南邮《网络技术与应用》课后作业解析

时间：2024-04-12 07:08:20

网络技术与应用

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第一次作业：（1-2章）

本次作业所有知识点都建立在以前的笔记上：
第1章 计算机网络概述（发展历史、基本概念、网络类型）
第2章 网络协议与计算机网络体系结构（OSI参考模型、TCP/IP体系、网络通信标准化组织）

一、填空题

  1. 从逻辑上看，计算机网络是由 终端系统 和 通信子网 组成。

解析：
计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成的;
从逻辑功能上看,则是由终端系统和通信子网组成的;
从拓扑结构看是由一些网络节点和通信链路构成的。

  1. 通信协议的三要素是语法、语义和同步。

  2. 按照网络作用范围，计算机网络分为局域网 、城域网、广域网、区域个人网和因特网。

  3. 在OSI参考模型中，传输的基本单位是帧的层次是数据链路层，该模型的最高层是应用层。

二、单项选择题

  1. 在OSI参考模型中，自下而上第一个提供端到端服务的层次是（B）。
    （A）数据链路层 （B）网络层 （C） 传输层 （D） 应用层

  2. 若网络形状是由站点和连接站点的链路组成的一个闭合环，则称这种拓扑结构为（C）。
    （A） 星形拓扑 （B）总线拓扑 （C） 环形拓扑 （D）树形拓扑

  3. 在OSI参考模型中，物理层的主要功能是（B）。
    （A）数据链路的访问控制和管理 （B）透明地传输比特流
    （C）在物理实体间传送数据帧 （D）发送和接收用户数据报文

  4. 下面关于计算机网络的体系结构和协议的叙述，不正确的是（B）。
    （A）计算机网络体系结构是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义
    （B）TCP/IP体系结构中的应用层对应于OSI体系结构中的表示层和应用层
    （C）网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准和约定
    （D）网络协议是“水平”的概念

解析：OSI与TCP/IP比较
B、TCP／IP体系结构中的应用层对应IS0／OSI体系结构的会话层、表示层和应用层。
D、协议是控制对等实体之zd间通信的规则，是水平的。
服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。

  1. 下列选项中，不属于网络体系结构中所描述的内容是（A）。
    （A）协议内部实现细节 （B）网络层次 （C）每一层使用协议 （D）每层须完成的功能

三、综合题

  1. 什么是网络协议？由哪几个基本要素组成？
    网络协议的定义：为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。
    一个网络协议至少包括三要素：语法、语义、同步（定时/时序）。
  2. 画出OSI-RM模型的结构图，并简要说明各层次的功能。
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    应用层：用户与网络的接口，直接为用户的应用进程提供服务。
    表示层：处理流经结点的数据编码的表示方式问题。
    会话层：管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话）。
    运输层：为两台主机中进程之间的通信提供服务。
    网络层：为网络上的不同主机之间提供分组的传输服务。
    数据链路层：将源计算机网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标计算机的网络层。
    物理层：透明的传送比特流。

第二次作业：（第3章）

本次作业所有知识点都建立在以前的笔记上：
第3章 数据通信技术基础（数据通信性能指标、传输介质、数据交换技术、差错控制技术）

一、填空题

  1. 码元周期 T = 1×10-4 秒，且传送 16 电平信号，传码速率为10000Bd、传信速率为40000 b/s。

例题：【例】求传码速率和传信速率

解析：
传码速率 Nbd = 1 / T = 10000波特；
由于传送16电平信号，M = 16，传信速率 Rb = NBdlog2M = 40000 bit/s；

  1. 若 AB 两台计算机之间的距离为 1000km，假定在电缆内信号的传播速度是 2×108m/s，数据块长度为 105bit，数据发送速率为 1Mb/s，则发送时延是 100毫秒，传播时延是 5毫秒。

例题：【例】计算发送时延和传播时延

解析：
发送时延 = 数据块长度 / 信号带宽 = 105bit / 1Mb/s = 100ms
传播时延 = 信道长度 / 信号的传播速度 = 1000km / (2 x 108m/s) = 5ms

  1. 在常用的有线的传输媒体中，主要有双绞线、同轴电缆和光纤。

解析：有线的传输介质

  1. 信道复用技术包括频分复用、时分复用、波分复用和码分复用。

解析：多路复用技术

二、单项选择题

  1. 在一个带宽为 4KHz、没有噪声的信道，采用16相调制技术传输二进制信号时能够达到的极限数据传输率为（C）。
    （A）8 Kbps （B）24 Kbps （C）32 Kbps （D）64 Kbps

例题： 【例】奈氏准则求信道容量、香农公式求最大信息传输速率
香农定理：信道的极限信息传输速率（信道容量）C = Wlong2(1 + S/N)；
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位），S / N为信道内信号和噪声的功率之比；

