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3、第一章概論習題及答案

1、一條狗攜帶3盒8毫米的磁帶以18km/h的速度奔跑,每盒磁帶容量是7GB。試問在什麼距離範圍內狗的資料傳輸率會超過一條速率為150Mbps的傳輸線?在以下情況下:(1)狗的速度加倍(2)每盒磁帶容量增加(3)傳輸線路的速錄加倍,上述結果的變化。
解:150Mbps傳輸線傳輸7*3=21GB的時間為:
21GB/150Mbps=1202秒(21GB=21*1024*1024*1024*8bit,150Mbps=150*1000*1000bit)
狗奔跑的最長距離:1202*18km/h=6010米
即在6010米之內狗的傳輸速率更快。
第一種情況下,狗奔跑的最長距離:12020米;第二種情況下,狗奔跑的最長距離增長;第三種情況下,狗奔跑的最長距離為:3005米

2、LAN的一個替代方案是簡單採用一個大型分時系統,通過終端為使用者提供服務。試著給出使用LAN的客戶機—伺服器系統的兩個好處。
答:分時系統共享硬體,單一線路一經損壞就無法工作;LAN能更好的發揮計算機效能。
(分時是指多個使用者分享使用同一臺計算機。多個程式分時共享硬體和軟體資源。分時作業系統是指在一臺主機上連線多個帶有顯示器和鍵盤的終端,同時允許多個使用者通過主機的終端,以互動方式使用計算機,共享主機中的資源。分時作業系統是一個多使用者互動式作業系統。)

3、客戶機—伺服器系統的效能受到兩個網路因素的嚴重影響:網路的頻寬(即網路每秒可以傳輸多少資料)和延遲(即第一個資料位從客戶端傳送到伺服器端需要多少時間)。舉例:具有高頻寬和高延遲的例子;具有低頻寬和低延遲的例子。
答:遠距離光纖(如大陸間的光纖)可以搭載很多資料,但距離遙遠,延遲高。電話撥號上網只有56kbps,頻寬也比較低。

4、除了頻寬和延外,網路若要為下列流量提供更好的服務質量,試問還要哪個引數?(1)數字語音服務(2)視訊流量(3)金融業務服務
答:為提供數字語音流量和視訊流量,需要統一的投遞時間。如果針對金融業務流量,穩定性和安全性很重要

5、在儲存—轉發資料包交換系統中,衡量延遲的一個因素是資料包在交換機上儲存和轉發需要多少時間。假設在此係統中,客戶機在紐約而伺服器在加州,交換時間為10微秒,試問交換時間是否會成為影響延遲的一個主要因素?假設訊號在銅線和光纖中傳播速度是真空光速的2/3。
解:訊號傳輸速率為300 000 000m/s*2/3=200 000 000m/s ;
在10us 內傳輸距離為200 000 000m/1000 000us*10us=2km,
而紐約到加州距離為5000km, 即使有50 個交換機,也只增加了2km*50=100km 的距離,整體影響為只有100km/5000km=2%。
(s(秒)、ms(毫秒)、μs(微秒)、ns(納秒),其中:1s=1000ms,1 ms=1000μs,1μs=1000ns;光速取300 000 000m/s)

6、一個客戶機—伺服器使用了衛星網路,衛星高度為40000km,試問在響應一個請求時,最佳情形下的延遲是什麼。
解:客戶機到伺服器路徑:客戶機—衛星—伺服器。所以傳送請求到響應一個請求的距離是:4*40000km=160000km。延遲以光速作為除數:160000km/300 000km/s=533毫秒

7、5個路由器通過一個點到點的子網連線到一起。網路設計者可以為任何一對路由器設定一條高速線路、中速線路、低速線路或者不設定線路。如果計算機需要100毫秒來生成並遍歷每個網路拓撲,試問它需要多長時間才能完成遍歷所有拓撲的任務。
解:5個路由器必須兩兩互連才能彼此通訊,因此共有C25=10條連線,每對路由器都可以設定一條高速、 中速、低速線路或者不設定。共有4^10=1048576種可能,每條線路100毫米,共需要104857.6秒。

