计算机网络习题——第4章网络层

最后更新：2022-07-16 05:43

4-01网络层顶部的两种服务类型是什么?比较它们的优缺点。
网络层为传输层提供一个“面向连接”的虚拟电路服务或一个“不连接”的数据报告服务。前者预约了双方通信所需的一切网络资源。优势在于承诺提供优质服务.换句话说,发送的子组没有错误、损失、重复和序列(没有到最后点的序列);它还保证分组传送的时间。缺点是路由器复杂，网络成本很高,后者没有网络资源障碍,尽力而为，优缺点与前者互易。

4-03作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？
中间装置也称为中间系统或继电器系统。
(1)物理层继电器系统:集群器,重复器。
(2)数据链层继电器系统:开关、网络桥梁或桥梁。
(3)网络层继电器系统:路由器。
(4)网络桥和路由器的混合物:桥路由器。
(五)在网络层之上的继电器系统:关口。

4-04描述了以下协议:IP、ARP、RARP和ICMP。
IP协议：实现网络互连。使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。网际协议TCP、IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议。
ARP协议是同一本地网络上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
RARP协议(英语:RaRP protocol):一种协议,通过反向RARP并从MAC地址找到硬件地址和同一本地网络上的主机或路由器的IP地址的映射。
ICMP: 提供错误报告和查询报告,以提高成功IP数据传输的机会.

4-05什么是不同的IP地址类型?什么是IP地址的主要特征?
分为ABCDE5类别;
每个类型的地址由两个固定长度的字段组成,其中一个是网络名称 net-id,标志着与主机(或路由器)连接的网络,另一个是主机名称 host-id,标志着主机(或路由器)。
各类地址的网络号字段net-id分别为1，2，3，0，0字节；主机号字段host-id分别为3字节、2字节、1字节、4字节、4字节。
特点：
(一)IP地址是一种分类地址结构,分层的优点是:
第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理。
第二，路由器只根据与目标主机连接的网络号码发送子集(不考虑目标主机号码),这可以大大减少路由表中的项目数目,这减少了路由表的存储空间。事实上,IP地址是一个标记主机(或路由器)和链路的接口。
(2)当一个主机同时连接到两个网络时,主机必须同时有两个相应的IP地址,网号必须是不同的。这种主机称为多归属主机（multihomed host）。因为路由器应该连接至少两个网络(以便它能够从一个网络传输IP数据到另一个网络),因此,路由器应该至少有两个不同的IP地址。
(三)通过发送器或网络桥连接的多个本地网络仍然是网络,因此这些本地网络都具有相同的网络号码 net-id。
(4)所有分配给网络编号的网络,不论是小规模的本地网络还是可能覆盖大面积的宽带网络,均等。

4-06根据IP地址,尝试计算表4-2的数据。

表4-2 IP地址分配范围

网络类别	最大可指派的网络数	第一个可分配的网络号码	最后可分配的网络号码	每个网络的最大 host 数目
A	126(2⁷-2)	1	126	16777214
B	16383(2¹⁴-1)	128.1	191.255	65534
C	2097151(2²¹-1)	192.0.1	233.255.255	254

在A类网络中,网络数为七位,允许的网络数为2⁷，为128。但是要除去0和127的情况，所以能用的最大网络数是126，第一个网络号是1，最后一个网络号是126。主机号占24个bit，最多允许的主机数为2²⁴,是1677216,但也排除所有0和所有1,所以可以使用的最大主机数是1677214。
在B类网络中,网络数为14位,因此最大网络数可为2位¹⁴第一个网络号码是128.0,因为127是用于本地软件后端测试的,所以从128.0开始,并在其点之后也可以容纳2⁸为256，因此,从128开始的网络号码是128.0-128.255,共256个，以此类推，16384网络编号的计算方法为16384/256=64,128+64=192，估计数为191.255。主机数为16位,最多允许的主机数为2¹⁶,为65536,但也排除所有0和所有1,因此可以使用的最大主机数是65534。
在C类网络中,网络数为21位,可用的网络数为2位²¹，为2097152。第一个网络号码是192.0.0,每个点之后的数字是一个字节,因此,从192开始的网络号码是192.0.0-192.255.255,总共256*256=65536,以此类推，2097152网络编号的计算方法为2097152/65536=32,192+32=224，估计数为232.255.255。主机数为8位,最多允许的主机数为2⁸为256,但也排除所有0和所有1,所以最多可以使用的主机数是 254。