解析：
本题中，带宽 W = 4000Hz，M = 16，log2M = 4比特，
则信道容量 C = 2Wlog2M = 2 = 2 x 4000 x 4 = 32kbit/s

  1. 与电路交换相比，分组交换最大的缺点是（A）。
    （A）控制开销高
    （B）不能实现链路共享
    （C）不能实现速率转换
    （D）不能满足实时应用要求

解析： 分组交换介绍与特点

  1. CDMA系统中使用的多路复用技术是（D）。
    （A）时分多路 （B）波分多路 （C）空分多址 （D）码分多址

解析： 码分复用 CDM（Code Division Multiplexing）

  1. 在 9600bit/s 的线路上，进行一小时的连续传输，测试结果为有 150 比特的差错，问该数据通信系统的误码率是（A）。
    （A）4.34 × 10-6 （B）4.34 × 10-2 （C）8.68 × 10-2 （D）8.68 × 10-6

例题： 【例】求误码率

解析：
本题注意审题，“一小时的连续传输”，误码率 pe = 150 / (9600 x 60 x 60) = 4.34 x 10-6

三、综合题

  1. 假设带宽为3000Hz的模拟信道中只存在高斯白噪声，并且信噪比是20dB，则该信道能否可靠的传输速率为64kb/s的数据流？
    答：该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流。

解析：已知带宽W = 3000Hz，根据信噪比20dB，公式 dB = 10log10S/N，可知噪功率之比 S/N = 100；
香农公式 C = Wlong2(1 + S/N) = 3000 x log2(1 + 100) = 19.98kbit/s < 64kb/s；
则该信道不能可靠的传输速率为64kb/s的数据流。

  1. 带宽为 6MHz 的电视信道，如果使用量化等级为4的数字信号传输，则其数据传输率是多少？假设信道是无噪声的。
    答：数据传输率是 24Mbps。

解析：注意是数字信号，使用奈奎斯特公式，根据奈奎斯特定理，带宽W = 6MHz 表示可以每秒采样12M（2W）次；量化级为4意味着每次采样提供2（log24）比特。
数据传输率 = 2 x 6M x log24 = 24Mbps。

  1. 简述三种基本的交换技术及其特点。
    答：
    （1）电路交换
    在数据传送之前必须先设置一条通路。在线路释放之前，该通路将由一对用户独占。
    （2）报文交换
    报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，在传送报文时，同时只占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队。因此，报文交换不能满足实时通信的要求。
    （3）分组交换
    交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中，目的地需要重新组装报文；在虚电路分组交换中，在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。分组交换技术是在数据网络中使用最广泛的一种交换技术。

知识点：数据交换技术（电路交换、报文交换、分组交换）

  1. 一个报文的比特序列为 1101011011 通过数据链路传输，采用 CRC 进行差错检测，如所用的生成多项式为 g(X) ＝X4＋X＋1，试解答下列问题：
    （1）写出生成多项式 G(X) = X4 + X + 1 对应的二进制序列；
    （2）计算报文的比特序列的循环冗余校验码；
    （3）简述CRC码的检测
    答：
    （1）多项式对应的二进制序列：10011
    （2）报文的比特序列的循环冗余校验码：11010110111110
    （3）CRC码的检测：接收端计算 T(X) / G(X)，余数为 0 则无差错，不为 0 则有差错。

例题：【例】循环冗余码编码示例

解析：由题可知比特序列 ：1101011011（k =10）生成多项式对应比特序列：10011（r = 4）
根据模2除法：11010110110000 / 10011 = 1110，实际发送的数据序列：11010110111110

第三次作业（第4章）

本次作业所有知识点都建立在以前的笔记上：
第4章 局域网原理与技术（局域网概述、以太网技术、高速以太网、虚拟局域网、无线局域网）

一、填空题

  1. CSMA/CD协议中的CD是指冲突检测（collision detected），
    CSMA/CA协议中的CA是指冲突避免（Collision Avoidance）。
  2. 若有10台计算机连到了一台10Mbps的集线器上，则每台计算机的平均带宽为 1Mbps。
    若该10台计算机接到了10Mb/s的以太网交换机上，则每台计算机的平均带宽为 10Mbps。
  3. 以太网10BASE-T标准中10指的是10Mb/s，T指的是双绞线。
  4. 以太网交换机的三种转发帧的方式分别是存储方式、直通交换方式和无碎片交换方式。

二、单项选择题

  1. 使用集线器的以太网在物理上和逻辑上的拓扑结构分别是（B）。
    （A）星型，环型 （B）星型，总线型 （C）总线型，星型 （D）树型，总线型

  2. 一个总线式以太网中两个站之间的最长距离为2公里，传播速度为2×105km/s，两个站需要经过（C）才能肯定本次发送没有发生冲突。
    （A）5 us （B）10 us （C）20 us （D）40 us

