计算机网络自顶向下方法 习题参考答案 第一章

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复习题：

R1.

没有什么不同。PC、服务器、手机等。Web服务器是端系统。

R2.

Protocol is commonly described as a set of international courtesy rules. These well-established and time-honored rules have made it easier for nations and people to live and work together. Part of protocol has always been the acknowledgment of the hierarchical standing of all present. Protocol rules are based on the principles of civility.—Dr. P.M. Forni on behalf of the International Association of Protocol Consultants and Officers.

R3.

协议如果没有标准就无法创建一个可以互动的网络系统

R4.

住宅接入：DSL、电缆、FTTH、卫星、拨号接入、以太网、WiFi等
公司接入：以太网、WiFi等
广域无线接入：3G、4G、LTE等

R5.

HFC是用户间共享的。在下行 HFC 信道中，所有的数据包都是从一个来源发出的，即头端，因此没有碰撞。

R6.

DSL、电缆、FTTH、拨号接入、以太网、WiFi等
电信的光纤到户：

联通的：

R7.

从10Mbps，100Mbps，1Gbps到 10Gbps

R8.

双绞铜线，光纤

R9.

拨号调制解调器：最高速度为 56 Kbps，专用的
HFC：高达 42.8 Mbps 下行速率和高达 30.7 Mbps 的上行速率，共享的
DSL：最高 24 Mbps 下行速率和最高 2.5 Mbps 上行速率，专用的
FTTH: 最高 4Mbps 上行，100Mbps 下行速率，专用的

R10.

WiFi 和 4G。
WIFI 是短距离的高速无线网络传输，可不用手机卡。它的使用有一定的距离范围，比如距离发射地点不能超过几十米等，距离过远信号就会不稳，甚至连接不上。
4G 可以认为是远距离的高速网络，它是2G、3G后的新一代产物，但手机必须插上手机卡(此卡需支持4G)且无欠费才能正常使用。4G的网络传输速度很快，所以使用时最好包月，否则话费较高。

R11.

在 t0 时刻，发送端开始传输，因为没有传输延迟，当 t 1 = L / R 1 t1 = L/R1 t1=L/R1，交换机接收到整个分组，并开始传输分组到接收端，当 t 2 = t 1 + L / R 2 t2 = t1 + L/R2 t2=t1+L/R2 时，接收端接收到整个分组。因此总的端到端延迟为 L / R 1 + L / R 2 L/R1 + L/R2 L/R1+L/R2

R12.

电路交换网络为连接方预留了宽带，能确保维持一个恒定的传输速率。而目前的大多数分组交换网络不能做任何的端到端的带宽保证。
传统模拟 FDM 信号，如果要分离出每个不同的单独信号，需要多个滤波器，才能实现。

R13.

a.
很明显两个用户
b.
因为可用的共享带宽为 2Mbps，而当两个或更少用户同时传输时，所需要的最高传输速度为 2Mbps，因此没有排队时延。三个用户时需要的带宽为 3Mbps，比可用带宽大，因此会有排队时延
c.
20%
d.
0.2^3 = 0.008
因此时间比率为 0.008

R14.

对等可以减少费用。
IXP 通过向每一个连接到 IXP 的 ISP 收取相对较少的费用来获得它的收入，这可能取决于从 IXP 发送或接收的流量的数量。

R15.

谷歌的专用网络将它自己的数据中心连接到一起。在其数据中心之间的流量通过其专用网络传输，而不是公共网络。许多数据中心位于或者靠近低层的 ISP。因此当谷歌向用户传输数据时，它总是会绕开高层 ISP。
动机是什么呢？第一，因为它使用了较少的中间 ISP，内容提供商可以更好地控制用户体验。第二，通过传输更少的流量来省钱。

R16.

处理时延，排队时延，传输时延，传播时延。
除了排队时延之外都是固定的。

R17.

可能有多种组合
a.
10 km, 100 Nbps, 100 Bytes
b.
10 km, 512 kps, 100 Bytes

R18.

0.01s, d/s, 没有关系

R19.

a.
min(R1, R2, R3) = R1 = 500 kbps
b.
4MB / 500kbps = 4 * 10^6 * 8 byte / 500kbps = 64s
c.
100 kbps; 320s

R20.

端系统 A 将文件划分成数据块，并添加首部信息，其中就包括了目的地址的 IP，因此生成了许多的分组。
分组交换机使用目的地址 IP 来将分组发到特定的链路上。
这就跟行车时问路类似。

R21.

