1、Xx學年電信系計算機網絡考試試卷（A卷）參考答案班級 姓名 學號成績 評分準則：本試卷包括13題，每題10分，請選擇其中10題并完成試卷；如果選做題數超 過10題，得分最高的10題將納入試卷成績。一、計算機網絡體系結構 做出ISO/OSI協議參考模型和TCP/IP網絡體系結構示意圖，并對其異同點進行分析。 在ISO/OSI協議參考模型的各層中，所處理的數據單元是什么，所部署的網絡設備的主 要功能是什么？ 做出ISO/OSI協議參考模型和TCP/IP網絡體系結構示意圖TCP/IP模型，采用層次化畫法ISO/OS1參考模型應用層表示層會話層 傳輸層 網絡層應用層傳輸層網絡層網際接口層TCP/IP模

2、型，采用非層次化畫法ApplicationTCP UDP數據鏈路層物理層IPNetwork兩者的共同點：它們都是基于獨立的協議棧的概念，而旦層的功能大體相似。例如，兩個模型中，傳輸層以 及傳輸層以上的層次都是為通信的進程提供端到端的、與網結無關的傳輸服務的。兩者的不同點： OSI參考模型是一個抽象的概念，過于復雜而未實用，TCP/IP是事實上的國際標準 OSI參考模型采用了七個層次的體系結構，而TCP/IP體系結構分為四層 OSI參考模型有嚴格的分層，而TCP/IP體系結構沒有嚴格的劃分層次，應用層可以 之間使用IP OSI參考模型沒有規定各層應該采用的協議，而TCP/IP體系結構的協議族呈現

3、沙漏 的形狀，IP協議被定義為各種網絡中分組交換互聯的公共的方法，是整個網絡體系 架構的關鍵點OSI參考模型中，各層處理數據單元，及其網絡設備功能如下:(c)四個部門，其主機數量需求分別為：A45 臺，B90 臺，C35 臺，D22 臺如果每個部門一個子網，其所需要的主機數量空間為：A45 臺W26=64, B90 臺W2=I28, C35 臺W26=64, D22 臺W2，=32一個C類地址的最多主機數量是256臺W 64+128+64+32,因此每個部門劃分一個獨立的 子網的方案是不可行的。在“各部門內的可用IP地址保持連續”的條件下，可以通過設計 更多的小型子網、一個部門對應多個子網的方

4、法來解決目前問題。一個解決方案是，將B 部門的128臺主機的子網拆成64+32的兩個子網。設計五個子網的網絡號、掩碼如下:序號最大主機數量子網的網絡號子網掩碼164201.42.103.0000 0000255.255.255.H00 0000264201.42.103.0100 0000255.255.255.H00 00003642O1.42.1O3.WOO 0000255.255.255.旦00 0000432201.42.103.1 KX) 000()255.255.255.1110 ()00()532201.42.103.1110 0000255.255.255.1110 0000四

5、個部門獲得的子網，及其IP地址空間如卜.:部門 名稱所需主 機數量最大主 機數量子網號子網掩碼IP地址范圍A4564201.42.103.0255.255.255.192200.1.1.0-200.1.1.63C3564201.42.103.64255.255.255.19220(). 1.1.64-2()(). 1.1.127B9064201.42.103.128255.255.255.192200.1.1.128-200.1.1.19132201.42.103.192255.255.255.224200.1.1.192 200.1.1.223D2232201.42.103.224255.2

6、55.255.224200.1.1.224-200.1.1.255十、網絡互聯：距離向量路由 簡述RIP協議所采用的距離向量路由(Distance Vector Routing)Kj設計思想，評價其優點 和缺點。(2)給定如下的網絡拓撲圖，A到F表示網絡節點，鏈路上數字表示該鏈路的權值，清給出 節點A經過1次、2次、3次、4次路由信息交換后，基于Bellman-Ford算法測算的到其它 節點的距離向量信息，以及相應的路由表。 2(1)距離向量路由的核心思想是：每個節點構造一個包含到所有其他節點距離的一個向量， 并將這個向量分發給他的鄰節點；鄰節點獲得信息之后根據Bellman-Ford的方程計

