中南大学计算机网络基础作业参考答案

51.试简述分组交换的要点。

答：在分组交换网络中，数据以短的分组形式传送。典型的分组长度的上限是1000个字节（或称八位

组）。如果一个源站有一个长的报文要发送，该报文就会被分割成一系列的分组。每个分组包含用户数据的一部分（或一个短的报文的全部）加上一些控制信息。控制信息至少要包括网络为了把分组送到目的地做路由选择所需要的信息。在路径上的每个结点，分组被接收，短时间存储，然后传递给下一结点。分组交换网的主要优点：

①高效。在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占有。 ②灵活。每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由。

③迅速。以分组作为传送单位，通信之前可以不先建立连接就能发送分组；网络使用高速链路。 ④可靠。完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。

52.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。 答：（1）电路交换：由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由

通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成），因而有以下优缺点。

优点：①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。

②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。 ③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。 ⑤电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。 缺点：①电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。

②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。

③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

（2）报文交换：报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在

交换结点采用存储转发的传输方式，因而有以下优缺点：

优点：①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，

用户可随时发送报文。

②由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。

③通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。

缺点：①由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接

收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。 ②报文交换只适用于数字信号。

③由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。

（3）分组交换：分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，

然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去，因此分组交换除了具有报文的优点外，与报文交换相比有以下优缺点：

优点：①加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作

与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲

区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。

②简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。

③减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。

④由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。

缺点：①尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换

机必须具有更强的处理能力。

②分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。

③当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

总之，若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

53.试从多个方面比较虚电路和数据报这两种服务的优缺点。 答：（1）在传输方式上，虚电路服务在源、目的主机通信之前，应先建立一条虚电路，然后才能进行

通信，通信结束应将虚电路拆除。而数据报服务，网络层从运输层接收报文，将其装上报头（源、目的地址等信息）后，作为一个独立的信息单位传送，不需建立和释放连接，目标结点收到数据后也不需发送确认，因而是一种开销较小的通信方式。但发方不能确切地知道对方是否准备好接收，是否正在忙碌，因而数据报服务的可靠性不是很高。

（2）关于全网地址：虚电路服务仅在源主机发出呼叫分组中需要填上源和目的主机的全网地址，

在数据传输阶段，都只需填上虚电路号。而数据报服务，由于每个数据报都单独传送，因此，在每个数据报中都必须具有源和目的主机的全网地址，以便网络结点根据所带地址向目的主机转发，这对频繁的人—机交互通信每次都附上源、目的主机的全网地址不仅累赘，也降低了信道利用率。

（3）关于路由选择：虚电路服务沿途各结点只在呼叫请求分组在网中传输时，进行路径选择，以

后便不需要了。可是在数据报服务时，每个数据每经过一个网络结点都要进行一次路由选择。当有一个很长的报文需要传输时，必须先把它分成若干个具有定长的分组，若采用数据报服务，势必增加网络开销。

（4）关于分组顺序：对虚电路服务，由于从源主机发出的所有分组都是通过事先建立好的一条虚

电路进行传输，所以能保证分组按发送顺序到达目的主机。但是，当把一份长报文分成若干个短的数据报时，由于它们被独立传送，可能各自通过不同的路径到达目的主机，因而数据报服务不能保证这些数据报按序列到达目的主机。

（5）可靠性与适应性：虚电路服务在通信之前双方已进行过连接，而且每发完一定数量的分组后，

对方也都给予确认，故虚电路服务比数据报服务的可靠性高。但是，当传输途中的某个结点或链路发生故障时，数据报服务可以绕开这些故障地区，而另选其他路径，把数据传至目的地，而虚电路服务则必须重新建立虚电路才能进行通信。因此，数据报服务的适应性比虚电路服务强。

（6）关于平衡网络流量：数据报在传输过程中，中继结点可为数据报选择一条流量较小的路由，

而避开流量较高的路由，因此数据报服务既平衡网络中的信息流量，又可使数据报得以更迅速地传输。而在虚电路服务中，一旦虚电路建立后，中继结点是不能根据流量情况来改变分组的传送路径的。

