计算机网络第五章课后题答案

对于面向连接服务，在分组交付时是否会发生错序？

考点：网络层的数据包处理

答：可能发生错序。面向连接的服务一般不会发生错序。当有特殊包，如异常事件应该优先处理，不排队不按照顺序交付。
考虑书图 5.12(a)中的子网。该子网使用了距离矢量路由算法，路由器 C 刚刚收到了下列矢量：来自 B 的矢量为（5, 0, 8, 12, 6, 2）、来自 D 的矢量为（16，12，6，0，9，10）、来自 E 的矢量为（7，6，3，9，0，4）。经测量，C 到 B、D 和 E 的延迟分别为 6、3 和 5。请问 C 的新路由表将会怎么样？请给出将使用的输出线路以及预期延迟。

考点：距离矢量路由算法

答：根据题意，C测取相邻结点的时延 dBC=6，dCD=3，dCE=5d_{BC}=6，d_{CD}=3，d_{CE}=5dBC=6，dCD=3，dCE=5
求 dACd_{AC}dAC 和 sACs_{AC}sAC：

dAB+dBC=5+6=11d_{AB}+d_{BC}=5+6=11dAB+dBC=5+6=11

dAD+dDC=16+3=19d_{AD}+d_{DC}=16+3=19dAD+dDC=16+3=19

dAE+dEC=7+5=12d_{AE}+d_{EC}=7+5=12dAE+dEC=7+5=12

则 dAC=11，且sAC=Bd_{AC}=11，且 s_{AC}=BdAC=11，且sAC=B。
同理得到其他表项，如 dBC=6d_{BC}=6dBC=6，且 sBC=Cs_{BC}=CsBC=C
最终 C 的路由表为：

目的站	延迟	下一站
A	11	B
B	6	C
C	0	-
D	3	C
E	5	C
F	8	B

对于 4800 台路由器的网络采用三层分级路由，请问应该选择多大的区域和群才可以将路由表的尺寸降低到最小？假设将 k 台路由器构成一个区域，k 个区域构成一个群，并且总共有 k 个群，这样的方案接近于最优的方案。这意味着 k 大约是 4800 的立方根（约等于 16）。请试验所有这三个参数在 16 附近的各种组合。

考点：分级路由

答：最佳方案是 4800=15×16×204800=15×16×204800=15×16×20，此时路由表尺寸最小，路由表表项为 14+15+20=4914+15+20=4914+15+20=49。也可选择 20×16×1520×16×1520×16×15，总表项长度一样，为 49。同理，共 6 种组合。
一个数据报子网允许路由器在必要的时候丢弃分组。一台路由器丢弃一个分组的概率为 p。请考虑这样的情形：源主机连接到源路由器，源路由器连接到目的路由器，然后目的路由器连接到目的主机。如果任一台路由器丢掉了一个分组，则源主机最终会超时，然后再重试发送。如果主机至路由器以及路由器至路由器之间的线路都计为一跳，那么：
(a)一个分组每次传输中的平均跳数是多少？
(b)一个分组的平均传输次数是多少？
(c )每个接收到的分组平均要求多少跳？

考点：平均概率计算

答：拓扑连接图为 S-R1-R2-D
（a）数据可能的跳数为：1、2、3。1、2、3跳的概率分别为：p，(1−p)p，(1−p)2p，(1-p)p，(1-p)^2p，(1−p)p，(1−p)2。则每次传输的平均跳数=p+2(1−p)p+3(1−p)2=p2−3p+3=p+2(1-p)p+3(1-p)^2=p^2-3p+3=p+2(1−p)p+3(1−p)2=p2−3p+3.
（b）数据1次发送成功的概率=(1−p)2=(1-p)^2=(1−p)2（设为A），则1次发送不成功的概率为 1-A。则数据发送的次数=∑k=1∞k(1−A)k−1A=1(1−p)2=∑_{k=1}^∞k(1-A)^{k-1} A=\frac{1}{(1-p)^2}=∑k=1∞k(1−A)k−1A=(1−p)21
（c）每个分组的平均跳数=平均传输次数×平均传输跳数=p2−3p+3=\frac{p^2-3p+3}{}=p2−3p+3
描述显示拥塞通知 (ECN) 和随机早期检测（RED）方法的两个主要区别。