8、廣播式子網的一個缺點是當多臺主機同時企圖訪問通道時會造成容量浪費。假設時間被分成了離散的時間槽,共有n臺主機;在每個時間槽內,每臺主機企圖訪問通道的概率為p,試問由於衝突而被浪費的時間槽比例是多少?
解:一共有n+2個事件。 其中事件1到n代表主機在其時間槽成功地使用這條通道,沒有產生衝突。 單個主機訪問通道的事件的概率為p(1-p)n-1 。事件n+1代表通道空閒,其概率為(1- p)n。事件n+2代表產生衝突。由於n+2個可能發生的事件的概率等於1。 因此由於碰撞而被浪費的時槽的概率為1-np(1-p)n-1-(1- p)n。(之所以服從二項式分佈,是因為對於每臺主機來說結果只分為使用通道與不使用通道兩種情況,就像射擊分為射中與射不中;沒有衝突即是僅僅可以在第n次射中,空閒即是一次沒有射中,衝突即是射中至少有兩次;這裡不過是發生在同一時間點)

9、試問使用層次協議的兩個理由是什麼?使用層次協議的一個可能缺點是什麼?
答:使用層次性協議,可以將設計問題,分解成各個更小並且更易於管理的小塊。這意味著協議可以更改卻不會影響到高層或者低層的協議。可能出現的缺點是雖然單層網路不便於完成和管理,但層次型網路的效能比單層網路要差。

10、某公司的總裁打算與一個本地的啤酒釀造商合作生產一種無形啤酒罐。總裁告訴他的法律部門調研此事,後者請工程部幫忙,總工程師打電話給啤酒釀造公司討論該專案的技術問題。然後兩位總工程師又各自向他們的法律部門作了彙報。然後法律部門通過電話安排了有關的法律方面的事宜。最後,兩位總裁討論了這次合作的經濟方面的問題。試問這個通訊機制違反了OSI模型意義上的哪個多層協議原則?
答:在OSI協議模型中,物理層通訊只反生在最底層,不會出現在每一層

11、兩個網路都可以提供可靠的面向連線的服務。其中一個提供可靠的位元組流,另一個提供可靠的報文流。試問兩者是否相同?如果相同,為何有這樣的區別?否則舉例說明它們如何不同。
答:報文流和位元組流是不同,報文流中,網路會保持資訊間的邊界,位元組流不會。比如,一個程序先發送1024個位元組到某個連線,後又再次傳送1024個位元組,接收者使用報文流讀取2048個位元組,會接收到2個報文,每個1024位元組。如果使用位元組流,資訊的邊界不會被識別,接收者會認為2048個位元組是一個整體,這樣會造成兩個不同資訊丟失。

12、在討論網路協議的時候,“協商”意味著什麼?請舉例說明。
答:協商意味著規定通訊使用的相關引數,例如最大資料包長度。

13、k層向k+1層提供服務。

14、在有些網路中,資料鏈路層處理傳輸錯誤的做法是請求傳送方重傳被損壞的幀。如果一幀被損壞的概率為p。試問傳送一幀所需要的平均傳輸次數是多少?假設確認幀永遠不會丟失。
解:1/(1-p)次

15一個系統具有n層協議。應用層產生長度為M位元組的報文,在每一層加上長度為h位元組的報文頭。試問報文頭所佔的網路頻寬比例是多少?
解:hn/(hn+M)

16、試問TCP和UDP的主要不同是什麼?
答:TCP是面向連線的,而UDP是無連線的服務

17、當兩臺計算機之間傳輸一個檔案時,可以採用兩種不同的確認策略。在第一種策略中,該檔案被分為許多資料包,接收方獨立地確認每一個數據包,但沒有對整個檔案進行確認;在第二種策略中,這些資料包沒有單獨確認,只會對整個檔案進行確認。請討論適用情況。
答:如果網路丟包率較大,使用第一種方案,獨立確認每一個包,所以丟失的包可以重傳。另一方面,如果網路穩定性好,使用第二種方案,最後確認整個檔案可以節省頻寬。

