第一章 计算机网络概述

1.什么是计算机网络？(大纲考点)P22
计算机网络是互联的、自治的计算机的集合。

2 网络协议的三要素是什么？每个要素的含义什么？(大纲考点)P23
语法：即实体之间交换信息格式与结构，或者定义之间传输信号的电平等；
语义：定义实体之间交换的信息中需要发送（或包含）哪些控制信息，这些信息的具体含义，以及针对不同含义的控制信息，接收消息端应该如何响应。定义彼此采用何种差错编码，以及采取何种差错处理机制等。
时序：时序也称为同步，定义实体之间交换信息的顺序以及如何匹配或适应彼此的速度。

3.计算机网络的功能是什么？(大纲考点)P24
计算机网络的功能是在不同的主机之间实现快速的信息交换。通过信息交换，计算机网络可以实现资源共享这一核心功能，包括硬件资源共享、软件资源共享和信息资源共享。

4.按网络覆盖范围划分，主要有哪几类计算机网络？各有什么特点？(大纲考点)P24
个域网（PAN）：由个人设备通过无线通信技术构成小范围的网络。通常覆盖范围在1~10m。
局域网（LAN）：部署在办公室、办公楼、校园等局部区域内，实现高速有线或无线链路连接主机，实现局部范围内高速数据传输。通常覆盖范围在10m~1km。
城域网（MAN）：覆盖一个城市的网络。通常覆盖范围在5~50km。
广域网（WAN）：跨越更大的地理空间，可以实现异地城域网或局域网的互连。通常覆盖范围在几十~几千米。

5.按网络的拓扑划分，主要有哪几类计算机网络？各有什么特点？P25
（1）星型：多用于局域网、个域网中；
优点：易于监控与管理，故障诊断与隔离容易；
缺点：是中央结点是网络瓶颈，一旦故障，全网瘫痪，网络规模受限于中央结点的端口数量。
（2）总线型：采用广播信道作为公共传输介质，所有结点均与总线丽连接，通信通过总线进行；
优点：结构简单，所需电缆数量少，易于扩展；
缺点：通信范围受限，故障诊断与隔离困难，容易发生冲突。
（3）环形：利用通信链路将所有结点连成一个闭合的环，多见于早期的局域网、园区网和城域网中；
优点：所需电缆长度短，可使用光纤，易于避免冲突；
缺点：某结点故障容易引起全网瘫痪，新结点加入或撤出比较麻烦，存在等待时间问题。
（4）网状：结点通过多条链路与不同的结点直接连接。如果任一结点与其余所有结点均有直接链路连接，则称为完全网状拓扑网络，否则称之为非完全网状拓扑网络；
优点：可靠性高，一条或多条链路故障时，网络仍可联通；
缺点：结构复杂，造价成本高，选路协议复杂。
（5）树型：总线拓扑或星型拓扑网络的扩展；
优点：易于扩展，故障隔离容易；
缺点：对根结点的可靠性要求高。
（6）混合型：由两种以上简单拓扑结构网络混合连接而成的网络。绝大多数实际网络的拓扑都属于混合拓扑结构，比如Internet；
优点：易于扩展，可以构建不同规模网络；
缺点：网络结构复杂，管理与维护复杂。

6.计算机网路结构主要包括哪几部分？每部分主要功能是什么？(大纲考点)P27
（1）网络边缘：为网络用户提供网络应用服务
（2）接入网络：实现网络边缘的端系统与网络核心连接与接入的网络。
（3）网络核心：利用数据交换实现网络边缘中主机之间的数据中继与转发。

7.简要描述你了解的接入网络，这些接入网络都有什么特点？经常使用的是哪类接入网络？P28
特点：
（1）电话拨号接入：利用电话网络。（通过调制解调器将数字信号调制到模拟电话线路，通过电话网络的模拟语音信号作为载波传送到远端，再利用调制解调器将数字信号从模拟信号解调出来。）
（2）非对称数字用户线路ADSL：利用现有的电话网络的用户线路实现的接入网络。（基于频分多路复用（FDM）技术，实现电话语音通信与数字通信，共享一条用户线路，进行网络通信的同时可以进行电话语音通信。非对称：是因为在用户线路实现上行带宽比下线小）
（3）混合光纤同轴电缆HFC接入网络：利用有线电视网络实现网络接入的技术。（HFC接入网络的用户端使用电缆调制解调器连接有线电视网的入户同轴电缆，同轴电缆连接到光纤结点，再通过光纤链路连接电缆调制解调端接系统，进而连接网络。也是基于频分多路复用（FDM）技术，利用有线电视网络同轴电缆剩余的传输能力实现电视信号传输与网络数据传输的共享。非对称：上行带宽比下行带宽小）
（4）局域网：连接所有需要接入外部网路的主机，通过企业网络或校园网的边缘路由器连接网络核心。
（5）移动接入网络：利用移动通信网络。
常用：
ADSL、HFC和移动接入网络。