7、算出到 網絡中其他節點的最短路徑。簡單的說，就是網絡中的節點將自己知道的全局拓撲信息告訴自己的鄰居。節點A到其它節點的距離向量交換路由信息次數ABCDEF00OO37OOOO10OO3765207376530737654()73765節點A的路由表序號目的地址路徑權值下一跳1A02B7c3C3c4D7D5E6C6F5C十一、網絡互聯：鏈路狀態路由 簡述OSPF協議所采用的鏈路狀態路由(Link State Routing)的設計思想，評價其優點和缺 點。(2)給定如下的網絡拓撲圖，A到F表示網絡節點，鏈路上數字表示該鏈路的權值，清給出 節點A獲得了全局鏈路狀態信息后，采用Dijkstra算法測

8、算的到其它節點最短路徑的過程， 以及相應的路由表。(1)鏈路狀態路由的核心思想是：每個節點都知道怎樣到達它的鄰節點的鏈路狀態信息，通 過可靠的廣播將這些信息通知全網；各節點獲得信息之后根據Dijkstra算法測算出到網絡中 其他節點的最短路徑。簡單的說，就是網絡中的節點將自己知道的局部拓撲信息告訴網絡中的所有節點。節點A到其它節點的最短距離步驟證實表試探表1(A,0,-)2(A,0,-)(B,I,B),(C,5,C),(D,2,D)3(A,0,-),(B,l,B)(C,5,C), (D,2,D)4(A,0,-),(B,l,B)(C.4,B), (D,2,D)5(A,0,-),(B,l,B),(

9、D,2,D)(C,4,B)6(A,0,-),(B,B),(D,2,D)(C,4,B), (E,3,D)7(A,0,-), (B,1,B),(D,2,D)(E,3,D)(C,4,B)8(A,0,-),(B,B),(D,2,D)(E,3,D)(C,4,B), (F,5,D)9(A,0,-),(B,l,B),(D,2,D)(E,3,D), (C,4,B)(F,5,D)10(A,0,-), (B,I,B), (D,2,D) (E,3,D),(C,4,B), (F,5,D)節點A的路由表序號目的地址路徑權值下一跳1B1直達2C4B3D2直達4E3D5F5DI二、端到端協議：TCP協議(1) 如何區別兩臺

10、主機之間的不同的TCP連接？當應用程序使用面向連接的TCP和無連接 的IP時，這種傳輸是面向連接的還是無連接的？(2) 作出兩臺主機之間建立TCP連接的時序圖，舉例說明如果采用兩次握手會導致什么情 況。(1)兩臺主機之間的不同的TCP連接用端口(port)來區分。在傳輸層，這種傳輸是面向連接的；在網絡層，這種傳輸是無連接的。建立TCP連接的時序圖如下:(server)Active participant (client)三次握手完成兩個功能，一是讓雙方做好發送數據的準備工作，二是讓雙方就初始序列號進 行確認。如果把三次握手改為兩次握手，假定A給B發送一個請求建立連接，B回復A 個確認ACK。A

11、雖然可以發送分組，但是B不知道A是否己經準備好，也不知道A發送的 序列號。因此傳輸有可能失敗。I 三、端到端協議：TCP擁塞控制(1) TCP的流量控制(Flow control)和擁塞控制(Congestion control)有什么異同點? TCP的“慢 啟動”(Slow siari)的“慢”是相對什么情況而言的？(2) 假設有一個TCP的擴展協議運行在IGbps的網絡上，RTT是100ms, TCP接收窗口大 小為1MB, TCP分組大小1KB,從慢啟動開始，到發送窗II達到2MB時用了多少RTT?同的條件，如果在該網絡上傳輸10MB文件，需要多少時間？(1)TCP的流量控制和擁塞控制的

12、區別是：流量控制是為了避免接收方存儲單元Buffer的 溢出，發送方根據接收方的請求，降低或者提高發送速率；擁塞控制是為了避免網絡中間路 由器存儲單位Buffer的溢出，發送方根據檢測到的丟包情況，降低或者提高發送速率的過 程。兩者的目標不一樣，檢測機制不一樣。TCP的流量控制和擁塞控制的相同點是：都采用基于窗I I的方式控制發送方的流速率, 流量控制采用TCP首部里面的通知窗口傳遞流控信息、發送方相應的調整發送窗口的大小, 擁塞控制要求TCP發送方檢測分組的超時或者3ACK現象并調整發送窗I I的大小.TCP擁塞控制的“慢啟動”是相對流量控制而言的。在歷史上，TCP的流量控制功能 被先設計出

