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1、-计算机网络(第四版)习题答案-第 40 页计算机网络(第四版)习题答案第 1 章 概述1-3 The performance of a client-server system is influenced by two network factors: the bandwidth of the network (how many bits/sec it can transport) and the latency (how many seconds it takes for the first bit to get from the client to the server). Give a
2、n example of a network that exhibits high bandwidth and high latency. Then give an example of one with low bandwidth and low latency.客户-服务器系统的性能会受到两个网络因素的影响：网络的带宽（每秒可以传输多少位数据）和延迟（将第一个数据位从客户端传送到服务器端需要多少秒时间）。请给出一个网络的例子，它具有高带宽和高延迟。然后再给出另一个网络的例子，它具有低带宽和低延迟。答：横贯大陆的光纤连接可以有很多千兆位/秒带宽， 但是由于光速度传送要越过数千公里，时延将也高
3、。相反，使用56 kbps调制解调器呼叫在同一大楼内的计算机则有低带宽和较低的时延。1-4 Besides bandwidth and latency, what other parameter is needed to give a good characterization of the quality of service offered by a network used for digitized voice traffic?除了带宽和延迟以外，针对数字化的语音流量，想要让网络提供很好的服务质量，还需要哪个参数？声音的传输需要相应的固定时间，因此网络时隙数量是很重要的。传输时间可以用
4、标准偏差方式表示。 实际上，短延迟但是大变化性比更长的延迟和低变化性更糟。1-6 A client-server system uses a satellite network, with the satellite at a height of 40,000 km. What is the best-case delay in response to a request?一个客户服务器系统使用了卫星网络，卫星的高度为40000km。在对一个请求进行响应的时候，最佳情形下的延迟是什么？答：由于请求和应答都必须通过卫星，因此传输总路径长度为160,000千米。在空气和真空中的光速为300，000
5、 公里/秒， 因此最佳的传播延迟为160,000/300，000秒，约533 msec。1-9 A group of 2n - 1 routers are interconnected in a centralized binary tree, with a router at each tree node. Router i communicates with router j by sending a message to the root of the tree. The root then sends the message back down to j. Derive an appr
6、oximate expression for the mean number of hops per message for large n, assuming that all router pairs are equally likely.在一个集中式的二叉树上，有2n-1个路由器相互连接起来；每个树节点上都有一个路由器。路由器i为了与路由器j进行通信，它要给树的根发送一条信息。然后树根将消息送下来给j。假设所有的路由器都是等概率出现的，请推导出当n很大时每条消息的平均跳数的一个近似表达式。答：这意味着，从路由器到路由器的路径长度相当于路由器到根的两倍。 若在树中，根深度为1，深度为n，从
7、根到第n层需要n-1跳，在该层的路由器为0.50(50%)。 从根到n-1 层的路径的路由器为0.25(25%)和n -2跳步。 因此，路径长度l为：或表达式归约为 ln2，平均的路由器到路由器路径为2n-4。1-11 What are two reasons for using layered protocols?请说出使用分层协议的两个理由？答：通过协议分层可以把设计问题划分成较小的易于处理的片段。分层意味着某一层协议的改变不会影响高层或低层的协议。 1-13 What is the principal difference between connectionless communica
8、tion and connection-oriented communication?在无连接通信和面向连接的通信二者之间，最主要的区别是什么？答：主要的区别有两条。其一：面向连接通信分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而无连接通信没有这么多阶段，它直接进行数据传输。其二：面向连接的通信具有数据的保序性， 而无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。1-14 Two networks each provide reliable connection-orient
9、ed service. One of them offers a reliable byte stream and the other offers a reliable message stream. Are these identical? If so, why is the distinction made? If not, give an example of how they differ.两个网络都可以提供可靠的面向连接的服务。其中一个提供可靠的字节流，另一个提供可靠的报文流。这二者是否相同？如果你认为相同的话，为什么要有这样的区别？如果不相同，请给出一个例子说明它们如何不同。答：
10、不相同。在报文流中，网络保持对报文边界的跟踪；而在字节流中，网络不做这样的跟踪。例如，一个进程向一条连接写了1024 字节，稍后又写了另外1024 字节。那么接收方共读了2048 字节。对于报文流，接受方将得到两个报文。每个报文1024 字节。 而对于字节流，报文边界不被识别。接收方把全部的2048 个字节当作一个整体，在此已经体现不出原先有两个报文的事实。1-17 In some networks, the data link layer handles transmission errors by requesting damaged frames to be retransmitted.
