R1
考虑在6.1.1节中的运输类比。如果将乘客类比为数据报,那么将什么类比于链路层帧?
交通工具;因为乘客乘坐在交通工具中,就好像IP数据报封装在链路层帧中
R2
如果在因特网中的所有链路都提供可靠的交付服务, TCP可靠传输服务是多余的吗? 为什么?
不是多余的。
链路层的可靠交付:只能保证IP数据报在另一端无差错地接收,但不能保证IP数据报以正确顺序到达(链路层不提供按序到达服务)
使用IP时,同一TCP连接中的数据报可以在网络中采用不同路径,因此可能无法按顺序到达,TCP仍然需要以正确的顺序向应用程序提供数据。
此外,IP可能因为路由环路或设备故障而丢失数据包。
Key:链路层只保证无差错、采用不同路径无法顺序到达
R3
链路层协议能够向网络层提供哪些可能的服务?
链路层:成帧、链路接入、可靠交付、流量控制、差错检测和纠正、全双工
R4
假设两个节点同时经一个速率为R的广播信道开始传输一个长度为L的分组。用dprop表示这两个节点之间的传播时延。如果dprop < L /R,会出现碰撞吗?为什么?
会发生碰撞,因为一个节点在接受数据包而另一个节点正在发送。
R5
在6.3节中, 我们列出了广播信道的4种希望的特性. 这些特性中哪些是时隙ALOHA所具有的? 令牌传递具有这些特性中的哪些?
4种希望的特性:
1)当仅有一个节点发送数据时,该节点具有R bps的吞吐量
2)当有M个结点发送数据时,每个结点具有R/M bps吞吐量(时间间隔内的平均传输速率)
3)协议是分散的,不会因某个节点的故障而导致崩溃
4)协议是简单的,实现不昂贵
时隙ALOHA:1)2)4),时隙ALOHA仅部分分散,因为它要求所有结点时钟同步
令牌传递:1)2)3)4)
R6
在CSMA/CD中, 在第5次碰撞后, 节点选择K=4的概率有多大? 结果K=4在10Mbps以太网上对应于多少秒的时延?
在第五次碰撞后,适配器从{1,2…31}中选择,一共有32种可能,选中K=4的概率为 1/32
在10Mbps以太网上, 512比特时间为51.2μs, 则时延为51.2 μs × 4 = 204.8 μs
PS:10Mbps以太网一帧的最小发送时间为51.2微秒
R7
使用人类鸡尾酒会交互的类比来描述轮询和令牌传递协议.
轮询:有一个讨论领导者(主节点),讨论领导每次只允许一个参与者发言,每个参与者轮流发言。
令牌传递:没有讨论领导者,参与者轮流持有酒杯(令牌),只有持有酒杯的参与者才允许发言。
R8
如果局域网有很大的周长时,为什么令牌环协议将是低效的?
当节点发送帧时,这个节点必须等待帧在整个环中传播,然后节点才能释放令牌。
因此,如果 L/R 比Tprop相比很小, 则令牌环协议会很低效。
PS: Tprop= LAN中,2个结点间的最大传播延迟;
L/R=传输时延,R=链路带宽(链路宽度),L=分组长度(一个分组的大小)
R9
MAC地址空间有多大?IPv4的地址空间呢?IPv6的地址空间呢?
MAC地址占48位, 有2^48个MAC地址(24位组织唯一标识符+24位网络接口标识符)
IPv4地址占32位, 有2^32 个 IPv4 地址(255.255.255.255)
IPv6地址占128位, 有2^128 个 IPv6 地址(四倍)
R10
假设节点A、B和C(通过它们的适配器)都连接到同一个广播局域网上。如果A向B发送数千个IP数据报,每个封装帧都有B的MAC地址,C的适配器会处理这些帧吗? 如果会,C的适配器将会把这些帧中的IP数据报传递给C的网络层吗?如果A用MAC广播地址来发送这些帧,你的回答将有怎样的变化呢?
