第一章、概述
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计算机网络向用户可以提供哪些服务？
计算机网络是一个通信基础设施，向用户提供的最核心的服务就是信息交互服务和资源共享服务。虽然计算机网络与电信网络和有线电视网络一样，都是一种通信基础设施，但与这两个网络最大的不同在于计算机网络的端设备是功能强大且具有智能的计算机。利用计算机网络这个通信基础设施，计算机上运行的各种应用程序通过彼此间的通信能为用户提供更加丰富多彩的服务和应用，如文件传输、电子邮件、网络电视等等。 -
试简述分组交换的要点。
分组交换最主要的特点是采用存储转发技术。当需要发送数据时无需在源和目的之间先建立一条物理的通路，而是将要发送的报文分割成较小的数据段，将控制信息作为首部添加到数据段前面（构成分组）一起发送给分组交换机。分组交换网中的分组交换机根据分组首部中的控制信息，把分组转发到下一个分组交换机。用这种存储转发的方式将分组转发到最终目的地。 -
试从建立连接、何时需要地址、是否独占链路、网络拥塞、数据是否会失序、端到端时延的确定性、适用的数据传输类型等多个方面比较分组交换与电路交换的特点。
电路交换：通信前需要建立链接；通信过程中始终占用端到端的固定传输带宽；通信时线路上不会因为堵塞而丢失数据；数据按序到达；建立连接后通信过程中不再需要地址；端到端时延确定；适合大量实时数据的传输。
分组交换：通信前可以不建立连接；分组在链路上传输仅逐段占用经过的链路；通信是会因为网络堵塞而导致分组丢失；分组可能失序；所有分组都携带地址或相关控制信息；端到端时延不确定；适合突发数据的传输。 -
为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？
因特网已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络，缩小了人际交往的时间和空间，大大改变着我们工作和生活的各个方面。 -
因特网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。
因特网的基础结构大体经历了三个阶段的演进。第一阶段——从单个网络ARPANET向互联网发展。第二阶段——逐步建成了三级结构的因特网。第三阶段——逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。 -
试简述因特网标准制定的几个阶段。
制定因特网的正式标准要经过以下的四个阶段：
（1）因特网草案（Internet Draft）—— 在这个阶段还不是RFC文档。
（2）建议标准（Proposed Standard）—— 从这个阶段开始就成为RFC文档。
（3）草案标准（Draft Standard）。
（4）因特网标准（Internet Standard）。 -
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？
以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。以大写字母 I 开始的 Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。 -
计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？
按网络的作用范围划分：
（1）广域网 WAN，作用范围通常为几十到几千公里，也称为远程网，是 Internet 的核心部分。
（2）城域网 MAN，作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为 5～50公里。
（3）局域网 LAN，作用范围局限在较小的范围（如 1 公里左右）。
（4）个人区域网 PAN，也称无线个人区域网，作用范围大约在 10m 左右。
按网络的使用者划分：
（1）公用网：面向公共营运、按规定缴纳费用的人都可使用的网络。
（2）专用网：面向特定机构、不向本单位以外的人提供服务的网络。 -
因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？他们的工作方式各有什么特点？
因特网从其工作方式上看可以分为：
(1) 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
(2) 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户 -服务器方式（C/S 方式）和对等方式（P2P 方式）。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器，因特网核心部分的工作方式其实也就是路由器的工作方式。其工作方式有两种：一种是路由器的转发分组，另一种是路由器之间不断地交换路由信息。 -
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（bit），从源点到终点共经过 k 段链路，每段链路的传播时延为 d（s），数据率为 b（b/s）。在电路交换时电路的建立时间为s（s）。在分组交换时分组长度为p（bit），且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？