11、 If the probability of a frames being damaged is p, what is the mean number of transmissions required to send a frame? Assume that acknowledgements are never lost.在有些网络中，数据链路层处理传输错误的做法是，请求重传被损坏的帧。如果一帧被损坏的概率为p，那么发送一帧所需要的平均传输次数是多少？假设确认帧永远不会丢失。帧请求正好是k次的概率Pk，就是起初的k-1次尝试都失败的概率。 pk-1 , 乘以第k次传输成功的概率。平均传输次数
12、就是1-22 What is the main difference between TCP and UDP?TCP和UDP之间最主要的区别是什么？TCP 是面向连接的，而UDP 是一种数据报服务。1-25 When a file is transferred between two computers, two acknowledgement strategies are possible. In the first one, the file is chopped up into packets, which are individually acknowledged by the rec
13、eiver, but the file transfer as a whole is not acknowledged. In the second one, the packets are not acknowledged individually, but the entire file is acknowledged when it arrives. Discuss these two approaches.当一个文件在两台计算机之间传输的时候，可能会有两种不同的确认策略。在第一种策略中，该文件被分解成许多个分组，接收方会独立地确认每一个分组，但是文件传输过程作为整体并没有被确认。在第二
14、种策略中，这些分组并没有被单独地确认，但是当整个文件到达的时候，它会被确认。请讨论这两种方案。如果网络容易丢失分组，那么对每一个分组逐一进行确认较好，此时仅重传丢失的分组。而在另一方面，如果网络高度可靠，那么在不发差错的情况下，仅在整个文件传送的结尾发送一次确认，从而减少了确认的次数，节省了带宽；不过，即使有单个分组丢失，也需要重传整个文件。1-27 How long was a bit on the original 802.3 standard in meters? Use a transmission speed of 10 Mbps and assume the propagation
15、 speed in coax is 2/3 the speed of light in vacuum.在原始的802.3标准中，一位是多长（按米来计算）？请使用10Mbps的传输速率，并且假设同轴电缆的传播速度是真空中光速的2/3.波在同轴电缆中的速度是大约200,000 km/sec, 即200 m/sec. 在10 Mbps, 传输一位需要 0.1sec。 因此, 这个位在时间上持续0.1sec, 在此期间传播20 meters。因此，这里的一位是20米。1-28 An image is 1024 x 768 pixels with 3 bytes/pixel. Assume the im
16、age is uncompressed. How long does it take to transmit it over a 56-kbps modem channel? Over a 1-Mbps cable modem? Over a 10-Mbps Ethernet? Over 100-Mbps Ethernet?一幅图像的分辨率为1024768像素，每个像素用3字节来标识。假设该图像没有被压缩。请问，通过56kbps的调制解调器信道来传输这幅图像需要多长时间？通过1Mbps的电缆调制解调器（cable modem）呢？通过10Mbps的因特网呢？通过100Mbps的因特网呢？图像是
17、1024768 3 bytes或2,359,296 bytes. 就是18,874,368 bits. 在56,000 bits/sec速度下, 传输需要大约337.042 sec. 在1,000,000 bits/sec,需要大约18.874 sec. 在10,000,000 bits/sec, 需要大约1.887 sec. 在100,000,000 bits/sec, 需要大约0.189 sec.1-30 Wireless networks are easy to install, which makes them inexpensive since installation costs
18、usually far overshadow equipment costs. Nevertheless, they also have some disadvantages. Name two of them.无线网络很容易安装，这使得它们并不非常昂贵。因为安装费用通常会占去整个设备费用的很大比例。然而，它们也有一些缺点。请说出两个缺点。一个缺点是安全性。每个碰巧在此房屋内的随机发送者都能在网络上监听。另一个缺点是可靠性。无线网络造成大量错误。第三个潜在的问题是电池寿命，因为多数无线设备倾向于可移动性。1-31 List two advantages and two disadvantage
19、s of having international standards for network protocols.请列举出网络协议国际标准化的两个优点和缺点。优点1：如果每个人都使用标准，那么每个人都可以与其他任何人交流；优点2：广泛使用标准将导致规模经济，比如生产大规模集成电路芯片。缺点1：为了取得标准化所需要的政治妥协经常会导致差的标准；缺点2：一旦标准被广泛采用了，要对它再做改变就会非常困难，即使发现了新的更好的技术或方法，也难以替换。第 2 章 物理层2-2 A noiseless 4-kHz channel is sampled every 1 msec. What is the
20、maximum data rate?一条无噪声4kHz信道按照每1ms一次进行采样，请问最大数据传输率是多少？答：无噪声信道最大数据传输率公式：最大数据传输率=2Hlog2V b/s。因此最大数据传输率决定于每次采样所产生的比特数，如果每次采样产生16bits，那么数据传输率可达128kbps；如果每次采样产生1024bits，那么可达8.2Mbps。注意这是对无噪声信道而言的，实际信道总是有噪声的，其最大数据传输率由香农定律给出。2-3 Television channels are 6 MHz wide. How many bits/sec can be sent if four-leve