最大的发送速率 500 packet/s，最小的传输速率 350 packet/s，流量强度 500 / 350 = 1.43 > 1 500/350 = 1.43 > 1 500/350=1.43>1。
第一次测试丢包大概 8.6ms，第二次大概 9.7ms，每次都不相同，是因为发送数据包有随机性

R22.

差错控制error control，流量控制flow control，多路复用/分解multiplexing/demultiplexing，报文分段segmentation，重新装配reassembly，连接建立connection setup。
这些任务可能由多个层次执行可能，比如差错控制。

R23.

应用层，运输层，网络层，链路层，物理层；在 1.5.1 节中有。

R24.

应用层报文是应用想要发送的数据，每经一层都会进行封装。

R25.

路由器处理网络层、链路层、物理层，链路层（现代的路由器有可能会担当防火墙或缓存，因此可能会处理运输层）。交换机处理链路层。主机处理所有五个层次。

R26.

病毒是需要用户交互来感染用户设备的恶意软件；蠕虫无需用户交互。

R27.

攻击者通过各种途径传播僵尸程序感染互联网上的大量主机，而被感染的主机将通过一个控制信道接收攻击者的指令，在控制者和被感染主机之间所形成的一个可一对多控制的网络，这被称为僵尸网络。因此控制者可以控制大量主机用来发动 DDos 攻击。

R28.

Trudy 可以查看 Alice 与 Bob 之间秘密，还可以扮演其中一个人，甚至两个人。

习题:

P1.

                                                成功操作
                  自动柜员机                                             中央计算机
登录(卡号密码) |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 验证成功
查询余额           |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 返回余额
取款                  |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 确认取款
退卡                  |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 确认退卡

                                                不成功操作
                  自动柜员机                                             中央计算机
登录(卡号密码) |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 验证成功
查询余额           |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 返回余额
取款                  |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 取款失败
退卡                  |>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>|
                          |                                                  |
                          |<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<| 确认退卡

P2.

( N + P − 1 ) L / R (N + P - 1)L/R (N+P−1)L/R

共 N 段链路，可以给包括源、目的地的地点编号 1 2 … N+1；
当 t1 = NL/R：
分组 1 到达地点 N+1，分组 2 到达 N，以此类推，分组 P 到达地点 N-P+2；
从地点 N-P+2 到地点 N+1，花费时间（代入公式 1-1） t2 = (N + 1 - (N - P + 2)) L / R = (P - 1)L/R
因此 t = t1 + t2 = (N + P - 1)L/R

P3.

a.
电路交换网，因为应用将以稳定速率，持续长时间运行，因此可以为其保留带宽。

b.
不需要，传输速率总和小于链路容量。

P4.

a.
比如：
A 到 B ：4 条
B 到 C ：4 条
C 到 D ：4 条
D 到 A ：4 条
这 16 条可以同时连接。

b.
A 到 B ：4 条
B 到 C ：4 条
最多 8 条。

c.
可以。
A 到 B ：2 条
B 到 A ：2 条
A 到 D ：2 条
B 到 C ：2 条

P5.

a.
收费站将整个车队推向公路的时间为 d1 = 2min；
两收费站之间距离 75 km，从一个收费站到另一个的时间 d2 = 0.75 h
总时间 d = 3d1 + 2d2 = 96min

b.
d1’ = 8辆 / 5辆/min = 1.6min
d’ = 3d1’ + 2d2 = 94.8min

P6.

a.
d p r o p = m / s dprop = m/s dprop=m/s

b.
d t r a n s = L / R dtrans = L/R dtrans=L/R

c.
d e 2 e = d p r o p + d t r a n s = m / s + L / R de2e = dprop + dtrans = m/s + L/R de2e=dprop+dtrans=m/s+L/R

d.
刚刚离开 A

e.
在链路上

f.
已经到达 B

g.
dprop = dtrans
m/s = L/R
m = Ls/R = 120b * (2.5 *10^8)m/s / 56kbps = (5.36 * 10^5)m

P7.

主机 A 产生 56 字节的分组需要 = 56 * 8b / 64kbps = 7ms
传输时延 = 56 * 8b / 2Mbps = 0.224ms
总时间 = 7ms + 10ms + 0.224ms = 17.224ms

P8.

a.
3Mbps/150kbps = 20

b.
p = 0.1

c.
( 120 n ) p n ( 1 − p ) 120 − n \binom{120}{n}p^{n}(1-p)^{120-n} (n120​)pn(1−p)120−n

d.
1 − ∑ n = 0 20 ( 120 n ) p n ( 1 − p ) 120 − n 1-\sum_{n=0}^{20}{\binom{120}{n}p^{n}(1-p)^{120-n}} 1−∑n=020​(n120​)pn(1−p)120−n

