第 3 章 计算机网络体系结构
一、填空题
1. 协议主要由（语法）、（语义）和（同步）三个要素组成。
2. OSI 模型分为（物理层）、（数据链路层）、（网络层）、（传输层）、（会话层）、
（表示层）和（应用层）七个层次。
3. OSI 模型分为（资源子网）和（通信子网）两个部分。
4. 物理层定义了（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）四个方面
的内容。
5. 数据链路层处理的数据单位称为（帧）。
6. 数据链路层的主要功能有（链路管理）、（成帧）、（信道共享）、（帧同步）、
（流量控制）、（差错控制）、（透明传输）和（寻址）。
7. 在数据链路层中定义的地址通常称为（硬件地址）或（物理地址）。
8. 网络层所提供的服务可以分为两类：（面向连接的）服务和（无连接的）服务。
9. 传输层的功能包括（服务选择）、（连接管理）、（流量控制）、（拥塞控制）和
（差错控制）等。 二、名词解释
同步 协议 实体 对等层 对等层通信 服务 CIDR 协议数据单元 服务数据单元同步
同步指的是广义的、在一定条件下发生什么事情的特性，而且条件和时间有关，具有时序的含义。 协议
计算机网络中意图进行通信的结点必须要遵守一些事先约定好的规则。这些为进行数据交换而建立的规则、标准或约定即称为协议，也称为网络协议。 实体
任何接收或者发送数据的硬件单元或者软件进程模块都可以称为通信实体，简称实体。对等层
不同的网络结点，若它们遵循的是同一种网络体系结构的话，那么在不同结点上完成同样功能的层次称为对等层。 对等层通信
在分层的网络体系结构中，每个层次只知道自己从上层接收来数据并处理后再传递给下一层，结果通信目的方该层次的对等层就收到与己方处理的一模一样的数据。就好像在两个对等层之间有一条“通道”直接把数据传送过去一样，这种情况就称为对等层通信。 服务
下一层能被上一层看见的功能称为服务。协议数据单元、服务数据单元
对等层上传送的数据单位称为协议数据单元，而直接相邻的两个层次之间交换的数据单位称为服务数据单元。两者服务的对象是不同的。
CIDR
无分类域间路由选择（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）不使用 A 类、B 类和C 类地址的网络号以及子网号，也不划分子网。它将 32 位的 IP 地址前面连续的若干位指定为网络号，而后面的位则指定为主机号，网络号的位数可以自由定义。
三、 简答题
1. 为什么要采用分层的方法解决计算机的通信问题？
通过分层的方法，使得计算机网络复杂的通信处理问题转化成为若干相对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理变得相对容易。
2. “各层协议之间存在着某种物理连接，因此可以进行直接的通信。”这句话对吗？
不对。物理连接只存在于最底层的下面。各层协议之间只存在着称为“对等层通信”的逻辑连接。
3. 请简要叙述服务与协议之间的区别。
通过协议的规定，下一层可以为上一层提供服务，但是对于上一层的服务用户来说下面的协议是透明的。协议是存在于对等层之间的，是水平的；服务存在于直接相邻的两个层次之间，是垂直的。
4. 请描述一下通信的两台主机之间通过 OSI 模型进行数据传输的过程。
发送数据的具体过程为：要进行通信的源用户进程首先将要传输的数据送至应用层并由该层的协议根据协议规范进行处理，为用户数据附加上控制信息后形成应用层协议数据单元再送至表示层；表示层根据本层的协议规范对收到的应用层协议数据单元进行处理，给应用层协议数据单元附加上表示层的控制信息后形成表示层的协议数据单元再将它传送至下一层。数据按这种方式逐层向下传送直至物理层，最后由物理层实现比特流形式的传送。
当比特流沿着传输介质经过各种传输设备后最终到达了目标系统。此后，接收数据的具体过程为：按照发送数据的逆过程，比特流从物理层开始逐层向上传送，在每一层都按照该层的协议规范以及数据单元的控制信息完成规定的操作，而后再将本层的控制信息剥离，并将数据部分向上一层传送，依此类推直至最终的、通信的目的用户进程。 5. 请简述虚电路服务的特点。
虚电路服务要求发送分组之前必须建立连接，即虚电路。之后所有的分组都沿着虚电路依次进行传送。在所有分组传送完毕后要释放连接。它可以提供顺序、可靠的分组传输，适用于长报文的通信，一般应用于稳定的专用网络。 6. 请简述无连接服务的特点。
无连接服务无需事先建立连接。各个分组携带全部信息，依据网络的实际情况，独立选择路由到达目的端。它只提供尽最大努力的服务，因此不能保证传输的可靠性。独立选择路由的模式也不能保证分组到达的顺序性。但是其操作灵活且鲁棒性较强，适合于短报文传输以及对实时性和可靠性要求不高的环境。
7. “传输层是真正端到端的网络层次。”这句话对吗？
正确。源端主机上某个程序的进程利用传输层报文的首部字段和控制报文与目的端主机上的目标程序进程进行对话，从而实现程序（进程）之间的信息交互。 8. 请画出 TCP/IP 模型的结构图。
应用层 传输层 网际层 网络接口层
9. TCP/IP 模型中传输层的协议有哪些？
传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP。 10. TCP/IP 模型中网际层的协议有哪些？
网际协议 IP、因特网控制报文协议 ICMP、地址解析协议 ARP、逆向地址解析协议 RARP 以及因特网组管理协议 IGMP。
11. 请说明 IP 协议分片处理的过程。
