第四章习题解答.doc

第四章：网络层 1、网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。（教材109）答：网络层向上提供了数据报和虚电路两种服务，其优缺点的比较如下： (1)虚电路是面向连接的，提供的服务可以保证数据传输的可靠性和投递顺序的正确性；数据报是无连接的，只提供尽最大努力的交付，不能保证传输的可靠性和投递顺序的正确性。(2)网络采用数据报传输方式可大大简化网络层的结构；虚电路让电信网络负责保证可靠通信所采取的措施，使得电信网的结点交换机复杂而昂贵。但是相对而言，采用数据报时，由主机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较大。（3）虚电路有连接建立和释放阶段，数据传输启动慢；数据报不用建立连接，数据传输启动快。（4）为了在交换结点进行存储转发，在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。而在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，只需要有一个简单的虚电路号码标识，这就使得虚电路分组中的控制信息部分的比特数减少，从而减少了系统开销。（5）虚电路在连接建立的阶段确定数据传输的路由，属于同一条虚电路的分组均按照同一条路由进行转发；数据报对每个分组都独立的做路由选择。显然，在数据传输阶段，数据报的路由处理负担较大。但是在网络出现故障的情况下，所有通过故障结点的虚电路都不能工作，而数据报可以灵活的选择替代路由。2、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？（教材110）答：（1）单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此，把许多种不同类型的物理网络互相连接在一起，可以实现更大范围内的通信。实际中使用的TCP/IP协议，定义了一种抽象的网络，隐藏了互连的各种不同物理网络的细节，使得互连后的网络像一个单一的大网络。（2）进行网络互连时，需要解决的共同的问题：不同的寻址方案、不同的最大分组的长度、不同的网络接入机制、不同的超时控制、不同的差错恢复方法、不同的状态报告方法、不同的路由选择技术、不同的用户接入控制、不同的服务（面向连接的服务和无连接的服务）、不同的网络管理和控制方式等。3、作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？（教材111）答：它们工作在的层次不同，并且功能不同：转发器：物理层中继系统，在转发数据时不对传输媒体进行检测，只是对数据分组进行简单的转发（逐比特转发），因此只能连接相同速率的网络。网桥：工作在数据链路层，网桥在转发数据前先对传输媒体进行检测，并且是把整个数据帧都收下之后再进行存储转发，具有过滤帧的功能，故能够连接不同速率的网络。当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而从网络层看仍然是一个网络。 路由器：工作在网络层，具有存储转发功能，作用是在互连网中完成路由选择的功能。（由于历史的原因，有时把路由器称为网关）网关：网络层以上的中继系统，用网关连接两个互不兼容的系统需要在高层进行协议转换。（由于网关较复杂，用的较少）4、试简单说明下列协议的作用。（参考资料129）答：IP：网际协议（互连网协议），用来使互连起来的网络能够相互通信。ARP：地址解析协议，用来把IP地址映射成物理地址。RARP：逆地址解析协议，使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。ICMP：互连网控制报文协议，允许主机或路由器报告差错情况和提供有关是否有异常情况的报告。5、IP地址分为几类？各如何表示？IP地址的主要特点是什么？（教材115、116）答：IP地址共分为5类：A,B,C,D,E。A,B,C三类的网络号字段分别为1个，2个，3个字节；而网络号字段的最前面有13位的类别比特，其二进制数值分别为0，01，110。A类，B类，C类地址的主机号字段分别为3，2，1个字节。D类地址用于多播；前4位包含二进制数值1110。E类地址保留为未来使用，前5位包含二进制数值11110。IP地址的特点：（1）是一种分等级的地址结构，每一个IP地址由网络号和主机号两部分组成。（2）IP地址实际上是标识一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，而且其网络号必须是不相同的。（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，这些局域网都具有相同的网络号。（4）在IP地址中，所有分配到网络号的网络，不论大小，都是平等的。6、试根据IP地址的规定，计算出表4-2中的各项数据。答：即表4-2.7、试说明IP地址与硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？（教材117）答：IP地址是主机在抽象的网络层中的地址，硬件地址是物理网络在数据链锯层地址。IP地址是不能直接用来进行通信的，例如：在局域网中，若要将网络层中传输的数据报交给目的主机，还要传到链路层转变成MAC帧后发送到物理往里中。因此不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路传输数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。这就是说，我们需要使用两种不同的地址。8、IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点式什么？ 答：IP地址是世界范围内统一的，通常采用点分十进制记法，现在使用的是32位的，分成两个部分：网络号和主机号，用来标识某个网络中的某台主机。对于网络中的某台主机，系统分配给它的IP地址可能是不固定的。电话号码各国表示方法不同。通常用电话号码来固定的标识某一个用户终端，透过一个具体的电话号码，可以知道相应的国家代码，地区代码，交换局代码，然后是用户代码。