计算机网络（谢希仁

4-01 网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点？

虚电路服务和数据报服务。

虚电路

   优点：

     1.可以提供可靠的通信服务 

     2.因为数据是沿着建立的虚电路进行传输的，因此分组的首部不需要携带完整的目的主机          的地址，只需要填写这条虚电路的编号（并不大的整数），因此减少了分组的开销。

     3.所有分组可以按序到达，无重复、无丢失。

  缺点：

     1.每次通信需要建立连接（逻辑连接而非物理连接），数据传输启动慢。

     2.同属于一条虚电路的分组只能按照同一路由进行转发，在这条通路上，只要有一个结点          出现故障，整条通路均无法工作。

     3.因为网络层要保证可靠传输，所以使用虚电路服务的网络节点交换机也比较昂贵和复              杂。

数据报

   优点：

    1.每个分组可独立查找转发表进行转发，比较灵活

    2.由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使得网络中的路由器比较简单，且价         格较便宜，这就使得网络造价大大降低。

  缺点：

    1.不能提供可靠的通信服务

    2.分组不能有序到达，可能出现分组的重复或者丢失

    3.因为网络层不提供可靠通信，因此由主机来负责端到端的可靠性，包括差错处理和流量         控制，因此主机的处理负担比较大。

4-02 网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？

实际意义：

     可以使许多异构网络在逻辑层面上看起来是同一种网络，这样的好处是，当IP网上的主机       进行通信时，就好像在一个单个网络上通信一样。

网络互连需要解决的问题有：

   1.不同的寻址方案

   2.不同的最大分组长度

   3.不同的网络接入机制

   4.不同的超时控制

   5.不同的差错恢复方法

   6.不同的状态报告方法

   7.不同的路由选择技术

   8.不同的服务（面向连接服务和无连接服务）

   9.不同的管理与控制方式；等等

 4-03 作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？

1）物理层使用的中间设备叫做转发器

2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器，以及交换机

3）网络层使用的中间设备叫做路由器

4）在网络层以上使用的中间设备叫做网关，用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换

转发器和网桥仅仅是将一个网络扩大了，从网络层的角度看来，这仍然是一个网络，并不叫网络的互连。

因此当我们讨论到网络互连，都是指用路由器进行网络互连和路由选择。

由于一些历史原因，以前的文献把路由器也叫作网关。

4-04 试简单说明下列协议的作用：IP，ARP和ICMP。

IP协议（Internet Protocol）：使许多异构网络互连，以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。

ARP协议（Address Resolution Protocol）：地址解析协议，将IP地址映射为MAC地址

ICMP协议（Internet Control Message Protocol）：网际控制报文协议，为了有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了ICMP，ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

4-05 IP地址如何表示？

整个网络就是一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给连接到互联网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口，分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。

IP地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN进行分配。

对于主机和路由器来说，IP地址都是32位的二进制代码。为了提高可读性，我们常常将32位的IP地址中的每隔8位插入一个空格（但是在机器中并没有这样的空格），为了人们方便记忆和书写，常用其等效的十进制数字表示，并且在每段数字之间加上一个小数点。这就是点分十进制记法。

 IP地址不仅标志了这个主机（或路由器），而且还标志了此接口所连接的网络，因此，32位的IP地址采用两级结构，由两个字段组成：网络号+主机号。

网络号标志主机（或路由器）所连接的到的网络，一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。

主机号标志该主机（路由器）。

因此，一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的。

4-06 IP地址的主要特点是什么？

1）IP地址在整个互联网范围内是唯一的

2）所有IP地址是对等的

3）每个IP地址都是由网络号和主机号两部分组成的

4）IP地址管理机构在分配IP地址时，只分配网络号，而剩下的主机号由得到该网络号的单位自行分配，这样便于管理。

4-07 试说明IP地址和MAC地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？ 

IP地址：被称为虚拟地址、软件地址或逻辑地址，IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址为逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的）。

MAC地址：由于MAC地址已固化在网卡的ROM中，因此常将MAC地址称为硬件地址或物理地址。MAC地址是数据链路层使用的地址。

IP地址放在IP数据报的首部，而MAC地址则放在MAC帧的首部。

为什么要使用这两种不同的地址？

   由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的MAC地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的MAC地址转换工作，因此由用户或用户主机来完成这项工作几乎是不可能的事。

  即使是对分布在全世界的以太网MAC地址进行寻址，也是极其困难的。

  然而IP编址解决了这个问题，连接到互联网的主机只需各自拥有一个IP地址，它们之间的通信就可以像连接在同一个网络上那样简单方便，即便必须多次调用ARP来找到MAC地址，但这个过程都是由计算机软件自动进行的，用户看不见。

4-08 IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点是什么？

 IP地址分为网络号和主机号，它不反映主机地理位置的信息。而电话号码反映有关电话的地理位置的信息，同一地域的电话号码相似。

注：我国电话号码体制是按照行政区域划分的层次结构，同一地域的电话号码有相同的若干位前缀。号码相似的若干话机，其地理位置应该相距较近。IP地址没有此属性。

IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点是什么_百度知道 (baidu.com)https://zhidao.baidu.com/question/328934229.html

4-09  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？

这样做的最大好处是可减少计算的工作量，加快路由器的处理速度。

坏处是不能及时发现数据部分的错误，只有在到达主机的时候才能检查到错误。

 4-10 当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？

不要求源站重发，是因为地址字段也有可能出错，从而找不到正确的源站。

不使用CRC，就是为了简化计算。

 4-11 设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如图所示（除IP地址外，均为十进制形式表示），试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值（用二进制形式表示）。

0100 0101 0000 0000

0000 0000 0001 1100

0000 0000 0000 0001

0000 0000 0000 0000

0000 0100 0001 0001

0000 0000 0000 0000

0000 1010 0000 1100

0000 1110 0000 0101

0000 1100 0000 0110

0000 0111 0000 1001

——————————————

计算规则，逢二进一，如果最高位有进位，则在得到的结果的最低位加1 。因此得到的结果为0111 0100 0100 1110，取反码为：1000 1011 1011 0001.

