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计算机网络第四章部分题目解析，202页

发布时间 2023-12-18 21:36:44作者: 庄佳星

网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点

  1. 面向连接的服务（Connection-Oriented Service）：
    • 优点：
      • 可靠性高： 通过建立连接、传输数据、最后释放连接的过程，可以保证数据的可靠性。
      • 有序性： 数据传输是有序的，不会乱序到达。
      • 流量控制： 可以通过连接的建立和释放来控制流量，防止网络拥塞。
    • 缺点：
      • 开销较大： 建立和释放连接会引入一定的开销，特别是在短消息通信的场景下可能显得不经济。
      • 实时性较差： 由于建立连接的过程，可能引入较大的延迟，不适用于实时性要求较高的应用。
  2. 无连接的服务（Connectionless Service）：
    • 优点：
      • 开销小： 由于不需要建立和释放连接，因此减少了通信的开销。
      • 实时性较好： 适用于实时性要求较高的应用，因为没有连接建立的延迟。
    • 缺点：
      • 不可靠： 由于没有连接的维护，数据传输可能不可靠，丢失或乱序可能发生。
      • 无序性： 数据传输是无序的，接收端需要进行排序。
      • 缺乏流量控制： 无连接服务缺乏流量控制机制，可能导致网络拥塞。

选择面向连接或无连接的服务取决于具体的应用需求。对于要求可靠性较高、有序性较好的场景，可以选择面向连接的服务；而对于要求实时性较高、开销较小的场景，可以选择无连接的服务。通常，实际网络中会综合使用这两种服务，根据具体的通信需求来选择合适的服务方式。

 

试简单说明下列协议的作用：IP,ARP和ICMP

  1. IP（Internet Protocol）：
    • 作用： IP是互联网协议的核心协议之一，负责在网络中传输数据包。它定义了计算机在网络中的唯一标识（IP地址），并提供了一种机制来将数据包从源主机路由到目标主机。IP是一种无连接的协议，它不关心数据包的可靠性，而是依赖于更上层的协议来处理数据包的可靠性和顺序性。
  2. ARP（Address Resolution Protocol）：
    • 作用： ARP是用于解析网络层地址（IP地址）到链路层地址（MAC地址）的协议。当一个设备知道目标的IP地址但不知道其MAC地址时，会使用ARP协议发送广播请求，请求目标设备回复其MAC地址。ARP表用于缓存IP地址和对应的MAC地址，以提高地址解析的效率。
  3. ICMP（Internet Control Message Protocol）：
    • 作用： ICMP是用于在IP网络中发送错误消息和控制消息的协议。它常用于网络工具（如ping和traceroute）以及网络设备之间的通信。ICMP消息可以用来检测网络连接的可达性、测量往返时间（RTT）、报告错误等。一些常见的 ICMP 消息类型包括 Echo Request 和 Echo Reply（ping 命令使用）、Destination Unreachable、Time Exceeded 等。

这三个协议在互联网通信中扮演了重要的角色，IP负责数据包的传输，ARP解析网络地址到链路地址，而ICMP用于在网络中进行控制和错误报告。它们协同工作，构建了可靠和有效的互联网通信基础。

 

试说明IP地址与MAC地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址

IP地址与MAC地址的区别：

  1. 位置：
    • IP地址（网络层）： IP地址处于网络层，用于在全球范围内标识和定位设备。它是逻辑地址，能够在不同的物理网络上进行路由。
    • MAC地址（链路层）： MAC地址位于数据链路层，用于在局域网内唯一标识网络设备。它是物理地址，通常由网络适配器（NIC）制造商分配。
  2. 唯一性：
    • IP地址： 在互联网中，IP地址必须在全球范围内唯一，以确保每个设备都能被唯一标识。
    • MAC地址： 在一个局域网内，MAC地址也必须是唯一的，以确保网络中的每个设备都有一个独特的标识符。
  3. 层次结构：
    • IP地址： 具有层次结构，包括网络号和主机号，这使得它能够支持跨越多个子网的路由。
    • MAC地址： 没有明显的层次结构，它是一个平面的标识符，只在同一物理网络上有意义。

为什么要使用这两种不同的地址？

  1. 规模和唯一性： IP地址提供了在全球范围内唯一标识设备的能力，允许设备在不同的网络之间通信。MAC地址则在局域网内提供唯一标识。
  2. 路由和网络层分离： IP地址允许在不同的网络之间进行路由，而MAC地址仅在局域网内使用。这种分离使得网络能够更灵活地进行扩展和管理。
  3. 灵活性： IP地址的层次结构和逻辑特性使其适用于跨越多个网络的全球互联网。MAC地址则更适用于本地局域网内的设备唯一标识。

综合起来，IP地址和MAC地址在不同的网络层次上发挥作用，各自具有独特的特性，以满足不同范围和需求的网络通信。 IP地址使得全球互联网成为可能，而MAC地址则在局域网内提供了唯一标识，支持局部通信和数据链路层的操作。

 

主机A发送IP数据报给主机B,途中经过了5个路由器。试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP?