13、來，TCP發送端缺省的發送窗口就是接收方反饋的通知窗口的大小。TCP的擁 塞控制的研究中，提出TCP發送窗口大小不能一開始就達到最大值，應該從1開始逐步增 加，以避免產生突發流量。盡管TCP的擁塞窗口增加是指數增長的，但是比起立即發送整 個通知窗口的數據量而言，要“慢”很多。TCP發送窗口應該取通知窗口和擁塞窗口的最小值，min (CongestionWindow, Advertized Window)。在本題中，由于帶寬時延積較大，可以暫不考慮TCP接受窗II、通知窗I I的限制 問題，即發送窗口僅考慮擁塞窗口的控制。在慢啟動階段，假設經過第i個RTT,則發送窗口增加到2，*IKB,為了使得

14、發送窗口達到 2MB,所需要的 RTT 個數為 i = log2(2MB/lKB) = log2(2") =11.發送窗口的最大值收到帶寬時延積的限制，最大為1G bps * 100ms = 100 *106 bit = 11.92MB,因此10MB文件的傳輸不會觸發網絡的分組去棄機制，可以在慢啟動階段完成。 假設需要x個RTT完成文件的傳輸，則(1 +2 + 4+ . + 2')* 1KB> 10MB2*2X - 1 > 10* 1024x>log2(10241)- 1 = 12.3所需要的RTT個數為x=l3.模型層次數據單元網絡設備設備功能應用層消息

15、message網關 gateway實現高層協議轉換表不層消息 message網關 gateway實現高層協議轉換會話層消息 message網關 gateway實現高層協議轉換傳輸層報文段segment網關 gateway實現高層協議轉換網絡層分組 packet/datagram路由器router路由轉發數據鏈路層幀 frame交換機switch 網橋 bridge分組交換物理層比特bit中繼器repeater 集線器hub放大信號二、在計算機網絡領域中有很多重要的系統設計原則，試從下列原則中選取三個，結合案例 論述其含義1) 沙漏(或稱細腰型)的網絡體系結構(Hourglass/narrow

16、waist network architecture model)2) 邊緣復雜核心簡單的網絡功能劃分(Complex edge and simple core)3) 盡力服務的服務模型(Best-effort service model)4) 聰明發送方與笨拙接收方的TCP協議設計(Smart sender/dumb receiver)5) 簡單和愚蠢的以太網設計理念(KISS: Keep 1( Simple and Stupid)(1) 沙漏(或稱細腰型)的I阿絡體系結構(Hourglass/narrow waist network architecture model) 沙漏模型表示網絡

17、體系結構的協議棧形如細腰，其中間部分采用了代表最小的、經過精 心挑選的通用功能集，它允許高層應用和低層通信技術并存。符合該模型的網絡體系結構案例有TCP/IPo IP協議可以為各種各樣的應用提供服務(所 謂的Everything over IP),同時也可以運行到各式各樣的網絡上(所謂的IP over everything)» 正因為如此，互聯網才發展到今天的這種全球的規模。 邊緣復雜核心簡單的網絡功能劃分(Complex edge and simple core)“邊緣復雜核心簡單"的含義：在網絡邊緣的主機的實現較為復雜、支持很多功能，而 網絡的節點的實現則比較簡單、只實

18、現較為簡單的功能。網絡負責實現基礎的連接功能，復 雜的網絡功能留待網絡邊緣的主機來解決。符合該模型的例子有分組交換網絡，其網絡中的節點僅僅轉發分組，實現盡可能簡單， 而終端主機承擔更多的任務。讓主機負責端到端的可靠性不但沒有給主機增加更多的負擔， 反而能夠使更多的應用在簡單的網絡上運行。不符合該模型的例子是電話交換網絡，其終端 設備電話的功能很簡單，而網絡中的節點電話交換機很復雜。另外-個符合該模型的例了，但是教學內容沒有涉及到的就是基于區分服務(DiffSei-v) 的網絡服務質量模型。 盡力服務的服務模型(Best-effort service model)“盡力服務”的含義：網絡盡力把報

