计算机网络自顶向下方法(第六版) 课后题答案

复习题

R1.

没什么不同，主机就是端系统，可互换使用；端系统包括PC 机，工作站，Web 服务器，邮件服务器，联网游戏机等。

R2.

外交礼仪通常被描述为一套国际礼仪规则。这些建立已久、历史悠久的规则使国家和人民更容易在一起生活和工作。

R3.

标准对于协议很重要，这样人们就可以创造相互连接的网络系统和产品。

R4.

1.电话拨号调制解调器：住宅
2.电话线路DSL：住宅，小型公司
3.电缆HFC：住宅
4.100mbps交换以太网：公司
5.WiFi：住宅和企业
6.3G 和 4G：广域无线。

R5.

HFC(Hybrid Fiber－Coaxial)带宽由用户共享。在下游通道上，所有包都来自一个源，即前端。因此，下游通道没有碰撞。

R6.

住宅接入技术
拨号上网
DSL(数字用户线路)
电缆调制解调器
光纤

R7.

以太 LAN(局域网)的传输速率分别为10mbps、100mbps、1gbps和10gbps。

R8.

以太网最常用的是双绞线铜线。它还可以在光纤链路上运行。

R9.

住宅接入技术	传输速率的范围	带宽
拨号调制解调器	高达56kbps	带宽专用
ADSL	下游高达24mbps，上游2.5 Mbps	带宽专用
HFC	速率可达42.8 Mbps，上行速率可达30.7 Mbps	带宽共享
FTTH	2-10Mbps上传;10 - 20 Mbps的下载	带宽不是共享的

R10.

Wifi在无线局域网中，无线用户从基站(即(无线接入点)半径几十米以内。基站通常连接有线互联网，因此可以将无线用户连接到有线网络。

3G和4G广域无线接入网络。在这些系统中，信息包通过与蜂窝电话相同的无线基础设施传输，因此基站由电信提供商管理。这为基站方圆几十公里内的用户提供了无线接入。

R11.

1.发送主机——>2.交换机——>3.接收主机
传输速率
1——>2 R1
2——>3 R2
使用存储转发分组交换方式，发送长度为 L 的分组
t0：发送主机开始传输。
t1 = L/R1 ：发送主机完成传输，路由器接收整个包，路由器将数据包发送给接收主机。
t2 = t1 + L/R2：路由器完成传输，整个包在接收主机上接收。

端到端延迟为L/R1 + L/R2。

R12.

电路交换网络可以在呼叫期间保证一定的端到端带宽。今天大多数包交换网络(包括Internet)不能为带宽提供端到端保证。FDM需要复杂的模拟硬件将信号转换成合适的频段。

R13.

用户共享 2 Mbps 链路，每个用户传输时连续以1 Mbps 传输，每个用户仅传输 20% 的时间。

a. 使用电路交换可以支持 2个用户，因为每个用户需要一半的链路带宽。
b. 由于每个用户在传输时需要 1Mbps，如果两个或更少的用户同时传输，最多需要 2Mbps。因为共享链路的可用带宽是 2Mbps，所以在链路之前不会有排队延迟。而如果三个用户同时传输，所需带宽为 3Mbps，大于共享链路的可用带宽。在这种情况下，链接之前会有排队延迟。
c.给定用户传输的概率= 0.2
d. 0.2^3 = 0.008

R14.

如果这两个ISP彼此之间没有对等，那么当它们相互发送流量时，它们必须通过提供商ISP(中介)发送流量，它们必须为承载流量付费。通过直接相互监督，这两家互联网服务提供商可以减少对其提供商的支付。Internet Exchange Points (IXP)(通常位于带有自己交换机的独立大楼中)是多个isp可以连接和/或对等的集合点。IXP通过向每个连接到IXP的ISP收取相对较小的费用来赚钱，这可能取决于发送到IXP或从IXP接收到的流量。

R15.

谷歌的私有网络连接所有的数据中心。谷歌数据中心之间的通信通过其私有网络，而不是通过公共Internet。这些数据中心中有许多位于或接近低层isp。因此，当谷歌向用户交付内容时，它通常可以绕过更高层次的isp。内容提供商创建这些网络的动机是什么?首先，内容提供商对用户体验有更多的控制，因为它必须使用很少的中介isp。其次，它可以通过向供应商网络发送更少的流量来省钱。第三,如果互联网服务提供商决定向高利润的内容提供商收取更多的费用(在网络中立不适用的国家)，内容提供商可以避免这些额外的费用。

R16.

