1. 假设有段1km长的CSMA/CD网络链路的数据传输率为1Gb/s。设信号在此链路媒介上的传播速度为2x105 km/s，求使用此协议的最短数据帧长度。
（1）传播时延：1/200000=5微秒，
（2）往返时延：5*2=10微秒，按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒
（3）以1Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于10*10-6*1*109=10000
（4）因此最短帧是10000位或1250字节
2.假设通信信道带宽为1Gbps，端到端时延为10ms。TCP 的发送窗口为65535字节。那么此信道可能达到的最大吞吐量是多少? 信道的利用率是多少?（不考虑TCP、IP首部和数据帧等附加数据）
（1）往返时延：2*10*10-3=0.02s
（2）发送时延：65535*8/109≈0.000524s
（3）总时延=往返时间+发送时延=0.020524s
（4）1s发送的窗口数=1/总时延=48.7个窗口。
（5）48.7*65535*8=25.5Mbps
（6）最大吞吐量为25.5Mb/s。信道利用率为25.5/1000=2.55%
3. 设某路由器建立了如下路由表（这三列分别是目的网络、子网掩码和下一跳路由器，若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出去）：
| 目的网络 | 子网掩码 | 下一跳 |
| 128.96.39.0 | 255.255.255.128 | 接口0 |
| 128.96.39.128 | 255.255.255.128 | 接口1 |
| 128.96.40.0 | 255.255.255.128 | R2 |
| 192.4.153.0 | 255.255.255.192 | R3 |
| *（默认） | R4 |
现共收到5个分组，其目的站IP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
试分别计算其下一跳，需要写出计算过程。
（1）分组的目的站IP地址为：128.96.39.10。先与子网掩码255.255.255.128相与，得128.96.39.0，可见该分组经接口0转发。
（2）分组的目的IP地址为：128.96.40.12。
①与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，不等于128.96.39.0。
②与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，经查路由表可知，该项分组经R2转发。
（3）分组的目的IP地址为：128.96.40.151，与子网掩码255.255.255.128相与后得128.96.40.128，与子网掩码255.255.255.192相与后得128.96.40.128，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。
（4）分组的目的IP地址为：192.4.153.17。与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.0，经查路由表知，该分组经R3转发。
（5）分组的目的IP地址为：192.4.153.90，与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.64，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。
4. 某公司申请了一个C类地址202.122.4.0，公司规模较小，只有两个部门，每个部门一个单独的子网，每个部门最多58个人，写出子网划分的过程，写出各个子网的网络地址和IP地址范围。
⑴ 分配部门级子网2个： 2N-2 ≥2 得出 N=2 ，子网ID位为2位
⑵ 可用主机号多于58个： M=8-2=6 ，2M-2=26-2=62≥58
⑶ 确定子网的地址(2个子网位，00 01 10 11，全0和全1保留)
子网1：202.122.4.64/26 (子网掩码为 255.255.255.192) …01
子网2：202.122.4.128/26 (子网掩码为 255.255.255.192) …10
⑷ 确定每个子网的主机地址
子网1中主机地址：202.122.4.65/26 ----- 202.122.4.126/26
子网2中主机地址：202.122.4.129/26 ----- 202.122.4.190/26
5. 假定某网络中的路由器中使用RIP协议，且路由器B的路由表有如下项目：
| 目的网络 | 距离 | 下一跳路由器 |
| N1 | 7 | A |
| N2 | 2 | C |
| N6 | 8 | F |
