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计算机网络与通信课后题答案
根据《计算机网络与通信_重点笔记.md》整理；原笔记没有展开的地方，已参考相应章节课件并补入原笔记。
第 1 章 概述
1-02 试简述分组交换的要点。
分组交换的要点如下：
- 把较长的报文划分为较小的数据段，并给每个数据段加上首部，构成分组。
- 分组是网络中的传输单位；首部中含有目的地址、源地址等控制信息。
- 路由器采用存储转发方式：暂存分组，检查首部，查找转发表，再从合适接口转发。
- 每个分组可以独立选择路径，网络链路是逐段占用、动态分配带宽的。
- 优点是高效、灵活、迅速、可靠，适合突发性计算机数据。
- 缺点是分组在路由器中可能排队，产生排队时延；每个分组都要携带首部，增加额外开销。
1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。
| 比较方面 | 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 |
|---|---|---|---|
| 连接建立 | 通信前必须建立专用连接 | 不需要预先建立连接 | 不需要预先建立连接 |
| 传输单位 | 连续比特流 | 整个报文 | 分组 |
| 资源占用 | 端到端通信资源独占 | 逐段存储转发 | 逐段存储转发 |
| 适用场景 | 连续、大量、实时数据 | 早期电报等非实时通信 | 突发性计算机数据 |
| 优点 | 建连后传输速率稳定，连续大量数据传输效率高 | 无需预分配带宽，信道利用率较高 | 高效、灵活，时延通常小于报文交换，适合互联网 |
| 缺点 | 建连需要时间；通信期间即使无数据也占用资源，突发数据利用率低 | 整个报文存储转发，时延大，对节点缓存要求高 | 有排队时延；首部和路由器处理带来额外开销；不保证带宽 |
总结：若连续传送大量数据，且传送时间远大于连接建立时间，电路交换较快；若传送突发数据，报文交换和分组交换不预先分配带宽，能提高信道利用率；分组长度远小于报文长度，因此分组交换通常比报文交换时延更小、灵活性更好。
1-07 小写和大写开头的英文名字 internet 和 Internet 在意思上有何重要区别？
internet：小写，泛指“互连网”，即多个网络通过路由器互连起来形成的网络，是一种通用概念。Internet：大写，专指全球最大的互联网，也就是采用 TCP/IP 协议族、覆盖全球的那个互联网。
简记：internet 是一类网络，Internet 是全球互联网这个专有名词。
1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？
可以按不同角度分类。
按作用范围：
| 类别 | 英文缩写 | 特点 |
|---|---|---|
| 广域网 | WAN | 覆盖范围通常几十到几千公里，是互联网核心部分的重要组成，也称远程网 |
| 城域网 | MAN | 覆盖一个城市，作用距离约 5-50 km |
| 局域网 | LAN | 范围较小，通常约 1 km，常采用高速通信线路 |
| 个人区域网 | PAN | 范围很小，约 10 m；无线个人区域网可称 WPAN |
按使用者：
| 类别 | 特点 |
|---|---|
| 公用网 | 按规定交费的人都可以使用，也称公众网 |
| 专用网 | 为特殊业务或单位需要建设，供特定用户使用 |
按接入互联网的功能：
- 接入网 AN：用于把用户接入互联网，也称本地接入网或居民接入网。它通常位于用户端系统和本地 ISP 第一个路由器之间。
1-17 收发两端距离为 1000 km，传播速率为 2 x 10^8 m/s，计算发送时延和传播时延。
已知：
text
距离 d = 1000 km = 1 x 10^6 m
传播速率 v = 2 x 10^8 m/s
传播时延 t_prop = d / v = (1 x 10^6) / (2 x 10^8) = 5 x 10^-3 s = 5 ms(1) 数据长度为 10^7 bit，发送速率为 100 kbit/s
text
R = 100 kbit/s = 100 x 10^3 bit/s = 1 x 10^5 bit/s
t_send = L / R = 10^7 / 10^5 = 100 s
t_prop = 5 ms = 0.005 s答案：发送时延为 100 s，传播时延为 5 ms。
(2) 数据长度为 10^3 bit，发送速率为 1 Gbit/s
text
R = 1 Gbit/s = 1 x 10^9 bit/s
t_send = L / R = 10^3 / 10^9 = 10^-6 s = 1 us
t_prop = 5 ms = 0.005 s答案：发送时延为 1 us，传播时延为 5 ms。
