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計網計算題

2020-12-28 10:21:00 其他

  1. 速率
    速率指的是資料的傳送速率也稱為資料率或位元率
    單位bit/s（或b/s,bps）
    當資料率較高時，通常在bit/s前加上一個字母，k=10^3 ,M=10^6 ,G=10^9 ,T=10^12
    當提到網路的速率時往往指的是額定速率或標稱速率，而并非網路實際運行的速率，
    對于高速網路鏈路，我們提高的僅僅是資料的發送速率而不是位元在鏈路上的傳播速率

例題：假設信號在媒體上的傳播速率為2.310^8m/s，媒體長度為100m，當資料率為1Gb/s時，在媒體中正在傳播的位元數是( )，
解答：
正在傳播的位元數=（100m1Gb/s）/（2.310^8m/s） =4.3510^2bit

  1. 帶寬
    （1）帶寬本來是指某個信號具有的頻帶寬度，信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率范圍，這種意義的帶寬單位是赫茲，
    （2）在計算機網路中帶寬是用來表示網路中牟通道傳送資料的能力，也就是單位時間內網路中某信道所能通過的最高資料率，單位是bit/s
    （3）不同時期的帶寬會變，給定某條信道的帶寬值是固定的
    （4）一條通信鏈路的帶寬越寬，所能傳輸的最高資料率也就越高

例題： 假定一條鏈路的傳播速率為2*10^8km/s，鏈路帶寬為1Mb/s，則主機在1us內可向鏈路發送( )資料，
解答：
鏈路的帶寬是1Mb/s，每秒鐘10^6bit，那1us就是1bit，跟傳播速率沒有關系

  1. 吞吐量
    吞吐量表示在單位時間內通過某個網路（或信道，或介面）的實際的資料量，受網路的帶寬或網路的額定速率限制
  2. 時延
    時延由以下幾個部分組成：發送時延，傳播時延，處理時延，排隊時延
    舉個例子：10件貨物從一端經過傳送帶到達另一端，

例題1：有一個點對點鏈路，長度為50km，若資料在此鏈路上的傳播速率為210^8m/s，鏈路的帶寬應為( )才能使傳播時延和發送100位元組的分組的發送時延一樣大，
解答：
發送時延=資料塊長度（bit）/帶寬（bit/s）
傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速率（m/s）
列出等式求得帶寬=3.210^6bit/s

例題2：有一個點對點鏈路，長度為50km，若資料在此鏈路上的傳播速率為2*10^8m/s，鏈路的帶寬應為( )才能使傳播時延和發送512位元組的分組的發送時延一樣大，
解答：
跟例題1一模一樣的解法，求得帶寬=16.38Mb/s

  1. 發送時延
    從第一件貨物放上傳送帶的那一刻開始計算，一直到最后一件貨物放上去之間所經歷的時間就叫發送時延，
    計算公式：發送時延=資料幀長（bit）/資料發送速率（bit/s）
    發送時延=資料塊長度（bit）/帶寬（bit/s）
    由此可見，發送時延并不是固定不變的，與發送的幀長成正比，與發送速率成反比

例題1：收發兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2*108m/s，資料長度為107bit，資料發送速率為100kb/s，則發送時延為( )，
解答：
發送時延=資料幀長（bit）/資料發送速率（bit/s）=(10^7bit)/(100kb/s)=100bit
注意這里用到的是資料的發送速率

例題2：收發兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2*108m/s，資料長度為103bit，資料發送速率為1Gb/s，則發送時延為( )，
解答：
發送時延=資料幀長（bit）/資料發送速率（bit/s）=（10^3bit）/（1Gb/s）=1us

  1. 傳播時延
    最后一個貨物離開傳送帶時所經歷的時間
    計算公式：傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速率（m/s）
    電磁波在自由空間中傳播的速率=3.010^5 km/s
    電磁波在光纖傳播的速率=2.0    10^5 km/s

例題：收發兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2108m/s，資料長度為107bit，資料發送速率為100kb/s，則傳播時延為( )，
解答：
傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速率（m/s）=（1000km）/（210^8m/s）=5ms

  1. 處理時延
    主機或路由器在收到分組后要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取資料部分，進行差錯檢驗或查找適當的路由等，該部分時間可以預計
  2. 排隊時延
    分組在經過網路傳輸時，要經過許多路由器，但分組在進入路由器后要現在輸入佇列中排隊等待處理，在路由器確定了轉發介面后，還要在輸出佇列中排隊等待轉發，該部分時間無法預計，會給網路通信帶來不確定性
  3. 時延帶寬積
    時延帶寬積=傳播時延*帶寬
    即鏈路上存在多少個位元