解：对于电路交换，先建立连接需要时间是 s 秒；发送 x 比特报文的发送时延是 x / b 秒；k 段链路的传播时延是 k * d 秒。因此电路交换总时延=连接时间+发送时延+传播时延=s + x / b + k * d对于分组交换，不需要先建立连接。先计算分组交换的传播时延，k 段链路的传播时延是 k * d 秒。再计算分组交换的发送时延，设共有 n 个分组，当 x>>p 时，n = x / p。由于采用“存储转发”技术，一个结点发送一个分组的发送时延是 p/b。因为分组交换要求将n个分组全部发送给终点，当第n个分组到达终点时，则传输结束。所以可以仅考虑第n 个分组的传输过程。当第 n 个分组从源点完全进入到第1 段链路时，已经过 n * p / b的时延。从源点到终点共经过k 段链路，应经过 k－1个中间结点，所以第n 个分组还要花费 ( k－1 ) * p / b 个发送时延才能到达终点。
因此分组交换总时延=发送时延+传播时延 = n * ( p / b ) + ( k - 1 ) * ( p / b ) + k * d
若要分组交换总时延比电路交换总时延小，则：n * ( p / b ) + ( k - 1 ) * ( p / b ) + k d < s + x / b + k * d
当 x>>p 时，上式即为： ( x / p ) * ( p / b ) + ( k - 1 ) * ( p / b ) + k d < s + x / b + k * d 解出 s > ( k - 1 ) * ( p / b )
即当 s > ( k - 1 ) * ( p / b ) 时，分组交换的时延比电路交换的时延小。
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在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和(p+h) (bit)其中 p为分组的数据部分的长度，而 h 为每个分组所带的控制信息固定长度，与p 的大小无关。通信的两端共经过k 段链路。链路的数据率为 b（bit/s，) 但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度 p应取为多大？
解：本题实际上是假定整个报文恰好可以划分为 x/p 个分组。
依题意每个分组的发送时延是(p+h)/b，因传播时延和排队时延忽略不计，所以
总时延 D=发送时延
=( x / p ) * ( p + h ) / b + ( k - 1 ) * ( p + h ) / b
要求出当 p取何值时，D 的值为最小，需求D 对 p的导数，令 D′=0，求出此时的 p值即可。
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从差错控制、时延和资源共享3个方面分析，分组交换为什么要将长的报文划分为多个短的分组进行传输？
（1）若报文太大在传输过程中出错的概率答，并且一旦出现差错可能要重传整个报文，而划分为小的分组，该分组出现差错的概率减小了，并且一次仅需要重传一个分组。
（2）将长的报文划分为多个端的分组可以减小储存转发的时延。
（3）太大的报文占用链路太长，不利于资源共享，将长的报文划分为多个短的分组减小的资源共享的粒度，提高整个系统的平均响应时间，例如一台计算机在传输大的文件时，而另一台计算机通过统一链路可以上网浏览网页，而无需等待文件传输结束。 -
计算机网络有哪些常用的性能指标？
（1）速率（数据的传输速率）
（2）带宽
（3）吞吐量又称吞吐率
（4）时延：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延
（5）丢包率（即分组丢失率）
（6）利用率：信道利用率和网络利用率 -
收发两端之间的传输距离为1000 km，信号在媒体上的传播速率为2×10^8 m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：(1)数据长度为10^7bit，数据发送速率为100 kbit/s。(2)数据长度为10^3 bit，数据发送速率为1Gbit/s。从以上计算结果可得出什么结论？
(1)发送时延=10^7 bit / ( 100 × 10^3 bit/s ) = 100 s
(2)发送时延=10^3 bit / ( 10^9 bit / s ) = 1 μs两者传播时延都为=1000 × 10^3 m / ( 2 × 10^8 m / s ) = 5 ms
结论：若数据长度大而发送速率低则在总的时延中发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高则传播时延又可能是总时延中的主要成分。 -
为什么计算机网络要采用分层结构？
1）各层之间相互独立：高层是不需要知道底层的功能是采取硬件技术来实现的，它只需要知道通过与底层的接口就可以获得所需要的服务；
2）灵活性好：各层都可以采用最适当的技术来实现，例如某一层的实现技术发生了变化，用硬件代替了软件，只要这一层的功能与接口保持不变，实现技术的变化都并不会对其他各层以及整个系统的工作产生影响；
3）易于实现和标准化：由于采取了规范的层次结构去组织网络功能与协议，因此可以将计算机网络复杂的通信过程，划分为有序的连续动作与有序的交互过程，有利于将网络复杂的通信工作过程化解为一系列可以控制和实现的功能模块，使得复杂的计算机网络系统变得易于设计，实现和标准化 -
协议与服务有何区别？有何关系？
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，或简称为协议。一个网络协议由语法、语义和同步三个要素组成。
