【计算机网络 (谢希仁) 习题题解】第1章 概述

计算机网络 第7版 谢希仁编著 北京：电子工业出版社，2017.1

1-01 计算机网络可以向用户提供哪些服务？

解：计算机网络使用户能在计算机之间传送数据文件。 随着电信网络和有限电视网络逐渐融入现代计算机网络技术，计算机网络也能够向用户提供电话通信、视频通信以及传送视频节目的服务。

1-02 试简述分组交换的要点？

解：①高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 ②灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。 ③迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。 ④可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的优缺点。

解：①电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。 ②报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。 ③分组交换：单个分组 (报文的一部分) 传送到相邻结点，存储后查找转发表，转发到下一个结点。

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。

当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的，因此线路上真正用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%。 报文交换和分组交换不需预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

1-04 为什么说互联网是自印刷术以来人类在存储和交换信息领域中的最大变革？

解：互联网具有两个重要基本特点： ①交换信息方面，连通性。互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息 (数据，以及各种音频视频)，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。 ②存储方面，资源共享。可以是信息共享、软件共享、硬件共享。例如，上网的用户可以很方便地读取或下载互联网上的许多服务器存储的电子文档。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样方便使用。

1-05 互联网基础结构的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段最主要的特点。

解：三个阶段。 ①第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。 ②第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。美国国家科学基金网 NSFNET 是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网 (或企业网)。这种三级计算机网络覆盖了全美国主要大学和研究所，并且称为互联网中的重要组成部分。 ③第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。ISP常译为互联网服务提供商。

1-06 简述互联网标准制定的几个阶段。

解：三个阶段。 ①互联网草案——有效期只有6个月。还不能算是RFC文档。 ②建议标准——开始成为RFC文档。 ③互联网标准——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号 STD xx。一个标准可以和多个RFC文档关联。

1-07 小写和大写开头的英文名字 internet 和 Internet 在意思上有何重要区别？

解：internet 翻译为“互连网”，是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。

Internet 翻译为“互联网”，或者“因特网”，是一个专用名词，它指全球最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？

解：计算机网络有多种类别。

1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？

解：主干网属于互联网的核心部分。 接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。

1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共 x x x (bit)。从源点到终点共经过 k k k 段链路，每段链路的传播时延为 d d d (s)，数据率为 b b b (bit/s)。在电路交换时电路的建立时间为 s s s (s)。在分组交换时分组长度为 p p p (bit)，且各结点的排队等待时间忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察 k k k 段链路共有几个结点。）

解：发送时延和传播时延的计算公式如下： 发 送 时 延 = 数 据 帧 长 度 ( b i t ) 发 送 速 率 ( b i t / s ) 发送时延 = \dfrac {数据帧长度 (bit)} {发送速率 (bit/s)} 发送时延=发送速率(bit/s)数据帧长度(bit)​ 传 播 时 延 = 信 道 长 度 ( m ) 电 磁 波 在 信 道 上 的 传 播 速 率 ( m / s ) 传播时延 = \dfrac {信道长度 (m)} {电磁波在信道上的传播速率 (m/s)} 传播时延=电磁波在信道上的传播速率(m/s)信道长度(m)​

计算电路交换的时延 ①电路交换首先要建立连接，用时 s s s (s)。 ②发送时延：只有在源点时需要发送报文，因为电路交换时整个报文的比特流连续地从源点直达终点，用时 x / b x/b x/b (s)。 ③传播时延： k ⋅ d k \cdot d k⋅d。 所以，电路交换的总时延为 T 1 = s + x / b + k d T_1 = s + x/b + kd T1​=s+x/b+kd。

计算分组交换的时延 ①发送时延：在源点时，报文分为 x / p x/p x/p 个分组，每个分组的发送时延为 p / b p/b p/b，所以源点的发送时延为 ( x / p ) ⋅ ( p / b ) = x / b (x/p) \cdot (p/b) = x/b (x/p)⋅(p/b)=x/b；在剩下 k − 1 k-1 k−1 个链路，只需计算单个分组的发送时延，用时为 ( k − 1 ) ∗ ( p / b ) (k-1)*(p/b) (k−1)∗(p/b)。 ②传播时延： k ⋅ d k \cdot d k⋅d。 所以，分组交换的总时延为 T 2 = x / b + ( k − 1 ) ( p / b ) + k d T_2 = x/b + (k-1)(p/b) + kd T2​=x/b+(k−1)(p/b)+kd。

