《计算机科学导论》课后习题 第6章 计算机网络和因特网
我对这一章节比较陌生，如果回答中有错误，或者您有什么不同观点，请不吝指教。
一、复习题
Q6-1 本章讨论的需要遵循达成双向通信的协议分层的首要原则是什么？
A：
一、保证每一个协议层都可以进行两个对立且方向相反的工作。
二、两个站点中每一层的两个对象必须完全相同。
Q6-2 在TCP/IP协议族中，当我们考虑应用层的逻辑连接时，发送方和接收方的网站的相同对象是什么？
A：消息。
Q6-3 使用TCP/IP协议族的一台主机和另一台主机通信时，在以下各层中发送或接收的数据单元分别是什么？
A：
a.应用层：消息。
b.网络层：数据报。
c.数据链路层：帧。
| 层 | 英文 | 书中翻译 | 国内常见翻译 |
|---|---|---|---|
| 应用层 | message | 消息 | 报文 |
| 传输层-TCP | segment | 段 | 数据段/报文段 |
| 传输层-UDP | datagram | 用户数据报 | 数据报 |
| 网络层 | packet | 数据包 | 包 |
| 数据链路层 | frame | 帧 | 帧 |
| 物理层 | bit | 位 | 位 |
国内语境中，对于某些术语的常用翻译和书上不太一样，在我找到的其他资料里，各层对应的数据单元翻译如上。
另，书中图6-9将网络层的数据单元写成了“数据报”，这个翻译明显不太对，应该是“数据包”。包括后面的正文和练习题都有这个问题，但为了避免疑惑，我只在自己的批注里进行说明，原文尽量保持不动。
Q6-4 下列哪个数据单元以帧来封装？
a.用户数据报；b.数据报；c.段
A：b.数据报。
以帧为数据单元的是数据链路层，这一层封装的就是上一层的数据，也就是网络层的数据报（包）。
Q6-5 下列哪个数据单元从用户数据报解封？
a.数据报；b.段；c.消息
A：c.消息。
用户数据报是传输层的数据单元，由它解封出来的数据单元，也就是应用层的消息（报文）
Q6-6 下列哪个数据单元有应用层的消息加上第四层的头？
a.帧；b.用户数据报；c.位
A：b.用户数据报。
层数是从物理层数到应用层的，第四层也就是传输层。另外，常有“上/下一层”的说法，层数从下到上也是从物理层到应用层。
Q6-7 在以下各层中各使用何种地址（标识符）类型？
A：
a.应用层：名称或邮箱地址。
b.网络层：IP地址。
c.数据链路层：MAC地址。
Q6-8 在周末，Alice经常要通过她的笔记本电脑访问保存在办公室台式机上的文件。上周她在办公室台式机上安装了一个FTP服务器程序的副本，在家里的笔记本电脑上安装了FTP客户机程序的副本。她很失望周末无法访问到她的文件。这可能出现什么差错了？
A：如果配置没问题，那么问题可能仅仅是因为FTP服务器的主机没有开机。
Q6-9 大多数安装在个人计算机上的操作系统带有几个客户端进程，但通常没有服务器进程，请解释原因。
A：因为个人通常没有将个人计算机作为服务器使用的必要，一般只需要使用客户端进程访问远程服务器即可。一方面，面向专业用户有专门的服务器主机，另一方面，如有必要，且有足够的技术力，个人用户也完全可以将个人计算机配置成服务器。
Q6-10 新的应用程序将会使用客户机-服务器模式涉及。如果仅有少量消息需要在客户机和服务器之间交换，且不用担心消息丢失或损坏，你推荐哪种传输层协议呢？
A：用户数据报协议UDP。
Q6-11 为什么网络层的职责是路由？换言之，为什么路由不能再传输层或者数据链路层实现？
A：网络层负责主机间通信。物理网络是网络（LAN局域网、WAN广域网）和连接这些网络的路由器的集合，这意味着从源到目的地不止一条路线，需要有一些特定的策略来定义最优路线。
传输层提供的是进程间通信。
数据链路层负责节点间通信。
Q6-12 请区分网络层的通信和数据链路层的通信。
A：网络层是主机间通信，利用IP地址提供一种无连接、不可靠、尽力而为的通信。
数据链路层是节点间通信，利用MAC地址实现唯一的网络设备间通信。
Q6-13 什么是拨号调制解调器技术？列出本章讨论过的通用调制解调器标准，给出它们的数据速率。
A：拨号调制解调器技术，即将数字信号转化为模拟信号（调制器），或者将模拟信号转化为数字信号（解调器），以便利用电话网络传递信息的技术。
- 有线WAN
- 拨号上网服务：上行33.6Kbps，下行56Kbps
- 非对称数字用户线路ADSL：上行理论1.44Mbps，实际500Kbos，下行理论13.4Mbps，实际8Mbps。
- 有线电视网络：未提及速率。
- 交换式有线WAN：未提及速率。
- 无线WAN
- WiMax：未提及速率。
- 手机网络：未提及速率。
- 卫星网络：未提及速率。
Q6-14 为什么蓝牙通常被称为无线个域网WPAN，而不是无线局域网？
A：因为蓝牙连接的作用距离较短，且为临时网络，网络规模较小。
Q6-15 当频率给定时，如何求正弦波的周期？
A：周期为频率的倒数。
Q6-16 以下哪个物理量用于度量信号的值？
a.振幅；b.频率；c.相位
A：a.振幅。
Q6-17 定义模拟传输。
A：将信息在传输介质中以模拟信号的形式进行传输。
Q6-18 在TCP/IP协议族中，传输介质在什么位置？
A：物理层。
Q6-19 指出传输介质两大类别的名称。