9、回答下列问题：（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？（2）一个网络的现在的掩码是255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？（3）一个A类网络和一个B类网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个网络的子网掩码有什么不同？（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0试问在每一个子网上的主机数目是多少？（5）一个A类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否是一个有效的子网掩码？（6）某个IP地址的十六进制表示是C2.2F.14.81，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？（7）C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？答：（1）C类网络对应的默认子网掩码。但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后的8位决定。而路由器寻找网络由前24位决定。 （2）6个主机。（用3位进行编写主机号，去除全0和全1） （3）子网掩码一样（因为除去网络号和子网号后，都是用8位表示主机号，所以掩码相同），但子网数目不同（A:用16位表示子网，B：用8位表示子网）。 （4）最多可有4094个（用12位表示主机号，不考虑全0和全1的主机号）。 （5）有效（因为此掩码只是针对A类网络）。但不推荐这样使用。 （6）192.47.20.129。C类。 （7）有实际意义。因为对于小网络这样做还可进一步简化路由表。10、试辨认以下IP地址的网络类别。 (1) 128.36.199.3 (2) 21.12.240.17 (3) 183.194.76.253 (4) 192.12.69.248 (5) 89.3.0.1 (6) 200.3.6.2答：（1）B类。（2）A类。（3）B类。（4）C类。（5）A类。（6）C类。11、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：好处：不检验数据部分会节省时间，从而转发分组更快； 坏处：数据部分若有差错时不能及时发现。12、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？答：因为IP首部中的源地址也可能是错误的，请求错误的源地址重传数据是没有任何意义的。利用CRC检验码要消耗较多的路由器系统时间，不采用CRC可以节省时间。13、设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如下所示，（除IP地址外，均用十进制表示）。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段的数值（用二进制表示）。45028100417首部检验和（待计算后写入）10.12.14.512.6.7.9答：检验和为：10001011 1011000114、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,再按照十六进制加法规则计算）。比较这两种方法。答：8B B115、什么是最大传送单元MTU?它和IP数据报中的哪个字段有关？（教材123）答：在IP层的下面的每一种数据链路层都有自己的帧格式，在帧格式中包括数据字段的最大长度，这便称为最大传送单元MTU。当一个IP数据报备封装成数据链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。MTU和IP数据报首部中的“总长度”字段有关。16、在因特网中将IP数据报分片传输的数据报在最后的目的主机中进行组装。还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。答：在目的主机组装而不是在中间的路由器组装是因为：（1）路由器处理数据报更简单些（节省转发时间）（2）并非所有的数据报片都经过同样的路由器，因此在每个中间的路由器进行组装就有可能缺少部分数据报片。（3）在中间的路由器组装后可能还有再经过另外一个网络，这时又要把这些数据报进行分片，因此，如果在中间的路由器进行组装就要进行多次组装。17、一个3200bit长的TCP报文传到IP层，加上160bit的首部后成为数据报。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1200bit，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”当然指局域网看见的数据）？ 答：3200+4160=3840 bit因为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，即每个IP数据片的数据部分250，因为是B类网络，所以可以用8位来表示子网号，因此共有子网数=28=25616，能满足实际需求，因此该子网掩码可以使用。每个地点的子网号可以是（用二进制表示，此处的子网号远远能够满足实际需求，所以为了习惯，编号从1开始）：0000 0001，0000 0010，0000 0011，0000 0100， 0000 0101，0000 0110， 0000 0111， 0000 1000，0000 1001，0000 1010，0000 1011，0000 1100，0000 1101，0000 1110，0000 1111，0001 0000。每个地点主机号的最小值是1，最大值是250。（因为每个子网内的地址数也大于实际需求，因此为了习惯，主机号可以从1开始，到250为止，剩余部分可以留作以后使用）。22、一数据报（IP数据报）长度为4000字节（固定首部长度）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几个短些的数据报片？各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值？