例題：假定一條鏈路的傳播速率為210^8km/s，鏈路帶寬為10Mb/s，600m長度的此種鏈路的時延帶寬積是( )，
解答：
傳播速率是指電磁波在信道中傳播的速度
時延帶寬積=傳播時延帶寬
傳播時延=信道長度/電磁波在信道上傳播速率
即時延帶寬積=(600m10Mb/s)/(210^8km/s)=

  1. 往返時間RRT
  2. 利用率
    利用率分為信道利用率和網路利用率
    信道利用率并非越高越好，這是因為，根據排隊論理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也會迅速增加，當網路的通信量很少時，網路產生的時延并不大，但在網路通信不斷增大的情況下，由于分組在網路結點進行處理時需要排隊的時間增長，因此網路引起的時延也會增大，
    信道或網路的利用率過高會產生非常大的時延，如果過大要準備擴容，增大線路的帶寬
  3. 香農公式
  4. 碼分復用
    碼分復用CDM或碼分多址CDMA是一種共享信道的方法，每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信，
    CDMA系統的一個重要特點就是這種體制給每一個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還需要互相正交，
    規格化內積：若發送站和接收站兩個向量乘積：
    =1 發送1
    =-1 發送0
    =0 未發送

例題：共有四個站進行碼分多址CDMA通信，四個站的碼片序列為：A（-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1），B（-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1），C（-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1），D（-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1），現收到這樣的碼片序列：（-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1），問哪個站發送了資料0？
解答：
S向量與ABCD四個向量分別相乘:
S * A *1/8=-1 A發送的是0
S * B *1/8=1 B發送的是1
S * C *1/8=1 C發送的是1
S * D *1/8=0 D未發送資料

  1. CRC回圈冗余檢驗
    在資料后添加n位冗余碼，n與p的關系是比p少一位，p為多項式最高項值，若余數R為0，表示幀沒有差出錯，可以接受；若R≠0，表示幀有差錯，但是無法判斷哪一位或哪幾位出了錯，直接丟棄

例題：要發送的資料為101110，采用CRC的生成多項式是P(x)=x^3+1，應添加在資料后面的余數是( )，
解答：
原資料M=101110
P(x)=x3+1=1*x3+0*x2+0*x1+1*x0,所以 P=1001
冗余位n=P的位數-1=3
因此計算Mn（0）/P=101110000/1001……011（二進制除法，不借位不退位）
判斷這個幀有差錯，丟棄

  1. PPP位元組填充和零位元填充

例題1：一微機與遠程終端約定按HDLC協議進行通信，其同步字符為7EH，設資訊幀中含一資料位元組3FH，則在發送時（發送順序先高位后低位），發送端需將它轉換成哪一種形式再發送( )，
HDLC規定,每個幀前后均有一標志碼01111110,用做幀的起始、終止標志及幀的同步，標志碼不允許在幀的內部出現,以免引起誤解，為保證標志碼的唯一性但又兼顧幀內資料的透明性,可以采用"0位元插入法"來解決，該法在發送端監視除標志碼以外的所有欄位,當發現有連續5個"1"出現時,便在其后添插一個"，",然后繼續發送后繼的位元流，在接收端,同樣監視除起始標志碼以外的所有欄位,當連續發現5個"1"出現后,若其后一個位元為"0",則自動洗掉它
本題中,同步字符為7EH,也即標志碼為7EH,轉換為二進制即011111隊題中設資訊幀中含一資料位元組3FH,轉換為二進制即為00111111,按照"0位元插入法",發送端在
發送00111111時,要在連續5個1后插入一個0,傳送的實際二進制位串應001111101

例題2：一個ppp幀的資料部分（用十六進制寫出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E，試問真正的資料是什么（用十六進制寫出）
解答：
因為題目給的是資料部分求真正的資料，所以我們要換過來，就是把7D 5E直接替換成7E,看見7D 5D就換成7D，其他照抄
如果題目是給出真正的資料，然后要求資料部分，我們看見7E就給他換成7D 5E,看見7D就換成7D 5D，

  1. 最小資料幀長
    最小幀長的由來: 在一幀發送完畢之前，發送方必須要檢測到是否有沖突發生，如果沒有則大吉，如
    果有則按照相應演算法檢測后重新發送該幀，
    這樣就很清楚了，就是一個幀發送完的時間必須大于檢測到沖突的最長時間，檢測到沖突需
    要的最長時間為電信號在傳輸最長距離上跑-個來回的時間再加上端設備的物理延遲時間，
    考試中設備物理延遲-般不用考慮，電信號的速度考試時按照(210^8m/s) 即可，
    網路傳播延遲=最大段長/信號傳播速度
    沖突視窗=網路傳播延遲的兩倍.
    最小幀長=2    (網路資料速率*最大段長/信號傳播速度)