在IP数据报的发送过程中，ARP（Address Resolution Protocol）主要用于获取目标设备的MAC地址，以便将IP地址映射到链路层地址。在涉及5个路由器的情况下，我们可以将ARP的使用分为两个阶段：源主机到第一个路由器，以及从最后一个路由器到目标主机。

  1. 源主机到第一个路由器：
    • 主机A首先需要获取第一个路由器的MAC地址，因为它只知道目标主机B的IP地址，而不知道第一个路由器的MAC地址。
    • 这导致主机A在本地子网内发送一次ARP请求，以获取第一个路由器的MAC地址。
  2. 路由器之间的传递：
    • 在路由器之间传递过程中，每个路由器都需要知道下一跳的路由器的MAC地址，这可能涉及到多次ARP请求和响应。
    • 对于每个路由器，主要是在其所连接的子网中进行ARP，获取下一跳路由器的MAC地址。
  3. 最后一个路由器到目标主机B：
    • 当IP数据报达到目标主机B所在的子网时，最后一个路由器需要进行一次ARP请求，以获取主机B的MAC地址。

总的来说，ARP的使用次数取决于路由器的数量以及数据报穿过的每个子网。在这个场景中，主机A发送IP数据报到主机B，通过5个路由器，至少会涉及6次ARP操作：一次是主机A到第一个路由器，然后是每个路由器之间的传递，最后是最后一个路由器到主机B。这里的ARP次数可能还会受到具体网络拓扑结构和子网划分的影响。

 

 

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？

当一个数据报长度为4000字节，而网络的最大传输单元（MTU）为1500字节时，需要将这个大的数据报分割成多个较小的数据报片。IP协议允许分片，而每个数据报片都包含一个片段（Fragment）。

首先，计算需要多少个数据报片：

总数据长度=4000 字节

MTU=1500 字节

片数=⌈总数据长度/MTU⌉

片数=⌈4000/1500⌉=

所以，需要将这个大的数据报分成3个数据报片。

接下来，计算各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志：

  1. 第一个数据报片：
    • 数据字段长度：1500字节
    • 片偏移字段：0（因为这是第一个片段）
    • MF标志（More Fragments标志）：1（表示后面还有数据）
  2. 第二个数据报片：
    • 数据字段长度：1500字节
    • 片偏移字段：1500/8=187.581500​=187.5 字节，向下取整为187（因为单位是8字节）
    • MF标志：1（表示后面还有数据）
  3. 第三个数据报片：
    • 数据字段长度：1000字节（因为总长度为4000字节，前两个片段已经包含了3000字节）
    • 片偏移字段：3000/8=375 字节，向下取整为375
    • MF标志：0（表示这是最后一个片段，后面没有数据了）

总结：

  • 第一个数据报片的数据字段长度为1500字节，片偏移字段为0，MF标志为1。
  • 第二个数据报片的数据字段长度为1500字节，片偏移字段为187（乘以8），MF标志为1。
  • 第三个数据报片的数据字段长度为1000字节，片偏移字段为375（乘以8），MF标志为0。

 

 

与下列掩码对应的网络前缀各有多少位？（1）192.0.0.0；（2）240.0.0.0（3）255.224.0.0（4）255.255.255.252

掩码用于定义一个IP地址中网络部分和主机部分的分界。IPv4的IP地址长度为32位，而掩码中的连续的"1"位表示网络部分，连续的"0"位表示主机部分。

在给定的掩码中，网络前缀的位数可以通过统计掩码中连续的"1"的个数来确定。下面分别是给定掩码对应的网络前缀的位数：

  1. 192.0.0.0：
    • 控制台表达：11111111.00000000.00000000.00000000
    • 网络前缀位数：第一个字节（8位）
  2. 240.0.0.0：
    • 控制台表达：11110000.00000000.00000000.00000000
    • 网络前缀位数：前4位（第一个字节）
  3. 255.224.0.0：
    • 控制台表达：11111111.11100000.00000000.00000000
    • 网络前缀位数：前11位（第一个字节和部分第二个字节）
  4. 255.255.255.252：
    • 控制台表达：11111111.11111111.11111111.11111100
    • 网络前缀位数：前30位（前三个字节）

这样，每个给定掩码对应的网络前缀的位数就被确定了。

 

 

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）每一个子网的地址块是什么？（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？

 