答：4000字节的IP数据报，减去20字节的固定首部，所含数据长度是3980字节。而网络能够传输的最大数据长度为1500字节（即数据链路层的数据帧中包含的数据最大是1500字节），该数据长度是数据帧中封装的IP数据报的最大长度（含有IP数据报的首部，即总长度）。通过分析可知，该数据报应该被分为3个数据报片，数据字段的长度分别为1480，1480，1020字节。片偏移量是：0，1480/8=185, (1480+1480)/8=370. MF字段的值分别是：1，1，0。23、分两种情况（使用子网掩码和使用CIDR）写出因特网的IP层查找路由的算法。（参考资料132）24、试找出可以产生以下数目的A类子网的子网掩码（采用连续掩码）。答：即分别找出一个A类的子网掩码，使其能够分别产生的子网数目如下：（1）255.128.0.0 （2）255.224.0.0 （3）255.248.0.0 （4）255.252.0.0（5）255.254.0.0 （6）255.255.0.025、以下有四个子网掩码，哪些不是推荐使用的？为什么？（1）176.0.0.0 （2）96.0.0.0 （3）127.0.0.0 （4）255.128.0.0答：176的二进制表示为：10110000 ；96的二进制表示为：01100000；127的二进制表示是：01111111 11000000；225.128的二进制：11111111 11000000作为子网掩码的特点：由一连串1加上一连串的0组成，因此只有（4）是推荐使用的。26、有如下的4个/24地址块，试进行最大的地址聚合。212.56.132.0 =11010100.00111000.10000100.00000000212.56.133.0=11010100.00111000.10000101.00000000212.56.134.0=11010100.00111000.10000110.00000000212.56.135.0=11010100.00111000.10000111.00000000答：通过把每个地址块转换成二进制表示可以看出，这四个地址块的共同的前缀是11010100.00111000.100001，共22位，因此聚合后的地址块是212.56.132/22。27、有两个CIDR地址块208.128/11和208.130.28/22。是否有哪一个地址块包含了另一个地址？如果有，请指出，并说明理由。答：把两个CIDR地址块分别转换成二进制表示如下：208.128/11 = 11010000 100;208.130.28/22=11010000 100 00010 000111；可以看出，前一个地址块包含了后一个地址块。28、已知路由器R1的路由表如下所示：地址掩码目的网络地址下一跳地址路由器接口/26140.5.12.64180.15.2.5M2/24130.5.8.0190.16.6.2M1/16110.71.0.0-M0/16180.15.0.0-M2/16190.16.0.0-M1默认默认110.71.4.5M0试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑，标注出必要的IP地址和接口。对不能确定的情况应当指明。（教材380）答：29、一个自治系统有5个局域网，其连接图如下，LAN2至LAN5上的主机数分别是：91，150，3，15。该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23。试给出每个局域网的地址块（包含前缀）。（教材380）答：该自治系统的IP地址块30.138.118/23表示为二进制为：30.138.118/23=0001 1110.1000 1010.0111 011/23所以该自治系统中的任何一个局域网的地址块的前23位和该自治系统的地址块的前23位是一样的。在给自治系统中的LAN分配网络前缀时，应该先给地址数（主机数（含路由器）较多的网络分配前缀。题目中没有说LAN1上有几个主机，但是它至少需要3个地址给3个路由器使用。LAN3有150个主机加一个路由器地址为151个地址。 地址块 00011110 10001010 0111011* * 分配地址块 00011110 10001010 01110110 * 即 30.138.118.0/24 LAN2有91个主机加一个路由器地址为92个地址。 分配地址块 00011110 10001010 01110111 0* 即 30.138.119.0/25 LAN5有15个主机加一个路由器地址为16个地址。需要/27地址块，可分配/26地址块。 分配地址块 00011110 10001010 01110111 10* 即 30.138.119.128/26 LAN4有3个主机加一个路由器地址为4个地址。至少需要/29地址块 分配地址块 00011110 10001010 01110111 11000* 即 30.138.119.192/29 LAN1至少有3个IP地址供路由器用。也分一个/29地址块 分配地址块 00011110 10001010 01110111 11001* 即 30.138.119.200/29按照同样的方法，可以计算出其它几个局域网的网络前缀如下（均有多种情况）：局域网答案1答案2LAN130.138.119.192/2930.138.118.192/27LAN230.138.119.0/2530.138.118.0/25LAN330.138.118.0/2430.138.119.0/24LAN430.138.119.200/2930.138.118.224/27LAN530.138.119.128/2630.138.118.128/2730、一个大公司有一个总部和三个下属部门，公司分配到的网络前缀是192.77.33/24。公司的网络布局如下图所示。总部共有5个局域网，其中的LAN1LAN4都连接到路由器R1上，R1再通过其他LAN5和与路由器R5相连接。R5和远地的三个部门的局域网LAN6LAN8通过广域网相连。每个局域网旁边的数据是局域网上的主机数。试给每个局域网分配一个网络前缀。答：该题的解析方法同29题。有多种答案。