  3. 下列工作在数据链路层的网络设备是（B）。
    （A）转发器 （B）网桥 （C）路由器 （D）网关

  4. 下列有关虚拟局域网VLAN概念描述中，说法错误的是（A）。
    （A）VLAN是一种新型的局域网
    （B）建立VLAN需要使用交换机
    （C）VLAN以软件方式来实现逻辑工作组的划分与管理
    （D）逻辑工作组中的节点组成不受物理位置的限制

  5. 若以太交换机采用无碎片方式转发帧时，一旦检测到帧的长度小于（B）字节，立即丢弃，不做任何处理。
    （A）46 （B）64 （C）1500 （D）1518

  6. 下列选项中，对正确接收到的数据帧进行确认的MAC协议是（D）。
    （A）CDMA （B）CSMA （C）CSMA/CD （D）CSMA/CA

三、综合题

  1. 试述以太网的介质访问控制CSMA/CD原理。
    答：
    （1）载波监听是指每个计算机在发送数据之前先要检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不发送数据，以减少发生冲突的机会。
    （2）多点接入是指在总线式局域网中，有多台计算机连接在一根总线上，共享总线的信道资源。
    （3）冲突检测是指发送数据的计算机在发送数据的同时，还必须监听传输媒体，判断是否发生了冲突。

  2. 假设在一个采用CSMA/CD 协议的网络中，传输介质是一根长度为 1000m 长的完整电缆，传输速率为 100Mbit/s，电缆中的信号传播速度是 200000 km/s。
    （1）求能够使用此协议的最短帧长。
    （2）若最小数据帧长度减少 40 比特，最远的两个站点间距离至少需要增加还是减少？具体变化多少米？
    答：
    （1）1000bit；
    （2）需要减少，减少40m

例题：【例题】最短有效帧长

解析：
（1）争用期 2τ = 2 x 100 / (2 x108m/s) = 10-5s，最短帧长为争用期内传输的比特数，即 Lmin = 2τ x C = 10-5 x 10-8 = 1000 bit
（2）若最短帧长减少，而数据传输速率不变，则需要使冲突域的最大距离变短来实现争用期的减少。因此假设需要减少的最小距离为 s，单位是 m，则可以得到下式： 2 x [s /（2×108）]=40 /（1×108），因此可得 s = 40，即最远的两个站点之间的距离最少需要减少 40m。

  1. 简述以太网交换机转发帧的方式及其特点。
    答：
    （1）直通方式
    直通方式在接收到数据帧的同时就立即按照数据帧的目的MC地址对帧进行转发。
    （2）存储转发方式
    存储转发方式则需要将帧完全接收和缓存下来，然后根据帧头中的目的MAC地址进行转发。
    （3）无碎片交换方式
    无碎片交换方式要求交换机只有在收到64字节以后才开始以直通方式转发帧。

  2. 有 5 个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。
    （1）连接到一个10Mb/s以太网集线器；
    （2）连接到一个100Mb/s以太网集线器；
    （3）连接到一个10Mb/s以太网交换机。
    答案：
    （1）由于是集线器，5个站共享10Mb/s 的带宽。
    （2）由于是集线器，5个站共享100Mb/s 的带宽。
    （3）由于是交换机，每个站独占 10Mb/s 的带宽。

第四次作业（第5章）

本次作业所有知识点都建立在以前的笔记上：
第5章 Internet原理与技术（IP地址、IP数据报、ARP协议、ICMP协议、子网编址、无分类编址与CIDR、IP分组的转发）

一、 填空题

  1. IPv4 中， IP 地址是 32位， 分组头部固定部分为 20字节。
  2. IP 数据报中 TTL 字段称为生存时间， 该字段的意义在于跳数限制。
  3. ARP 协议的功能是实现从 IP地址 到 MAC地址 的映射。
  4. ICMP 报文分为 差错报告报文 和 提供信息的报文 两种类型。
  5. 路由器结构可划分为两大部分：路由选择 部分和 分组转发 部分。
  6. 现 v*n 的两种基本技术是：隧道传输技术 和 加密技术 。
  7. 一般来讲， IPV6数据报的目的地址常用的三种地址类型分别是单播、任播和组播 。