考点：ECN 和 RED 拥塞控制策略

答：：①ECN 通过在 IP 包中设定警告位，显式发送拥塞通知给源主机；而 RED 通过丢弃数据包来隐式通知源主机发生拥塞。
②ECN 只在路由器的空间耗尽时丢弃数据包；RED 则是在剩余缓存达到临界值，提前预测拥塞进行调整。
最大分组长度为 1000 字节，令牌桶速率为每秒 10MB，令牌桶的大小为 1M 字节，最大传输速率为每秒 50MB，请问以最大速度传输的突发数据会持续多长时间？

考点：令牌桶的计算

答：持续时间 s=1MB50−10MB/s=25mss=\frac{1MB}{50-10MB/s}=25mss=50−10MB/s1MB=25ms
假定主机 A 连接到路由器 R1，R1 连接到路由器 R2，R2 连接到主机 B。主机 A 向B 发送了一条包含 20 字节段头和 900 字节数据的 TCP 消息。写出封装该 TCP 消息的 IP 数据报在三条链路上传输时，每个 IP 包头的总长度、标识符、DF、MF 和段偏移量的值。假定链路 A-R1 支持的最大帧长为 1024 字节（包含 14 字节帧头），链路 R1-R2 支持的最大帧长为 512 字节（包含 8 字节帧头），链路 R1-R2 支持的最大帧长为 512 字节（包含 12 字节帧头）。

考点：IP 分片

答：首先计算链路能容纳帧的净荷长度（IP包总长）：
A→R1：1024-14=1010字节
R1→R2：512-8=504字节
R2→B：512-12=500字节

传输层报文长度=头部+净荷=20+900=920字节，整体作为净荷交给网络层后，IP包长度=IP头部+净荷=20+920=940字节，为要分片的原始数据包。

然后进行分片处理：
在A→R1：940＜1010，因此无需分片，Length=940，ID=x，DF=0，MF=0，Offset=0；
在R1→R2：940＞504必须分片，除了最后一片，其他分片净荷长度必须为8的整数倍，因此对于最大长度504字节的IP包，净荷部分=504-20=484，取整为480（8的倍数），则剩下的净荷为940-20-480=440＜484无需再分；
Length=500，ID=x，DF=0，MF=1，Offset=0；
Length=460，ID=x，DF=0，MF=0，Offset=60；

同理在R2→B：500≤500，460≤500，因此无需再分片，格式不变，仍为：
Length=500，ID=x，DF=0，MF=1，Offset=0；
Length=460，ID=x，DF=0，MF=0，Offset=60；
一台路由器往外发送大量的总长度（数据＋包头）为 1024 字节的 IP 包。假定这些包的生存时间为 10 秒，为避免发生 IP 数据报 ID 号回绕的危险，路由器运行的最大线路速度是多少？

考点：序号回绕

答：序号位数=16bit，因此可以计数 2162^{16}216个帧不重复，只需要发完第 2162^{16}216 个帧时，第1个帧存活时间超过10s。因此得到方程 216×1024×8v≥10s2^{16}×\frac{1024×8}{v}≥10s216×v1024×8≥10s，解得最大速度 v=22910=53.6Mbpsv=\frac{2^{29}}{10}=53.6Mbpsv=10229=53.6Mbps
假定 B 类网络地址的网络号不用 16 位，而是用 20 位，将有多少个 B 类网络？

考点：3 类地址标识和网络号概念

答：B 类地址有 2 位标识位10，剩余的18位留给网络，因此B类网络数量为 2182^{18}218。

注意：只有 A 类网络的网络地址数需要-2
将以十六进制表示的 IP 地址 C22F1582 转换为点分十进制形式。

考点：点分十进制表示法

答：将 C22F1582 的 2 位划为点分十进制的1位，结果为：194.47.21.130
因特网上一个网络的子网掩码是 255.255.240.0，该网络最多可以容纳多少台主机？

考点：由子网掩码计算网络地址数

答：将掩码翻译为二进制，则从高位开始有20个连续的1，剩余的主机位为 32−20=1232-20=1232−20=12位，并且子网需要减去主机号全0和全1的情况，则主机数=212−2=4094=2^{12}-2=4094=212−2=4094
假设有大量连续的 IP 地址（起始地址为 198.16.0.0）。现有 A、B、C 和 D 四个机构，需要的地址数分别为 4000、2000、4000 和 8000 个。按 A、B、C 和 D 的顺序分配地址，写出每个机构分配到的第一个地址、最后一个地址和子网掩码（按 w.x.y.z/s 的格式）。