4-07试说明IP地址与硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？
IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。从而把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
MAC地址在某种程度上与硬件一致,基于物理,能够识别特定链路通信对象,IP地址给予逻辑域的分割,没有硬件限制。

4-09（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？
C类地址对应的子网掩码默认值。但也可以是A类或B类地址的掩码，即主机号由最后8位决定，而路由器寻找网络由前24位决定。
有三种含义：
第一个例子是A类网络的子网解码;对于A类网络的IP地址,第一个8位元代表网络号码,第二个24位元代表主机号码,第一个8位元代表使用子网解码的网络号码,中间16位元代表子网分区,最后8位元代表主机号码。
第二种情况为一个B类网，对于B类网络的IP地址，前16位表示网络号，后16位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前16位为网络号，中间8位用于子网段的划分，最后8位为主机号。
第三个例子是C类网络,它编码了C类网络的默认子网编码。
（2）一个网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？
255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000。
每个子网有6个主机,剩下29个加密的位数,因此网络可以连接到8个主机,其中6个主机中除1个和0个。
(3)类A网络的子网-ID和类B网络的子网-ID分别为161和81。问两个网络的子网编码之间的区别是什么?
A类网络：11111111111111111111111100000000给定子网号（16位“1”）则子网掩码为255.255.255.0
B类网络：11111111111111111111111100000000给定子网号（8位“1”）则子网掩码为255.255.255.0，子网掩码一样，但子网数目不同
（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0.试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？
$240)_{10}=(128+64+32+16)_{10}=(11110000)_2$ 主机-ID的位数为4+8=12,所以最大主机数为:2¹²-2=4096-2=4094
11111111.11111111.11110000.00000000主机数2¹²-2
（5）一个A类网络的子网掩码为255.255.0.255，它是否为有效的子网掩码？
是11111111111111110000000011111111，但不推荐
（6）某个IP地址的十六进制表示是C2.2F.14.81，试将其转换为点分十进制的形式这个地址是哪一类IP地址？
C2.2F.14.81->(12*16+2).(2*16+15).(16+4).(8*16+1)->194.47.20.129
C2.2F.14.81->11000010.00101111.00010100.10000001
C类地址
(7)在C类网络中使用子网掩护是没有意义的吗?为什么?
在C类网络IP地址的32位元中,第一24位元用于确定网络数,第二8位元用于确定主机数。如果分子网络被分段,可以选择下8位元的顶部,这进一步分段网络,并不会增加路由表的内容,但相对较低的成本。

4-18（1）有人认为：“ARP协议向网络层提供了转换地址的服务，因此ARP应当属于数据链路层。”这种说法为什么是错误的？
因为ARP本身是网络层的一部分(但IP使用ARP),ARP提供转换地址到IP协议的服务。数据链层使用硬件地址而不是IP地址,没有ARP协议数据链层需要正常运行.因此,ARP不是数据链层。
(2)试着解释为什么ARP高速缓冲器为每项存储器设置10到20分钟的超时计时器。如果这个时间设置太大或太小,会发生什么?
鉴于IP地址和MAC地址的映射可能发生变化(替换网络卡或动态主机配置)。
在 10-20 分钟内更换网络卡是合理的。过时时间太短,会使ARP请求和响应小组过于频繁地通信,而过时时间太长,会使服务器在更换网络卡后无法与网络上的其他服务器进行通信。
(3)至少描述两个情况下不需要发送ARP请求子集(即不需要分析一个目标IP地址作为相应的硬件地址的请求)。
在源主机的ARP高速缓存中已经有了该目的IP地址的项目；源主机发送的是广播分组；源主机和目的主机使用点对点链路。

4-19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？
6次,一个在主机上,一个在每个路由器上。

4-20设置路由器设置如下路由表:

目的网络	子网掩码	下一跳
128.96.39.0	255.255.255.128	接口m0
128.96.39.128	255.255.255.128	接口ml
128.96.40.0	255.255.255.128	R2
192.4.153.0	255.255.255.192	R3
*（默认）	-	R4

目前数据链收到五个分组, 目标地址如下 :
（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
设法单独计算下一个跳跃.
（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，分支传送器选择默认路径,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，分支传送器选择默认路径,经R4转发。

4-21 单元分配给B型IP地址,其net-id为129.250.0.0。这个单位有400台机器,平均分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0，尝试给每个位置分配一个子网号码,并计算每个位置的主机数的最小和最大值。
4000/16=250，平均每个地点250台机器。如选255.255.255.0为掩码，则每个网络所连主机数=2⁸-2=254>250，共有子网数=2⁸-2=254>16，能满足实际需求。

4-26包含以下4/24地址块,以尝试获得最大可能的聚类。
212.56.132.0/24
212.56.133.0/24
212.56.134.0/24
212.56.135.0/24
$212=(11010100)_2$
$56=(00111000)_2$
$132=(10000100)_2$
$133=(10000101)_2$
$134=(10000110)_2$
$135=(10000111)_2$
所以共同的前缀有22位，即11010100 00111000 100001，聚合的CIDR地址块是：212.56.132.0/22

4-27有两个CIDR地址块208.128/11和208.130.28/22。是否有哪一个地址块包含了另一个地址？如果有，请指出，并说明理由。
208.前缀128/11如下:110100100,208.130.前缀28/22是:110100 10010 0011,它的首11位和208位,前缀128/11是相同的,因此208.128/11地址块包含208.130.28/22这个地址块。

4-29 自治制度有五个区域网络,它的连接图见图 4-66。LAN2到LAN5上的主机分别有91个。150，3和15。给自主系统分配的IP地址块为30.138.118/23。尝试为每个本地网络提供地址块(包括前缀)。
图4-66

图 4-66 例 4-29
分配网络前缀时应先分配地址数较多的前缀。题目没有说LAN1上有几个主机，但至少需要3个地址给三个路由器用。一种可能的答案为：
LAN1 30.138.119.192/29
LAN2 30.138.119.0/25
LAN3 30.138.118.0/24
LAN4 30.138.119.200/29
LAN5 30.138.119.128/26

下面的4-31和86.32/12地址中哪一个匹配?请解释为什么。
（1）86.33.224.123；（2）86.79.65.216；（3）86.58.119.74；（4）86.68.206.154
下面的12位元前缀表示,第二个字符串的第一个4个数字是前缀。给定四个地址的第二个节点的第一个4个数字分别是: 0010, 0100, 0011和 0100。

4-35己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进和最大地址。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？
最小地址是 $140.120.(01010000)_2.0/20$ ，即：140.120.80.0
最大地址是 $140.120.(01011111)_2.255/20$ ，即：140.120.95.255
地址的数量为4096,相当于16个C类地址。

4-37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：
每个子网的网络前缀有多长?
每个子网前缀为28位。
每个子网里有多少地址?
每个子网有四个地址留给主机,因此有16个地址。
(三)每个子网的地址块是什么?
(4)每个子网可以分配给主机的最小和最大的地址是什么?
四个子网的地址块是:
第一个地址块136.23.12.64/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01000001=136.23.12.65/28，最大地址：136.23.12.01001110=136.23.12.78/28
第二个地址块136.23.12.80/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01010001=136.23.12.81/28，最大地址：136.23.12.01011110=136.23.12.94/28
第三个地址块136.23.12.96/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01100001=136.23.12.97/28，最大地址：136.23.12.01101110=136.23.12.110/28
第四个地址块136.23.12.112/28，可分配给主机使用的最小地址：136.23.12.01110001=136.23.12.113/28，最大地址：136.23.12.01111110=136.23.12.126/28