延迟组件包括处理延迟、传输延迟、传播延迟和队列延迟。除了队列延迟是可变的，其他延迟都是固定的。

R17.

R18.

1.0.01 sec
2.长度为 L 的分组经距离为 d 的链路传播，传播速率为 s，所用时间为 d/s
3.时延与传输速率无关

R19.

A 向 B 发送大文件
三段链路，速率为
R1 = 500 kbps ；R2 = 2 Mbps ;R3 = 1 Mbps
a.500 kbps
b.4MB / 500kbps = 4 * 10^3 * 8 byte / 500kbps = 64 seconds
c. 100 kbps ;320 seconds

ps:
1 byte = 1 B = 8 bit
1 bps = 1/8 (字节/秒)
1 M(/s) = 1024 K(/s) =1024 * 8 kbps

R20.

A将大文件分解成块。它向每个块添加首部信息，从而从文件生成多个分组。每个分组的报头包含目标(端系统B)的IP地址，包交换机使用分组中的目标IP地址来确定出链路。
走哪条路与询问应该转发哪个发送链路类似。

R21.

最大发射速率为500 packets/秒，最小传输速率为350 packets/秒。对应的交通强度为 500/350 =1.43 > 1。每次实验最终都会出现损耗;但由于发射过程的随机性，损失首次发生的时间会因实验的不同而有所不同。

R22.

差错控制，流量控制，多路复用/分解，报文分段，重新装配，连接建立。
可以，比如差错控制。

R23.

互联网协议栈的五层从上到下分别是应用层、传输层、网络层、链路层和物理层。

R24.

应用层报文：应用程序想要发送和传递到运输层的数据。
运输层报文：由传输层生成，用传输层报头封装应用层消息。
网络层数据报：用网络层报头封装传输层段。
链路层帧：用链路层报头封装网络层数据报。

R25.

路由器处理网络、链路和物理层(层1到层3)。
链路层交换机处理链路和物理层(层1到层2)。
主机处理所有五层。

R26.

病毒需要某种形式的人际互动才能传播。典型的例子:电子邮件病毒。
蠕虫不需要用户复制。被感染主机中的蠕虫扫描IP地址和端口号，寻找易受感染的进程。

R27.

僵尸网络的创建需要攻击者在某些应用程序或系统中发现漏洞(例如利用可能存在于应用程序中的缓冲区溢出漏洞)。发现漏洞后，攻击者需要扫描脆弱主机。目标基本上是通过利用该特定漏洞来破坏一系列系统。任何属于僵尸网络的系统都可以利用该漏洞自动扫描其环境并传播。这种僵尸网络的一个重要特性是，僵尸网络的发起者可以远程控制并向僵尸网络中的所有节点发出命令。

R28.

Trudy可以对Alice假装为Bob(反之亦然)，并部分或全部修改Bob发送给Alice的消息。例如，她可以很容易地把短语“Alice, I owe you $1000”改为“Alice, I owe you $ 10000”。此外，Trudy甚至可以删除Bob发送给Alice的数据包(反之亦然)，即使Bob发送给Alice的数据包是加密的。

习题

P1.

无唯一答案，很多协议都能做到。

P2.

传输速率为 R 的 N 段链路发送给长度 L 的一个分组的端到端时延：
d = N * (L/R)
经过 N 段链路连续发送 P 个这样的分组，公式为：
N * (L / R) + (p - 1) * (L / R) = (N + p - 1) * (L / R)

P3.

电路交换网络非常适合这种应用程序，因为这种应用程序涉及具有可预测的平滑带宽要求的长会话。由于传输速率是已知的，而且不会突然中断，因此可以为每个应用程序会话保留带宽，而不会造成重大浪费。

在最坏的情况下，所有的应用程序同时通过一个或多个网络链路进行传输。但是，由于每个链路都有足够的带宽来处理所有应用程序的数据速率之和，因此不会出现拥塞(很少排队)。考虑到如此大的链路容量，网络不需要拥塞控制机制。

P4.

a.
A—>B 4 条
B—>C 4 条
C—>D 4 条
D—>A 4 条
因此，这个网络最多可以支持16条连接。

b.
A—>B 4 条
B—>C 4 条
8 条连接。

c.
A —>C 4 条
B —>D 4 条
能
A —>B 2 条
B —>C 2 条
B —>A 2 条
A —>D 2 条

P5.

P6.