A：导向介质、非导向介质（无线）。
Q6-20 导向介质的三大类别是什么？
A：双绞线、同轴电缆、光纤电缆。
二、练习题
P6-1 回答以下有关图6-5所示从Maria到Ann通信时的问题：a.在Maria的站点，由第一层到第二层提供了什么服务?；b.在Ann的站点，由第一层到第二层提供了什么服务？
A：a.b.从邮件中提取密文。
同层的信息是相同的，同方向的操作也是相同的。
按照书中标注的3层协议，有效信息-读/写协议（层3）-明文-加/解密协议（层2）-密文-收/寄协议（层1）-邮件。从1到2的服务只发生在接收信息时，到达第1层协议的是封装好的、写有地址和收件人的邮件，在进入第2层协议进行解密之前，1、2层之间能做的就只有拆包。
感觉这道题要么是出题人，要么是翻译出了点问题。
P6-2 回答以下有关图6-5所示从Maria到Ann通信时的问题：a.在Maria的站点，由第二层到第三层提供了什么服务?；b.在Ann的站点，由第二层到第三层提供了什么服务？
A：a.b.将密文解密为明文。
P6-3 假设连接到因特网的主机在2010年是5亿台。这个数字以每年20%的速度增长，到2020年主机数量是多少？
A：\(5\times(1+20\%)^{(2020-2010)}\approx30.96亿台\)
P6-4 假设系统使用5个协议层。如果应用程序创建一个100字节的消息，并且每层（包括第一层和第五层）添加一个10字节的报头到数据单元中，该系统的效率（应用层的字节数与要传输的字节数的比率）如何？
A：\(100\div(100+10\times5)\approx66.67\%\)
传输的字节数是150应该没问题，歧义在于“应用层的字节数”这个表述，有效信息100字节，经过应用层加报头就是110字节了，选择哪个作为被除数是令人疑惑的。从一般常识考虑，我选择纯粹的有效信息100字节。
P6-5 与下列TCP/IP协议族一或多层相匹配的是：a.线路的确定；b.连接到传输介质；c.为最终用户提供服务。
A：a.路由功能，对应网络层。b.传输介质对应物理层，但是路由器和调制解调器等都会连接到传输介质，对应网络层和数据链路层。c.应用层。
P6-6 与下列TCP/IP协议族一或多层相匹配的是：a.创建用户数据报；b.负责处理毗邻节点的帧；c.把比特转换为电磁信号。
A：a.传输层。b.数据链路层。c.物理层。
P6-7 在我们生活的很多方面都能发现协议分层，例如航空旅行。设想你假期去度假胜地旅行。在当地机场起飞之前你需要办些手续，到度假胜地机场落地后也需要办些手续。请指出用于往返旅行的协议分层，使用诸如行李检查/认领、登机/出机、起飞/降落。
A：略。
P6-8 在因特网中，我们把局域网技术更新了。TCP/IP协议族的那些层需要变更？
A：书里的章节是把局域网的内容放在数据链路层，既然更新了，那么数据链路层肯定也要变更，而这一层之上应该都要做相关的适配调整。
P6-9 比较16位IP地址（0-65535）和32位IP地址（0-42 9496 7295）的范围，为什么我们需要IP地址有如此大的范围，但端口号范围却相对较小呢？
A：这类数值必然是由通信规模决定的，并且综合使用的成本和效益，以及当下的计算机技术程度和合理的未来期望。
IP地址服务于主机间通信，16位IP地址的数量级是6E5，32位IP地址是4E9，这其实连地球人口每人分配一个IP地址都做不到，更遑论在物联网技术飞速发展的当下，需要更多设备接入互联网的情况，所以128位、3E38量级的IPv6才变得需要。有这么多的设备，就需要这么多IP地址。
而端口号服务于进程间通信，16位端口号的数量级也是6E5，现有进程间通信的规模尚未触及天花板，今后端口号不够用时，也完全可能升级成更长的版本。
P6-10 使用二进制表示法，重写以下IP地址：
a.110.11.5.88→01101110.00001011.00000101.01011000
b.12.74.16.18→00001100.01001010.00010000.00010010
c.201.24.44.32→11001001.00011000.00101100.00100000
P6-11 使用带点的十进制表示法，重写以下IP地址：
a.01011110 10110000 01110101 00010101→94.176.117.21
b.10001001 10001110 11010000 00110001→137.142.208.49
c.01010111 10000100 00110111 00001111→87.132.55.15
P6-12 下列以太网地址等价的十六进制形式是什么：01011010 00010001 01010101 00011000 10101010 00001111
A：5A:11:55:18:AA:0F
P6-13 一个设备以1000bps的速率发送数据。a.发送10位用多长时间？b.发送一个字符（8位）用多长时间？c.发送100000个字符的文件用多长时间？
A：不考虑在数据前加各种报头的话：
a.\(10bit\div1000bps=0.01s\)
b.\(8bit\div1000bps=0.008s\)
c.\(0.008s\times100000=800s\)
