第四章 網(wǎng)絡(luò)層 課后習(xí)題答案

1.網(wǎng)絡(luò)層提供的主要功能是什么？ P130

1）轉(zhuǎn)發(fā)
2）路由選擇

?

2.說明轉(zhuǎn)發(fā)和路由的含義，有什么區(qū)別和聯(lián)系？ P130

（1）含義

1）轉(zhuǎn)發(fā)：當(dāng)通過一條輸入鏈路接收到一個(gè)分組后，路由器需要決策通過哪條輸出鏈路將分組發(fā)送出去，并將分組從輸入接口轉(zhuǎn)移到輸出接口。

2）路由：分組經(jīng)過的路徑選擇。

（2）區(qū)別和聯(lián)系

1）轉(zhuǎn)發(fā)是在一個(gè)路由中；路由選擇則是在一條路徑中。

2）路由選擇好之后，會(huì)存在轉(zhuǎn)發(fā)表中，路由選擇相當(dāng)于預(yù)先設(shè)置，轉(zhuǎn)發(fā)是執(zhí)行者。

3）路由是根據(jù)路由表查找到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最佳路由表項(xiàng)；轉(zhuǎn)發(fā)是根據(jù)最佳路由中的出口及下一跳IP轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程。所以，路由選擇是轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是路由的結(jié)果。

?

3.對(duì)比虛電路網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)。 P134

or

or

1.傳輸效率

網(wǎng)絡(luò)上傳送的報(bào)文，在很多情況下其長度都很短。用數(shù)據(jù)報(bào)既迅速又經(jīng)濟(jì)。但若用虛電路，為了傳送一個(gè)分組而建立虛電路和釋放虛電路就顯得太浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源了。

2.路由選擇

在使用數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，每個(gè)分組必須攜帶完整的地址信息。而在使用虛電路的情況下，每個(gè)分組不需要攜帶完整的目的地址，而僅需要有個(gè)很簡單的虛電路號(hào)碼的標(biāo)志。這就使分組的控制信息部分的比特?cái)?shù)減少，因而減少了額外開銷。

3.處理的復(fù)雜性

(1)在使用數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，主機(jī)承擔(dān)端到端的差錯(cuò)控制和流量控制。

(2)在使用虛電路時(shí)，分組按順序交付，網(wǎng)絡(luò)可以負(fù)責(zé)差錯(cuò)控制和流量控制。

(3)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)對(duì)軍事通信有其特殊的意義。當(dāng)某個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，后續(xù)的分組就可另選路由，因而提高了可靠性。

(4)但在使用虛電路時(shí)，結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障就必須重新建立另一條虛電路。

(5)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)還很適合于將一個(gè)分組發(fā)送到多個(gè)地址。

?

4.虛電路網(wǎng)絡(luò)如何建立虛電路？虛電路網(wǎng)絡(luò)分組轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)是什么？ P133

（1）建立虛電路：

虛電路是在源主機(jī)到目的主機(jī)的一條路徑上建立的一條網(wǎng)絡(luò)層邏輯連接，為區(qū)別于電路交換中的電路，稱之為虛電路。

（2）依據(jù)：

每條虛電路都有虛電路號(hào)，稱為虛電路標(biāo)識(shí)（VCID），沿某條虛電路傳輸?shù)姆纸M中包含所屬虛電路的VCID。虛電路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)分組所攜帶的VCID判斷其所屬的虛電路，從而決策如何轉(zhuǎn)發(fā)分組，并確保分組沿對(duì)應(yīng)虛電路送達(dá)目的。

?

5.實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的主要方法有哪些？典型實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是什么？?P135

（1）方法：協(xié)議轉(zhuǎn)換 和 構(gòu)建虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

（2）設(shè)備：路由器 是最典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備。

?

6.路由器有哪些部分組成？各部分主要功能是什么？??P136

1）輸入端口：負(fù)責(zé)從物理接口接收信號(hào)，還原數(shù)據(jù)鏈路層幀，提取IP數(shù)據(jù)報(bào)（或其他網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議分組），根據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的IP地址檢索路由表，決策需要將該IP數(shù)據(jù)報(bào)交換到哪個(gè)輸出端口；

2）交換結(jié)構(gòu)：將輸入端口的IP數(shù)據(jù)報(bào)交換到指定的輸出端口；

3）輸出端口：首先提供一個(gè)緩存排隊(duì)功能，排隊(duì)交換到該端口的待發(fā)送分組，并從隊(duì)列中不斷取出分組進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀的封裝，通過物理線路端發(fā)送出去；

?4）路由器處理器：就是路由器的CPU，負(fù)責(zé)執(zhí)行路由器的各種指令，包括路由協(xié)議的運(yùn)行、路由運(yùn)算，以及路由表的更新維護(hù)等。

?

7.網(wǎng)絡(luò)層出現(xiàn)擁塞的原因是什么？有哪些網(wǎng)絡(luò)層擁塞控制策略？ P139

（1）原因：

1）緩沖區(qū)容量有限；

2）傳輸線路的帶寬有限；

3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的處理能力有限；

4）網(wǎng)絡(luò)中某些部分發(fā)生了故障。

（2）策略：

1）擁塞預(yù)防：流量感知路由；準(zhǔn)入控制。

2）擁塞消除：流量調(diào)節(jié)；負(fù)載脫落。

?