4-12 重新计算上题，但使用十六进制运算方法（每16位二进制数字转换为4个十六进制数字，再按十六进制加法规则计算）。比较这两种方法。

根据题意:

4 5 0 0

0 0 1 C

0 0 0 1

0 0 0 0

0 4 1 1

0 0 0 0

0 A 0 C

0 E 0 5

0 C 0 6

0 7 0 9

_______________

计算规则，逢16进1，最高位有进位，则在计算结果的最低位加1，因此得到的结果为744E，

取反码为8BB1,由此可见，两种计算结果是相等的。

4-13 什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？

最大传送单元MTU：是数据链路层协议规定的一个数据帧中的数据字段的最大长度。

当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面数据链路层所规定的MTU值。例如，最常用的以太网就规定其MTU值是1500字节。如果IP数据报超过了最大传送单元MTU的长度，就必须要进行分片。

MTU与IP数据报的总长度字段有关系。

4-14 在互联网中将IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种做法，即数据分片后通过一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。

在目的站而不是在中间的路由器进行组装更好：

1）路由器处理数据报更简单些

2）并非所有的数据报片都经过同样的路由器，因此在每一个中间的路由器进行组装可能总会缺少几个数据报片

3）也许分组后面还要经过一个网络，它还要给这些数据报划分成更小的片。如果在中间的路由器进行组装就可能会组装多次。

计网｜计算机网络网络层一些必须要懂的重难点课后习题整理（二） - 知乎 (zhihu.com)https://zhuanlan.zhihu.com/p/407381605

4-15 一个3200位长的TCP报文传到IP层，加上160位的首部后称为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来，但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200位，因此数据报在路由器必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据（这里的“数据”当然是指局域网看得见的数据）？

第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200bit，可知每一个IP数据报的最大长度是1200bit，故其数据部分长度为：

                                             1200 - 160 = 1040 bit

而TCP交给IP的数据共3200bit  = 1024 + 1024 + 1024 + 128,因此3200bit的数据必须划分为4个数据报片。（数据报分片以8字节为单位，因此每个分片字节数必须是8字节的整数倍，最后一个分片不要求）

每个数据报片再加上首部信息：

                                      3200 + 160*4 = 3840 bit

因此，第二个局域网向其上层要传送3840比特的数据。

 4-15  （1）试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10~20分钟的超时计时器。这个事件设置得太大或太小会出现什么问题？

          （2）举出至少两种不需要发送ARP请求分组的情况（即不需要请求将某个目的IP地址解析为相应的MAC地址）

1）因为局域网随时可能会加入主机或者路由器（或者移除主机或路由器），随时需要更新IP地址和MAC地址的映射关系。

     如果时间设置的太小，ARP高速缓存记录更新过快，频繁发送ARP请求和应答的时候会占用网络资源，网络负担过重。

    如果时间设置的太长，ARP高速缓存记录更新过慢，可能会使更换网卡之后的主机迟迟无法和该网络上的其他主机通信。

2）第一种情况：目的IP地址在ARP高速缓存中有记录，直接在缓存里拿，不需要发送ARP                               请求。

      第二种情况：源主机发送的是广播分组。

      第三种情况：源主机和目的主机使用的是点对点链路（PPP）。

 4-17 主机A发送IP数据报给主机B，途中经过了5个路由器。试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP？

总共使用6次ARP 

4-18 设某路由器建立了如下转发表：

 现共收到5个分组，其目的地址分别为：

1）128.96.39.10

2）128.96.40.12

3）128.96.40.151

4）192.4.153.17

5）192.4.153.90

试分别计算下一跳

1）如果网络号是前26位或者前25位，得到的网络号均为 128.96.39.0，因此匹配的下一跳为接口m0

2）如果网络号是前26位，得到的网络号为128.96.40.0,如果网络号是前25位，得到的网络号也是128.96.40.0,因此匹配的下一跳为R2

3）如果网络号是前26位，得到的网络号为128.96.40.128,如果网络号是前25位，得到的网络号也是128.96.40.128,均匹配失败，因此匹配的下一跳为默认路由R4

4）如果网络号是前26位，得到的网络号为192.4.153.0，如果网络号是前25位，得到的网络号也是192.4.153.0，因此匹配的下一跳为 R3

5）如果网络号是前26位，得到的网络号为192.4.153.64，如果网络号是前25位，得到的网络号也是192.4.153.0，均匹配失败，因此匹配的下一跳为默认路由R4

 4-19 某单位分配到一个地址块129.250/16.该单位有4000台机器，平均分布在16个不同的地点。试给每一个地点分配一个地址块，并算出每个地址块中IP地址的最小值和最大值。

4000台机器，平均分布在16个不同的地点，那么每个地点的机器台数：

                                              4000/16 = 250(台）

那么可以算出，至少需要8位主机号（2^7