要使 T 2 < T 1 T_2 < T_1 T2​1536。

所求时间为 0.16s + (11-1) x RTT + RTT/2 = 1s。

1-29 有一个点对点链路，长度为 50 km。若数据在此链路上的传播速度为 2 × 1 0 8 2 \times 10^8 2×108 m/s，试问链路的带宽应为多少才能使传播时延和发送 100 字节的分组的发送延迟一样大？如果发送的是 512 字节长的分组，结果又应如何？

解：传播时延： 50 k m 2 × 1 0 8 m / s = 2.5 × 1 0 − 4 s \frac{50km}{2 \times 10^8m/s} =2.5 \times 10^{-4}s 2×108m/s50km​=2.5×10−4s

100B = 800bit，带宽： 800 b i t 2.5 × 1 0 − 4 s = 3.2 × 1 0 6 b i t / s = 3.2 M b i t / s \frac{800bit}{2.5 \times 10^{-4}s} = 3.2 \times 10^6 bit/s = 3.2 Mbit/s 2.5×10−4s800bit​=3.2×106bit/s=3.2Mbit/s

512B = 4096bit，带宽： 4096 b i t 2.5 × 1 0 − 4 s = 1.6384 × 1 0 7 b i t / s = 16.384 M b i t / s \frac{4096bit}{2.5 \times 10^{-4}s} = 1.6384 \times 10^7 bit/s = 16.384 Mbit/s 2.5×10−4s4096bit​=1.6384×107bit/s=16.384Mbit/s

1-30 有一个点对点链路，长度为 20000km。数据的发送速率是 1kbit/s，要发送的数据有 100bit。数据在此链路上的传播速度为 2 × 1 0 8 2×10^8 2×108m/s。假定我们可以看见在线路上传输的比特，试画出我们看到的线路上的比特（画两个图，一个在 100bit 刚刚发送完时，另一个是再经过 0.05 s 后）。

解：传播时延： 20000 k m 2 × 1 0 8 m / s = 0.1 s \frac{20000km}{2\times 10^8m/s} = 0.1s 2×108m/s20000km​=0.1s 发送时延： 100 b i t 1 k b i t / s = 0.1 s \frac{100bit}{1kbit/s} = 0.1s 1kbit/s100bit​=0.1s，等于传播时延。

刚刚发送完，链路中的比特数为 1 k b i t / s × 0.1 s = 100 b i t 1kbit/s \times 0.1s = 100bit 1kbit/s×0.1s=100bit。第一个比特刚到达接收端。

0.05s后， 1 k b i t × 0.05 = 50 b i t 1kbit \times 0.05 = 50bit 1kbit×0.05=50bit，已有50bit到达接收端，链路中的比特数还有 50bit。此时最后发送的一个比特在距离发送端 10000km 处。

1-31 条件同上题。但数据的发送速率改为 1 Mbit/s。和上题的结果相比较，你可以得出什么结论？

解：发送时延： 100 b i t 1 M b i t / s = 0.0001 s \frac{100bit}{1Mbit/s} = 0.0001s 1Mbit/s100bit​=0.0001s，小于传播时延。

刚刚发送完，此时第一个比特距离发送端 0.0001 s × 2 × 1 0 8 m / s = 20 k m 0.0001s \times 2\times 10^8m/s = 20km 0.0001s×2×108m/s=20km。链路中的比特数一个都没有到达接收端，故链路中的比特数为 100bit。

0.05s后，0.05s < 0.1s，第一个比特距离发送端 0.05 s × 2 × 1 0 8 m / s = 10000 k m 0.05s \times 2\times 10^8m/s = 10000km 0.05s×2×108m/s=10000km。链路中的比特数一个都没有到达接收端，故链路中的比特数为 100bit。

结论：管道中的比特数表示从发送端发出的但尚未到达接收端的比特。对于一条正在传送数据的链路，只有在代表链路的管道中都充满比特时，链路才得到充分的利用。 另外，发送端的发生速率必须使接收端来得及接收，不要太快。

1-32 以 1 Gbit/s 的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时，一个比特的宽度分别是多少？

解：时间： 1 b i t 1 G b i t / s = 1 0 − 9 s \frac{1bit}{1Gbit/s} = 10^{-9}s 1Gbit/s1bit​=10−9s。

在光纤中的传播速率为 2 × 1 0 8 m / s 2 \times 10^8 m/s 2×108m/s， 距离： 1 0 − 9 s × ( 2 × 1 0 8 m / s ) = 0.2 m 10^{-9}s \times (2\times 10^8m/s) = 0.2 m 10−9s×(2×108m/s)=0.2m。

1-33 我们在互联网上传送数据经常是从某个源点传送到某个终点，而并非传送过去又再传送回来。那么为什么往返时间 RTT 是个很重要的性能指标呢？

解：因为在许多情况下，互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此，我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间。

当使用卫星通信时，RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标。

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