8.简述电路交换工作过程以及电路交换特点。(大纲考点)P31
电路交换的基本原理：在电路交换网络中，首先需要通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路，称为电路，然后再利用该电路进行通信，通信结束后再拆除电路。
电路交换的优点：实时性高，时延和时延抖动都较小；
电路交换的缺点：对于突发性数据传输，信道利用率低，且传输速率单一。

9.什么是报文交换？什么是分组交换？比较两者的优劣。(大纲考点)P32
报文交换：也称为消息交换，发送方把发送的信息附加上发送/接收主机的地址以及其他控制信息，构成一个完整的报文。然后以报文为单位在交换网络的各结点之间以存储-转发的方式发送，直至送达目的主机。
分组交换：将待传送数据（即报文）分割成较小数据块，每个数据块附加上地址、序号等控制信息构成数据分组，每个分组独立传输到目的地，目的地将收到的分组重新组装，还原为报文。
分组的优点：①交换设备存储容量要求低②交换速度快③可靠传输效率高④更加公平

10.OSI参考模型包括那几层？每层主要功能是什么？(大纲考点)P40
第1层是物理层,其主要功能是 在介质上实现无结构比特流的传输；
第2层是数据链路层,其主要任务是 实现相邻结点之间的数据可靠而有效的传输。
第3层是网络层,其解决的核心问题是如何将分组通过交换网络传送至目标主机。
第4层是传输层,其主要功能包括复用/分解、端到端的可靠传输、连接控制、流量控制、拥塞控制等。
第5层是会话层,其主要功能有在建立会话时核实双方的权限，核实双方选择的各项功能是否一致，并在会话建立后，对进程间的对话进行管控；
第6层是表示层,其主要功能是处理应用实体间数据交换的语法，解决格式和数据表示的差别。
第7层是应用层,其主要功能是为用户提供了一个使用网络应用的“接口”。

11.TCP/IP参考模型包括几层？每层主要包括那些协议？(大纲考点)P44
（1）应用层：TCP/IP参考模型将OSI参考模型中的会话层和表示层合并到应用层来实现。用户通过应用层来实现网络提供的各种服务。例如万维网的HTTP协议，用于文件传输的FTP协议，电子邮件的SMTP和POP3协议。数据形式为报文。
（2）传输层：传输层协议可以解决（如果需要）诸如端到端的可靠性，保证数据按照正确的顺序到达等，例如提供可靠传输的TCP协议，和非可靠传输的的UDP协议。数据形式为段。
（3）网络互联层：是整个参考模型的核心，主要解决把数据分组发往目标网络或主机的问题。本层核心的协议是IP，还包括控制报文协议ICMP，多播组管理协议IGMp，以及路由协议BGP,OSPF,RIP。数据形式为数据段。
（4）网络接口层：实际上参考模型没有真正描述这一层，只是给网络互联层提供一个接口，具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。数据形式为帧。

12.考虑两台主机A和主机B由一条带宽为R(bit/s)、长度为D(m)的链路互联，信号传播速率为V(m/s)。假设主机A从t=0时刻开始向主机B发送分组，分组长度为L位，P38试求：
1）传播延迟dp;
dp=D/V

2）传输延迟dt;
dt=L/R

3）若忽略节点处理延迟和排队延迟，则端到端延迟T是多少？
T=dc+dq+dt+dp=0+0+L/R+D/V=L/R+D/V

4）若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一位在哪里？
Vdt=VL/R

5）若V=250000km/s,L=512bit,R=100Mbit/s,则使时延带宽积刚好为一个分组长度（即512bit）的链路长度D是多少？
答：
$$\begin{gathered} G=d_p\ast R \\ G=\frac{D}{V}\ast R \\ 512=\frac{D}{250000000}\times 100000000 \\ 512/100000000=D/250000000 \\ D/5=512/2 \\ D=1280 \end{gathered}$$