考点：IP 地址分配

答：使用 VLSM 技术，LAN的掩码为 255.255.0.0/16。2000、4000、8000 个地址需要地址位分别为 11、12、13位。因此各机构子网的起始地址、结束地址、掩码如下：
A：198.16.0.0-198.16.15.255，198.16.0.0/20
B：198.16.16.0-198.16.23.255，198.16.16.0/21
C：198.16.32.0-198.16.47.255，198.16.16.0/21
D：198.16.64.0-198.16.95.255，198.16.64.0/19
一个路由器收到了带有新的网络地址：57.6.96.0/21、57.6.104.0/21、57.6.112.0/21 和 57.6.120.0/21，如果它们使用同一条输出线路，是否可以聚合在一起？如果能够聚合，聚合后地址是什么？如果不能聚合，为什么？

考点：路由聚合

答：可以进行路由聚合。4个地址的前16位都相同，对点分十进制的第三部分进行分析：4个IP地址对应的2进制分别为：01100000，01101000，01110000，01111000，最长前缀为前三位 011，即 96，因此可以被聚合为 57.6.96.0/19
一个 IP 地址集合的范围是 29.18.0.0 到 29.18.127.255，聚合为 29.18.0.0/17。但是其中从 29.18.60.0 到 29.18.63.255 的 1024 个地址突然被分配给一个使用不同输出线路的子网。现在是否必须把这部分地址分离出来，在路由表加入一个表项，然后再重新聚合？还是有别的替代方法？

考点：CIDR 路由聚合；最长地址匹配

答：不需要分块重新聚合。路由表里只需要添加一个新的表项：29.18.60.0/22。如果收到的 IP 包在查表选路时同时匹配 29.18.0.0/17 和 29.18.60.0./22，则采用最长地址匹配，转发到地址前缀最长的子网，即 29.18.60.0/22。
某路由器的路由表里有下列 CIDR 表项：

地址/掩码	下一跳
135.46.56.0/22	接口 0
135.46.60.0/22	接口 1
192.53.40.0/23	路由器 1
默认	路由器 2

对于下列 IP 地址，如果收到带有该目的地址的 IP 包，路由器该如何处理？
(a) 135.46.63.10
(b) 135.46.57.14
(c ) 135.46.52.2
(d) 192.53.40.7
(e) 192.53.56.7

考点：利用子网掩码获得目的网络地址，查路由表表确定如何转发

答：（a）将地址分别与22位掩码相与得到：135.46.60.0，存在表项，则a将转发到接口1；
（b）将地址分别与22位掩码相与得到：135.46.56.0，存在表项，则b将转发到接口0；
（c）将地址分别与22位掩码相与得到：135.46.52.0，不存在这样的表项，则c将执行默认路由表，转发到路由器2；
（d）将地址分别与23位掩码相与得到：192.53.40.0，存在表项，则d将转发到路由器1；
（e）将地址分别与23位掩码相与得到：192.53.56.0，不存在这样的表项，则c将执行默认路由表，转发到路由器2。

很多公司有两台或更多的路由器连接到因特网来提供冗余性，当其中一台路由故障时，网络还能工作。对于 NAT，这种策略可行吗？请解释。

考点：NAT 路由器功能的理解

答：路由器保存了地址映射，如果其中一个路由器故障，则这部分的地址映射丢失，从这个路由器发出的数据的回应无法转发给内部主机
IP 协议的校验和只对包头进行校验，而不对数据部分进行校验，为什么这样设计？

考点：IP 协议的校验

答：①因为路由器为直通方式，只对头部进行检查，随后立即发出，因此不校验数据部分；
②网络层遵循的原则为 best effort，不应该承担校验数据的责任；
③首部犯错比数据出错严重，数据出错可以重传，首部出错可能发给其他地址。
IPv4 头部的“协议（protocol）”字段并没有出现在 IPv6 中，为什么？

考点：IP 包头的协议字段功能

答：协议域的作用是告诉目的主机数据应该交给哪个协议处理。中间转发的路由器无需处理这个域，因此不需要放在IPv6的基本首部。IPv6的扩展首部的“下一个头”字段包含了选择传输协议的功能。
当使用 IPv6 协议时，需要对 IPv4 中的 ARP 协议进行改变吗？如果需要，这种改变是概念上的还是技术上的？

考点：ARP 功能的理解，IPv4 与 IPv6 的区别

答：概念上无需改变，都需要从IP地址转换为MAC地址；但在技术上，ARP表由32位转换为128位地址；ARP报文中的IP地址也要由32位转换为128位

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