8.請(qǐng)將IP網(wǎng)絡(luò)183.164.128.0/17劃分為等長的8個(gè)子網(wǎng)，并分別給出每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)地址、廣播地址、子網(wǎng)掩碼、IP地址總數(shù)、可分配IP地址數(shù)和可分配IP地址范圍。? ?P151

·答：

解析：

子網(wǎng)地址：主機(jī)位全為0

廣播地址：主機(jī)位全為1? or （子網(wǎng)地址 異或 子網(wǎng)掩碼的反碼）

子網(wǎng)掩碼：網(wǎng)絡(luò)為全為1，主機(jī)位全為0

IP地址范圍：子網(wǎng)地址~廣播地址

?

?

9.某ISP擁有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址塊201.123.16.0/21，現(xiàn)在該ISP要為4個(gè)組織分配IP地址，其需要的地址數(shù)量分別為985、486、246以及211，請(qǐng)給出一個(gè)合理的分配方案，并說明各組織所分配子網(wǎng)的子網(wǎng)地址、廣播地址、子網(wǎng)掩碼、IP地址總數(shù)、可分配IP地址數(shù)和可分配IP地址范圍。? ? ? P152-153

·答：

解析：

2^10=1024? ?2^9=512? ?2^8=256

201.123.16.0/21表示前21為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，劃分為四個(gè)子網(wǎng)，若采用等長劃分，需占用2位表示子網(wǎng)，分給主機(jī)的還有（32-21-2）9位，最多可劃分的IP地址數(shù)量為29=512，而四個(gè)組織中其一需要的IP地址數(shù)量985超過了512，所以等長劃分子網(wǎng)不能滿足要求，需要采用不等長劃分子網(wǎng)。

?

10、現(xiàn)有一個(gè)總長度為3800的IP數(shù)據(jù)報(bào)，要通過MTU為1500的鏈路傳輸，在IPv4下應(yīng)如何分片？每片的DF、MF標(biāo)志位的值是什么？片偏移的值是什么？? ? ?P147

答：

解析：

①題意：

IP數(shù)據(jù)報(bào)總長度：L=3800

最大傳輸單元(MTU)：M=1500

②公式：

③定義：

④計(jì)算：

最大分片可封裝的數(shù)據(jù)長度：

d=[1500-20/8]×8=1480

?

需要的IP分片總數(shù)：

n=[3800-20/1480]≈2.43? ?即需要的IP分片總數(shù)為3

?

每個(gè)IP分片的偏移字段：

F1=1480/8×（1-1）=0

F2=1480/8×（2-1）=185

F3=1480/8×（3-1）=370

?

每個(gè)IP分片的總長度字段：

當(dāng)i=1時(shí)，L1=1480+20=1500

當(dāng)i=2時(shí)，L2=1480+20=1500

當(dāng)i=3時(shí)，L3=3800-1480×(3-1)=840

?

每個(gè)IP分片的MF字段：

當(dāng)i=1時(shí)，MF1=1

當(dāng)i=2時(shí)，MF2=1

當(dāng)i=3時(shí)，MF3=0

?

每個(gè)IP分片的DF字段：都為0。

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)層在處理IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)先看DF位，若DF=0，才會(huì)看MF；若DF=1，表示不允許分片，這時(shí)不再看MF具體是什么值(即不管是1還是0都沒有意義，因?yàn)楦揪蜎]有分片)，路由器會(huì)丟棄該分組。

?

11.一個(gè)新加入到網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)需要發(fā)送DHCP請(qǐng)求來獲取一個(gè)可用的IP地址，為什么DHCP請(qǐng)求要以廣播的形式發(fā)送出去？當(dāng)某臺(tái)DHCP服務(wù)器接收到了一臺(tái)主機(jī)的DHCP請(qǐng)求會(huì)返回一個(gè)DHCP響應(yīng)，為什么DHCP響應(yīng)也要以廣播的形式發(fā)送出去？? ? ? ? ? P155-156

1）DHCP服務(wù)器發(fā)現(xiàn)。新到達(dá)主機(jī)的首要任務(wù)便是進(jìn)行DHCP客戶，并發(fā)送DHCP發(fā)現(xiàn)報(bào)文，以便發(fā)現(xiàn)DHCP服務(wù)器。主機(jī)使用UDP向67端口發(fā)送DHCP發(fā)現(xiàn)報(bào)文，UDP報(bào)文段進(jìn)一步封裝到IP數(shù)據(jù)報(bào)中。顯然，此時(shí)主機(jī)并不知道DHCP服務(wù)器的IP地址，自己也沒有分配到IP地址，所以主機(jī)會(huì)在IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的IP地址字段中填入255.255.255.255，表明這是一次廣播，在源IP地址字段中填入0.0.0.0。

2）DHCP服務(wù)器提供。當(dāng)某臺(tái)服務(wù)器在端口67上提供DHCP服務(wù)，并且接收到DHCP發(fā)現(xiàn)報(bào)文后，會(huì)發(fā)送一個(gè)DHCP提供報(bào)文，來響應(yīng)主機(jī)。由于新接入到網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)此時(shí)仍不具有可用IP地址，因此DHCP提供報(bào)文仍是通過廣播方式發(fā)送出去。

?