根据中心极限定理：
令 X j X_j Xj​ 为独立随机变量 P ( X j = 1 ) = p P(X_j = 1) = p P(Xj​=1)=p ；
P ( 21 或 更 多 用 户 ) = 1 − P ( ∑ i = 1 120 X i ≤ 21 ) P(21或更多用户) = 1 - P(\sum_{i=1}^{120}{X_i} \leq 21) P(21或更多用户)=1−P(∑i=1120​Xi​≤21)
P ( ∑ i = 1 120 X i ≤ 21 ) = P ( ∑ i = 1 120 X i ≤ 12 120 ∗ 0.1 ∗ 0.9 ≤ 9 120 ∗ 0.1 ∗ 0.9 ) ≈ P ( Z ≤ 9 3.286 ) = P ( Z ≤ 2.74 ) = 0.997 P(\sum_{i=1}^{120}{X_i} \leq 21) = P(\frac{\sum_{i=1}^{120}{X_i} \leq 12}{\sqrt{120*0.1*0.9}} \leq \frac{9}{\sqrt{120*0.1*0.9}} ) \approx P(Z \leq \frac{9}{3.286}) = P(Z \leq 2.74) = 0.997 P(∑i=1120​Xi​≤21)=P(120∗0.1∗0.9 ​∑i=1120​Xi​≤12​≤120∗0.1∗0.9 ​9​)≈P(Z≤3.2869​)=P(Z≤2.74)=0.997
因此 P ( 21 或 更 多 用 户 ) ≈ 0.003 P(21或更多用户) \approx 0.003 P(21或更多用户)≈0.003

P9.

a.
N = 1 G b p s 100 k b p s = 1 0 4 N = \frac{1Gbps}{100kbps} = 10^4 N=100kbps1Gbps​=104

b.
∑ n = N + 1 M ( M n ) p n ( 1 − p ) M − n \sum_{n=N+1}^{M}{\binom{M}{n}p^n (1-p)^{M-n}} ∑n=N+1M​(nM​)pn(1−p)M−n

P10.

D t r a n s = L / R 1 + L / R 2 + L / R 3 Dtrans = L/R1 + L/R2 + L/R3 Dtrans=L/R1+L/R2+L/R3
D p r o p = d 1 / s 1 + d 2 / s 2 + d 3 / s 3 Dprop = d1/s1 + d2/s2 + d3/s3 Dprop=d1/s1+d2/s2+d3/s3
D p r o p = 2 ∗ d p r o c Dprop = 2*dproc Dprop=2∗dproc
D = D t r a n s + D p r o p + D p r o c D = Dtrans + Dprop + Dproc D=Dtrans+Dprop+Dproc
D = 6 + 6 + 6 + 20 + 16 + 4 + 3 + 3 = 64 m s D = 6 + 6 + 6 + 20 + 16 + 4 + 3 + 3 = 64ms D=6+6+6+20+16+4+3+3=64ms

P11.

D = D p r o p + L / R = 20 + 16 + 4 + 6 = 46 m s D = Dprop + L/R = 20 + 16 + 4 + 6 = 46ms D=Dprop+L/R=20+16+4+6=46ms

P12.

有一个完整分组的排队时延为 1500 ∗ 8 b 2 M b p s = 0.6 m s \frac{1500 * 8b}{2Mbps} = 0.6ms 2Mbps1500∗8b​=0.6ms
4.5个分组的总排队时延为 4.5 ∗ 0.6 m s = 2.7 m s 4.5 * 0.6ms = 2.7ms 4.5∗0.6ms=2.7ms

一般情况：
L n R + L − x R \frac{Ln}{R} + \frac{L-x}{R} RLn​+RL−x​

P13.

a.
第一个分组的排队时延为 0, 第二个 L/R, 第三个 2L/R，第N个 (N-1)L/R
因此平均排队时延为 (L/R + 2L/R + … + (N-1)L/R) / N = (N-1)L/2R

b.
当下一批 N 个分组到达时，上一批已经传完，因此平均排队时延为 (N-1)L/2R

P14.

a.
IL/R(1-I) + L/R = L/R(1-I)

b.
以 L/R 为函数：
令 x = L/R： L/R(1-I) = x/(1-ax)
函数经过原点，在 x = 1/a 处趋于无穷

P15.

μ = R/L 所以 L / R(1-I) = 1 / μ-a

P16.