公司的CIDR地址块192.77.33/24用二进制表示为：192.77.33/24=1100 0000.0100 1101.0010 0001/24,所以该公司下属的LAN及WAN的前缀的前24位均是1100 0000.0100 1101.0010 0001，先考虑为需要地址数较多的LAN分配其前缀。LAN1，主机数50，加上一个路由器，最少需要51个地址，51表示成二进制为：51=0011 0011，即最低需要6位二进制来表示，因此LAN1的网络前缀可以是26位（其中前24位固定为1100 0000.0100 1101.0010 0001，后2位可以是任意值）表示为：192.77.33.0/26LAN3：主机数30，加上一个路由器，最少需要31个地址，31表示成二进制为：31=0001 1111，即最低需要用5位二进制来表示，因此LAN3的网络前缀可以是27位（前24位固定，后3位任意），可以表示为：192.77.33.64/27；考虑到以后网络还要增加主机数，所以可用6位二进制来表示地址，即其网络前缀可以用26位二进制来表示：192.77.33.64/26.按照同样的方法，可以分配给：LAN6：192.77.33.96/27 LAN7：192.77.33.128/27LAN8：192.77.33.160/27 LAN2：192.77.33.192/28LAN4：192.77.33.208/28 LAN5：192.77.33.224/29(考虑到以太网以后可能还要增加几个主机，故留有余地) WAN1：192.77.33.232/30; WAN2：192.77.33.236/30 WAN3：192.77.33.240/3031、以下哪个地址和86.32/12匹配？说明理由。（1）86.33.224.123 （2）86.79.65.216 （3）86.58.119.74 （4）86.68.206.154答：把86.33/12转换成二进制：0101 0110. 0010 0001/12,可以看出第2字节的前4位在前缀中。给出这四个地址中的第二个字节的前4位二进制表示：（1）0010 （2）0100 （3）0011 （4）0100只有（1）是相匹配的。32、以下的前缀中哪个和地址2.52.90.140匹配？说明理由。（1）0/4 (2)32/4 (3)4/6 （4）80/4答：2.52.90.140的前4位是0000（1）0/4的二进制表示是：0000/4，与地址2.52.90.140相匹配。通过类似计算，可以知道，（2）的前4位是0001，与2.52.90.140的前4位不同，故不匹配。（3）的前6位是0000 01，而2.52.90.140的前6位是0000 00，故不匹配。（4）的前4位是0101，而2.52.90.140的前4位是0000，故不匹配。33、下面的前缀中的哪个与和地址152.7.77.159及152.31.47.252都匹配？说明理由。（1）152.40/13 （2）153.40/9 (3)152.64/12 (4)152.0/11答：152.7.77.159的二进制表示是：1001 1000.0000 0111.0100 1101.1001 1111152.31.47.252的二进制表示是：1001 1000.0001 1111.0010 1111.1111 1100（1）152.40/13的二进制表示是：1001 1000.0010 1/13（2）153.40/9的二进制表示是：1001 1001.0/9（3）152.64/12的二进制表示是：1001 1001.0100/12（4）152.0/11的二进制表示是：1001 1001.000/11通过分析可知，（4）和这两个地址都匹配。34、与下列掩码相对应的前缀各有多少位？（1）192.0.0.0 （2）240.0.0.0 （3）255.224.0.0 （4）255.255.255.252答：（1）/2 （2）、4 （3）/11 (4)/30192=1100 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0000 （属于C类网络）240=1111 0000.0000 0000.0000 0000.0000 0000255.224=1111 1111.1110 0000255.255.255.252=1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 110035、已知一个地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试求这个地址块中的最大地址和最小地址？地址掩码是什么？地址块中共有多少个地址？相当于多少个C类地址？答：140.120.84.24/20=1000 1100.1000 1100.0101 1100.0001 0000 所以地址掩码是1111 1111.1111 1111.1111 0000.0000 0000写成十进制是255.255.240.0最大地址是：1000 1100.1000 1100.0101 1111.1111 1111=140.120.95.255/20最小地址是：1000 1100.1000 1100.0101 0000.0000 0000=140.120.80.0/20该地址块中共有212个地址，即4096个地址。该地址块相当于24个C类地址。36、已知地址块是190.87.140.202/29。重新计算上题。答：计算方法和上题相同。地址掩码是：1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1000最小地址是190.87.140.200/29最大地址是190.80.140.207/29共有23个，即8个地址。相当于1/32个C类地址。37、某单位分到一个地址块136.23.12.64/26，现在需要进一步划分为4个一样大的子网，试问：（1）每个子网的网络前缀有多长？（2）每个子网中有多少个地址？（3）每个子网的地址块是多少？（4）每个子网可以分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么？答：（1）每个子网的前缀是28位。（2）每个子网中有24个地址，即每个子网中有16个地址。（3）每个子网的地址块分别是第一个子网：136.23.12.64/28=136.23.12.0100 0000/28。可以分