18、行動網路運營商需要知道它們使用者的行動電話在哪裡。試問這對於使用者來說,為什麼很糟糕?現在,再給出為什麼又很好的理由。
答:移動運營商知道使用者的位置意味著使用者在哪裡睡覺、工作、旅行或者購物都會被知曉,這些資訊可能被賣給其他人或者被竊取。好處是這可以使政府更好的監管城市,另一方面也可以讓運營商為使用者在正確位置提供幫助,也可以用於防範詐騙,例如有人在不是常駐地區呼叫你時。

19、試問在原始802.3標準中,一位元多長(按米計算)?請用10Mbps傳輸速率,並且假設同軸電纜的傳播速度是真空中光速的2/3。
解:同軸電纜的傳播速度是200 000km/s,即200m/μs。10Mbps即10 000 000bit/s,也即10bit/μs,所以每10位等於200米,即1bit等於20米。

20、一幅影象的解析度為1024×768畫素,每個畫素用3位元組表示。假設該影象沒有被壓縮。試問,通過56kbps的調變解調器傳輸這幅影象需要多少長時間?通過1Mbps的線纜調變解調器呢?通過10Mbps的乙太網呢?通過100Mbps的乙太網呢?
解:影象大小:1024×768×3×8=18874368bit。
通過56kbps的調變解調器:18874368bit/56kbps=337.042s
通過1Mbps的線纜調變解調器:18874368bit/1Mbps=18.874s
通過10Mbps的乙太網:18874368bit/10Mbps=1.887s
通過100Mbps的乙太網:18874368bit/100Mbps=0.189s

21、乙太網和無線電網路既有相同點,也有不同點。乙太網的一個特性是同一時刻只能傳輸一幀資料。試問802.11也具有這個特點嗎?
答:考慮隱藏終端問題。想象一個具有五個站點的無線網路,A到E,使得每一個站點訊號的作用距離僅限在鄰居的範圍。這樣在同一時間A可以與B對話,D也可以與E對話。無線網路具有潛在的並行性,這種方式不同於乙太網。

22、請分別列出網路協議國際標準化後的兩個優點和缺點
答:優點一:如果每個人都使用該標準,則每個人都可以互相通訊。優點二:標準的大規模使用,可以節約晶片生產成本。缺點一:為了標準化,經常需要為相容低標準而做出妥協。缺點二:當標準被廣泛使用時,即使新的技術和方法出現時,也很難替代舊的東西。

23、當一個系統既有永久(固定)部分又有可移動部分(比如CD-ROM驅動器和CD-ROM)時,系統的標準化顯得非常重要。標準化之後,不同的公司可以同時生產永久部分和可移動部分產品,而且這些產品總能在一起工作。請給出計算機工業界之外的三個例子,在每個例子中都有相應的國際標準。再給出計算機工業界之外的另外三個例子,但它們沒有國際標準。
答:光碟機和光碟,數字相機和儲存卡,ATM和銀行卡。錄影機和錄影帶,手提電話,燈泡和燈座。

24、假設實現第k層操作演算法發生了變化。試問這會影響到第k-1層和k+1層的操作嗎?
答:演算法屬於協議部分,協議是每層的內部操作,所以不會影響。

25、假設第k層提供的服務發生了變化。試問這會影響到第k-1層和k+1層的服務嗎?
答:不會影響到k-1層,會影響到k+1層,k+1層必須重新實現。(下層向上層提供服務)

26、請列出一些理由說明客戶端的響應時間有可能大於最好情況下的延遲。
答:請求包和響應包可能在傳輸過程中丟失,伺服器可能要處理幾個客戶端的請求。

27、請問在ATM網路中使用小的固定長度的信元有什麼缺點?
答:小資料報文會浪費包頭佔用的頻寬,固定長度導致無用資料負載浪費。(即使小資料報文也要使用報文頭)