结论：
- 发送时延取决于数据长度和发送速率。
- 传播时延取决于传输距离和信号在媒体上的传播速率。
- 大数据、低速率时，发送时延可能占主导；小数据、高速率、远距离时，传播时延可能占主导。
- 提高链路速率只能减小发送时延，不能减小信号在媒体上的传播时延。
1-22 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？
网络协议的三个要素是语法、语义和同步。
- 语法：规定数据与控制信息的结构或格式。例如字段如何排列、每个字段占多少位。
- 语义：规定需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应。例如收到某报文后应确认、转发还是丢弃。
- 同步：规定事件实现顺序的详细说明。例如通信双方何时发送请求、何时应答、何时释放连接。
1-24 试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
五层协议体系结构自上而下为：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。每一层利用下一层提供的服务，并向上一层提供服务；对等层之间按照本层协议进行逻辑通信。
| 层次 | 主要功能 | 典型数据单位或协议 |
|---|---|---|
| 应用层 | 通过应用进程间的交互完成特定网络应用 | 报文；DNS、HTTP、SMTP |
| 运输层 | 为两台主机中的进程通信提供通用数据传输服务，具有复用和分用功能 | TCP 报文段、UDP 用户数据报 |
| 网络层 | 为分组交换网上的不同主机提供通信服务，负责路由选择和分组转发 | IP 数据报 |
| 数据链路层 | 在相邻节点之间传送帧，进行封装成帧、差错检测等 | 帧 |
| 物理层 | 在传输媒体上传送比特流，规定接口的机械、电气、功能和过程特性 | 比特流 |
补充要点：
- TCP/IP 四层体系结构为：应用层、运输层、网际层、网络接口层。
- 五层结构常用于教学，它把 TCP/IP 的网络接口层进一步拆成数据链路层和物理层。
- 路由器转发分组时通常最高只使用网络层，不处理运输层和应用层内容。
第 2 章 物理层
2-04 试解释以下名词。
| 名词 | 解释 |
|---|---|
| 数据 | 运送消息的实体，是有意义的符号序列 |
| 信号 | 数据的电气或电磁表现 |
| 模拟数据 | 取值连续的数据，如语音、连续变化的图像亮度等 |
| 模拟信号 | 代表消息的参数取值连续的信号 |
| 基带信号 | 来自信源的基本频带信号，常含较多低频成分，甚至含直流成分 |
| 带通信号 | 用载波调制后形成的信号，频率范围搬移到较高频段，只在一段频率范围内通过信道 |
| 数字数据 | 取值离散的数据，如文本、整数、二进制比特序列等 |
| 数字信号 | 代表消息的参数取值离散的信号 |
| 码元 | 用时域波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形 |
| 单工通信 | 只能有一个方向的通信，没有反方向交互 |
| 半双工通信 | 双方都可以发送和接收，但不能同时发送 |
| 全双工通信 | 双方可以同时发送和接收信息 |
| 串行传输 | 比特按时间顺序一个接一个发送，线路少，适合远距离传输 |
| 并行传输 | 多个比特在多条线中同时发送，短距离速度快，但线路多、同步要求高 |
2-05 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？
物理层主要确定与传输媒体接口有关的 4 个特性：
| 特性 | 内容 |
|---|---|
| 机械特性 | 指明接口接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等 |
| 电气特性 | 指明接口电缆各条线上出现的电压范围 |
| 功能特性 | 指明某条线上出现的某一电平电压的意义 |
| 过程特性 | 指明不同功能的各种可能事件出现的顺序 |
2-09 用香农公式计算信噪比变化。
香农公式：
text
C = W log2(1 + S/N)
S/N = 2^(C/W) - 1已知信道带宽 W = 3100 Hz，原最大信息传输速率 C1 = 35 kbit/s = 35000 bit/s。
先求原来的信噪比：
text
S/N_1 = 2^(35000/3100) - 1
≈ 2.50 x 10^3最大信息传输速率增加 60% 后：
text
C2 = 35000 x 1.6 = 56000 bit/s
S/N_2 = 2^(56000/3100) - 1
≈ 2.74 x 10^5因此，新的 S/N 应约为 2.74 x 10^5，约为原来的：
text