21、l digital signals are used? Assume a noiseless channel.电视频道的带宽是6MHz。如果使用4级数字信号，则每秒钟可以发送多少位？假设电视频道为无噪声信道。答：采样频率12MHz，每次采样2bit，总的数据率为24Mbps。2-4 If a binary signal is sent over a 3-kHz channel whose signal-to-noise ratio is 20 dB, what is the maximum achievable data rate?如果在一条3kHz信道上发送一个二进制信号，该信道的信噪比为2
22、0dB，则最大可达到的数据传输率为多少？答：信噪比为20 dB 即 S/N = 100.由于 log21016.658，由香农定理，该信道的信道容量为3log2(1+100) =19.98kbps。又根据乃奎斯特定理，发送二进制信号的3kHz 信道的最大数据传输速率为2*3 log22=6 kbps。所以可以取得的最大数据传输速率为6kbps。2-5 What signal-to-noise ratio is needed to put a T1 carrier on a 50-kHz line?在50kHz的线路上使用T1线路需要多大的信噪比？答：为发送T1 信号，我们需要所以，在50kHz
23、 线路上使用T1 载波需要93dB 的信噪比。2-7 How much bandwidth is there in 0.1 micron of spectrum at a wavelength of 1 micron?在1m波长上，在0.1m的频段中有多少带宽？答：因此，在0.1的频段中可以有30THz。2-8 It is desired to send a sequence of computer screen images over an optical fiber. The screen is 480 x 640 pixels, each pixel being 24 bits. The
24、re are 60 screen images per second. How much bandwidth is needed, and how many microns of wavelength are needed for this band at 1.30 microns?现需要在一条光纤发送一系列计算机屏幕图像，屏幕的分辨率为480640像素，每个像素为24位。每秒钟有60幅屏幕图像。请问，需要多少带宽？在1.30m波长上，这段带宽需要多少m的波长?答：数据速率为480 64024 60bps，即442Mbps。需要442Mbps 的带宽，对应的波长范围是。2-18 A simpl
25、e telephone system consists of two end offices and a single toll office to which each end office is connected by a 1-MHz full-duplex trunk. The average telephone is used to make four calls per 8-hour workday. The mean call duration is 6 min. Ten percent of the calls are long-distance (i.e., pass thr
26、ough the toll office). What is the maximum number of telephones an end office can support? (Assume 4 kHz per circuit.)一个简单的电话系统包括两个端局和一个长途局，每个端局通过一条1MHz全双工干线连接到长途局。在每8小时的工作日中，平均每部电话有4次呼叫，每次呼叫平均6分钟，10%的呼叫是长途（即通过长途局）。请问一个端局能够支持最多多少部电话？（假设每条线路为4kHz）答：每部电话每小时做0.5 次通话，每次通话6 分钟。因此一部电话每小时占用一条电路3 分钟，60/3=20
27、，即20 部电话可共享一条线路。由于只有10%的呼叫是长途，所以200 部电话占用一条完全时间的长途线路。局间干线复用了1000000/4000=250 条线路，每条线路支持200 部电话，因此，一个端局可以支持的电话部数为200*250=50000。2-22 A modem constellation diagram similar to Fig. 2-25 has data points at the following coordinates: (1, 1), (1, -1), (-1, 1), and (-1, -1). How many bps can a modem with th
28、ese parameters achieve at 1200 baud?一个类似于图2.25的调制解调器星座图有以下几个坐标点（1，1）、（1，-1）、（-1，1）、（-1，-1）。请问一个具备这些参数的调制解调器在1200波特上可以达到多少bps？每个波特有4 个合法值，因此比特率是波特率的两倍。对应于1200 波特，数据速率是2400bps。2-28 Ten signals, each requiring 4000 Hz, are multiplexed on to a single channel using FDM. How much minimum bandwidth is requ
29、ired for the multiplexed channel? Assume that the guard bands are 400 Hz wide.有10个信号，每个都要求4000Hz，现在用FDM将它们复用在一条信道上。对于被复用的信道，最小要求多少带宽？假设防护频段为400Hz宽。有10个4000Hz信号。我们需要9个防护频段来避免干扰。最小带宽需求是400010+4009 =43,600 Hz.2-29 Why has the PCM sampling time been set at 125 sec?答：125的采样时间对应于每秒8000 次采样。一个典型的电话通道为4kHz。