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
协议和服务在概念上是很不一样的。
首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务，使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。
其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称之为“服务”。 -
试述五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了 OSI 七层模型和 TCP/IP 的四层模型而得到的五层模型，即应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
各层主要功能如下：
（1）应用层：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
应用层协议包括文件传输协议 FTP、电子邮件协议 SMTP、超文本传送协议 HTTP 等。
（2）传输层：向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
主要使用两种协议：传输控制协议 TCP，提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位是报文
段；用户数据报协议 UDP，提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务，数据传输单位是用户数据报。
（3）网络层：传输层产生的报文段或用户数据报在网络层被封装成分组（ IP 数据报）或包进行传送；
选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。
最重要的协议是网际协议 IP。
（4）数据链路层：将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。
（5）物理层：透明地传输比特流，确定与传输媒体的接口有关的一些特性。 -
试解释以下名词：协议栈、实体、对等层、协议数据单元、客户、服务器、客户-服务器方式。
协议栈：将网络协议几个层次画在一起很像一个栈的结构，因此将这些协议层称为协议栈。
实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等层：通信双方实现同样功能的层。协议定义的就是对等层间的通信规则。
协议数据单元：OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU。
客户：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务请求方。
服务器：在计算机网络中进行通信的应用进程中的服务提供方。
客户-服务器方式：通常指的是一种网络应用程序的工作方式。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务器总是一直运行并被动等待通信，而客户总是主动发起通信。服务器可以同时处理多个客户的请求，而客户程序之间不直接进行通信。 -
试解释everything over IP和IP over everything的含义。
everything over IP指在TCP/IP体系结构下，各种网络应用均是建立在IP基础之上。
IP over everything指在TCP/IP体系结构下，IP通过网络接口层可以运行在不同的物理网络之上。 -
判断以下正误。
（1）提高链路速率意味着降低了信道的传播时延。（×）
原因： 提高链路速率是提高了将数据推送到链路的速率。而信道的传播时延仅跟信号的传播速率和信道长度有关，与发送速率无关。因此提高链路速率不会影响信道的传播时延。
（2）在链路上产生的传播时延与链路的带宽无关。（√）
原因： 由于承载信息的电磁波在通信线路上的传播速率（这是光速的数量级）与数据的发送速率并无关系，因此在链路上产生的传播时延仅与信号传播速率和信道长度有关。
（3）跨越网络提供主机到主机的数据通信的问题属于运输层的功能。（×）
原因： 跨越网络提供主机到主机的数据通信的问题属于网络层的功能。运输层为不同主机上的应用进程和应用进程间提供逻辑通信功能。
（4）发送时延是分组的第一个比特从发送方发出到该比特到达接收方之间的时间。（×）
原因： 发送时延是主机或路由器将分组发送到通信线路上所需要的时间，也就是从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送到线路上所需要的时间。
（5）由于动态分配通信带宽和其他通信资源，分组交换能更好更高效地共享资源。（√）
（6）采用分组交换在发送数据前可以不必先建立连接，发送突发数据更迅速，因此不会出现网络拥塞。（×）
原因： 由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源，因而无法确保通信时端到端所需的带宽，在通信量较大时可能造成网络拥塞。 -
一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，网络软件在每层都加上h字节的协议头，网络带宽至少有多大比率用于协议头信息的传输？
( N * h / ( N * h + M ) ) x 100%。若应用程序产生的报文再分为多个小的分组则比率会更大。