19、文送到其月的地。如果出現分組錯誤、丟失等情況, 網絡什么也不做。盡力服務提供的是一種不可靠的傳輸服務。符合該模型的案例是IP服務模型。IP數據報在網絡中以無連接方式發送分組，盡力的 無連接的服務是互聯網能夠提供的最為簡單的服務，有利于保持路由器設計的簡單。 聰明發送方與笨拙接收方的TCP協議設i|' ( Smart sender/dumb receiver)“聰明發送方與笨拙接收方”的含義：接收方的設計盡可能簡單，只響應從發送方來的 報文，而不主動發起任何活動。符合該模型的案例包括TCP流量控制機制。在流量控制過程中，發送方可能接收到大小 為0的通知窗口信息；此后，接收方不主動通過AC

20、K告知發送方窗口的變化，而由發送方 定期通過發送只有IByte的報文段觸發接收方的響應，從而獲得關于通知窗口的變化。(5)簡單和愚蠢的以太網設計理念(KISS: Keep It Simple and Stupid)“簡單和愚蠢”原則的含義：很多系統在最簡單設計情況下會工作得更加有效，因此保 持系統設計的簡單成為了一個設計系統的核心原則，設計人員應該盡量避免系統設計過程中 的復雜性。符合該原則的案例就是以太網Ethernet的設計。以太網的設計過程中沒有以復雜度追求 高性能(例如同時代的令牌環網)，而將尋址、MAC協議等的設計得盡可能簡單，強調集線 器、交換機、網卡等設備的即插即用特征。由于以太

21、網簡單的設計結構，既方便了網絡的部 署、維護和升級，又為硬件廠商預留了足夠的改進空間，因此成為發展最為成功的局域網技 術。三、直接連接的網絡：可靠傳輸(1) 有人認為，只要接收方對每個收到的報文都有ACK回復，就可以實現可靠傳輸。這種 觀點對不對，為什么？(2) 設衛星鏈路的數據率為1Mbps,單程傳播時延為1.25sec,每幀攜帶2000bit數據。忽略 誤碼率、確認幀長和處理時間，請問停止等待協議的信道利用率是多少？(3) 在(2)的條件下，設計一個滑動窗口連續ARQ協議，為了達到該鏈路的帶寬時延積，窗 口大小需要多少幀，相應的窗口序號Seq需要多少bit來表示？(1) 觀點不對最簡單的可

22、靠傳輸(ReliableTransmission)至少需要兩個要素，除了接收方對每個收到的 報文都有ACK回復以外，還需要定時器，這樣才能觸發重傳。例如，停止等待的ARQ協 議。(2) 信道利用率為實際吞吐量與信道容量的比值。停止等待協議每個RTT只能發送一個報文，其發送時延為：2 k bit / 1 Mbps = 0.002 sec.該衛星鏈路的RTT為：2 * 1.25 sec = 2.5 sec因此其實際吞吐量為：2 k bit / 2.502 sec = 0.799 k bps 或者 0.8 kbps而衛星鏈路的數據率為1Mbps,因此信道利用率為：0.799 kbps / I Mbp

23、s = 0.08%(3) 窗口大小設計是為了達到該鏈路的帶寬時延積 該衛星鏈路的帶寬時延積為：1 Mbps * 2 * 1.25scc = 2.5 M bits因此滑動窗口的大小為：2.5 Mbit / 2 kbits = 1250如果滑動窗口的接收窗口為1,則需要llbil表達；如果滑動窗口的接收窗口與發送窗口 -樣大，滑動窗口的序號空間應該為窗口大小的兩倍, 序號空間應該達到250(),因為2048=2"<25()()<212=4()96,所以序號需要12位bit表達四、直接連接的網絡：動態介質接入MAC(1) 簡述CSMA/CD算法，物理傳播時延對載波偵聽CS有什么

24、影響？(2) 假定1km長的CSMA/CD網絡的數據率為100Mbps,設信號在網絡上的傳播速率是 200000km/s,求能夠用此協議的最短幀長。(1)CSMA/CD 算法全稱是 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection,中文名為載 波監聽多點接入/碰撞檢測算法。其基本思路是：每個站點在發送數據之前先要檢測一下總 線上是否有其他的計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。物理傳播時延對載波偵聽CS的結果有影響。因為電磁波在線纜上是以有限的速率傳送 的，當某個站點監聽到線纜空閑時，有可能只是沒有收到另外一個站