1)C的适配器会处理这些帧,(检查这些帧的目的MAC是否与接收到该帧的适配器的MAC地址一致,如果一致才会上交给网络层, 否则会丢弃),
2)因为这些帧的目的MAC是B, 所以C的适配器会丢掉这些帧,不会传递给C的网络层
3)因为是广播地址,C的适配器仍然会处理这些帧, 并且递交给上层协议栈处理
R11
ARP查询为什么要在广播帧中发送呢?ARP响应为什么要在一个具有特定目的MAC地址的帧中发送呢?
ARP查询:在广播帧中发送,是因为查询主机不知道目的IP地址对应的适配器地址/目的MAC地址。
ARP响应:发送节点会根据该广播帧的源MAC地址, 得知要发送的响应帧的目的MAC地址, 因此无需发送广播帧。
(所有结点都可以接受ARP查询,但只有被请求的主机A会响应。主机A通过比较自己的IP地址和ARP请求中的IP地址,若相同,将发送节点的IP地址和MAC地址存入ARP表)
Key:ARP查询不知道目的MAC地址/适配器地址,ARP响应通过接收到的广播帧已知目的MAC地址。
R12
对于图6-19中的网络, 路由器有两个ARP模块, 每个都有自己的ARP表. 同样的MAC地址可能在两张表中出现吗?
不可能,每个LAN都有其自己的独特的适配器,MAC地址是全球唯一的(供应商代码+序列号)
PS:LAN是局域网的IP,路由器分配/自己设定;WAN是广域网的IP,运营商设定,动态
R13
比较10BASE-T, 100BASE-T和吉比特以太网的帧结构, 它们有什么不同吗?
没有什么不同, 因此新的以太网和已安装的以太网设备基础保持完全兼容。
PS:10BASE-T表示10Mbps 基带以太网 双绞铜线
R14
考虑图6-15. 在4.3节的寻址意义下, 有多少个子网呢?
2个子网(内部子网和外部互联网), 即路由器的2个端口划分出的2个子网。
它们的网络号肯定是不同的, 其次它们采用的以太网技术也可能不同。
PS:方形—路由器;圆形—交换机
R15
在一个支持802.1Q协议交换机上能够配置的VLAN的最大数量是多少?为什么?
802.1Q 有一个 12 位 VLAN 标识符。 因此可以支持 212 = 4,096 个 VLAN。
R16
假设支持K个VLAN组的N台交换机经过一个干线协议连接起来。连接这些交换机需要多少端口?评价你的答案。
可以将N个交换机串起来,中间N-1个交换机将使用两个端口干线连接,第一个和最后一个交换机将使用一个端口进行干线连接,即总端口数量为 2x(N-2)+2 = 2N-2 个端口
P1
假设某分组的信息内容是比特模式1110 0110 1001 1101,并且使用了偶校验方案。在采用二维奇偶校验方案的情况下,包含该检验比特的字段的值是什么?你的回答应该使用最小长度检验和字段。
P5
考虑5比特生成多项式,G = 10011,并且假设D的值为1010101010。R的值是什么?
1)被除数 D:根据生成多项式的最高次幂,给D尾添0(本题生成多项式4次,加4个 0000)
2)除数 G:有时根据生成多项式(注意第一位是0次幂)
3)余数 R:余数的位数=添加的位数
最终发送出去的数据应该是:原始D+余数R(也就是把添0000的位置换为余数的4位)
最后得到的结果即为R的值。
PS:D是待发送的消息,G(x)可能用生成多项式表示
有时可能给你接收到的信息,和生成多项式,判断是否误码?