| N8 | 4 | E |
| N9 | 4 | F |
现在B收到从C发来的路由信息如下：
| 目的网络 | 距离 |
| N2 | 4 |
| N3 | 8 |
| N6 | 4 |
| N8 | 3 |
| N9 | 5 |
试求出路由器B更新后的路由表（详细说明每个步骤）。
| 目的网络 | 距离 | 下一跳路由 | 解释 |
| N1 | 7 | A | 无新信息，不改变 |
| N2 | 5 | C | 相同的下一跳，更新 |
| N3 | 9 | C | 新的项目，添加进来 |
| N6 | 5 | C | 不同的下一跳，距离更短，更新 |
| N8 | 4 | E | 不同的下一跳，距离一样，不改变 |
| N9 | 4 | F | 不同的下一跳，距离更大，不改变 |
6. 某单位分配到一个起始地址为14.24.74.0/24的地址块。该单位需要用到三个子网，他们的三个子地址块的具体要求是：子网N1需要120个地址，子网N2需要60个地址，子网N3需要10个地址。请给出地址块的分配方案。
这个单位的地址块的网络前缀是24位，因此主机号有8位，即一共有256个地址。
（1）将总地址的一半（128个）分配给子网N1。N1的网络前缀是25位。
（2）将剩下的一半（64个）分配给子网N2。N2的网络前缀是26位。
（3）将剩下的拿出1/4（即16个地址）分配给子网N3。N3网络前缀是28位。
最后剩下的48个地址留给以后再用。
N1的首地址是14.24.74.0/25，末地址是14.24.74.127/25。 子网掩码255.255.255.[0]
N2的首地址是14.24.74.128/26，末地址是14.24.74.191/26。子网掩码255.255.255.[10]
N3的首地址是14.24.74.192/28，末地址是14.24.74.207/28。子网掩码255.255.255.[1100]
7.假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为：
（1）10cm（网络接口卡）（2）100m（局域网）
（3）100km（城域网）（4）5000km（广域网）
试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。 （时延带宽积）
（1）传播时延=0.1m/(2×108m m/s)=5×10-10s
1Mb/s:比特数=5×10-10×1×106=5×10-4
1Gb/s:比特数=5×10-10×1×109=5×10-1
（2）传播时延=100/(2×108)=5×10-7
1Mb/s:比特数=5×10-7×1×106=5×10-1
1Gb/s: 比特数=5×10-7×1×109=5×102
（3）传播时延=100000/(2×108)=5×10-4
1Mb/s:比特数=5×10-4×1×106=5×102
1Gb/s: 比特数=5×10-4×1×109=5×105
（4）传播时延=5000000/(2×108)=2.5×10-2
1Mb/s:比特数=2.5×10-2×1×106=5×104
1Gb/s: 比特数=2.5×10-2×1×109=5×107
8．长度为100字节的应用层数据交给传输层传送，需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部共18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据（即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销）。若应用层数据长度为1000字节，数据的传输效率是多少？
(1)100/(100+20+20+18)=63.3%
(2)1000/(1000+20+20+18)=94.5%
传输效率明显提高了。
9.某单位分配到一个B类IP地址，其net-id为129.250.0.0.该单位有4000台机器，分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0，试给每一个地点分配一个子网掩码号，并算出每个地点主机号码的最小值和最大值
（1）对于B类IP地址，其网络号位数为16位，主机号位数为16位。该单位的B类IP地址的网络号为129.250，其二进制表示为10000001 11111010
（2）其中，前16位为网络号，后16位为主机号。因为该单位有4000台机器，需要分配16个子网，每个子网的主机数应该能够容纳250台机器
（3）根据子网掩码，可知一个子网中主机号位数为8位，因此每个子网最多可容纳28-2=254台机器。
因此，在该单位的B类IP地址中，每个子网的网络号应该占用前24位，主机号应该占用后8位。具体地，每个子网的子网网络号、主机号的最小值和最大值如下：
| 序号 | 地点 | 子网网络号 | 主机IP的最小值 | 主机IP的最大值 |
