计算机网络习题答案(谢希仁)

计算机网络习题答案(谢希仁) 示例: 习题1-01 计算机网络的发展可划分为几个阶段?每个阶段各有何特点? 答: 计算机网络的发展过程大致经历了四个阶段。 第一阶段：(20世纪60年代)以单个计算机为中心的面向终端的计算机网络系统。这种网络系统是以批处理信息为主要目的。它的缺点是：如果计算机的负荷较重，会导致系统响应时间过长；单机系统的可靠性一般较低，一旦计算机发生故障，将导致整个网络系统的瘫痪。 第二阶段：(20世纪70年代)以分组交换网为中心的多主机互连的计算机网络系统。为了克服第一代计算机网络的缺点，提高网络的可靠性和可用性，人们开始研究如何将多台计算机相互连接的方法。人们首先借鉴了电信部门的电路交换的思想。所谓“交换”，从通信资源的分配角度来看，就是由交换设备动态地分配传输线路资源或信道带宽所采用的一种技术。电话交换机采用的交换技术是电路交换(或线路交换)，它的主要特点是：① 在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽，即采用的是静态分配策略；② 通信双方建立的通路中任何一点出现了故障，就会中断通话，必须重新拨号建立连接，方可继续，这对十分紧急而重要的通信是不利的。显然，这种交换技术适应模拟信号的数据传输。然而在计算机网络中还可以传输数字信号。数字信号通信与模拟信号通信的本质区别在于数字信号的离散性和可存储性。这些特性使得它在数据传输过程中不仅可以间断分时发送，而且可以进行再加工、再处理。 ③ 计算机数据的产生往往是“突发式”的，比如当用户用键盘输入数据和编辑文件时，或计算机正在进行处理而未得出结果时，通信线路资源实际上是空闲的，从而造成通信线路资源的极大浪费。据统计，在计算机间的数据通信中，用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%。另外，由于各异的计算机和终端的传输数据的速率各不相同，采用电路交换就很难相互通信。为此，必须寻找出一种新的适应计算机通信的交换技术。1964年，巴兰(Baran)在美国兰德(Rand)公司“论分布式通信”的研究报告中提出了存储转发(store and forward)的概念。1962 — 1965年，美国国防部的高级研究计划署(Advanced Research Projects Agency，ARPA)和英国的国家物理实验室(National Physics Laboratory，NPL)都在对新型的计算机通信技术进行研究。英国NPL的戴维德(David)于1966年首次提出了“分组”(Packet)这一概念。1969年12月，美国的分组交换网网络中传送的信息被划分成分组(packet)，该网称为分组交换网ARPANET(当时仅有4个交换点投入运行)。ARPANET的成功，标志着计算机网络的发展进入了一个新纪元。现在大家都公认ARPANET为分组交换网之父，并将分组交换网的出现作为现代电信时代的开始。 分组交换网是由若干节点交换机和连接这些交换机的链路组成，每一结点就是一个小型计算机。它的工作机理是：首先将待发的数据报文划分成若干个大小有限的短数据块，在每个数据块前面加上一些控制信息(即首部)，包括诸如数据收发的目的地址、源地址，数据块的序号等，形成一个个分组，然后各分组在交换网内采用“存储转发”机制将数据从源端发送到目的端。由于节点交换机暂时存储的是一个个短的分组，而不是整个的长报文，且每一分组都暂存在交换机的内存中并可进行相应的处理，这就使得分组的转发速度非常快。由此可见，通信与计算机的相互结合，不仅为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段，而且也大大提高了通信网络的各种性能。由此可见，采用存储转发的分组交换技术，实质上是在计算机网络的通信过程中动态分配传输线路或信道带宽的一种策略。值得说明的是，分组交换技术所采用的存储转发原理并不是一个全新的概念，它是借鉴了电报通信中基于存储转发原理的报文交换的思想。它们的关键区别在于通信对象发生了变化。基于分组交换的数据通信是实现计算机与计算机之间或计算机与人之间的通信，其通信过程需要定义严格的协议；而基于报文交换的电信通信则是完成人与人之间的通信，因而双方之间的通信规则不必如此严格定义。所以，分组交换尽管采用了古老的交换思想，但实际上已变成了一种崭新的交换技术。表1-1列出了分组交换网的主要优点。与电路交换相比，分组交换的不足之处是：① 每一分组在经过每一交换节点时都会产生一定的传输延时，考虑到节点处理分组的能力和分组排队等候处理的时间，以及每一分组经过的路由可能不等同，使得每一分组的传输延时长短不一。因此，它不适用于一些实时、连续的应用场合，如电话话音、视频图像等数据的传输；② 由于每一分组都额外附加一个头信息，从而降低了携带用户数据的通信容量； ③ 分组交换网中的每一节点需要更多地参与对信息转换的处理，如在发送端需要将长报文划分为若干段分组，在接收端必须按序将每个分组组装起来，恢复出原报文数据等，从而降低了数据传输的效率。尽管如此，分组交换技术的出现，不仅大大推动了当时的计算机网络技术的发展，而且也是现代计算机网络技术发展的重要基础。 