二、 单项选择题

  1. 设有两个子网 202.118.133.0/24 和 202.118.132.0/24， 如果进行路由汇聚， 得到的网络地址是（D）。
    （A） 202.118.128.0/21
    （B） 202.118.128.0/22
    （C） 202.118.130.0/22
    （D）202.118.132.0/23
  2. 下列网络设备中， 能够抑制网络风暴的是（C） 。
    （A） 中继器 （B） 集线器 （C） 路由器 （D） 网桥
  3. IP 数据报首部的校验和字段， 用于校验（A）。
    （A） IP 首部 （B） 整个数据报 （C） 数据部分 （D） 伪首部和数据部分
  4. 常用的 ping 程序使用了 ICMP 的（B） 报文， 用于探测目标主机的可达性。
    （A） 地址掩码请求与应答
    （B） 回送请求与应答
    （C） 路由器询问和通告
    （D） 时间戳请求与应答
  5. 给定的 IP 地址为 192.55.12.116， 子网掩码是： 255.255.255.240， 那么其主机号是（A）。
    （A） 4 （B） 24 （C） 120 （D） 127
  6. 使用专用网地址的用户通过（C） 实现对公共 Internet 的访问。
    （A） DNS （B） DHCP （C） NAT （D） SMTP
  7. IPv6 地址 FF02:3::5:1 中的“::” 代表了（D） 个比特位 0。
    （A） 16 （B） 32 （C） 48 （D） 64

三、 综合题

  1. 试说明IP地址与硬件地址的区别， 为什么要使用这两种不同的地址？
    答：
    区别：物理地址即硬件地址，由48bit构成；IP地址由32bit组成，是逻辑地址。
    使用原因：在通信中两种地址工作在协议的不同层次。所以，需要使用这两种地址。

  2. 一个数据报长度为 4000 字节（包含固定长度的首部）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为 1500 字节。 试问应当划分为几个短些的数据报片？ 各数据报片的数据字段长度、 片偏移字段和MF标志应为何数值？
    答：划分为 3 片。
    第一片：数据字段长度 1480、片偏移 0，MF = 1；
    第二片：数据字段长度 1480、片偏移 185，MF =1；
    第三片：数据字段长度 1020、片偏移 370，MF = 0；

例题：【例】IP数据报的分片

解析：
由于数据报首部为 20 字节，因此实际分片后的数据部分长度为 4000- 20 = 3980；分片个数为 3980 / 1500 = 3。
片偏移字段表示该分片的数据部分的的第一个字节原数据报中数据部分的偏移量，该字段是以8个字节为单位来计算偏移量的，因此分片1的片偏移为 0 / 8 = 0；分片2的片偏移为 1480/ 8 = 185；分片3的片偏移为 2960/ 8 = 370。
MF 标志表示是否有后序分片，明显分片1和分片2的 MF 位为 1，分片3的 MF 为 0。

  1. 某单位分配到一个地址块 136.23.12.64/26。 现在需要进一步划分为 4 个一样大的子网（包括全 0 和全1 的子网）， 并且每个子网规模尽可能的大。 请问：
    （1） 采用了 CIDR 技术， 如何进行路由选择？
    （2） 每一个子网的网络前缀有多长（多少个比特位）？
    （3） 每一个子网的地址块是多少？ 请写出 4 个地址块。
    （4）每一个子网可分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么？
    答：
    （1）CIDR技术，在查找路由的时候选择具有最长网络前缀的路由，即最长前缀匹配。
    （2）每个子网的网络前缀为 28 位。
    （3）136.23.12.64/28、136.23.12.80/28、136.23.12.96/28、136.23.12.112/28
    （4）
    136.23.12.01000001 - 136.23.12.01001110 = 136.23.12.65 - 136.23.12.78
    136.23.12.01010001 - 136.23.12.01011110 = 136.23.12.81 - 136.23.12.94
    136.23.12.01100001 - 136.23.12.01101110 = 136.23.12.97 - 136.23.12.110
    136.23.12.01110001 - 136.23.12.01111110 = 136.23.12.113 - 136.23.12.126

解析：看笔记里的例题就行。。

  1. 设有 A、 B、 C、 D 四台主机都处于同一个物理网络中， 其 IP 地址分别是 192.0.1.112，192.0.1.120，192.0.1.161，192.0.1.222， 共同的子网掩码是 255.255.255.224。 请问：
    （1） 这四台主机哪些可以直接通信， 哪些需要通过路由器才能通信？
    （2） 若要加入第五台主机 E， 使其能与主机 D 直接通信， 则主机 E 的 IP 地址范围是什么？
    答：
    （1）AB之前可以直接通信，AC、AD、BC、BD、CD需要路由器。
    （2）192.0.1.192 ~ 192.0.1.223

例题：【例】判断直接交付与间接交付。
解析：
（1）直接交付不需要使用路由器，但间接交付就必须使用路由器；
对于进行了子网划分或者无分类编址的网络，也是类似，仍然是根据目的IP地址、源IP地址分别和源主机所在的子网的子网掩码相与的结果是否相等来判断。
A：192.0.1.112 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.0
B：192.0.1.120 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.0
C：192.0.1.161 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.40
D：192.0.1.222 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.200
由此可知，AB之前可以直接通信，AC、AD、BC、BD、CD需要路由器。
（2）只要 E 的 IP 地址 AND 255.255.255.244 = 192.0.1.200 即可；
因此答案是 192.0.1.192 ~ 192.0.1.223