30、根据奈奎斯特定理，为获取一个4kHz 的通道中的全部信息需要每秒8000 次的采样频率。(实际上额定带宽稍有些少，截止点并不清晰)2-30 What is the percent overhead on a T1 carrier; that is, what percent of the 1.544 Mbps are not delivered to the end user?每一帧中，端点用户使用193 位中的168（7*24）位，开销占25（=193-168）位，因此开销比例等于25/193=13%。2-33 What is the difference, if any, between
31、the demodulator part of a modem and the coder part of a codec? (After all, both convert analog signals to digital ones.)答：有。编码器接受任意的模拟信号，并从它产生数字信号。而解调器仅仅接受调制了的正弦（或余弦）波，产生数字信号。2-34 A signal is transmitted digitally over a 4-kHz noiseless channel with one sample every 125 sec. How many bits per second
32、 are actually sent for each of these encoding methods?(a) CCITT 2.048 Mbps standard. (b) DPCM with a 4-bit relative signal value. (c) Delta modulation.答：aCCITT 2.048Mbps 标准用32 个8 位数据样本组成一个125的基本帧，30 个信道用于传信息，2 个信道用于传控制信号。在每一个4kHz 信道上发送的数据率就是8*8000=64kbps。b差分脉码调制（DPCM）是一种压缩传输信息量的方法，它发送的不是每一次抽样的二进制编码值
33、，而是两次抽样的差值的二进制编码。现在相对差值是4 位，所以对应每个4kHz 信道实际发送的比特速率为4*8000=32bps。c增量调制的基本思想是：当抽样时间间隔s t 很短时，模拟数据在两次抽样之间的变化很小，可以选择一个合适的量化值? 作为阶距。把两次抽样的差别近似为不是增加一个?就是减少一个? 。这样只需用1bit 二进制信息就可以表示一次抽样结果，而不会引入很大误差。因此，此时对应每个4kHz 信道实际发送的数据速率为1*8000=8kHz。2-39What is the essential difference between message switching and pack
34、et switching?信息交换发送到数据单元可以是任意长度。分组交换有最大报文大小限制，任何大于限制的信息将被拆分成多个报文。2-41 Three packet-switching networks each contain n nodes. The first network has a star topology with a central switch, the second is a (bidirectional) ring, and the third is fully interconnected, with a wire from every node to every o
35、ther node. What are the best-, average-, and-worst case transmission paths in hops?三个分组交换网络每个包含n个节点。第一个网络是一个星型拓扑结构，有一个中心交换机；第二个网络是一个双向环；第三个网络是一个全连接结构，从任何一个节点到其他的节点都有一条线路。请问从传输路径的跳数来看，哪个最好？其次？最差？答：The three networks have the following properties: 星型：最好为2，最差为2，平均为2；环型：最好为1，最差为n/2，平均为n/4如果考虑n 为奇偶数，则n 为
36、奇数时，最坏为（n-1）/2，平均为（n+1）/4n 为偶数时，最坏为 n/2，平均为n2/4(n-1) 全连接：最好为1，最差为1，平均为1。2-42 Compare the delay in sending an x-bit message over a k-hop path in a circuit-switched network and in a (lightly loaded) packet-switched network. The circuit setup time is s sec, the propagation delay is d sec per hop, the p
37、acket size is p bits, and the data rate is b bps. Under what conditions does the packet network have a lower delay?请比较一下在一个电路交换网络中和在一个负载较轻的分组交换网络中，沿着k跳到路径发送x位消息的延迟情况。电路建立的时间为s秒，每一跳的传播延迟为d秒，分组的大小为p位，数据传输率为b bps。在什么条件下分组网络的延迟比较短？对于电路交换， t= s时电路建立起来；t s+ + x /d 时报文的最后一位发送完毕；t = s+ x/b+kd时报文到达目的地。而对于分组交
38、换，最后一位在t=x/b 时发送完毕。为到达最终目的地，最后一个分组必须被中间的路由器重发k-1次，每次重发花时间p/ b，所以总的延迟为为了使分组交换比电路交换快，必须：所以：2-43 Suppose that x bits of user data are to be transmitted over a k-hop path in a packet-switched network as a series of packets, each containing p data bits and h header bits, with x p + h. The bit rate of the
39、 lines is b bps and the propagation delay is negligible. What value of p minimizes the total delay?假定x位用户数据将以一系列分组的形式，在一个分组交换网络中沿着一条共有k跳到路径向前传输，每个分组包含p位数据和h位的头，这里xp+h。线路的传输率为b bps，传播延迟忽略不计。请问什么样的p值使总延迟最小？答：所需要的分组总数是x /p ，因此总的数据加上头信息交通量为(p+h)x/p位。源端发送这些位需要时间为(p+h )x / /pb；中间的路由器重传最后一个分组所花的总时间为(k-1)(p
