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习题解答
1-1讲
1. 网络有哪些构件？主机之间互联有哪几种方式？端系统上的现代操作系统通常定义了哪些编程开发接口？
答：网络实体可以被抽象为两种基本构件：结点和链路。
主机之间互联有3种方式：①直接连接的方式，②间接连接的网络云方式；(3) 间接连接的网络云互联方式。
端系统上的现代操作系统通常定义了两种编程开发接口：①系统与通信网连接的硬件接口，位于网络层与链路层之间，用以开发与各种不同的通信网连接的网络适配器的驱动程序；②操作系统与应用程序的接口，位于运输层与应用层之间，为编程人员提供了一套API以进行网络应用程序的开发。
2. 参见图1-11，因特网具有大致分层的ISP等级结构。由此回答：为何说因特网是网络的网络？每层ISP是否大致与地理范围对应？内容提供商正在以何种方式改变因特网的结构？
答：从ISP等级结构图可以看到，因特网由众多ISP网络互连而成，因此因特网可以称为网络的网络。
每层ISP大致与地理范围有对应关系：第一层ISP连接各个国家之间，覆盖洲际范围；第二层ISP连接各本地ISP，覆盖国家或区域范围；本地ISP直接连接用户，覆盖一个城市。
内容提供商如谷歌公司在全世界部署了一个专用的TCP/IP网络，用以连接约50个数据中心。每个数据中心具有几十万台到几百台不等的服务器，每时每刻会产生巨大的网络流量。谷歌专网不仅与第一层ISP相连，而且直接与更低层ISP相连，从而改变了因特网的结构。
3. 什么叫做网络协议？构成协议的几个要素是什么？是否可以缺失其中的某个要素？请举例说明原因。
答：网络协议是指为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 网络协议包括三个要素：语法、语义和定时。语法描述了数据与控制信息的结构或格式，语义定义了需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应等，定时给出了事件实现顺序的详细说明。
网络协议的三要素缺一不可，缺失语法则无法对分组进行解析，缺失语义则无法完成相应的动作，缺失定时则无法保证协议的正确执行。
举例来说：一组侦察兵约定下午5点到某高地集结。语法是中文，语义正确：有时间有地点有任务，但是缺少定时。万一有人在预定时间没有到达，如何办？因此，需要增加一条定时约束，如“过时自行返回”。
1-2讲
1. 数据在各层之间的传递过程中，各层协议的首部起着什么作用？“水平的”协议和“垂直的”服务之间有什么关系？
答：每层协议的首部定义了本层协议进行交互时需要的控制信息。
协议是控制（水平的）对等实体之间进行通信所需要的规则。协议的实现一方面需要利用（垂直的）下一层为其提供的服务，另一方面又能够为上一层提供服务。
2. TCP/IP体系结构具有哪些层次？该体系结构的主要特点是什么？
答： TCP/IP的体系结构层次自上而下是应用层、运输层、网络层和网络接口层。其中应用层可以定义各种网络应用协议，运输层提供可靠字节流服务和不可靠数据报服务两种服务，网络层只有一个网际协议IP，支持互联多种网络技术以形成一个逻辑网络，网络接口层包括诸如以太网、电话网等多种通信网络。
TCP/IP体系结构的特点包括：协议栈呈沙漏形状，IP作为体系结构的细腰，一方面IP之上可以通过运输层协议，为多种应用程序提供不同的信道抽象，即一切运行在IP之上；其次，多种异构网络可以通过IP实现互联互通，及IP运行在一切网络之上。这一设计理念能够使高层应用和底层通信网技术独立发展，大大提高了因特网的灵活性。
3. 考虑一个长度为L的分组从端系统A开始，经一段链路传送到一台分组交换机，并从该分组交换机经第二段链路传送到目的端系统。令di、si和Ri表示链路i的长度、传播速度和传输速率（i=1,2）。该分组交换机对每个分组的时延为dproc。假定没有排队时延，根据di、si、Ri (i=1,2)和L，该分组总的端到端时延是什么？现在假定该分组是1,000字节，分组交换机的处理时延是1 ms，第一段链路的长度是4,000km，并且最后一段链路的长度是1,000km。对于这些值，该端到端时延为多少？ 答：?(L/Ri?di/si)?dproc