| 1 | 地点1 | 129.250.1.0 | 129.250.1.1 | 129.250.1.254 |
| 2 | 地点2 | 129.250.2.0 | 129.250.2.1 | 129.250.2.254 |
| 3 | 地点3 | 129.250.3.0 | 129.250.3.1 | 129.250.3.254 |
| 4 | 地点4 | 129.250.4.0 | 129.250.4.1 | 129.250.4.254 |
| 5 | 地点5 | 129.250.5.0 | 129.250.5.1 | 129.250.5.254 |
| 6 | 地点6 | 129.250.6.0 | 129.250.6.1 | 129.250.6.254 |
| 7 | 地点7 | 129.250.7.0 | 129.250.7.1 | 129.250.7.254 |
| 8 | 地点8 | 129.250.8.0 | 129.250.8.1 | 129.250.8.254 |
| 9 | 地点9 | 129.250.9.0 | 129.250.9.1 | 129.250.9.254 |
| 10 | 地点10 | 129.250.10.0 | 129.250.10.1 | 129.250.10.254 |
| 11 | 地点11 | 129.250.11.0 | 129.250.11.1 | 129.250.11.254 |
| 12 | 地点12 | 129.250.12.0 | 129.250.12.1 | 129.250.12.254 |
| 13 | 地点13 | 129.250.13.0 | 129.250.13.1 | 129.250.13.254 |
| 14 | 地点14 | 129.250.14.0 | 129.250.14.1 | 129.250.14.254 |
| 15 | 地点15 | 129.250.15.0 | 129.250.15.1 | 129.250.15.254 |
| 16 | 地点16 | 129.250.16.0 | 129.250.16.1 | 129.250.16.254 |
10. 一个数据报长度为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？
（1）MTU最大为1500，4000/1500=3（向上取整），应该划分为3个数据报片
（2）IP数据报固定首部长度为20字节，片偏移字段=前面发送的字段/8
（3）除最后一个数据报片外，每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍
（4）MF=1，表示还有分片在后面；MF=0表示为最后一个分片
| 数据报片编号 | 总长度(字节) | 数据长度(字节) | 片偏移字段 | MF标志 |
| 原始数据报 | 4000 | 3980 | 0 | 0 |
| 1 | 1500 | 1480 | 0 | 1 |
| 2 | 1500 | 1480 | 1480/8=185 | 1 |
| 3 | 1040 | 1020 | 2*1480/8=370 | 0 |
11. 已知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小地址和最大地址。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？
（1）140.120.84.24=140.120.(0101 0100).24;
最小地址是140.120.(0101 0000).0/20 即 140.120.80.0/20
最大的地址是140.120.(0101 1111).255/20 即 140.120.95.255/20
（2）地址掩码是：255.255.240.0
（3）共有2（4+8）=4096个地址，
（4）C类地址数为28 =256个。4096/256=16。故相当于16个C类地址
12. 某单位分配到一个地址块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）每一个子网的网络前缀有多长？（2）每一个子网中有多少个地址？
（3）每一个子网的地址是什么？
（4）每一个子网可分配给主机使用的最小地址和最大地址是什么？
（1）需要划分4个一样大小的子网2n>=4，n=2，原来网络前缀是26位，需要再增加2位，才能划分4个一样大的子网，每个子网前缀28位。
（2）每个子网的地址中有32-(26+2)=4位留给主机用，因此共有16个地址。（可用的有16-2=14个地址）
（3）每个子网的地址块为136.23.12.64/28、136.23.12.80/28、136.23.12.96/28和136.23.12.112/28。
（4）最小和最大地址：
| 子网编号 | 子网地址 | 最小地址 | 最大地址 |