例題1：在一個采用CSMA/CD協議的網路中，傳輸介質是一根完整的電纜，傳輸速率為1Gb/s，電纜中的信號傳播速度是200000km/s，若最小資料幀長度減少800位元，則最遠的兩個站點之間的距離至少需要( )，
解答：
套公式，列等式，解方程，
網路資料速率=1Gb/s
信號傳播速度=200000km/s
解得y1-y2=80m，即距離至少要減少80m

例題2：假定1km長的CSMA/CD網路的資料率為1Gb/s，設信號在網路上的傳播速率為200000km/s，則能夠使用此協議的最短幀長為( )，
解答：
套公式
網路資料速率=1Gb/s
信號傳播速度=200000km/s
最小幀長=2*(網路資料速率最大段長/信號傳播速度)=2（1Gb/s*1km/200000km/s）=10^4bit

  1. 劃分子網
    劃分子網的基本思路：
    1、一個擁有許多物理網路的單位，可將所屬的物理網路劃分為若干個子網，每個子網屬于一個“單位”，本單位意外的網路看不到這個網路是由多少個子網構成，因為這個網路對外表現仍為一個網路，
    2、劃分子網的方法是從網路的主機號借若干個位作為子網號，主機號同樣地減少相應的位數，于是IP可以表示為：<網路號><子網號><主機號>
    在劃分子網的情況下，從IP地址卻不能唯一地得出網路地址來，這是因為網路地址取決于那個網路所采用的子網掩碼，但資料報的首部并沒有提供子網掩碼的資訊，
    關于如何通過IP地址和子網掩碼求網路地址或廣播地址

私網地址的范圍：

A類地址：10.0.0.0～10.255.255.255

B類地址：172.16.0.0 ～172.31.255.255

C類地址：192.168.0.0～192.168.255.255

IP地址分為5類，其中A，B，C三類zhuan中各保留了3個區域作為私網地址，也就是局域網用的，私網地址不能在公網上出現，只能用在內部網路中，所有的路由器都不能發送目標地址為私網地址的資料報

例題1：網路地址
一個園區網內某VLAN中的網關地址設定為195.26.16.1，子網掩碼設定為255.255.240.0，則IP地址( )不屬于改VLAN，
A.195.26.15.3 B.195.26.18.128 C.195.26.24.254 D.195.26.31.64
解答：
判斷兩個ip地址是否屬于同一個局域網的方法就是用兩個IP地址分別和子網掩碼相與，得到的網路一樣則判斷是一個局域網，否則不是，
最后選A

例題2：某主機的IP地址為180.80.77.55，子網掩碼為255.255.252.0，該主機向所在子網發送廣播分組，則目的地址可以是( )，
A.180.80.76.0
B.180.80.76.255
C.180.80.77.255
D.180.80.79.255
解答：
分析題目可知，主機IP為180.80.77.55，子網掩碼為255.255.252.0，網路IP為180.80.76.0，如果主機向子網發送廣播分組，則目的IP地址的主機號要全部置1，即為180.80.79.255，

例題3： 每個子網的最大可分配地址數
某網路的IP地址空間為192.168.5.0/24，采用等長子網劃分，子網掩碼為255.255.255.248，則劃分的子網個數、每個子網內的最大可分配地址個數為( )
解答：
IP地址空間為192.168.5.0/24是一個C類IP地址塊，其默認子網掩碼為255.255.255.0，若采用變長子網劃分，子網掩碼255.255.255.248的二進制表示為11111111.11111111.11111111.11111000，它是在255.255.255.0的基礎上，向原主機號借用了5個位元位作為新的子網號，因此該網路的最大子網個數為25=32個，每個子網內的最大可分配地址個數=2^3-2=6個，其中“-2“表示主機號全0的地址被保留用于標志子網本身，以及主機號全1的地址被保留用作該子網的廣播地址，

例題：ip地址的范圍
某埠的IP地址為202.16.7.131/26，則該IP地址所在網路的廣播地址是
解答 ：
1、IP地址是C類地址，默認掩碼24位，現在有26位，因此向主機借了2位，劃分為4個子網
2、每個子網64個主機，202.16.7.131屬于202.16.7.128/26這個子網
3、IP地址的范圍：子網+1-子網+可用主機數，即：202.16.7.129/26-202.16.7.190/26
4、廣播地址：202.16.7.191/26
例題：最大主機數
一個園區網內某VLAN中的網關地址設定為195.26.16.1，子網掩碼設定為255.255.240.0，該VLAN最多可以配置( )臺IP地址主機，
解答：
將子網掩碼化為二進制：11111111.11111111.11110000.00000000
主機號一共有12位，所以IP地址有2^12個，全0或全1的主機是保留地址不用做IP地址，所以還要減2，
2^12-2-1=4093