A——>B
一条速率为 R bps 的链路相连
两台主机相隔 m 米
链路传播速率为 s m/s
主机 A 向主机 B 发送长度为 L 比特的分组

a. 传播时延 d(prop) = m/s sec
b.传输时间 d(trans) = L/R sec
c.端到端时延表达式：d = ( m/s + L/R ) sec
d.刚刚离开主机 A
e.在链路中，没有达到 B
f.达到主机 B
g. m = L/R * S = 536km

P7.

主机 A 将比特分为 56 字节的分组需要时间 = 56 * 8 / 64 * 10^3 = 7msec
传输时延 = 56 * 8 / 2 * 10^6 = 224u sec
花费时间 = 7msec + 10msec + 224u sec = 17.224msec

P8.

用户共享 3Mbps 的链路
每个用户传输要求 150 kbps
每个用户仅10% 传输
a.
3Mbps/150kbps = 20 个
b.
P = 0.1

P9.

a.
支持最大用户数量 N 为
1 Gbps/100 kbps = 10000

P10.

第一端系统需要L/R1将数据包传输到第一个链路上;数据包在d1/s1中的第一个链路上传播;该分组交换机增加了dproc的处理延迟;接收到整个数据包后，将第一和第二分组交换机连接起来
链路要求L/R2将数据包传输到第二链路;包通过d2/s2中的第二个链路传播。同样，我们可以找到第二个开关和第三个链路造成的延迟:L/R3、dproc和d3/s3。加上这五个延迟，dend-end = L/R1 + L/R2 + L/R3 + d1/s1 + d2/s2 + d3/s3+ dproc+ dproc
为了回答第二个问题，我们把这些值代入方程得到6 + 6 + 6 + 20+16 + 4 + 3 + 3 = 64 msec。

P11.

由于比特是立即传输的，所以包交换不引入任何延迟;特别是，它不引入传输延迟。因此，dend-end = L/R + d1/s1 + d2/s2+ d3/s3
对于第10题中的值，我们得到6 + 20 + 16 + 4 = 46 msec。

P12.

到达的分组需要等待连接传输 4.5 1,500 bytes = 6,750 bytes 。
由于这些比特以 2mbps 的速度传输，因此排队延迟为 67508/2000 = 27msec。

一般情况下，排队延迟为(nL + (L - x))/R。

P13.

a.
第一个分组的排队时延为0，第二个分组的排队时延为L/R，第n个分组的排队时延一般为(n-1)L/R。因此，N个分组的平均延迟为:

(L/R + 2L/R +……)+ (N-1)L/R)/N
= L/(RN) (1 + 2 +…+(N - 1))
= L /(RN) N(N - 1)/ 2
= LN(N - 1)/ (2RN)
=(N - 1)L/(2 R)

b.
传输N个分组需要 LN / R s。因此，当每批N个分组到达时，缓冲区为空。因此，一个分组在所有批之间的平均延迟就是一个批内的平均延迟，即(N-1)L/2R.

P14.

a.
传输时延为 L/R，总时延为 IL/R(1-I)+L/R = L/R/(1-I)

P15.

u=R/L
L/R/(1-I)=L/R/(1-aL/R)=1/u/(1-a/u)=1/(u-a)

P16.

N=10+1
因为 N = ad
11 = a(队列时延+传输时延)
11 = a*(0.01+1/100)=a*(0.01+0.01)
a = 550 packet/sec

P17.

P18.

略

P19.

略

P20.

通用吞吐量=min{Rs，Rc，R/M}

P21.

1条路径发送数据，最大吞吐量：
max{min{ $R_1^1$ , $R_2^1$ , $R_N^1$ },{min{ $R_1^2$ , $R_2^2$ , $R_N^2$ },…,{min{ $R_1^M$ , $R_2^M$ , $R_N^M$ }}
M条路径发送数据，最大吞吐量：
$\sum_{k=1}^M$ min{ $R_1^k$ , $R_2^k$ , $R_N^k$ }

P22.

因为丢包的概率为
成功被接收到的概率为 Ps = $(1-P)^N$
客户端成功接收分组之前需要执行的传输次数是一个成功概率为Ps的几何随机变量因此需要的平均传输次数为:1/Ps。然后，需要重新传输的平均次数由:1/Ps -1

P23.

a.
L/Rs
b.
可能，如果第二个分组在第一个分组发出之前到达：
L/Rs + L/Rs + dprop < L/Rs + dprop + L/Rc（第一个分组）
为确保第二段链路之前没有排队：
L/Rs + L/Rs + dprop + T >= L/Rs + dprop + L/Rc
T >=L/Rc - L/Rs
T至少为 L/Rc - L/Rs

P24.

