计算机网络谢希仁第八章习题深度解析

计算机网络谢希仁第八章习题深度解析

一、网络层向上提供的服务

网络层向上提供的服务主要分为两种：面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。

面向连接的虚电路服务：

• 优点：提供可靠的通信服务，分组按序到达，无重复、无丢失。分组只需填写虚电路编号，减少了开销。
• 缺点：每次通信需要建立连接，启动慢。同一条虚电路的分组只能按同一路由转发，一个节点故障会导致整条通路无法工作。网络设备昂贵复杂。

无连接的数据报服务：

• 优点：每个分组独立查找转发表进行转发，灵活。网络中的路由器简单便宜，降低了网络造价。
• 缺点：不能提供可靠的通信服务，分组可能无序到达，出现重复或丢失。主机负责端到端的可靠性，处理负担大。

二、网络互连的实际意义及问题

实际意义：网络互连可以使异构网络在逻辑层面上看起来是同一种网络，便于主机间的通信。

共同问题：

• 不同的寻址方案
• 不同的最大分组长度
• 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
• 不同的服务（面向连接服务和无连接服务）
• 不同的管理与控制方式

三、中间设备的区别

• 转发器：物理层使用的中间设备，用于信号的放大和再生。
• 网桥/交换机：数据链路层使用的中间设备，用于连接不同的局域网，实现数据帧的转发。
• 路由器：网络层使用的中间设备，用于不同网络之间的数据报转发，根据目的地址选择最佳路径。
• 网关：网络层以上使用的中间设备，用于连接两个不兼容的系统，进行高层协议的转换。

四、协议作用

• IP协议：实现网络互连，使参与互连的网络从用户看起来像是一个统一的网络。
• ARP协议：解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
• ICMP协议：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会。

五、IP地址的表示及特点

表示：IP地址是32位的二进制代码，为了提高可读性，常用点分十进制记法表示。

特点：

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. IP地址由网络号和主机号两部分组成。
4. IP地址管理机构只分配网络号，主机号由得到网络号的单位自行分配。

六、IP地址与MAC地址的区别

• IP地址：网络层和以上各层使用的地址，是逻辑地址，可以动态分配。
• MAC地址：数据链路层和物理层使用的地址，是硬件地址，固化在网卡的ROM中。

使用两种地址的原因：仅使用MAC地址会导致路由器需要记住每个MAC地址所在的子网，内存需求巨大。IP地址与地域相关，便于路由器根据前缀判断设备所在子网，减少内存需求。

七、IP数据报的首部检验和

IP数据报的首部检验和并不检验数据报中的数据，只检验首部字段。这样做的最大好处是加快检验速度，减少计算工作量。但坏处是数据部分的差错无法及时发现，只能在到达主机后由上层协议检验。

八、实例分析

例1：一个3200位长的TCP报文传到IP层，加上160位的首部后成为数据报。若下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来，且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，则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？

解析：IP数据报数据部分长度=IP数据报的总长度-IP数据报的首部=1200-160=1040bit。数据报数=3200/1040+1=4，即4个数据报的数据部分长度为1040、1040、1040、80。4个数据报的总长度为1200、1200、1200、240，总比特为3840。

例2：设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值（除IP地址外，均为十进制表示）。试用二进制或十六进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值。

解析：将各字段的二进制数值按16位对齐，然后进行反码加法运算，得到的结果再取反码，即为应写入首部检验和字段的数值。

九、总结

通过对计算机网络谢希仁第八版第四章习题的深入解析，我们更加深入地理解了网络层服务、网络互连、中间设备区别、协议作用、IP地址表示及特点等关键知识点。这些知识点在实际的网络通信中具有重要的应用价值，能够帮助我们更好地理解和设计网络系统。

同时，在解析过程中，我们也发现了许多有趣的现象和规律，如IP地址与MAC地址的配合使用、IP数据报的分片和组装等。这些发现不仅丰富了我们的知识体系，也激发了我们对计算机网络技术的进一步探索和研究。

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