例題：子網掩碼
已知某網路有一個地址是167.199.170.82/27，這個網路的網路掩碼是( )
解答：
/27表示網路前綴27位，子網掩碼就是前27位都是1，轉為二進制就是255.255.255.224
例題：某埠的IP地址為202.16.7.131/26，則該IP地址所在網路的廣播地址是( )，
解答：
廣播地址的求解：根據給出的IP地址求出其子網掩碼，再求出網路地址，將網路地址的主機位全置1即可，
1、求子網掩碼：202.16.7.131屬于C類地址，子網掩碼255.255.255.0，網路號有26位，所以向主機借了2位，劃分位2^2=4個子網，子網掩碼二進制為：11111111.11111111.11111111.11000000
2、求網路地址：子網掩碼&IP地址=202.16.7.129
3、將網羅地址主機號位全置1：202.16.7.191

例題：某公司的網路地址為192.168.1.0/24，要劃分成5個子網，每個子網最多20臺主機，則適用的子網掩碼是( )，
解答：
要構造5個子網，向主機位借3即可，2^2 <5< 2^3 滿足條件，這個時候每個子網最多可用數量的主機有2^(8-3)-2=30>20滿足條件，因此子網掩碼為255.255.255.224

  1. 有關路由表

例題1： RIP更新路由表的依據是：若相鄰路由器X說：“我到目的網路Y的距離為N”，則收到此資訊的路由器K就知道：“若將下一站路由器選為X，則我到網路Y的距離為( )”，
解答：
路由資訊協議(RIP)是內部網關協議(IGP)中使用得最廣泛的一種基于距離矢量路由演算法的路由協議，其最大優點是簡單，RIP規定資料每經過一個路由器，跳數增加1，實際使用中，一個通路上最多可包含的路由器數量是15個，

例題2：路由器收到一個IP資料包，其目標地址為202.31.17.4，與該地址匹配的子網是( )，
A.202.31.0.0/21 B.202.31.16.0/20 C.202.31.8.0/22 D.202.31.20.0/22
解答：

例題3：

  1. 資料報片、資料欄位長度、片偏移欄位、MF標志數值
    資料欄位的長度：IP資料報的首部占20位元組，以太網規定MTU=1500位元組，因此資料報的資料部分=1480位元組
    片偏移欄位=資料段起始位/8
    片偏移地址就不用除以8
    MF標志數值：1表示后面還有分片，0表示這已經是最后一個資料報片了

例題：一個UDP用戶資料報的資料欄位為8192位元組，在鏈路層要使用以太網來傳送，試問應當劃分為幾個IP資料報片？說明每一個IP資料報片的資料欄位長度和片偏移欄位的值，
解答：
UDP首部占8個位元組，因此這個UDP資料報總共長8192+8=8200位元組，
最常用的以太網規定最大傳輸單元MTU=1500位元組，一個IP資料報的首部占20位元組，所以IP資料報的資料部分最大只能占1480位元組，
8200=14805+800，因此這個UDP應該劃分為6個IP資料報片，前5個資料報片資料欄位長度1480位元組，最后一個資料欄位長800位元組，
片偏移指的是某片在原分組中的相對位置，這就是說除最后一個資料報片外，每個分片的長度一定是8位元組的整數倍，
片偏移欄位的值分別是0，14801/8=185,1480*2/8=370 , 555 , 740 和 925

  1. 路由匯聚

路由匯聚：是把一組路由匯聚為一個單個的路由廣播，路由匯聚的最終結果和最明顯的好處是縮小網路上的路由表的尺寸，

例題：設有下面4條路由：170.18.129.0/24、170.18.130.0/24、170.18.132.0/24和170.18.133.0/24，如果進行路由匯聚，能覆寫這4條路由的地址是( )，
解答：
將各子網網段地址以二進制方式寫出來，從不相等的位開始用‘0’位元填充最后轉為十進制即可，
題中4條路由24位是網路號，相同的位是170.18
129的二進制：100000001
130的二進制：100000010
132的二進制：100000100
133的二進制：100000101
前面5位均為10000，剩余三位充0，所以就是10000000化為十進制是128
所以路由匯聚后的IP地址是170.18.128.0/22