综上所述，虚电路服务适用于交互作用，不仅及时、传输较为可靠，而且网络开销小。数据报服务适用于传输单个分组构成的、不具交互作用的信息以及对传输要求不高的场合。

54.假定通信子网中所有结点的处理机和计算机均正常工作，所有的软件也正确无误。试问一个分组是否可能被投送到错误的目的结点（不管这个概率有多小）？如果一个网络中所有链路的数据链路层协议都能正确工作，试问从源结点到目的结点之间的端到端通信是否一定也是可靠的？ 答：（1）有可能。大的突发噪声可能破坏分组。使用k位的检验和，差错仍然有2-k的概率被漏检。

如果分组的目的地址段或虚电路号码被改变，分组将会被投递到错误的目的地，并可能被接收为正确的分组。换句话说，偶然的突发噪声可能把送往一个目的地的完全合法的分组改变成送往另一个目的地的也是完全合法的分组。

（2）端到端的通信不一定可靠。端到端的通信不仅与数据链路层有关，还与网络层有关，尽管链

路层协议能正确工作，但不能保证网络层协议正常工作，即通信子网是否可靠。

55.死锁是怎样形式的？有什么措施可用来防止死锁？ 答：（1）当以存储转发方式在网络的一对结点之间传输分组时，有可能缓冲区在发送分组之前就已经

全部被占满了。这样，当每个分组到达对方时，由于没有地方存放，只有被丢弃，发送分组的一方因收不到对方发来的确认信息，只能将已发送的分组保存在自己结点的缓冲区中。这种既不能发送，又不能接收的状态称为存储转发死锁。存储转发死锁分直接死锁和间接死锁两类。

（2）直接死锁可以采用信道队列限制法预防，即将输入到这个结点的分组按其转发链路进行排队，

对每一个队列定义一个极限，监视每一个队列的缓冲区的占用情况。当某一队列中待转发的分组数超过极限时，即丢弃该分组。间接死锁，可采用结构化缓冲池的方法预防，这一方法进一步发展为缓冲区的有向图分配法。这种方法的基本思想是：设网络有N个结点，其中最长的路由要经过M段链路。给每个结点开辟M+1个缓冲区，每个缓冲区存放一个分组，并从0到M编上号码。分组转发的路由是从一个结点的缓冲区I转发到其相邻结点的缓冲区I+1，然后再转发到与该结点相邻2段链路的结点的缓冲区I+2，依次类推。主机发出的分组只能进入其源结点的缓冲区0（空闲时）。可以证明采用了结构化缓冲池和上述策略后，能有效地预防直接和间接存储转发死锁。

56.某单位分配到一个B类IP地址，其net-id为129.250.0.0。该单位有4000多台机器，分布在16个不同的地点。如选用子网掩码255.255.255.0，试给每一个地点分配一个子网号码，并算出每个地点主机号码的最小值或最大值。

答：每个地点主机号码的最小值为1，最大值为254。

57.某个IP地址的十六进制表示是C22F1481，试将其转换为点分十进制的形式。这个地址是哪一类IP地址？

答：用点分十进制表示，该IP地址是194.47.20.129，为C类地址。

58.有人认为：“ARP协议向网络层提供了转换地址的服务，因此ARP应当属于数据链路层。”这种说法为什么是错误的？

答： ARP不是向网络层提供服务，它本身就是网络层的一部分，帮助向传输层提供服务。在数据链路

层不存在IP地址的问题。数据链路层协议是象HDLC和PPP这样的协议，它们把比特串从线路的一端传送到另一端。

59. ARP和RARP都是将地址从一个空间映射到另一个空间。在这个意义上讲，它们是相似的。然而ARP和RARP在实现方面却有一点很不相同。请指出这个不同点。

答：在RARP的实现中有一个RARP服务器负责回答查询请求。在ARP的实现中没有这样的服务器，主

机自己回答ARP查询。

60.在因特网上的一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？

答：对于一个B类网络，高端16位形成网络号，低端16位是子网或主机域。在子网掩码的低端16位

中，最高有效4位是1111，因此剩下12位（第3字节低4位和第4字节）用于主机号。因此，存在4096个主机地址，但由于全0和全1是特别地址，因此最大主机数目应该是4094。