(2.74 x 10^5) / (2.50 x 10^3) ≈ 109.5 倍若在这个基础上再把 S/N 增大到 10 倍：
text
S/N_3 = 10 x S/N_2
C3 = 3100 log2(1 + S/N_3)
≈ 66298 bit/s
≈ 66.3 kbit/s若要在 56 kbit/s 基础上再增加 20%，需要：
text
56 x 1.2 = 67.2 kbit/s而 66.3 kbit/s < 67.2 kbit/s，所以不能再增加 20%，只能增加约 18.4%。
2-14 试写出下列英文缩写的全称，并进行简单解释。
| 缩写 | 英文全称 | 简单解释 |
|---|---|---|
| FDM | Frequency Division Multiplexing | 频分复用，把信道总带宽分成多个频带，所有用户同一时间占用不同频带 |
| FDMA | Frequency Division Multiple Access | 频分多址，让多个用户通过不同频带接入共享信道 |
| TDM | Time Division Multiplexing | 时分复用，把时间划分为周期性 TDM 帧，每个用户占用固定时隙 |
| TDMA | Time Division Multiple Access | 时分多址，让多个用户通过不同时隙接入共享信道 |
| STDM | Statistical Time Division Multiplexing | 统计时分复用，按需动态分配时隙，提高线路利用率 |
| WDM | Wavelength Division Multiplexing | 波分复用，在光纤中用不同波长的光载波同时传输多路信号，本质上是光纤中的频分复用 |
| DWDM | Dense Wavelength Division Multiplexing | 密集波分复用，用更密集的波长间隔在一根光纤中复用更多光载波 |
| CDMA | Code Division Multiple Access | 码分多址，各用户在同一时间、同一频带通信，用相互正交的码片序列区分 |
| SONET | Synchronous Optical Network | 同步光纤网，为光纤传输系统定义同步传输的线路速率等级结构 |
| SDH | Synchronous Digital Hierarchy | 同步数字系列，ITU-T 以 SONET 为基础制定的国际标准 |
| STM-1 | Synchronous Transfer Module level 1 | SDH 第 1 级同步传递模块，速率为 155.52 Mbit/s，相当于 SONET 的 OC-3 |
| OC-48 | Optical Carrier level 48 | SONET 第 48 级光载波，速率为 48 x 51.84 = 2488.32 Mbit/s，约 2.5 Gbit/s，对应 SDH 的 STM-16 |
第 3 章 数据链路层
3-03 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？
网络适配器也叫网卡，计算机通过适配器和局域网通信。它的主要作用包括：
- 在计算机内部的并行数据和局域网上的串行数据之间进行串行/并行转换。
- 对发送和接收的数据进行缓存。
- 配合操作系统中的设备驱动程序工作。
- 实现以太网协议，发送和接收以太网帧。
- 检查收到帧的 MAC 地址，只接收发往本站的单播帧、广播帧或相关多播帧。
网络适配器既涉及物理层，也涉及数据链路层；从以太网帧处理和 MAC 地址角度看，主要工作在数据链路层，同时也实现物理层的接口和信号收发功能。
3-04 数据链路层的三个基本问题为什么都必须加以解决？
数据链路层的三个基本问题是封装成帧、透明传输和差错检测，它们分别解决“边界、内容、错误”三个问题。
- 封装成帧必须解决：接收方需要知道一帧从哪里开始、到哪里结束，才能从连续比特流中取出完整的帧。
- 透明传输必须解决：数据字段中可能恰好出现与帧定界符相同的比特组合，如果不处理，接收方会误以为帧提前结束或开始，导致数据被错误解释。
- 差错检测必须解决：实际链路传输中可能发生比特差错，如
1变0或0变1。接收方需要检测出有差错的帧并丢弃，否则错误数据会继续向上层传递。
3-08 要发送的数据为 101110。采用 CRC 的生成多项式 P(X)=X^3+1。试求应添加在数据后面的余数。
生成多项式：
text
P(X) = X^3 + 1对应的二进制除数为：
text
P = 1001除数长度为 4 位，所以余数长度 n = 3 位。先在原数据后补 3 个 0：
text
M = 101110
2^3 M = 101110000用模 2 除法计算：
text
101110000 / 1001
余数 R = 011所以应添加在数据后面的 CRC 余数为：
text
011最终发送的数据为：