1)被除数:接收到的信息
2)除数:根据生成多项式
余数不为0,说明传输过程中产生了误码(CRC只能检测是否误码,但不能指出纠正)
具体计算过程如下:
P6
考虑上一个习题,这时假设 D 具有值:
a. 10 0101 0101
b. 01 0110 1010
c. 10 1010 0000
R=0000
R=1111
R=1001
P8
5.3节中,我们提供了时隙 ALOHA 效率推到的概要。在本习题中,我们将完成这个推导。
P9
说明纯 ALOHA 的最大效率是 1/(2e)
P14
如图 6-33 所示,考虑通过两台路由器互联的 3 个局域网
a. 对所有接口分配 IP 地址。对子网 1 使用形式为 192.168.1.xxx 的地址,对子网 2 使用形式为 192.168.2.xxx 的地址,对子网 3 使用形式为 192.168.3.xxx 的地址。
b. 为所有适配器分配 MAC 地址。
c. 考虑从主机 E 向主机 B 发送一个 IP 数据报。假设所有 ARP 表都是最新的。就像在 5.4.1 节中对单路路由器例子所做的那样,列出所有步骤。
d. 重复 c,现在假设在发送主机中的 ARP 表为空(并且其他表都是最新的)。
c)
1.E中的转发表确定数据报应路由到接口192.168.3.001
2 E中的适配器创建以太网目的地址为77-77-77-77-77-77的以太网数据包
3.路由器2接收数据包并提取数据报。此路由器中的转发表指示数据报将路由到198.168.2.001
4.路由器2然后通过其左侧接口发送目的地址为33-33-33-33-33-33,源地址为66-66-66-66-66-66的以太网数据包,IP地址为198.162.2.004
5.该过程一直持续到数据包到达主机B.
PS:只有路由器的两端有IP地址,77和66分别为路由器2的右边接口和左边接口
划分子网时,也是根据路由器的接口进行划分,路由器1左侧为子网.1.x,路由器1和2中间为子网.2.x,路由器2右侧为.3.x
d)
此时,主机E仅根据路由表直到下一路由器的IP地址为198.162.3.001,不知道其对应的MAC地址。
因此,主机E在广播以太网帧内发出ARP查询报文,此时目的MAC地址为广播MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
路由器2接收查询数据包并向主机E发送ARP响应数据包。
该ARP响应数据包由以太网帧承载,此时目的MAC地址为88-88-88-88-88-88,该报内包含了路由器2右侧接口的MAC地址77-77-77-77-77-77-。
获取到路由器2右侧即可MAC后, 后续步骤与C一致
PS:ARP协议只能在一段链路或一个网络上使用,不能跨网络使用(主机E只能获得路由器2右端IP地址对应的MAC地址)对于本题,ARP协议是逐段进行的
P15
现在我们用一台交换机S1代替子网 1 和子网 2 之间的路由器,并且将子网 2 和子网 3 之间的路由器标记为 R1。
a. 考虑从主机 E 向主机 F 发送一个 IP 数据报。主机 E 将请求路由器 R1 帮助转发该数据报吗?为什么?在包含 IP 数据报的以太网帧中,源和目的 IP 和 MAC 地址分别是什么?
b. 假定 E 希望向 B 发送一个 IP 数据报,假设 E 的 ARP 缓存中不包含 B 的 MAC 地址。 E 将执行 ARP 查询来发现 B 的 MAC 地址吗?为什么?在交付给路由器 R1 的以太网帧(包含发向 B 的 IP 数据报)中,源和目的 IP 和 MAC 地址分别是什么?
c. 假定主机 A 希望向主机 B 发送一个 IP 数据报,A 的 ARP 缓存不包含 B 的 MAC 地址,B 的 ARP 缓存也不包含 A 的 MAC 地址。进一步假定交换机 S1 的转发表仅包含主机 B 和路由器 R1 的表项。因此, A 将广播一个 ARP 请求报文。一旦交换机 S1 收到 ARP 请求报文将执行什么动作?路由器 R1 也会收到这个 ARP 请求报文吗?如果收到的话,R1 将向子网 3 转发该报文吗?一旦主机 B 收到这个 ARP 请求报文,它向主机 A 回发一个 ARP 响应报文。但是它将发送一个 ARP 查询报文来请求 A 的 MAC 地址吗?为什么?一旦交换机 S1 收到来自主机 B 的一个 ARP 响应报文,它将做什么?
