 B 地传输 1G 字节数据，有两种途径。第一种，在 A 地将数据写入磁盘后，再坐火车到达 B 地，需要 10 小时。第二种，采用拨号上网来传输数据（速率为 33.6kb/s）。试分析两种方式哪种更快。
   答：
        拨号方式所需时间=1G 字节/33.6kb/s=8*10⁹b/33.6kb/s≈238095s≈66 小时
        66 小时>10 小时，所以坐火车的方式更快。