text
1011100113-18 试说明 10BASE-T 中的“10”“BASE”和“T”所代表的意思。
10BASE-T 是双绞线星形以太网的命名：
10：数据率为10 Mbit/s。BASE：基带传输，即链路上传送的是基带信号。T：Twisted Pair，表示传输媒体为双绞线。
3-27 有 10 个站连接到以太网上，计算每站所能得到的带宽。
(1) 10 个站都连接到一个 10 Mbit/s 以太网集线器
集线器工作在物理层，逻辑上仍是共享总线，所有站共享总带宽。
text
每站平均带宽 = 10 Mbit/s / 10 = 1 Mbit/s答案：每个站约 1 Mbit/s。
(2) 10 个站都连接到一个 100 Mbit/s 以太网集线器
同样是共享总线，只是总带宽变为 100 Mbit/s。
text
每站平均带宽 = 100 Mbit/s / 10 = 10 Mbit/s答案：每个站约 10 Mbit/s。
(3) 10 个站都连接到一个 10 Mbit/s 以太网交换机
交换机每个端口提供独立带宽，每个站独占一个 10 Mbit/s 端口，且交换机可同时连通多对接口。
答案：每个站可得到 10 Mbit/s。交换机总容量可看作：
text
10 Mbit/s x 10 = 100 Mbit/s3-33 以太网交换机自学习和转发表填写。
假定端口按题目叙述顺序编号：
text
1-A，2-B，3-C，4-D，5-E，6-路由器交换机开始时交换表为空。交换机处理帧的规则是：先根据源地址学习“源主机-进入端口”，再查目的地址；若目的地址未知，就向除进入端口外的所有端口泛洪；若目的地址已知，就只向对应端口转发。
| 动作 | 交换表的状态 | 向哪些端口转发帧 | 说明 |
|---|---|---|---|
| A 发送帧给 D | A -> 1 | 2、3、4、5、6 | 收到帧后学习到 A 在端口 1；目的 D 未知，因此向除端口 1 外的所有端口泛洪 |
| D 发送帧给 A | A -> 1；D -> 4 | 1 | 学习到 D 在端口 4；目的 A 已知在端口 1，因此只转发给 A |
| E 发送帧给 A | A -> 1；D -> 4；E -> 5 | 1 | 学习到 E 在端口 5；目的 A 已知在端口 1，因此只转发给 A |
| A 发送帧给 E | A -> 1；D -> 4；E -> 5 | 5 | A 的表项已存在，可刷新有效时间；目的 E 已知在端口 5，因此只转发给 E |
补充：B 和路由器没有发送过帧，所以交换机还没有学习到它们对应的表项。
第 4 章 网络层
4-03 作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
| 中间设备 | 工作层次 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 转发器/中继器 | 物理层 | 转发比特、再生信号，扩大物理传输距离；不识别帧、MAC 地址或 IP 地址 |
| 网桥/桥接器 | 数据链路层 | 按 MAC 地址转发帧，连接局域网网段，过滤不需要转发的帧 |
| 路由器 | 网络层 | 按 IP 地址和路由表转发 IP 数据报，连接不同网络，是互联网网络互连的主要设备 |
| 网关 | 网络层以上 | 用于不同协议体系或高层协议之间的转换；历史上有些 TCP/IP 文献也把路由器称为网关 |
补充：用转发器或网桥连接起来的若干局域网通常仍看作一个网络；用路由器连接的网络才通常称为网络互连。
4-07 试说明 IP 地址与 MAC 地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？
| 比较项 | IP 地址 | MAC 地址 |
|---|---|---|
| 所属层次 | 网络层 | 数据链路层 |
| 地址性质 | 逻辑地址，和网络前缀、主机/接口所在网络有关 | 硬件地址，通常固化在网络适配器中 |
| 作用范围 | 用于跨网络、端到端寻找目的网络和目的主机接口 | 用于同一链路或局域网内直接交付帧 |
| 转发过程中是否变化 | 一个 IP 数据报的源 IP 和目的 IP 通常不变 | 每经过一跳链路，帧首部中的源 MAC 和目的 MAC 都会改变 |
| 典型长度 | IPv4 为 32 位 | 以太网 MAC 地址为 48 位 |
为什么要两种地址：
- IP 地址解决“目的主机在哪个网络、如何跨网络路由”的问题。
- MAC 地址解决“在当前这条链路上，下一跳设备是哪一个网卡”的问题。
- 互联网由许多异构网络组成，网络层用统一的 IP 地址进行路由，链路层则用各自网络的硬件地址完成本链路交付。
- ARP 的作用就是在同一链路内根据下一跳 IP 地址找出对应的 MAC 地址。
4-18 根据转发表计算下一跳。
路由表：