12.簡述ICMP的主要功能。 P158

（1）主機(jī)或路由器在處理或轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)的過程中，由于種種原因可能導(dǎo)致異常發(fā)生，此時(shí)主機(jī)或路由器就可能需要將這些異常情況及時(shí)反饋給其他主機(jī)或路由器，而IP本身沒有這種功能。

（2）ICMP的主要目的就是在這種情況下，在主機(jī)或路由器間，實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)信息報(bào)告。

（3）另一方面，通過主動(dòng)發(fā)送ICMP詢問請(qǐng)求報(bào)文，并通過接收ICMP響應(yīng)報(bào)文，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性或特定信息的探詢。

（4）因此，ICMP的主要功能是進(jìn)行主機(jī)或路由器間的網(wǎng)絡(luò)層差錯(cuò)報(bào)告與網(wǎng)絡(luò)探測。

?

13、某網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖所示，路由器R1通過接口E1、E2分別連接局域網(wǎng)1、局域網(wǎng)2，通過接口L0連接路由器R2，并通過路由器R2連接域名服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)。R1的L0接口的IP地址是202.118.2.1；R2的L0接口的IP地址是202.118.2.2，L1接口的IP地址是130.11.120.1，E0接口的IP地址是202.118.3.1；域名服務(wù)器的IP地址是202.118.3.2。? ? ?P153

（1）將IP地址空間202.118.1.0/24分配給局域網(wǎng)1、局域網(wǎng)2，每個(gè)局域網(wǎng)需分配的IP地址不少于120個(gè)。請(qǐng)給出分配結(jié)果，并分別寫出局域網(wǎng)1、局域網(wǎng)2的子網(wǎng)地址、廣播地址、子網(wǎng)掩碼、IP地址總數(shù)、可分配IP地址數(shù)和可分配IP地址范圍。
（2）請(qǐng)給出R1的路由表，使其明確包括局域網(wǎng)1的路由、局域網(wǎng)2的路由、域名服務(wù)器的主機(jī)路由和互聯(lián)網(wǎng)的路由。
（3）請(qǐng)采用路由聚合技術(shù)，給出R2到局域網(wǎng)1、局域網(wǎng)2的路由。

答：

解析：

?

14.解釋網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）的工作原理，如何實(shí)現(xiàn)NAT穿透？P156

（1）原理：對(duì)于從內(nèi)網(wǎng)出去，進(jìn)入公共互聯(lián)網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)報(bào)，將其源IP地址替換為NAT服務(wù)器擁有的合法的公共IP地址，同時(shí)替換源端口號(hào)，并將替換關(guān)系記錄到NAT轉(zhuǎn)換表中；對(duì)于從公共互聯(lián)網(wǎng)返回的IP數(shù)據(jù)報(bào)，依據(jù)其目的IP地址與目的端口號(hào)檢索NAT轉(zhuǎn)換表，并利用檢索到的內(nèi)部私有IP地址與對(duì)應(yīng)的端口號(hào)替換目的IP地址和目的端口號(hào)，然后將IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

（2）穿透：所謂NAT穿透技術(shù)就是在外網(wǎng)主機(jī)主動(dòng)與內(nèi)網(wǎng)主機(jī)發(fā)起通信之前，先在NAT轉(zhuǎn)換表中建立好內(nèi)網(wǎng)到外網(wǎng)的映射，使內(nèi)網(wǎng)運(yùn)行的服務(wù)以NAT公網(wǎng)地址的“合法”身份“暴露”出去。這樣，在外網(wǎng)主機(jī)看來，它們是在與NAT公網(wǎng)地址上運(yùn)行的服務(wù)器進(jìn)行通信。可通過靜態(tài)配置和動(dòng)態(tài)配置的方式事先建立NAT映射。

?

15.IPv6提出的動(dòng)機(jī)是什么？IPv6相比于IPv4其數(shù)據(jù)報(bào)格式有什么特點(diǎn)？? P159

動(dòng)機(jī)：IPv４地址耗盡

特點(diǎn)：

?

16、簡述鏈路狀態(tài)路由選擇算法與距離向量路由選擇算法的算法過程。P163

（1）鏈路狀態(tài)路由選擇算法

（2）距離向量路由選擇算法

?

17.請(qǐng)舉例說明為什么距離向量路由選擇算法可能算法可能產(chǎn)生無窮計(jì)數(shù)問題，可以采取哪些措施消減這一問題？ P165

（1）舉例說明

（2）措施

①毒性逆轉(zhuǎn)技術(shù)

②定義最大有效費(fèi)用度量值

?

18.比較RIP、OSPF、BGP的異同。 P168

?