40、 +h )/ b 因此我们得到的总的延迟为对该函数求p 的导数，得到令得到因为 p0，所以故时能使总的延迟最小。2-44 In a typical mobile phone system with hexagonal cells, it is forbidden to reuse a frequency band in an adjacent cell. If 840 frequencies are available, how many can be used in a given cell?在一个典型的移动电话系统中，蜂窝单元为六角形，在相邻的单元内禁止重新使用频段。如果总共有840个频率
41、可以使用的话，则任何一个给定的单元内可以使用多少个频率？每个单元有6个邻居。如果中间的单元使用频段组合A，它的六个邻居可以分别使用的频段组合B, C, B, C, B, C。换句话说，只需要3个单一的单元。因此，每个单元可以使用280个频率。2-50 Suppose that A, B, and C are simultaneously transmitting 0 bits, using a CDMA system with the chip sequences of Fig. 2-45(b). What is the resulting chip sequence?FIG 2-45(b)结
42、果是通过对A、B、C求反再将这三个码片序列相加得到的。结果是(+3 +1 +1 .1 .3 .1 .1 +1).2-53 A CDMA receiver gets the following chips: (-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1). Assuming the chip sequences defined in Fig. 2-45(b), which stations transmitted, and which bits did each one send?一个CDMA接收器得到了下面的时间片（-1+1-3+1-1-3+1+1）。假设时间片序列如图2.45b中所定义，
43、请问那些移动站传输了数据？每个站发送了什么位？Just compute the four normalized inner products:此处答案中的疑为-号之误？(.1 +1 .3 +1 .1 .3 +1 +1) d (.1 .1 .1 +1 +1 .1 +1 +1)/8 = 1(.1 +1 .3 +1 .1 .3 +1 +1) d (.1 .1 +1 .1 +1 +1 +1 .1)/8 = .1 (.1 +1 .3 +1 .1 .3 +1 +1) d (.1 +1 .1 +1 +1 +1 .1 .1)/8 = 0(.1 +1 .3 +1 .1 .3 +1 +1) d (.1 +1 .1
44、 .1 .1 .1 +1 .1)/8 = 1结果是 A 和 D 发送了1位, B发送了0位, C 没有发送。第 3 章 数据链路层3-1 An upper-layer packet is split into 10 frames, each of which has an 80 percent chance of arriving undamaged. If no error control is done by the data link protocol, how many times must the message be sent on average to get the entir
45、e thing through?一个上层的分组被切分成10帧，每一帧有80的机会可以无损地到达。如果数据链路协议没有提供错误控制的话，请问，该报文平均需要发送多少次才能完整地到达接收方？答：由于每一帧有0.8 的概率正确到达，整个信息正确到达的概率为 p=0.810=0.107。为使信息完整的到达接收方，发送一次成功的概率是p ，二次成功的概率是(1-p)p，三次成功的概率为(1-p )2 p，i 次成功的概率为(1-p)i-1 p，因此平均的发送次数等于：3-2The following character encoding is used in a data link protocol:
46、A: 01000111; B: 11100011; FLAG: 01111110; ESC: 11100000 Show the bit sequence transmitted (in binary) for the four-character frame: A B ESC FLAG when each of the following framing methods are used:(a) Character count. (b) Flag bytes with byte stuffing. (c) Starting and ending flag bytes, with bit st
47、uffing.结果是(a) 00000100 01000111 11100011 11100000 01111110(b) 01111110 01000111 11100011 11100000 11100000 11100000 0111111001111110(c) 01111110 01000111 110100011 111000000 011111010 011111103-5 A bit string, 0111101111101111110, needs to be transmitted at the data link layer. What is the string ac
48、tually transmitted after bit stuffing?位串0111101111101111110需要在数据链路层上被发送，请问，经过位填充之后实际被发送出去的是什么？输出是1110111110011111010.3-6 When bit stuffing is used, is it possible for the loss, insertion, or modification of a single bit to cause an error not detected by the checksum? If not, why not? If so, how? Does the checksum length play a role here?假设使用了位填充成帧方法，请问，因为丢失一位，插入一位，或者篡改一位而引起的错误是否有可能通过校验和检测出来？如果不能的话，请问为什么？如果能的话，请问校验和长度在这里