| 前缀匹配 | 下一跳 |
|---|---|
192.4.153.0/26 | R_3 |
128.96.39.0/25 | 接口 m0 |
128.96.39.128/25 | 接口 m1 |
128.96.40.0/25 | R_2 |
* 默认 | R_4 |
采用最长前缀匹配：
| 目的地址 | 匹配情况 | 下一跳 |
|---|---|---|
128.96.39.10 | 属于 128.96.39.0/25，范围 128.96.39.0-128.96.39.127 | 接口 m0 |
128.96.40.12 | 属于 128.96.40.0/25，范围 128.96.40.0-128.96.40.127 | R_2 |
128.96.40.151 | 不属于 128.96.40.0/25，只能匹配默认项 | R_4 |
192.4.153.17 | 属于 192.4.153.0/26，范围 192.4.153.0-192.4.153.63 | R_3 |
192.4.153.90 | 不属于 192.4.153.0/26，只能匹配默认项 | R_4 |
4-19 某单位分配到地址块 129.250/16，有 4000 台计算机，平均分布在 16 个地点。给每个地点分配地址块。
每个地点平均有：
text
4000 / 16 = 250 台计算机每个地点至少需要 250 个主机地址。/24 地址块共有 256 个地址，通常可用主机地址为 254 个，能够满足每个地点的需求。因此可为 16 个地点各分配一个 /24 地址块。下面是一种紧凑分配方案：
| 地点 | 地址块 | 最小地址 | 最大地址 | 通常可用主机地址范围 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 129.250.0.0/24 | 129.250.0.0 | 129.250.0.255 | 129.250.0.1-129.250.0.254 |
| 2 | 129.250.1.0/24 | 129.250.1.0 | 129.250.1.255 | 129.250.1.1-129.250.1.254 |
| 3 | 129.250.2.0/24 | 129.250.2.0 | 129.250.2.255 | 129.250.2.1-129.250.2.254 |
| 4 | 129.250.3.0/24 | 129.250.3.0 | 129.250.3.255 | 129.250.3.1-129.250.3.254 |
| 5 | 129.250.4.0/24 | 129.250.4.0 | 129.250.4.255 | 129.250.4.1-129.250.4.254 |
| 6 | 129.250.5.0/24 | 129.250.5.0 | 129.250.5.255 | 129.250.5.1-129.250.5.254 |
| 7 | 129.250.6.0/24 | 129.250.6.0 | 129.250.6.255 | 129.250.6.1-129.250.6.254 |
| 8 | 129.250.7.0/24 | 129.250.7.0 | 129.250.7.255 | 129.250.7.1-129.250.7.254 |
| 9 | 129.250.8.0/24 | 129.250.8.0 | 129.250.8.255 | 129.250.8.1-129.250.8.254 |
| 10 | 129.250.9.0/24 | 129.250.9.0 | 129.250.9.255 | 129.250.9.1-129.250.9.254 |
| 11 | 129.250.10.0/24 | 129.250.10.0 | 129.250.10.255 | 129.250.10.1-129.250.10.254 |
| 12 | 129.250.11.0/24 | 129.250.11.0 | 129.250.11.255 | 129.250.11.1-129.250.11.254 |
| 13 | 129.250.12.0/24 | 129.250.12.0 | 129.250.12.255 | 129.250.12.1-129.250.12.254 |
| 14 | 129.250.13.0/24 | 129.250.13.0 | 129.250.13.255 | 129.250.13.1-129.250.13.254 |
| 15 | 129.250.14.0/24 | 129.250.14.0 | 129.250.14.255 | 129.250.14.1-129.250.14.254 |
| 16 | 129.250.15.0/24 | 129.250.15.0 | 129.250.15.255 | 129.250.15.1-129.250.15.254 |