给定的地址块是136.23.12.64/26，我们需要将其划分为4个一样大的子网。首先，我们来回答每个问题：

  1. 每个子网的网络前缀有多长：
    • 初始的网络前缀长度是26位。
    • 因为要将其分为4个子网，我们需要将网络前缀长度增加2位（因为 22=4 ）。
    • 所以，每个子网的网络前缀长度为 26+2=28位。
  2. 每一个子网中有多少个地址：
    • 初始的地址块是 /26，它包含 232−26=26=64 个地址。
    • 因为要将其划分为4个子网，每个子网将包含 64/4=16个地址。
  3. 每一个子网的地址块是什么：
    • 对于每个子网，我们需要计算新的网络前缀。
    • 第一个子网的网络前缀是136.23.12.64/28。
    • 第二个子网的网络前缀是136.23.12.80/28。
    • 第三个子网的网络前缀是136.23.12.96/28。
    • 第四个子网的网络前缀是136.23.12.112/28。
  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：
    • 对于每个子网，最小地址是网络地址加1，最大地址是广播地址减1。

子网1：

可分配的最小地址：136.23.12.65

可分配的最大地址：136.23.12.78

子网2：

可分配的最小地址：136.23.12.81

可分配的最大地址：136.23.12.94

子网3：

可分配的最小地址：136.23.12.97

可分配的最大地址：136.23.12.110

子网4：

可分配的最小地址：136.23.12.113

可分配的最大地址：136.23.12.126

 

 

试把以下的IPv6地址用零压缩方法写成简洁形式：

(1)0000:0000:0F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332

(2)0000:0000:0000:0000:0000:0000:004D:ABCD

(3)0000:0000:0000:AF36:7328:0000:87AA:0398

(4)2819:00AF:0000:0000:0000:0035:0CB2:B271

 

IPv6地址中的零压缩方法允许我们去除其中连续的零，以简化表示。下面是给定IPv6地址的简化形式：

  1. 0000:0000:0F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332
    • 简化形式：::F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332
  2. 0000:0000:0000:0000:0000:0000:004D:ABCD
    • 简化形式：::4D:ABCD
  3. 0000:0000:0000:AF36:7328:0000:87AA:0398
    • 简化形式：::AF36:7328:0:87AA:0398
  4. 2819:00AF:0000:0000:0000:0035:0CB2:B271
    • 简化形式：2819:AF::35:CB2:B271

在简化形式中，使用双冒号(::)表示一串连续的零。需要注意的是，双冒号只能在IPv6地址中使用一次，以避免歧义。

 

 

从IPv4过渡到IPv6的方法有那些？

IPv6是IPv4的下一代协议，设计的主要目标是解决IPv4地址空间枯竭的问题。IPv4到IPv6的过渡需要采取一些方法和策略，以确保网络能够平稳地过渡到新的协议。以下是一些主要的IPv4到IPv6过渡方法：

  1. 双协议栈（Dual Stack）：
    • 在支持IPv6的设备上同时部署IPv4和IPv6协议栈，使得设备能够同时处理IPv4和IPv6的通信。这是一种平滑过渡的方法，但需要维护两种协议栈的运行。
  2. 隧道技术（Tunneling）：
    • 通过在IPv4网络上创建IPv6隧道，将IPv6数据包封装在IPv4数据包中传输。这样，即使在IPv4基础设施中，IPv6数据也能够传输。6to4、Teredo和ISATAP是常见的IPv6隧道技术。
  3. IPv6-over-IPv4 MPLS隧道：
    • 使用Multiprotocol Label Switching（MPLS）技术建立IPv6-over-IPv4隧道，以实现IPv6的传输和路由。
  4. IPv6转换机制（Translation）：
    • 实现IPv4到IPv6的转换，允许IPv6和IPv4之间的通信。NAT64和NAT46是两种常见的IPv6转换技术。
  5. IPv4地址转换为IPv6地址（IVI）：
    • 使用IVI技术将IPv4地址映射到IPv6地址，以便在IPv6网络中支持IPv4设备的通信。
  6. IPv6就地升级：
    • 在网络中的每个设备逐步进行IPv6的部署和升级，使整个网络逐步过渡到IPv6。
  7. IPv6过渡策略（IPv6 Transition Mechanisms）：
    • 包括一系列的过渡策略，如IPv6 Rapid Deployment（6rd）、IPv6 Transition Mechanism for DS-Lite（MAP-T）、IPv6 Transition Mechanism for Lightweight 4over6（MAP-E）、以及Dual-Stack Lite（DS-Lite）等，用于促进IPv6的部署和过渡。

这些方法可以根据网络的特定需求和条件进行选择和组合，以实现IPv4到IPv6的平滑过渡。在过渡期间，双协议栈和隧道技术是常见的用于支持IPv4和IPv6并存的方式。