  1. 地址分配方案

  2. 三次握手確認序號
    首先明白幾個概念：序號seq、確認號ack、確認ACK、同步SYN，
    序號seq：TCP報文段首部的序號欄位指的是本報文段所發送的資料的第一個位元組的序號，例如，一個報文段的序號欄位值是301，而攜帶的資料共有100位元組，這就表明：本報文段的資料的第一個位元組的序號是301，最后一個位元組的序號是400，顯然，下一個報文段的資料序號應當從401開始，即下一個報文段的序號欄位值應為401，
    確認號ack：是期望收到對方下一個報文段的第一個資料位元組的序號，例如，B正確收到了A的發送過來的一個報文段，其序號欄位值是501，而資料長度是200位元組（序號501-700），這表明B正確收到了A發送的到序號是700為止的資料，因此B期望收到A的下一個資料序號是701，于是B在發送給A的確認報文段中把確認號置為701，總之，若確認號=N，則表明：到序號N-1為止的所有資料都已正確收到，
    確認ACK：僅當ACK=1時確認號欄位才有效，TCP規定，在建立連接后所有傳送的報文段都必須把ACK置1，
    同步SYN：SYN置1表示這是一個連接請求或連接接受報文，

例題1：主機A向主機B連續發送了兩個TCP報文段,其序列號分別是70和100，試問：
（1）第一個報文段攜帶了多少位元組的資料？
（2）主機B收到第一個報文段后發回的確認中的確認號應當是多少？
（3）如果B收到第二個報文段后發回的確認中的確認號是180，試問A發送的第二個報文段中的資料有多少位元組？
（4）如果A發送的第一個報文段丟失了，但第二個報文段到達了B，B在第二個報文段到達后向A發送確認，試問這個確認號應當是多少？
解答：
（1）因為是連續發送的，第一個報文段的是從70開始的，第二個報文段從100開始，所以第一個報文段的資料部分是70-99，因此第一個報文段攜帶的位元組：99-70+1=30
（2）正確收到第一個報文段后，總共到99為止，因此確認號為100
（3）確認號=180，說明到179為止的所有資料都已正確接收，長度為179-100+1=80
（4）確認號指的是接收方想要接收的報文段的序號，比如我想要70-99的報文，在接收程序中我收到了100-180，而第一個報文段丟了，這時候我肯定跟你說，再發一遍第一個，就是這個意思，在這里序號70的丟了，所以確認號就是70，和后面的沒關系，

例題2：A和B之間建立了一個TCP連接，A向B發送了一個報文段，其中序號欄位seq=200，確認號欄位ack=201，資料部分有2個位元組，那么在B對該報文的確認報文段中seq和ack是？
> 解答：
A發送的報文段序號是200，確認號欄位是201，B對該報文的確認報中，確認號表示到201為止的資料都已正確接收，因此確認號=202，A報文段確認號是201，所以B的序號=201

>
例題3：主機甲和主機乙之間已建立一個TCP連接，主機甲向主機乙發送了3個連續的TCP段，分別包含300位元組、400位元組和500位元組的有效載荷，第3個段的序號為900，若主機乙僅正確接收到第1和第3個段，則主機乙發送給主機甲的確認序號是(
)，

  1. 擁塞視窗

例題：主機甲和主機乙之間已建立一個TCP連接，TCP最大段長為1000位元組，若主機甲的當前擁塞視窗為4000位元組，在主機甲向主機乙連續發送2個最大段后，成功收到主機乙發送的第一段的確認段，確認段中通告的接收視窗大小為2000位元組，則此時主機甲還可以向主機乙發送的最大位元組數是（），
解答：
TCP采用序列號、確認、滑動視窗協議等機制來實作端到端節點之間可靠的資料傳輸，其中，滑動視窗協議規定未被確認的分組數最多為視窗的大小，且只需要重傳未被確認的分組，
依題意，主機甲的當前擁塞視窗為4000B，主機甲向主機乙連續發送2個最大段，其中第1個段的序列號為4000，視窗值為1000；第2個段的序列號為5000，視窗值為1000，主機甲成功接收到主機乙發送的第一段的確認段，確認段的序列號為5000，其通告的接收視窗大小為2000B，則說明此時主機乙具有一個2000B的空閑緩沖區，即此時主機乙最大還可以接收2000B的資料，由于主機乙還未對主機甲發出第2個報文段進行確認，因此這2000B的空閑緩沖區還需預留出1000B用于接收第2個報文段，即此時主機甲還可以向主機乙發送的最大位元組數只有1000B，

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