61.在IPv4首部中有一个“协议”字段，但在IPv6的固定首部中却没有。这是为什么？

答：设置协议字段的目的是要告诉目的地主机把IP分组交给哪一个协议处理程序。中途的路由器并不

需要这一信息，因此不必把它放在主头中。实际上，这个信息存在主头中，但被伪装了。最后一个（扩展）头的下一个头段就用于这一目的。

62.当使用IPv6时，是否ARP协议需要改变？如果需要改变，那么应当概念性的改变还是技术性的改变？ 答：从概念上讲，不需要改变。在技术上，由于被请求的IP地址现在变大了，因此需要比较大的域（也

称段）。

63. IPv6使用16字节地址空间。设每隔1微微秒就分配出100万个地址。试计算大约要用多少年才能将IP地址空间全部用完。可以和宇宙的年龄（大约有100亿年）进行比较。

答：使用16个字节，总的地址数为2128或3.4×1038。如果我们以每10-12秒106，亦即每秒1018

的速率分配它们，这些地址将持续3.4×1020s，即大约1013年的时间。这个数字是宇宙年龄的1000倍。当然，地址空间不是扁平的，因此它们的分配是非线性的，但这个计算结果表明，即使分配方案，即使分配方案的效率为千分之一，这么多地址也永远都不会用完。

64. IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据，这样做的最大好处是什么？坏处是什么？ 答：在首部中的错误比在数据中的错误更严重。例如，一个坏的地址可能导致分组被投寄到错误的主

机。许多主机并不检查投递给它们的分组是否确实是要投递给它们的。它们假定网络从来不会把本来是要前往另一主机的分组投递给它们。有的时候数据不参与检验和的计算，因为这样做代价大，上层协议通常也做这种检验工作，从而引起重复和多余。因此，这样作可以加快分组的转发，但是数据部分出现差错时不能及早发现。

65.试说明IP地址与物理地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址。

答：IP地址用于标识连入因特网上的每台主机，它是每台主机唯一性的标识。一个IP地址由32个二

进制比特数字组成，通常分割成4段，每段8比特。TCP／IP用IP地址来标识源地址和目标地址。而物理地址代表了程序或数据在计算机内存中的存储位置，由它可以找到所需的信息。使用IP地址可以标识每台主机在网络中的位置，具有全球唯一性。使用物理地址可以标识程序或数据在内存中的位置，通过它可以调用相应的程序或数据。

66.试辨认以下IP地址的网络区别。 （1）128.36.199.3属于B类网；（2）21.12.240.17属于A类网；（3）183.194.76.253属于B类网； （4）192.12.69.248属于C类网；（5）89.3.0.1属于A类网；（6）200.3.6.2属于C类网。

67. C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？

答：子网掩码用于找出IP地址中网络及结点地址部分，子网掩码也是 1个32比特的数字，制定的规

则是其中所有的1表示IP地址中的网络地址域和子网，所有的0表示IP地址中的主机地址域将子网掩码和 IP地址进行\与\运算，得到的结果表明该IP地址部分。若结果不在该网络的子网范围内，则是远程IP地址。所以，子网掩码能够表示IP地址中的主机地址段是如何被划分成子网地址和主机号的。所以C类网络使用子网掩码来判别IP地址为远程地址还是本网络地址；同时通过结点地址空间中截取几比特作为网络地址的方法，可将网络划分为若干网段，方便了网络管理。因此在C类网络使用子网掩码是有实际意义的。

68.在Internet上的一个B类地址的子网是255.255.240.0，试问在其中一个子网上的主机数最多是多少？ 答：AAA.BBB.0000(二进制)：4095

AAA.BBB.0001(二进制)------AAA.BBB.1110(二进制)：4096 AAA.BBB.1111(二进制)：4095

69.有关子网掩码：

（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意义？

（2）一个网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连多少个主机?