若 IP 分组经过的某中间网络的 MTU 值小于生成分组数据的初始网络的 MTU 值时，必须要将分组分割成适合该中间网络传输要求的小的分组，这个过程称为分片。一般是将 IP 分组的数据部分按照 8 个字节的整数倍进行等分，并从零开始计数。只有第 1 个分片拥有 IP 分组完整的首部信息，后续分片只复制原 IP 分组首部的部分信息（无选项字段）。此时每个分片分组的片偏移字段值设为该分片的数据内容的第 1 个字节在原始的 IP 分组中的位置，同时标志字段的 DF 位为 0，最后一个分片的 MF 位为 0，其它分片的 MF 位为 1。所有的分片将在目的主机上进行重组。重组时，接收端将标识符字段值相同的且 MF 位为 1 的各个分片缓存起来，直到某个分片的 MF 为 0 为止。随后将这些分片的数据内容进行重新的组合，从而恢复出原始的 IP 分组信息。
12. 请说明 ARP 协议和 RARP 协议的区别。
ARP 协议用于查询已知 IP 地址的目的主机的硬件地址信息。RARP 协议处理的是通信设备知道自己的物理地址，但是不知道 IP 地址的问题。 13. 请说明 TCP 协议校验和字段的计算方法。
发送端先将校验和字段全部置 0。然后将伪首部连同 UTCP 报文一起拆分成若干 16 位的二进制位串。若 TCP 报文的数据部分不是偶数个字节，则在最后添加一个全 0 字节。随后按照二进制反码计算这些 16 位二进制位串的和。最后将此值的二进制反码记入校验和字段并发送。接收端首先将收到的 TCP 报文附加上伪首部信息以及可能的填充字节信息，然后将这些内容拆分成 16 位的二进制位串。最后按照二进制反码求这些 16 位二进制位串的和，如果结果是全 1 则表明传输无误。
14. 什么是 IP 地址？IP 地址由哪些部分组成？
TCP/IP 模型的网际层为每一个连接在网络上的设备接口分配了一个全世界独一无二的32 位标识符作为该设备接口的唯一标识。这个全世界独一无二的 32 位标识符称为 IP 地址。32 比特的 IP 地址分为两个部分，分别是网络号部分和主机号部分。
15. IP 地址与硬件地址的区别是什么？
IP 地址是网际层级以上各层使用的地址概念，而硬件地址是数据链路层和物理层（网络接口层）使用的地址概念。数据链路层“看不见”数据报的 IP 地址，而网际层也看不见硬件地址。
16. 请说明 IP 地址的分类以及各类 IP 地址的范围。 网络第一个可用类型 的网络号 最后一个可用的网络号 126 最大网络数 每个网络的最大主机数 2-2= 24 IP地址总范围 1.0.0.0~127.255.255.255 可分配给主机的IP地址范围 1.0.0.1~126.255.255.254 A 1 128.0 2-2=126 7B 191.255 2=16384 221= —— 142-2=65534 2-2=254 816128.0.0.0~191.255.255.255 128.0.0.1~191.255.255.254 192.0.0.0~223.255.255.255 192.0.0.1~223.255.255.254 C 192.0.0 223.255.255 D —— —— —— —— —— 224.0.0.0~239.255.255.255 —— —— E —— —— 240.0.0.0~247.255.255.255 17. 对于传统的 IP 地址而言，请说明 127.0.0.4 和 190.233.255.255 的含义是什么？
前者用于计算机的环回测试，后者表示一个 B 类网络的广播地址。
18. 某单位拥有一个 B 类地址网络。现欲在其中划分 7 个子网，则子网掩码是什么？每个
子网最多可以有多少台主机？ 255.255.240.0。 4094。
19. 128.14.32.0/20 包含多少个地址？其最大地址和最小地址是什么？
12
2 个。最大地址为 128.14.47.255，最小地址为 128.14.32.0。 20. IPv6 分组的扩展首部是否为数据报的首部？为什么？
扩展首部都不属于 IPv6 数据报的首部， 而是与数据部分共同被定义为有效载荷 （payload）或净负荷。因为扩展首部提供的是数据报的扩展功能，是可选的。数据报的首部专指基础首部。
21. TCP/IP 模型的应用层可以与 OSI 模型的哪个层次相对应？
应用层、表示层和会话层。
22. TCP/IP 模型的网络接口层可以与 OSI 模型的哪个层次相对应？
数据链路层和物理层。
23. 请简述 TCP/IP 模型与 OSI 模型的区别。
首先，TCP/IP 模型的应用层囊括了 OSI 模型的应用层、表示层和会话层三层的功能。实践证明将表示层和会话层单独作为独立的层次会造成网络结构复杂、功能冗余，可以将它们的功能划归其它层次实现。TCP/IP 模型在这一点上做得较好而 OSI 模型在此处却留下了一个败笔。
其次，TCP/IP 模型只有一个未作任何定义的网络接口层，而 OSI 模型则完整的定义了数据链路层和网络层。实际上这两层是完全不同的，物理层必须处理实际的物理传输媒介的各种特性，而数据链路层只关心如何从比特流中区分名为帧的数据单元以及如何将帧可靠地传输到目的端。TCP/IP 模型在这一点上工作做得不够。
除上述差异之外，两个模型的特点对比还有：TCP/IP 模型没有明显地区分服务、接口和协议的概念，而 OSI 模型却做了详细的工作，从而符合了软件工程实践的规范和要求；
TCP/IP 模型是专用的，不适合描述除 TCP/IP 模型之外的任何协议，而 OSI 模型是一个通用的标准模型框架，它可以描述任何符合该标准的协议；TCP/IP 模型重点考虑了异构网络互联的问题，而 OSI 模型开始对这一点考虑得不多；TCP/IP 模型提供了面向连接和无连接两种服务，而 OSI 模型开始只考虑了面向连接一种服务；TCP/IP 模型提供了较强的网络管理功能，而 OSI 模型后来才考虑这个问题。
第3章计算机网络体系结构(习题答案)(可编辑修改word版)
