《计算机网络》 【第一章】 复习题答案

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李欣 1月 31, 2019
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复习题

1.1 节

R1. “主机” 和 “端系统” 之间有什么不同？列举几种不同类型的端系统。Web 服务器是一种端系统吗？

  • 并没什么不同，host 和 end system 仅仅是互联网上的设备的两种叫法。
  • 手机、电脑、PDA、智能手表等。
  • 是的，Web 服务器也是一种端系统。

R2. “协议” 一词常被用于描述外交关系。维基百科是怎样描述外交协议

Protocol (diplomacy) - Wikipedia)

R3. 标准对于协议为什么重要?

标准对于协议非常重要，因此人们可以创建可互操作的网络系统和产品。

1.2 节

R4. 列出6种接入技术。将它们分类为住宅接入、公司接入或广域无线接入。

  • 住宅接入：DSL（数字用户线）、电缆、FTTH（宽带到户）、拨号和卫星
  • 公司接入：以太网和WiFi
  • 广域无线接入：3G和LTF

R5. HFC宽带是专用的，还是用户间共享的？在下行HFC信道中，有可能发生碰撞吗？为什么？

  • 用户共享的，在下行通道中，所有的分组都是由单独的端系统发出，所以不会发生碰撞。

R6. 列出你所在城市中的可供使用的住宅接入技术。对于每种类型的接入方式，给出所宣称的下行速率、上行速率和每月的价格。

R7. 以太LAN的传输速率是多少？

  • 用户通常以1Gbps速率接入以太网交换机，而服务器可能具有10Gbps甚至100Gbps的接入速率。

R8. 能够运行以太网的一些物理媒体是什么？

  • 最常见的是双绞铜线，也可以用光纤。

R9. 拨号调制解调器、HFC、DSL和FTTH都用于住宅接入。对于这些技术中的每一种，给出传输速率的范围。并讨论有关宽带是共享的还是专用的。

  • 拨号调制解调器：宽带专用，56Kbps
  • HFC：宽带专用，下行速率42.8Mbps，上行速率30.7Mbps
  • ADSL：宽带共享，下行速率24Mbps，上行速率2.5Mbps
  • FTTH：宽带专享，下行速率10-20Mbps，上行速率2-10Mbps

R10. 描述今天最流行的无线因特网接入技术。对它们进行比较和对照。

  • 当下最流程的无线因特网接入技术有WiFi、3G、4G和5G，其中WiFi用户离基站较劲，3G、4G和5G用户离基站较远

1.3 节

R11. 假定在发送主机和接收主机间只有一台分组交换机。发送主机和交换机间以及交换机和接收主机间的传输速率分别是R1和R2。假设该交换机使用存储转发分组交换方式，发送一个长度为L的分组的端到端总时延是什么？（忽略排队时延、传播时延和处理时延）

  • 端到端总时延为 L/R1 + L/R2 ，其中 L/R1 为发送主机到交换机需要的时延，而 L/R2 为交换机到接收主机的时延。

R12. 与分组交换网络相比，电路交换网络有哪些优点？在电路交换网络中，TDM比FDM有哪些优点？

  • 电路交换网络可以在呼叫期间保证一定量的端到端带宽。 目前大多数分组交换网络（包括互联网）都无法对带宽进行任何端到端的保证。 FDM需要复杂的模拟硬件来将信号转换到适当的频带。

R13. 假定用户共享一条2Mbps链路。同时假定当每个用户传输时连续以1Mbps传输，但每个用户仅传输20%的时间。

  1. 当使用电路交换时，能够支持多少用户？
  2. 作为该题的遗留问题，假定使用分组交换。为什么如果两个或更少的用户同时传输的话，在链路前面基本没有排队时延？为什么如果3个用户同时传输的话，将会有排队时延？
  3. 求出某指定用户正在传输的概率。
  4. 假定现在有3个用户。求出在任何给定时间，所有3个用户在同时传输的概率。求出队列增长的时间比率。
  • 作答
    1. 当使用电路交换时，能够支持2个用户同时传输。
    2. 由于每个用户在传输时需要1Mbps，如果两个或更少用户同时传输，则最多需要2Mbps。 由于共享链路的可用带宽为2Mbps，因此链路之前不会有排队延迟。 然而，如果三个用户同时发送，则所需带宽将是3Mbps，这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。
    3. 给定用户传输的概率 = 0.2
    4. 由于队列在所有用户正在传输时增长，所以队列增长的时间部分（等于所有三个用户同时传输的概率）是0.008。