说明：这只是可行方案之一，并没有要求必须用完整个 129.250.0.0/16 地址块。
4-20 长度为 4000 字节的 IP 数据报经过 MTU 为 1500 字节的网络，如何分片？
固定首部长度为 20 字节。
text
原数据报总长度 = 4000 B
原数据部分长度 = 4000 - 20 = 3980 B
每片最大总长度 = 1500 B
每片最大数据字段长度 = 1500 - 20 = 1480 B除最后一片外，数据字段长度必须是 8 字节的整数倍。1480 可以被 8 整除。
text
3980 = 1480 + 1480 + 1020因此划分为 3 个数据报片：
| 片号 | 数据字段长度 | 总长度 | 片偏移字段 | MF |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1480 B | 1500 B | 0 | 1 |
| 2 | 1480 B | 1500 B | 185 | 1 |
| 3 | 1020 B | 1040 B | 370 | 0 |
片偏移单位是 8 字节，所以：
text
第 2 片偏移 = 1480 / 8 = 185
第 3 片偏移 = (1480 + 1480) / 8 = 3704-27 以下地址中的哪一个和 86.32/12 匹配？
86.32/12 可写作 86.32.0.0/12，掩码为 255.240.0.0。前 12 位固定，即：
- 第 1 字节必须是
86。 - 第 2 字节的前 4 位必须和
32相同。
32 的二进制是 0010 0000，所以第 2 字节范围是：
text
0010 0000 到 0010 1111
= 32 到 47即地址块范围为：
text
86.32.0.0 - 86.47.255.255逐个判断：
| 地址 | 是否匹配 | 理由 |
|---|---|---|
86.33.224.123 | 匹配 | 第二字节 33 在 32-47 内 |
86.79.65.216 | 不匹配 | 第二字节 79 不在 32-47 内 |
86.58.119.74 | 不匹配 | 第二字节 58 不在 32-47 内 |
86.68.206.154 | 不匹配 | 第二字节 68 不在 32-47 内 |
答案：只有 (1) 86.33.224.123 匹配。
4-30 与下列掩码相对应的网络前缀各有多少位？
把掩码写成二进制后，连续 1 的个数就是网络前缀长度。
| 掩码 | 二进制开头 | 前缀长度 |
|---|---|---|
192.0.0.0 | 11000000.00000000.00000000.00000000 | /2 |
240.0.0.0 | 11110000.00000000.00000000.00000000 | /4 |
255.224.0.0 | 11111111.11100000.00000000.00000000 | /11 |
255.255.255.252 | 11111111.11111111.11111111.11111100 | /30 |
4-47 地址块 14.24.74.0/24 分配给三个子网。
需求：
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N1: 120 个地址 -> 需要 128 地址块 -> /25
N2: 60 个地址 -> 需要 64 地址块 -> /26
N3: 10 个地址 -> 需要 16 地址块 -> /28按从大到小分配，一种方案如下：
| 子网 | 需求 | 分配地址块 | 最小地址 | 最大地址 | 通常可用主机地址范围 |
|---|---|---|---|---|---|
| N1 | 120 | 14.24.74.0/25 | 14.24.74.0 | 14.24.74.127 | 14.24.74.1-14.24.74.126 |
| N2 | 60 | 14.24.74.128/26 | 14.24.74.128 | 14.24.74.191 | 14.24.74.129-14.24.74.190 |
| N3 | 10 | 14.24.74.192/28 | 14.24.74.192 | 14.24.74.207 | 14.24.74.193-14.24.74.206 |
剩余未分配地址范围：
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14.24.74.208 - 14.24.74.255第 5 章 运输层
5-03 当应用程序使用面向连接的 TCP 和无连接的 IP 时，这种传输是面向连接的还是无连接的？
从应用程序看到的运输层服务来说，这种传输是面向连接的。