4-38 IGP和EGP之间的主要区别是什么?
IGP：在自治系统内部使用路径协议;寻找最佳路径;内部网关协议，只关心本自治系统内如何传送数据报，与互联网中其他自治系统使用什么协议无关，IGP主要考虑AS内部如何高效地工作，绝大多数情况找到最佳路由，对费用和代价的有多种解释。
EGP：在不同自治系统使用方便的路由协议;努力寻找更好的路由(而不是漏洞)。 EGP必须考虑到其他政策方面,需要多种路径。成本效益可能更重要;外部网关协议通过不同 AS 边界传递路由信息的协议并不关心在 AS 内部使用哪些共符号。

4-41假设B网络中的路由器在路由表中有下列项目(这些三个列分别代表“目标网络”,“距离”和“下一个跳动路由器”):

N1	7	A
N2	2	C
N6	8	F
N8	4	E
N9	4	F

现在B从C接收路由信息(两个列分别代表“目标网络”和“距离”):

N2	4
N3	8
N6	4
N8	3
N9	5

尝试在路由器B更新后找到路由表(每个步骤详细)。

路由器B更新后的路由表如下:

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	不同的下一次跳跃,短距离,更新
N8	4	E	不同的下一次跳跃,相同的距离,不变
N9	4	F	不同的下一次跳跃,更大的距离,不变

4-42假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目（格式同上题）：

N1	4	B
N2	2	C
N3	1	F
N4	5	G

现在A从C接收路由信息(如上文所示):

N1	2
N2	1
N3	3
N4	7

在路由器A更新后尝试找到路由表(每个步骤详细)。

Router A更新后的路由表如下:

N1	3	C	不同的下一次跳跃,短距离,更新
N2	2	C	同样的下一次跳跃,同样的距离,不变
N3	1	F	不同的下一次跳跃,更大的距离,不变
N4	5	G	不同的下一次跳跃,更大的距离,不变

4-44什么是VPN?VPN的特征和优点和缺点是什么?
VPN的英文全称是“Virtual Private Network”，翻译过来就是“虚拟专用网络”。顾名思义，虚拟专用网络可以把它理解成是虚拟出来的企业内部专线。
优点：
与传统的广域网相比，虚拟专用网能够减少运营成本以及降低远程用户的连接成本。此外，虚拟专用网固定的通讯成本有助于企业更好地了解自己的运营开支。虚拟专用网还能够提供低成本的全球网络机会。
虚拟专用网络提供高度的安全,使用先进的加密和识别协议防止数据被入侵,并防止数据盗窃和其他未经授权的用户入侵数据。
设计良好的宽带虚拟专用网络是模块化和可扩展的。虚拟专用网络技术使用户能够使用易于设置的互联网基础设施,允许您快速和方便地添加新的用户到网络。这种能力意味着企业可以在没有额外的基础设施的情况下提供大量的网络容量和应用程序。
虚拟专用网能够让移动员工、远程办公人员、业务合作伙伴和其他人利用本地可用的、高速宽带接入技术访问公司的网络，如DSL、线缆和wifi等技术。此外，高速宽带连接为连接远程办公室提供一个节省成本的方法。
缺点：
基于互联网的虚拟专用网络的可靠性和性能不受企业直接控制。机构必须依靠提供虚拟专用网络的互联网服务提供商来维持服务启动和运行。这个因素用于与互联网服务提供商谈判服务级别协议,从而创建一个保证各种性能指标的协议，是非常重要的。
建立和部署虚拟专用网络对于企业来说并不十分容易。这种技术要求高度了解网络和安全问题以及认真的规划和配置。因此,选择一个互联网服务提供商来处理更具体的业务问题是一个好主意。
不同厂商的虚拟专用网产品和解决方案并不是总是相互兼容的，因为许多厂商不愿意或者没有能力遵守虚拟专用网技术标准。因此，设备的混合搭配可能引起技术难题。另一方面，使用一家供应商的设备也许会增加成本。
虚拟专用网在与无线设备一起使用时会产生安全风险。接入点之间的漫游特别容易出现问题。当用户在接入点之间漫游的时候，任何依靠高水平加密的解决方案都会被攻破。幸运的是有一些第三方解决方案能够解决这个缺陷。
以下类别按实际技术划分
pptp vpn,l2tp vpn,ipsec vpn,ssl vpn,mpls vpn,QVM VPN等等

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计算机网络习题——第4章网络层

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