| 1 | 136.23.12.64/28 | 136.23.12.65 | 136.23.12.78 |
| 2 | 136.23.12.80/28 | 136.23.12.81 | 136.23.12.94 |
| 3 | 136.23.12.96/28 | 136.23.12.97 | 136.23.12.110 |
| 4 | 136.23.12.112/28 | 136.23.12.113 | 136.23.12.126 |
13. 主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段，其序号分别为70和100。试问：
（1）第一个报文段携带了多少个字节的数据？
（2）主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？
（3）如果主机B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180，试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节？
（4）如果A发送的第一个报文段丢失了，但第二个报文段到达了B。B在第二个报文段到达后向A发送确认。试问这个确认号应为多少？
（1）第一个报文段携带了100-70=30个字节的数据。
（2）主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号是100。
（3）A发送的第二个报文段中的数据有180-100=80个字节。
（4）B在第二个报文段到达后向A发送的确认号应为70。
14.有两台主机A和B接在800m长的电缆线的两端，并在t=0时各自向对方发送一个帧，长度为1500bit（包括首部和前同步码）。假定在A和B之间有4个转发器，在转发帧时会产生20比特的时延。设传输速率为100 Mbit/s，而CSMA/CD的退避时间是随机数r倍的争用期，争用期为512bit，在发生第一次碰撞后，在退避时A选择r=0而B选择r=1。忽略发生碰撞后的人为干扰信号和帧间最小间隔。
（1）设信号的传播速率是2×108m/s。试计算从A到B（包括4个转发器）的传播时延。
（2）在什么时间（以秒为单位）B完全收到了A发送的帧？
（3）现在假定只有A发送帧，帧长仍为1500bit，但4个转发器都用交换机来代替。交换机在进行存储转发时还要产生额外的20bit的处理时延。在什么时间B完全收到了A发送的帧？
(1)从A到B(包括4个转发器)的传播时延 =(800m/2×108m/s)+4×(20bit/100×106bit/s)=4.8μs
(2)发送1帧需要的时间是1500/(100×106bit/s)=15μs,比从A到B传播一个比特所需的时间还要多。
在t=0时,A和B同时发送帧。 在t=4.8μs时,A和B都检测出碰撞
在t=9.6μs时,B终止发送的帧的最后一个比特到达A。
A立即重传。
在t=14.4μs时,A重传帧的第一个比特到达B。 A发送1500bit所需要的时间是1500/108=15μs。 在t=29.4μs时,A重传帧的最后一个比特到达B。
(3)整个传输链路被4个交换机分成5个网段。在主机和交换机之间或两个交换机之间的传播时延是:每一段电缆长度160m除以电磁波的传播速率2×108m/s,算出为0.8μs。因此总的传播时延是5×0.8=4μs。 主机A和4个交换机的发送时延一共是（1+4）×15=75μs。 4个交换机的处理时延是4×0.2=0.8μs。 因此,B收完A所发送的帧总共经历的时延=4+75+0.8=79.8μs。
15.一个UDP用户数据的数据字段为8192字节，在数据链路层使用以太网传送。试问应当划分为几个IP数据报片？说明每一个IP数据报片的数据字段长度和片偏移字段的值。（IP首部无选项数据）
8192/1480=6（向上取整）个数据字段
| 片段编号 | 数据长度 | 总长度 | 标志 | 片偏移 |
| 1 | 1480 | 1500 | 1 | 0 |
| 2 | 1480 | 1500 | 1 | 1480/8=185 |
| 3 | 1480 | 1500 | 1 | 370 |
| 4 | 1480 | 1500 | 1 | 555 |
| 5 | 1480 | 1500 | 1 | 740 |
| 6 | 940 | 962 | 0 | 925 |
16.主机 A 向主机 B 发送一个很长的文件，其长度为 L 字节。假定 TCP 使用的 MSS 有 1460 字节。
（1）在 TCP 的序号不重复使用的条件下，L 的最大值是多少？
（2）假定使用上面计算出文件长度，而运输层、网络层和数据链路层所使用的首部开销共 66 字节，链路的数据率为 10 Mb/s，试求这个文件所需的最短发送时间
（1）L 的最大值是 232=4GB=4294967296 字节