原因是：TCP 在无连接、不可靠的 IP 数据报服务之上，向应用层提供了面向连接、可靠、全双工的逻辑通信信道。虽然底层每个 IP 数据报仍然是独立转发、无连接的，但应用程序使用的是 TCP 服务，所以应认为它使用的是面向连接的传输。
5-04 试画图解释运输层的复用。
运输层复用是指：发送方多个应用进程的数据，交给 TCP 或 UDP 后，通过端口号区分不同应用，再封装进 IP 数据报发送；接收方再根据协议字段和端口号分用给正确的应用进程。
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flowchart TD
A1["应用进程 A<br/>端口 p1"] --> T["运输层 TCP/UDP<br/>加源端口和目的端口"]
A2["应用进程 B<br/>端口 p2"] --> T
A3["应用进程 C<br/>端口 p3"] --> T
T --> S1["TCP 报文段<br/>或 UDP 用户数据报"]
S1 --> IP["网络层 IP<br/>封装成 IP 数据报"]
IP --> N["互联网传输"]
N --> IP2["目的主机 IP 层<br/>按协议字段交给 TCP/UDP"]
IP2 --> T2["运输层分用<br/>按目的端口交付"]
T2 --> B1["对应应用进程"]可以把发送端的封装关系记成：
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应用层报文
-> TCP 报文段 / UDP 用户数据报
-> IP 数据报
-> 数据链路层帧5-05 试举例说明有些应用程序愿意采用不可靠的 UDP，而不愿意采用可靠的 TCP。
例子：
- 实时语音、IP 电话、视频会议、直播等实时多媒体应用。
- DNS 查询、DHCP、RIP、SNMP、TFTP 等请求/响应或小报文应用。
- 多播或广播应用。
原因：
- UDP 不需要先建立连接，减少了连接建立时延。
- UDP 首部只有 8 字节，开销小。
- UDP 没有拥塞控制，发送速率不会因为网络拥塞机制自动降低，这对某些实时应用很重要。
- 实时音视频通常更怕“迟到”而不是“少量丢失”。丢失一点语音或视频数据可以用应用层办法掩盖，但 TCP 重传可能带来明显延迟。
- 有些应用本身很简单，可以由应用层自己决定是否重传，例如 DNS 查询超时后重新查询。
5-09 端口的作用是什么？为什么端口号要划分为三种？
端口的作用：在运输层标识应用层的不同服务或通信终点，使运输层能把收到的数据交给正确的应用进程。网络层 IP 地址只能把分组送到某台主机，端口号进一步指出应交给主机中的哪个应用服务。
不直接用操作系统中的进程号，是因为不同主机、不同操作系统使用的进程标识方式不同，而且进程会动态创建和撤销。端口号提供了统一的、与具体操作系统无关的标识方法。
端口号分为三类：
| 类型 | 范围 | 作用 |
|---|---|---|
| 熟知端口 | 0-1023 | 分配给常用标准服务，客户端可以固定找到这些服务，如 HTTP 80、DNS 53 |
| 登记端口 | 1024-49151 | 给没有熟知端口的应用使用，需要登记，避免端口冲突 |
| 短暂端口/临时端口 | 49152-65535 | 客户进程临时使用，通信结束后可释放给其他客户进程使用 |
5-23 TCP 序号和确认号计算。
已知主机 A 向主机 B 连续发送两个 TCP 报文段：
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第一个报文段序号 seq = 70
第二个报文段序号 seq = 100TCP 的序号是本报文段数据第一个字节的序号；确认号表示接收方期望收到的下一个字节序号。
(1) 第一个报文段携带了多少字节的数据？
第二个报文段从序号 100 开始，因此第一个报文段的数据范围是：
text
70 - 99所以第一个报文段携带：
text
100 - 70 = 30 字节答案：30 字节。
(2) 主机 B 收到第一个报文段后发回确认，确认号应是多少？
B 收到第一个报文段后，已经收到字节 70-99，下一个期望收到的字节序号是 100。
答案：确认号为 100。
(3) 如果 B 收到第二个报文段后发回的确认号是 180，第二个报文段的数据有多少字节？
第二个报文段从序号 100 开始。确认号 180 表示 B 已经收到到 179 为止的所有字节，下一字节期待 180。
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第二个报文段数据长度 = 180 - 100 = 80 字节答案：80 字节。
(4) 如果第一个报文段丢失，但第二个报文段到达 B，B 发送的确认号应为多少？
TCP 使用累积确认。虽然第二个报文段到达了，但 B 还缺少从 70 开始的数据，因此仍然期待收到字节 70。
答案：确认号应为 70。