第三阶段：(20世纪80年代)具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络。局域网络系统日渐成熟。随着计算机网络的普及和应用推广，越来越多的用户都希望将自己的计算机连网。然而实现不同系列、不同品牌的计算机互连，显然并不是一件容易的事情。因为相互通信的计算机必须高度协调工作，而这种协调是相当复杂的。为了降低网络设计的复杂性，早在当初设计ARPANET时，就有专家提出了层次模型。分层设计的基本思想就是将庞大而复杂的问题转换为若干个较小的子问题进行分析和研究。随着ARPANET的建立，各个国家甚至大公司都建立了自己的网络体系结构，如IBM公司研制的分层网络体系结构SNA(System Network Architecture)，DEC公司开发的网络体系结构DNS(Digital Network Architecture)。这些网络体系结构的出现，使得一个公司生产的各种类型的计算机和网络设备可以非常方便地进行互连。但是，由于各个网络体系结构都不相同，协议也不一致，使得不同系列、不同公司的计算机网络难以实现互联。这为全球网络的互连、互通带来了困难。 20世纪80年代开始，人们着手寻找统一的网络体系结构和协议的途径。国际标准化组织ISO(International Standard Organization)于1977年成立了专门机构研究该问题，并于1984年正式颁布了开放系统互连参考模型OSI-RM(Open Systems Interconnection Reference Model，简称OSI)。所谓“开放”，就是指只要遵循OSI标准模型的任何系统，不论位于何地，都可以进行互连、互通。这一点非常像世界范围的电话和邮政系统。这里的“开放系统”，是指在实际网络系统中与互连有关的各个部分。它也是对当时各个封闭的网络系统而言的。 在计算机网络发展的进程中，另一个重要的里程碑就是出现了局域网络。局域网可使得一个单位或一个校园的微型计算机互连在一起，互相交换信息和共享资源。由于局域网的距离范围有限、连网的拓扑结构规范、协议简单，使得局域网连网容易，传输速率高，使用方便，价格也便宜。所以很受广大用户的青睐。因此，局域网在20世纪80年代得到了很大的发展，尤其是1980年2月份美国电气和电子工程师学会组织颁布的IEEE802系列的标准，对局域网的发展和普及起到了巨大的推动作用。 第四阶段：(20世纪90年代)网络互连与高速网络。自OSI参考模型推出后，计算机网络一直沿着标准化的方向在发展，而网络标准化的最大体现是Internet的飞速发展。Internet是计算机网络最辉煌的成就，它已成为世界上最大的国际性计算机互联网，并已影响着人们生活的各个方面。由于Internet也使用分层次的体系结构，即TCP/IP网络体系结构，使得凡遵循TCP/IP的各种计算机网络都能相互通信。进入20世纪90年代后，网络进一步向着开放、高速、高性能方向发展。由于Internet还存在着技术和功能上的不足，加上用户数量猛增，使得现有的Internet不堪重负。1993年美国政府提出了“NGII(Next Generation Internet Initiative)行动计划”，该计划的目标是：开发规模更大、速度更快的下一代网络结构，使之端到端的数据传输速率超过100 Mb/s甚至10 Gb/s；提供更为先进、实时性更高的网络应用服务，如远程教育、远程医疗、高性能的全球通信、环境监测和预报等，NGII计划将使用超高速全光网络，能实现更快速的交换和路径选择；保证网络信息的可靠性和安全性。 计算机网络的发展历程可以划分为四个主要阶段。第一阶段在20世纪60年代，那时的计算机网络以单个计算机为中心，连接多个终端，主要用于批处理信息。这种系统响应时间长，可靠性低，一旦主机故障，整个网络将瘫痪。第二阶段在70年代，引入了分组交换技术，通过多主机互连的网络系统提高了网络的可靠性和可用性。分组交换借鉴了电路交换的思想，但不同于电话交换机的静态分配策略，它允许动态分配通信资源，适应了数字信号的传输需求，特别是突发式的计算机数据传输。分组交换网络的代表是ARPANET，它的成功标志着现代电信时代的开始。 分组交换技术的核心是存储转发，即将数据报文分割成分组，每个分组带有控制信息，通过节点交换机进行存储和转发。这种方式提高了数据传输效率，但也有其不足，如分组传输延时不一，不适用于实时通信，额外的头部信息会减少有效数据容量，以及对节点处理能力的要求增加。 进入80年代，网络发展到了第三阶段，标准化和国际化的趋势明显，出现了如OSI参考模型这样的开放式网络体系结构，旨在让不同品牌和型号的计算机能够互相连接。同时，局域网（LAN）的兴起，如IEEE802标准，使得资源共享和信息交换变得更加便捷和高效。 90年代开始，网络互连和高速网络成为主流，Internet的崛起是最显著的标志。Internet采用TCP/IP协议栈，实现了大规模、高速的全球互联。随着用户数量的增加和技术的进步，网络朝着更高速度、更安全、更可靠的方向发展，如NGII计划，旨在提供更高性能的网络服务和超高速全光网络。 计算机网络的发展历程展示了从单机中心到多主机互连，再到标准化和高速化的过程，每个阶段的技术进步都为后来的网络技术奠定了基础，不断推动着信息技术的革新。