a)不会请求R1
E通过查看F的网络号, 发现E与F在一个子网内, 所以E不会将IP数据报发送给默认路由器R1, 所以E可以通过ARP表得到目的IP对应的MAC地址。
源IP: E的IP地址;目的IP: F的IP地址;源MAC: E的MAC地址;目的MAC: F的MAC
b)E不会执行ARP请求来发现B栋MAC地址
因为E和B不在一个子网, E无法通过ARP查询查得到B的MAC地址,只能得到R1右侧端口的MAC地址。
源IP: E的IP;目的IP: B的IP;源MAC: E的MAC;目的MAC: R1右侧接口的MAC
c)S1为交换机,R1为路由器
1)交换机 S1 收到ARP请求后, 将通过其两个接口广播以太网帧,并且S1 将更新其转发表以包含主机 A 的条目。
2)路由器 R1 会收到这个ARP请求报文, 但不会向子网3中转发。
3)B不用再查询A的MAC地址了,已经可以通过该请求报文的源MAC得知A的MAC。
4)在S1的转发表中添加主机 B 的条目(B的MAC—>该帧来自的接口),然后丢弃接收到的帧。
PS:
1)路由表:用于存储网络中不同主机或网络之间的路由信息,以帮助数据包在网络中正确地转发。它包含了一系列的目标网络地址和相应的下—跳信息,用于确定数据包应该被发送到哪个接口或下一个路由器。
IP地址,即互联网协议地址,也称为网络层地址或主机地址,是分配给网络上的各个网络设备的地址。
2)ARP表:ARP协议(地址解析协议),最好看成跨越链路层和网络层边界两边的协议,运行在各网络节点上,负责完成主机IP地址到MAC地址的映射。
3)转发表/MAC表:在交换机里,交换机就是根据转发表来转发数据帧的。
交换机的转发表/MAC表是自动、动态、自治地建立的,有老化期。(本题中交换机S1可以自学习A和B的MAC地址)
参考文章:https://blog.youkuaiyun.com/pjh88/article/details/112058515?fromshare=blogdetail&sharetype=blogdetail&sharerId=112058515&sharerefer=PC&sharesource=Computer_orange&sharefrom=from_link
R17
前面讲过,使用 CSMA/CD 协议,适配器在碰撞之后等待 K ⋅ 512 比特时间,其中 K 是随机选取的。对于 K = 100,对于一个 10 Mbps 的广播信道,适配器返回到第二步要等多长时间?对于 100 Mbps 的广播信道来说呢?
对于10 Mbps 的广播信道, 512比特时间为 51.2 μs, 需要等 51.2 x 10-3 x 100 = 5.12ms
对于100 Mbps 的广播信道, 512比特时间为 5.12μs, 需要等 5.12 x 10-3 x 100 = 0.512ms
PS:
1 Mbps = 106 bps(b/s)
1 μs = 10-6 s
1 ms = 10-3 s
P18
假设结点 A 和结点 B 在同一个 10 Mbps 的广播信道上,这两个结点的传播时延为 325 比特时间。假设对这个广播信道使用 CSMA/CD 和以太网分组。假设结点 A 开始传输一帧,并且在它传输结束之前结点 B 开始传输一帧。在 A 检测到 B 已经传输之前,A 能完成传输吗?为什么?如果回答是可以,则 A 错误地认为它的帧已成功传输而无碰撞。提示:假设在 t = 0 比特时刻,A 开始传输一帧。在最坏的情况下,A 传输一个 512 + 64 比特时间的最小长度的帧。因此 A 将在 t = 512 + 64 比特时刻完成帧的传输。如果 B 的信号在比特时间 t = 512 + 64 比特之前到达 A,则答案是否定的。在最坏情况下,B 的信号什么时刻到达 A ?
因为B如果检测到有A流量,不会进行发送帧,所以最坏情况是在A的第一比特刚好要到B时,B开始发送。
在t=324, 即A的第一个bit还没有到达B, 此时B开始传输,A会在t=324+325=649检测到发送冲突,但A在t=512+64=576时,就已经错误地认为A已经成功传输要传输的帧了,所以会造成A的失败传送。
PS:
1)ALOHA:想发就发
2)时隙ALOHA:分若干个时间片
3)CSMA:先听后发
4)CSMA/CD:边听边发 + 二进制指数后退算法(但还会冲突,因为存在传播时延,如上题:A在边听边发,虽然没有检测到碰撞,但实际上A信号已经被碰撞干扰)