因为TCP报文 序号 字段——占 4 字节（32位）。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 L是让求文件的长度，即TCP报文 序号 字段最多可以表示的字节的总数
（2）每次发送的报文段为 1460 字节。因此必须分4294967296/1460 取整为2941758，因为有余数，所以29417598+1即 2941759 个报文段。
发送的总字节数是 2941759*66+4294967296=4489123390 字节。
发送 4489123390 字节需时间为 4489123390 × 8 ÷10Mb/s=3591.3 秒≈ 59.85 分≈ 1 小时。
通过如下图所示的拓扑结构中，结合ARP协议理解：A发送数据帧到B 和A发送数据帧到C的过程中封装数据帧的MAC地址怎么获取？A、B、C机器中的ARP缓存表内容是什么？
（1）AB处于同一个网段：首先，A会在自己的ARP缓存中查找是否已经有B的MAC地址的映射记录。如果没有，A会发送一个ARP请求广播，请求B回复其MAC地址。当B收到ARP请求广播后，会向A回复一个ARP响应，包含其MAC地址。
（2）A和C不在同一个网段：
（a）首先，A会在自己的ARP缓存中查找是否已经有C的MAC地址的映射记录。如果没有，A会发送一个ARP请求广播，请求路由器R1回复其MAC地址。
（b）当路由器R1收到ARP请求广播后，会向A回复一个ARP响应，包含其MAC地址。
（c）A将IP数据报发送给路由器R1，路由器R1在转发数据时会根据其路由表将数据报转发到目的IP地址所在的网络。路由器R1会查找自己的ARP缓存中是否有C的MAC地址的映射记录。如果没有，路由器R1会发送一个ARP请求广播，请求C回复其MAC地址。
（d）当C收到ARP请求广播后，会向路由器R1回复一个ARP响应，包含其MAC地址。路由器R1收到ARP响应后，就知道了C的MAC地址。
（3）ARP缓存表存储了IP地址和MAC地址之间的映射关系，以便快速地进行地址解析。A中包含到R1的映射和到B的映射；B中包涵A和R1，C包含R1
通过如下图所示的网络拓扑结构中，结合VPN技术理解私有网络的特点、私有IP地址、VPN环境中IP数据报的传输过程IP数据报的源地址和目的地址的变化情况。
（1）VPN技术是一种通过公共网络建立加密连接的技术，从而实现私密通信的目的，VPN技术可以帮助建立安全、隔离、可扩展和灵活的私有网络。
（2）VPN技术可以利用私有IP地址建立安全、隔离的私有网络，通过加密隧道和NAT技术将私有网络中的流量传输到公共Internet上，同时还可以限制用户对私有网络的访问。
（3）VPN将用户的数据进行加密，并封装到新的数据包中，这个新的数据包的源地址为本地网络边界路由器的公网地址，目的地址为对端VPN路由器的公网地址。
通过如下图所示的网络拓扑结构，结合NAT技术理解NAT转换的过程
（1）NAT转换可以将内部主机的私有IP地址和端口号转换为NAT设备的公共IP地址和端口号，从而实现内部主机与Internet上的主机之间的通信。
NAT转换的过程通常包括以下步骤：
（2）源地址转换：当内部网络的主机向Internet发送数据时，NAT设备会将内部主机的私有IP地址转换为NAT设备的公共IP地址
（3）目的地址转换：当Internet上的主机向内部网络的主机发送数据时，NAT设备会将Internet上的公共IP地址转换为内部主机的私有IP地址
（4）端口转换：由于多个内部主机可能会使用同一个公共IP地址进行通信，因此需要通过端口号来区分不同的通信会话。
（5）记录转换：NAT设备还会记录每个会话的转换信息，以便在数据包返回时进行相反的地址和端口转换。
通过如下图所示的报文段收发过程，理解TCP中报文段的收发原理，报文段首部信息字段的含义，序号字段、确认号等相关知识，理解TCP的流量控制的基本原理和方法。理解怎么解决TCP报文段传输过程中可能出现的死锁问题。
（1）TCP中报文段的收发原理是通过序列号和确认号来保证数据的可靠传输，并通过拥塞控制算法来避免网络拥塞。如果报文段丢失或损坏，TCP会进行重传，直到所有的数据都被正确接收。
（2）利用滑动窗口机制就可以实施流量控制:运用TCP报文段中的窗口大小字段来控制，发送方的发送窗口不可以大于接收方发回的窗口大小。TCP为每一个连接设置一个持续计时器。只要一方收到对方的零窗口通知，就启动该计时器，周期性的发送一个零窗口探测报文段。
（3）TCP协议在工作过程中可能发送死锁的原因是:接收方为暂缓接收数据而向发送方发送窗口为0的应答报文，发送方收到后暂停发送，等待接收到非0窗口的应答报文后继续发送新的报文。如果接收方在发送0窗口的应答报文后，所发送的非0窗口应答报文丢失，则发送方会一直等待下去。
（4）解决这一问题的方法是:发送方设置计时器，在收到0窗口应答报文后启动计时，计时满后向接收方发探测报文，提醒接收方重发非0窗口的应答报文。
2023大题