N = 10 + 1 = 11个分组
d = 10ms + 1/100s = 0.02s
a = N/d = 11/0.02 = 550分组/s

P17.

a
设有 N - 1 台路由器，则 d e 2 e = ∑ i = 1 N d p r o c i + d p r o p i + d t r a n s i d_{e2e} = \sum_{i=1}^{N}{d_{proc}^i + d_{prop}^i + d_{trans}^i} de2e​=∑i=1N​dproci​+dpropi​+dtransi​

b.
d e 2 e = ∑ i = 1 N d p r o c i + d p r o p i + d t r a n s i + d q u e u e i d_{e2e} = \sum_{i=1}^{N}{d_{proc}^i + d_{prop}^i + d_{trans}^i + d_{queue}^i} de2e​=∑i=1N​dproci​+dpropi​+dtransi​+dqueuei​

P18.

略

P19.

略

P20.

min{Rs, Rc, R/M}

P21.

仅使用一条：
m a x { m i n { R 1 1 , R 2 1 , . . . , R N 1 } , m i n { R 1 2 , R 2 2 , . . . , R N 2 } , . . . m i n { R 1 M , R 2 M , . . . , R N M } } max\{min\{R_{1}^{1}, R_{2}^{1}, ... ,R_{N}^{1}\}, min\{R_{1}^{2}, R_{2}^{2}, ... ,R_{N}^{2}\}, ... min\{R_{1}^{M}, R_{2}^{M}, ... ,R_{N}^{M}\}\} max{min{R11​,R21​,...,RN1​},min{R12​,R22​,...,RN2​},...min{R1M​,R2M​,...,RNM​}}

使用 M 条：
∑ k = 1 M m i n { R 1 k , R 2 k , . . . , R N k } \sum_{k = 1}^{M}{min\{R_{1}^{k}, R_{2}^{k}, ... ,R_{N}^{k}\}} ∑k=1M​min{R1k​,R2k​,...,RNk​}

P22.

不丢包概率为 1 - p， N 个路由器， 因此总的不丢包概率 ( 1 − p ) N (1-p)^N (1−p)N
一个分组被接收所需要的平均次数为 1 ( 1 − p ) N \frac{1}{(1-p)^N} (1−p)N1​，因此重传次数为 1 ( 1 − p ) N − 1 \frac{1}{(1-p)^N} - 1 (1−p)N1​−1

P23.

a.
L/Rs

b.
可能，因为第二个分组 (用 P2 表示) 可能在第一个分组 (P1) 被推出之前到达；

P1 被完全推出的时间 t1 = L/Rs + L/Rc + dprop
P2 到达路由器的时间 t2 = 2L/Rs + dprop + T
要求 t2 > t1:
                  即 T > L/Rc - L/Rs；
因此 T 至少是 L/Rc - L/Rs

P24.

t = 40 * 10^12 * 8b / 100Mbps = 3.2 * 10^6 s = 888h = 37 天
所以使用 FedEx

P25.

a.
tprop = 20000km / 2.5*10^8m/s = 0.08s
R * tprop = 1.6 * 10^5 b

b.
1.6 * 10^5 b

c.
链路上的最大比特数量

d.
20000km / 1.6*10^5 = 125m
这比足球场长(正规足球场场地：长105米、宽68米)

e.
s/R

P26.

s/R = 20000km
R = 12.5Mbps

P27.

a.
R * dprop = 8 * 10^7 b

b.
8 * 10^7 b 是 不对 的，因为文件为 8 * 10^5 b，因此为 8 * 10^5 b

c.
s/R = 0.25m

P28.

a.
ttrans + tprop = 0.48s

b.
20 * (ttrans’ + tprop) = 20 * (0.02 + 0.08)s = 2s

c
(b)花的时间更长

P29.

a.
dprop = 36000km / (2.4 * 10^8) = 0.15s

b.
R * dprop = 10Mbps * 0.15s = 1.5 * 10^6 b

c.
60s * 10Mbps = 6 * 10^8 b

P30.

有，略

P31.

a.
8 * 10^6 / 2Mbps = 4s
3 * 4s= 12s

b.
1 * 10^4 b / 2Mbps = 5 * 10^(-3)s
5 * 10^(-3)s
5 * 10^(-3)s
2 * 5 * 10^(-3)s = 10^(-2)s

c.
(800 + 3 - 1) * 0.5 * 10^(-2) = 4.01s
比 (a) 快非常多

d.
便于检测错误并重传；不分段的大包容易使路由器缓存不足导致丢包；

e.
分组需要排序；需加上首部信息；

P32.

略

P33.

D = (3 + F/S - 1) * (80 + R) /R = (2 + F/S)(80 + S) / R
d d S D = 0 \frac{d}{dS}D=0 dSd​D=0 因此 S = 40 F S = \sqrt{40F} S=40F ​

P34.

略

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