25、點的信號而己。為此， 需要設計是個爭用期(Contention period)或者碰撞窗口(Collision window),該爭用期即為線 纜端到端往返時延，如果爭用期這段時間內信道空閑，則載波偵聽的信道空閑結果就是可信 的o IEEE 802.3 Ethernet以太網規范中實現了 CSMA/CD算法，其爭用期設計為51.2卜,并 且采用二進制指數退避算法來控制各站點的等待時間。由于CSMA/CD網絡檢測到沖突就會停止發送，會產生長度小于一定值的無效幀，因此該網 絡的最短幀長，就是能夠大于因碰撞異常中止發送的數據塊大小。該網絡的爭用期為：2*(1 km / 2 * 10五、分組交換網絡：

26、數據報和虛電路 請比較數據報和虛電路這兩種服務的優缺點。 假設在源站點、目的站點之間有3條點對點的鏈路和2臺交換機。假設每條鏈路的傳播時延為2ms,帶寬為4Mbps。將n字節的文件分成1KB的分組進行傳輸。假設每個分組有 24Byte的首部和lOOOByte的有效載荷，每個交換機對分組進行存儲轉發時會引起1ms的延 退。假設分組可以被連續發送無需確認。采用數據報服務時，請作出相應的時序圖，并且計 算整個文件到達目的地的總時延。 在的條件下，改用虛電路服務。建立虛電路的過程，需要源站點向目的站點發送1KB 的信令報文，目的站點向源站點回復確認1KB的信令報文。假設交換機不會對電路交換的 km/s

27、) = 10、sec 爭用期內能發送的最大數據塊為：100 Mbps * 1 O' sec = 1000 bit = 125 byte數據帶來延退。采用虛電路服務時，請作出相應的時序圖，并且計算整個文件到達目的地的 總時延。(1)從以下兒個角度分析虛電路和數據報的優缺點，或者是主要的區別:虛電路數據報思路虛電路服務是面向連接的，提供可 靠的端到端數據傳輸；可靠通信應 該由網絡來保證數據報服務是面向無連接的，提 供面向無連接的、不可靠的數據 傳輸；可靠通信應該由用戶主機 來保證連接的建立必須建立連接不需要建立連接目的站地址目的站地址僅在連接建立階段使 用，每個分組使用短的虛電路號； 使得

28、分組的控制信息部分的比特 數減少，減少了額外的開銷每個分組都要有目的站的全地址分組的轉發屬于同一個虛電路的分組總是按 照同一路由進行轉發每個分組獨立選擇路由進行轉 發，當某個節點發生故障時，后 續的分組可以另選路由，因而提 高了通信的可靠性節點出現故障時 的情況當節點發生故障時，所有通過出故 障的節點的虛電路均不能工作當網絡發生故障時，出故障的節 點可能會丟棄分組，一些路由可 能會發生變化分組到達的順序保證分組總是按照發送順序到達 目的站，且不丟失、不重復到達目的站時不一定要按發送順 序，傳輸中分組可能丟失和重復端到端的差錯控 制和流量控制可以由分組交換網負責，也可以由 用戶機負責只由主機負責

29、適用場合適用于通信信息量大、速率要求 高、傳輸可靠性要求高的場合服務的靈活性好，適用F傳輸可 靠性要求不高、通信子網負載不 均衡、需要選擇最佳路徑的場合(2)總時延D = Delay_at_Switch * Switch_Num + Delay_at_last_hop=(Tp + Tpkt +TS)*2 + (TP + Tt) = Tpkt * 2 + Tp * 3 + Ts * 2 + Tt其中，Tpkt=Packet_Size/ Bandwidth = 1 KB /4Mbps = 1024 *8 / (4 * 106) = 2.048 msTp = 2 ms, Ts = 1 ms, Tt