13.假设主机A向主机B以存储-转发的分组交换方式发送一个大文件。主机A到达主机B的路径上有3段链路，其速率分别是R1=500 kbit/s, R2 =2 Mbit/s, R3=1 Mbit/s。P38 试求:

1)假设网络没有其他流量，则该文件传送的吞吐量是多少?
没有其他流量->最大吞吐量
R1=500kbit/s=500×10^ 3bit/s = 5×10^5 bit/s
R2=2Mbit/s=2×10^6 bit/s
R3=1Mbit/s=1×10^6 bit/s
Thr=min(R1，R2，R3)=5×10^5 bit/s

2)假设文件大小为4 MB,则传输该文件到主机B大约需要多少时间?
​ t=（4×10^6 ×8）/（5×10 ^ 5）=64s

14.假设主机A向主机B发送一个L=1500B的分组，主机A到达主机B的路径上有3段链路、2个分组交换机，3段链路长度分别为$D_1=5000km$、$D_2=4000km$、$D_3=1000km$;每段链路的传输速率均为R =2 Mbits,信号传播速率为V=250 000 km/s,分组交换机处理每个分组的时延为$d_c$=3 ms。试求:
1)若以存储-转发的分组交换方式，则该分组从主机A到达主机B的端到端时延是多少?
2)若$d_c$=O,且不采取存储转发的分组交换方式，而是分组交换机直接转发收到的每个
分组(即直通交换)，则该分组从主机A到达主机B的端到端时延是多少?

L=1500B=1500×8=1.2×10^4 bit
R=2 Mbit/s=2×10^6 bit/s
V=250000 km/s=2.5×10^8 m/s

1)该分组从主机 A 到达主机 B 的端到端时延：
de =L/R+L/R+L/R+D1/V+D2/V+D3/V+dproc+dproc
=3×1500×8/2000000+(5000+4000+1000)×1000/250000000+2×0.003（s）
=0.018+0.04+0.006（s）=0.064s=64ms
注：dproc为结点处理时延

2)该分组从主机 A 到达主机 B 的端到端时延：
de =L/R+d1/S+d2/S+d3/S
=1500×8/2000000+(5000+4000+1000)×1000/250000000（s）
=0.006+0.04（s）=0.046s=46ms

15.如图所示的网络。A在t=0时刻开始向C发送一个2Mbit的文件: B在t=0.1+es (e为无限趋近于0的小正实数)向D发送一个1 Mbit的文件。忽略传播延迟和结点处理延迟(注: $k=10^3,M=10^6$)。

请回答下列问题:
1)如果图中网络采用存储转发的报文交换方式，则A将2 Mbit的文件交付给C需要多长时间? B将1 Mbit的文件交付给D需要多长时间?
答：由于 A 先发报文所以，A 的报文在路由器的队列中排在 B 的报文前面，所以 A交付 2Mbits 报文需要时间为：2/10+2/20+2/10=0.5s=500ms；B 将 1Mbits 的 文 件 交 付 给 D 需要时间为： 1/10+2/20( 排队时间)+1/20+1/10=0.35s=350ms。

2)如果图中网络采用存储-转发的分组交换方式，分组长度为等长的1 kbit,且忽略分组头开销以及报文的拆装开销，则A将2Mbit的文件交付给C需要大约多长时间? B将1 Mbit的文件交付给D需要大约多长时间?
答：从 t=0 时刻到 t=0.1s，A 发送了 1000 个分组，用时：1000×1000/10000000=0.1s， 从 t=0.1s 时刻起与 B 共享连接路由器的链路，平均各共享到带宽 10Mbps，A 大约再用时：1/10+2×1000/10000000=0.1002s交付剩余的1000个分组，故A向C交付2Mbits文件大约需要(0.1+0.1002)s≈0.2s；B 向 D 交付 1Mbits 文件需要时间大约为：1/10+2×1000/10000000=0.1002s≈0.1s。

3)报文交换与分组交换相比，哪种交换方式更公平?P9
答：分组交换比报文交换更公平。