40 * 10^12 * 8 / (100*10^5) = 3200000 sec = 37 day
所以使用一夜快递

P25.

a.
tprop = 20 000km/2.5 * 10^8 m/s = 0.08s
带宽-时延积 R * tprop = 2 Mbps * 0.08 = 160 000 bits
PS:
1Mbps=1000000bps
b.
带宽-时延积 = 链路上的比特数量最大值
160 000 bits
c.
链路上的比特数量最大值
d.
宽度 = 链路长度/带宽延迟乘积
20 000km/160 000 bits = 125 m
比一个足球场更长
e.
s/R

P26.

s/R = 20 000km
R = 2.5 * 10^8 / 20 000km = 12.5 bps

P27.

a.
R * dprop = 1Gbps * 0.08s = 8 * 10^7 bits
b.
8 * 10^5 bits
最大比特数= min(带宽延迟乘积，分组大小)= 800000比特。
c.
宽度 = 链路长度/带宽延迟乘积
s/R = 20 000km / 8 * 10^7 = 0.25 m

P28.

a.
ttrans + tprop = 400 msec + 80 msec = 480 msec
b.
20 * (ttrans + 2 tprop) = 20*(20 msec + 80 msec) = 2 sec = 2000 msec.

c.
b 由于每个分组及其对应的确认分组都有自己的传播延迟，因此分解文件需要更长的时间来传输。

P29.

地球静止卫星距离地球表面36000公里。
a.
传播时延=传输信道长度/传输介质中信号的传播速率
tprop = d/s 36000km/(2.4 * 10^ 8 m/s) = 150 msec
b.
带宽-时延积 R * dprop = 10Mbps * 0.15 sec = 1.5 * 10^6 bits
c.

P30.

让我们假设乘客和他/她的行李对应到达协议栈顶部的数据单元。旅客办理登机手续时，托运行李，并在行李和车票上贴上标签。如果图1.20允许行李层实现服务或在发送端分离乘客和行李，然后在目的地端重新组合(希望如此!)当旅客通过安检时，通常会在车票上加盖印章，表示旅客已通过安检。此信息用于确保(例如，通过稍后的安全信息检查)人员的安全转移。

P31.

a.
第一个分组交换需要的时间为 8 * 10^6 / 2 * 10^6 sec = 4 sec
源主机到目的主机有三段链路，需要时间为 3 * 4 = 12 sec
PS:
Mbps是时间内传输数据的平均比特数，其单位是比特每秒(bps),或千比特每秒(Kbps),或兆比特每秒(Mbps),其换算关系为：1Kbps=1024bps,1Mbps=1024*1024bps（有时为了计算简单记作1Kbps=1000bps,1Mbps=1000000bps
b.
从源主机发送第一个分组到第一台交换机
1 * 10^4 / 2 * 10^6 sec = 5 m sec
从第一台交换机发送第一个分组到第二台交换机时间 = 从源主机发送第二个分组到到第一台交换机时间 = 2 * 5 m sec = 10 m sec
c
第一个分组到达目的地时，花费的时间为 5 m sec * 3 = 15 m sec,之后，每隔 5 秒将会有一个分组被接收，一共有 800 个分组，除去第一个分组，传输该文件所需要的时间为 15 m sec + 799 * 5 msec = 4.01 sec。
d.
报文分段便于检测错误，若无分段，遇到错误则需要重传整个分组
e.
分组需要排序以及加上首部信息。

P32.

无论是分组交换还是报文交换，传播时延都会影响到整个端到端的时延。

P33.

A——>路由器1——>路由器2——>B
分组总数为 F/S
目标侧接受到第一个分组所需的时间 (S+40)/R * 2 sec
每 (S + 40)/R 秒，目标接收一个分组
发送所有文件需要的时间为 delay = (S + 40)/R * 2 +(F/S-1) * (S +40)/R = (S+40)/R * (F/S+1) sec
计算最小时延 S，对delay求导则：
d/dS delay = 0=> F/R(1/S - (40+S)/S^2)+1/R = 0 => S= $\sqrt{40F}$

P34.

电路交换电话网和因特网在“网关”连接在一起。当Skype用户(连接到Internet)呼叫普通电话时，网关和电话用户之间通过电路交换网络建立了电路。skype用户的声音通过互联网以包的形式发送到网关。在网关处，语音信号被重构，然后通过电路发送出去。另一方面，语音信号通过电路交换网络发送到网关。网关将语音信号分组并将语音包发送给Skype用户。

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