R14. 为什么在等级结构相同级别的两个ISP通常互相对等？某IXP是如何挣钱的？

  • 如果两个ISP不相互对等，那么当它们彼此发送流量时，它们必须通过提供商ISP（中间人）发送流量，他们必须为承载流量而付费。 通过直接对等，两个ISP可以减少对其提供商ISP的支付。 互联网交换点（IXP）（通常在具有自己的交换机的独立建筑物中）是多个ISP可以连接和/或对等的会合点。 ISP通过向连接到IXP的每个ISP收取相对较小的费用来赚取收入，这可能取决于对IXP的传输或收取的费用。

R15. 某些内容提供商构建了自己的网络。描述谷歌的网络。内容提供商构建这些网络的动机是什么？

  • Google的专用网络将所有数据中心（无论大小）连接在一起。 Google数据中心之间的流量通过其专用网络传输，而不是通过公共Internet传输。 其中许多数据中心位于较低层ISP中或附近。因此，当Google向用户提供内容时，它通常可以绕过更高级别的ISP。

  • 促使内容提供商创建这些网络的原因有三:

    • 首先，内容提供商可以更好地控制用户体验，因为它必须使用很少的中间ISP。
    • 其次，它可以通过向提供商网络发送更少的流量来节省资金。
    • 第三，如果互联网服务供应商决定向高利润内容提供商收取更多资金（在不适用网络中立的国家），内容提供商可以避免这些额外付款。

1.4 节

R16. 考虑从某源主机跨越一条固定路由向某目的主机发送一分组。列出端到端时延组成部分。这些时延中的哪些是固定的，哪些是变化的？

  • 端到端时延组成部分为
    • 处理时延
    • 排队时延
    • 传输时延
    • 传播时延
  • 其中 排队时延 是变化的，其他都是固定的。

R17. 访问在配套Web网站上有关传输时延与传播时延的Java小程序。在可用速率、传播时延和可用的分组长度之中找出一种组合，使得该分组的第一个比特到达接收方之前发送方结束了传输。找出另一种组合，使得发送方完成传输之前，该分组的第一个比特到达了接收方。

  • 定义: L=可用的分组长度，v=可用速率，t=传播时延
    1. 第一种组合: L/v < t
    2. 第二种组合: L/v > t

R18. 一个长度为1000字节的分组经距离2500km的链路传播，传播速率为2.5 x 10^8m/s并且传输速率为2Mbps，它需要多长时间？更为一般地，一个长度为L的分组经距离为d的链路传播，传输速率为s并且传播速率为Rbps，它需要用多长时间？该时延与传播速率相关吗？

⚠️此题询问的是传播延迟，不是端到端延迟，所以不因计算传输延迟

  • 10ms
  • d/s
  • 无关

R19. 假定主机A要向主机B发送一个大文件。从主机A到主机B的路径上有3段链路，其速率分别为R1 = 500Kbps，R2 = 2Mbps，R3 = 1Mbps。

  1. 假定该网络中没有其他流量，该文件传送的吞吐量是多少？
  2. 假定该文件为4MB。传输该文件到主机B大致需要多长时间？
  3. 重复 1 和 2 ，只是这时R2减小到100Kbps。

    ⚠️计算机中的B是byte（字节），网络中的b是bit（比特）。1B = 8b，即1byte = 8bit

  • 作答
    1. 500Kbps
    2. 32Mb/0.5Mbps = 64s
    3. 100Kbps, 32Mb/0.1Mbps = 320s

R20. 假定端系统A要向端系统B发送一个大文件。在一个非常高的层次上，描述端系统怎样从该文件生成分组。当这些分组之一到达某分组交换机时，该交换机使用分组中的什么信息来决定将该分组转发到哪一条路上？因特网中的分组交换为什么可以与驱车从一个城市到另一个城市并沿途询问方向相类比？