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2-3讲
1. 奈奎斯特公式与香农公式在数据通信中的意义是什么？比特/每秒和码元/每秒有何区别和联系？
答：奈奎斯特公式给出了任何实际的信道所能传输的最大数据传输速率，而香农公式则指出信道的极限信息传输速率。
比特/每秒和码元/每秒可以相互转换，前者是从信息量角度描述信息传输速率，而后者是从码元角度衡量数据传输速率。如果每个码元仅有1比特信息，则两者在数值上是相等的；如果每个码元有n比特信息，则码元/每秒在数值上等于n倍比特/每秒。
2. 常用的传输媒体有哪几种类型？它们的主要特点是什么？其中的多模光纤和单模光纤各适用于什么场合？
答：常用的传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。 在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播，而非导向传输媒体通常指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。
光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，故多模光纤只适合于短距离传输。单模光纤可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射，损耗较小，可进行高速率远距离传输。
3. 与有线链路相比，无线链路通信有哪些重要的区别特征？
答：与有线链路相比，无线链路通信的特征是：
a. 衰减的信号强度：当电磁波穿过物体时，信号强度将减弱；
b. 来自其他源的干扰：在同一个频段发送信号的电波源将相互干扰。此外，环境中的电磁噪声也会形成干扰；
c. 多径传播：当电磁波的一部分受物体和地面反射，在发送方和接收方之间走了不同长度的路径，则会出现多径传播。这使得叠加后的信号变得时强时弱，难以控制。
2-4讲
1. 假定用户共享一条2 Mbps链路。同时假定当每个用户传输时连续以1 Mbps传输，但每个用户仅传输20%的时间。
a. 当使用电路交换时，能够支持多少用户？
b. 对于该问题的遗留问题，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，在链路前面基本上没有排队时延？为什么如果3个用户同时传输的话，将有排队时延？
c.求出某指定用户正在传输的概率。
d. 假定现在有3个用户。求出在任何给定的时间，所有3个用户在同时传输的概率。求出排队增长的时间比率。
答：
a. 当使用电路交换时，信道带宽需要用户独占，最多智能支持2个用户。 b. 因为2Mbps链路仅能容纳两个或更少的用户同时以1Mbps连续传输时，这时统计上会有资源富余，而当3个用户同时传输时，统计上便会出现供不应求的现象，导致排队时延。
c. 每个用户仅可能有20%的时间在传输，因此正在传输的概率是p=0.2。
?3?n3?n??p(1?p)?n?d. 其中传输概率由二项式公式决定：??，其中n≤3为传输用户数。当n=3时，上式=0.23×0.80=0.008。因为仅当n=3时排队才会增长，因此排队增长的时间比率也为0.008。
2. ADSL的上下行带宽为何设计为不对称？
答：因为家庭用户较多将信息取回家，较少向网络提供信息。
3. 当前无线接入所使用的WiFi技术基于何种标准？为何3G技术经常要与WiFi技术配合使用？
答：当前无线接入所使用的WiFi技术基于IEEE 802.11。3G技术的通信速率较低，约为几百kbps，上网费用高；而WiFi的通信速率为54Mbps或以上，且上网费用低。因此，在有WiFi的地方，就尽可能地使用WiFi，而在没有WiFi的地方就使用3G技术。
3-5讲
1. 链路层协议能够向网络层提供哪些可能的服务？举例说明链路层协议相应的服务。
答：链路层协议能够向网络层提供的服务包括：成帧、差错检测、可靠交付、媒体访问、流量控制。
例如，HDLC协议提供了数据链路层的成帧和CRC检测功能等。
2. 考虑4 bit的生成多项式G(x)=x3+1，假设数据M(x)的值为10101010。附加比特R(x)的值是什么？