30、= 1.024 * n B / 4Mbps所以,D = 2.048 *2 + 2*3+ 1 *2+ 1.024 * n B / 4Mbps=12.10 ms + 1.024 * n B/4 Mbps數據報傳輸的時序圖見后圖srcSIS2dst(3) 虛電路傳輸的時序圖srcSIS2dst總時延D = Singling_Dclay + Transmission_Dclay=2 * Packet_Duration + Transmission_Delay=2* (Tpk( * 2 + Tp * 3 + Ts * 2 + TpG + (Tp * 3 + Tt) 其中,Tpkt = 2.048 ms,

31、 Tp = 2 ms, Ts = I ms, Tt = n B / 4Mbps= Tpki*6 + Tp*9 + Ts*4 + Tt所以,D = 2.048 * 6 + 2 * 9 + 1 * 4 + n B /4Mbps=34.29 ms + n B/4Mbps六、局域網擴展現有五個站點分別連接在三個局域網上，并且通過兩個透明網橋連接起來，如圖所示。初始喘口 2湖口2MAC1MAC2MAC3MAC4MAC5情況下，兩個網橋中的轉發表均為空。其后以下各站向其他的站點發送了數據幀，即H1發 送給H5, H3發送給H2, H4發送給H3, H2發送給H1。試填寫下面的轉發表格，并分析 網橋工作原理

32、。發送的幀網橋I的轉發表網橋2的轉發表網橋1的處理 （轉發/丟棄/登記）網橋2的處理 （轉發/丟棄/登記）站地址端口站地址端口H1->H5H3->H2H4->H3H2->H1網橋的工作原理是：如果網絡現在能夠從端I I x收到從源地址A發來的幀，那么以后就可以從端口 x將一個幀轉發到目的地址A。 下面表格描述學習網橋的學習過程：發送的幀網橋1的轉發表網橋2的轉發表網橋1的處理 （轉發/丟棄/登記）網橋2的處理 （轉發/丟棄/登記）站地址端口站地址端口H1->H5MAC11MAC11轉發，登記轉發，登記H3->H2MAC32MAC31轉發，登記轉發，登記H4-

33、>H3MAC42MAC42登記，丟棄轉發，登記H2->H1MAC21/登記，丟棄接收不到七、分組交換網絡：交換式以太網假設在一個以太網A中，I個服務器和N個客戶機用IOMbps以太網集線器互聯，如果用個10Mbps的以太網交換機替換掉A網絡的集線器，A網絡的客戶機到服務器 的通信帶寬有什么變化？（2）如果以太網A原先采用的是令牌環網的集線器，現在用以太網交換機后，A網絡的客戶 機到服務器的通信帶寬有什么變化？（3）以太網交換機、集線器有什么區別？(I)10 Mbps以太網集線器情形下，客戶機到服務器的通信帶寬為IO/(N+l)Mbps10 Mbps以太網交換機情形下，客戶機到服務器

34、的通信帶寬為10/N Mbps 通信帶寬的變化為10/(N*(N+l) Mbps(2)與(1)相同以太網交換機和集線器的區別：集線器工作在物理層，作用是增強信號強度，并無轉發功能；交換機工作在數據鏈路層, 可以根據MAC地址對數據幀進行轉發基于集線器的以太網是共享介質網絡，各節點通過CSMA/CD機制競爭帶寬；基于交換 機的以太網是獨享介質網絡，各通信節點對可以獨占總帶寬 集線器可以用于擴展以太網網段，但是受到物理傳輸的限制，例如2500米和4個集線 器；交換機擴展以太網網段時，沒有類似的限制，無需額外附置八、網絡互聯：路由器下圖表示計算機HI和計算機H2通過兒臺路由器相連的，清給出每個路由器

35、的路由表(考 慮每個網絡中未劃分子網)。假設有一數據報需要從計算機H1發送到計算機H2,描述每一 個路由器內部的分組轉發過程，并用圖示方法描述該數據報的目的和源MAC地址以及IP 地址在傳輸過程中出現的變化。IPpl92.168-l.23IP/147.168.3.46主機H主機志RI的路由表序號目的地址下一跳1192.168.1接口 HA32100.68.2接口 HA43147.168.3R2R2的路由表序號目的地址下一跳1192.168.1RI2100.68.2接口 HA53147.168.3接口 HA6數據報傳送的過程序號過程源IP目的IP源MAC目的MAC1從H1到R1192.168.1.231