  • 端系统在分组的首部加上了目的地的IP地址，当一个分组到达路由器时，路由器检查该分组的目的地址的一部分，并向另一台相邻路由器转发该分组。路由器使用转发表将目的地址的一部分映射为输出链路。所以这和只知道目的地名字但是不知道路线的司机到达该目的地的思路是一样的，只能够询问沿路的路人往哪里走。

R21. 访问配套Web站点的排队和丢包Java小程序。最大发送速率和最小的传输速率是什么？对于这些速率，流量强度是多少？用这些速率运行该Java小程序并确定出现丢包要花费多长时间？然后第二次重复该实验，再次确定出现丢包花费多长时间。这些值有什么不同？为什么会有这种现象？

  • 最大发送速率500bps，最小传输速率350bps
  • 流量强度为10/7
  • 第一次出现丢包时间90msec
  • 第二次出现丢包时间62msec
  • 因为发送的分组不是周期性发送的，可能某个时间段发送了很多分组，发送速率仅代表平均发送速率

1.5 节

R22. 列出一个层次能执行的5个任务。这些任务中的一个（或两个）可能由两个（或更多）层次执行吗？

  • 错误控制、流量控制、分段、重组、复用、连接设置等等。
  • 是的，比如错误控制会有多个层次执行。

R23. 因特网协议栈中的5个层次有哪些？在这些层次中，每层的主要任务是什么？

  • 应用层 是网络应用程序及它们的应用层协议存留的地方。
  • 运输层 在应用程序端点之间传送应用层报文。
  • 网络层 负责将成为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
  • 链路层 沿着路径将数据报传递给下一个结点。
  • 物理层 的任务是将该帧中的一个一个比特从一个结点移动到下一个结点。

R24. 什么是应用层报文？什么是运输层报文段？什么是网络层数据报？什么是链路层帧？

  • 应用层报文: 一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息的分组
  • 运输层报文段: 对应用层分组封装后的运输层分组
  • 网络层数据报: 对运输层分组封装后的网络层分组
  • 链路层帧: 对网络层分组封装后的链路层分组

R25. 路由器处理因特网协议栈中的哪些层次？链路层交换机处理的是哪些层次？主机处理的是哪些层次？

  • 路由器处理网络层、链路层、物理层
  • 链路层交换机处理链路层、物理层
  • 主机处理应用层、运输层、网络层、链路层、物理层

1.6 节

R26. 病毒和蠕虫之间有什么不同？

  • 病毒是一种需要某种形式的用户交互来感染用户设备的而已软件
  • 蠕虫是一种无需任何明显用户交互就能进入设备的恶意软件
  • 举个例子，如果某个人想要用病毒侵入你，那么你可能需要打开他给你的某个exe文件或者其他交互行为。如果想要用蠕虫侵入你，那么你在正常的使用电脑做其他事情的时候，可能就被感染了，无需你和他做任何交互。

R27. 描述如何产生一个僵尸网络，以及僵尸网络是怎样被用于DDoS攻击的。

  • 使用蠕虫或病毒感染某个电脑，紧接着它会去感染其他电脑并慢慢形成一个僵尸网络。
  • 攻击者利用僵尸网络中的主机向被攻击者疯狂发送流量。

R28. 假定Alice和Bob经计算机网络相互发送分组。假定Trudy将自己安置在网络中，使得她能够俘获由Alice发送的所有分组，并发送她希望给Bob的东西；她也能俘获Bob发送的所有分组，并发送她希望给Alice的东西。列出在这种情况下Trudy能够做的某些恶意的事情。

⚠️这是一个典型的中间人攻击

  • Trudy可能会盗取Alice和Bob的用户信息，比如社交密码、银行卡密码、Alice的个人隐私、Bob的个人隐私等等
  • Trudy可以很容易的破坏两人的关系，比如篡改分组中的内容
  • Trudy可能威胁到Alice和Bob的安全，比如以某人的名义将另一人单独约出来

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