第5章 网络层
1．给出两个适合于使用面向连接服务的示例应用，再给出两个最好使用无连接服务的例子。 2．有没有虚电路服务需要以非顺序的方式投递分组的情况？请解释。
3．数据报网络把每个分组都作为独立的单元进行路由选择，虚电路网络则不必这样做，每个数据分组都遵循一个事先确定好的路由。这个事实是否意味着虚电路网络不需要从任意源到任意目的地为分组进行路由选择的能力？
4. 图5-1的网络拓扑图中，每个圆圈代表一个网络结点，每一条线代表一条通信线路，线上的标注表示两个相邻结点之间的权值。请根据Dijkstra最短通路算法找出图中A结点到其它每个结点的最短距离和下一站路由表。在答案中要求：（1）依次列出每一步的工作结点（从S中选出的u）；（2）给出从A结点到其它每个结点的最短距离和下一站路由表。
5-1 网络拓扑图
5．给出连接建立时可能要协商的协议参数的3个例子。
6．考虑下列关于实现虚电路服务的设计问题。如果在网络内部使用虚电路，每个数据分组必须有一个3字节的分组头，每个分组交换机必须固定分配8B的存储容量用于电路标识。如果在网络内部使用数据报，需要用15B的分组头，但不需要分组交换机的表空间。每10 6 B传过一跳段的代价是1分钱。分组交换机的存储器的购价是每字节1分钱，使用期限为2年的工作日。平均会话运行1 000秒，在此期间传送200个分组、平均1个分组需要传输4个跳段。哪一种实现要便宜一些？便宜多少？
7．假定所有的分组交换机和主机都工作正常，所有软件的运行也都没有错误，那么是否还有可能（尽管可能性很小）会把分组投递到错误的目的地？
8．请给出一个简单的试探方法，寻找通过一个网络从一个给定的源到一个给定的目的地的两条通路（假定确实存在两条这样的通路），以便在任一条通信线路失效的情况下在这两个结点之间还能进行通信。假定分组交换机是足够可靠的，因此不必担心分组交换机崩溃。
9．考虑图5-2所示的子网，使用矢量距离路由算法。分组交换机C测量得到的到达B、D和E的延时分别等于6、3和5。
图5-2 子网拓扑图
（1）.写出分组交换机C的初始路由表。
（2）.来自B的矢量（5，0，8，12， 6，2）被分组交换机C收到后，试问分组交换机C的新的路由表是什么？
10．在一个有50个分组交换机的网络中，假定延时用8 b记录，每个分组交换机有3条线路与其它分组交换机互连，每秒钟交换两次延迟向量。请问，该分布式路由算法在每条线路上（全双工）消耗了多少带宽？
11．一个数据报子网允许分组交换机在需要的时候丢弃分组，分组交换机丢弃一个分组的概率是p。考虑以下情况，源主机连接到源分组交换机，后者又连接到目的地分组交换机，然后再连接到目的地主机。如果任一分组交换机丢弃一个分组，源主机最终会发生超时事件，并重发分组。如果主机-分组交换机和分组交换机-分组交换机线路都算作跳段，并且不考虑除分组交换机以外其它丢弃分组的可能性，请问：
（1）每次发送一个分组行走的平均跳段数是多少？ （2）一个分组平均进行多少次发送？
（3）每个接收到的分组平均走了多少个跳段？
12．下面列出的是一种流描述的4个输入特征： （1）．最大分组尺寸（B） （2）．令牌桶速率（产生令牌的速率）（B／s） （3）．令牌桶大小 （4）．最大传输速率（B／s）
现在假定最大分组尺寸是100 B，令牌桶速率是10MB／s，令牌桶大小是1MB，最大传输速率是50MB／s，问以最大速率突发传送可维持多长时间？
13.采用“热土豆”法选径，某分组交换机有两条出线（队列），若两队等长，则报文随机放入任一队。队1长i，队2长j，i > j+1，j>1。写出稳态下流量守恒方程（平衡方程）。设输入流为泊松流，报文长指数分布。
14.分析流量控制和拥塞控制的区别与联系。 15.分析流量控制的代价。
16. M个结点的虚电路（VC）如图5-5（a）所示，各结点的排队系统均为M/M/1模型，图5-5（b）为M个结点的虚电路的等效队列，图5-5（c）为等效队列的状态变迁图。Pn为等效队列处于状态n的概率。当虚电路中有n个分组时，M个结点的虚电路的等效队列平均每秒有u(n)个分组传送到结点D，这就是虚电路中有n个分组时的吞吐率（等效队列的服务率）。 请证明：
Pn?nP0???u(i)i?1n
图5-5（a） M个结点的虚电路 图5-5（b）M个结点的虚电路的等效队列
λP0 λP1 λPn-2 λPn-1 λPn λPn+1 …λPN-1 … N
0 1 n-1 n n+1
… u(1) P1 u(2) P2 u(n-1) Pn-1 u(n) Pn u(n+1) Pn+1 u(n+2) Pn+2 … u(N) PN
图5-5（c） 等效队列的状态变迁图
17. 同16题的条件，证明：n个分组分布在M个队列里，其不同的分布的数目等于从（n十M一1）中取n的组合数；而结点M的队列为空（此时n 个分组分布在前M一1个队列里）的组合数共有“（n＋M一2）中取n”种。
18.假定17题中的每种组合都是等概率的。 （1）证明：P[结点M的队列为空] = (M-1) / ( n +M-1)
（2）因为等效队列的吞吐率应当与16题原来的虚电路的吞吐率相等。因此，
u(n) = μC·（1一P[结点M的队列为空]）
证明：u(n) = nμC / ( n + M - 1)
19.因为u(n)是当等效队列中有n个分组时，等效队列的平均服务率（每秒发送的分组数），即有n个分组时的吞吐量。n取值可为0，1，2，?，N，等效队列处于状态n的概率为Pn 。因为等效队列的吞吐量应当与原虚电路的吞吐量相等，则VC的平均吞吐量γ（即等效队列平均每秒发送的分组数）就是u(n)的加权平均值： ? =
?u(n)Pn?0Nn =
?u(n)Pn?1Nn
（1）证明：1/ P0 =
??n??n?0N?n?M?1?? ??n?（2）证明：VC的平均时延 T =
?nPn?1Nn/?
20.比较网络层虚电路与数据报的主要区别。
21.在广域网中采用的数据交换技术主要有哪几种类型？它们各有什么特点？
22考虑图5-7中的网络，假设它使用扩散法作为路由算法，每个分组头中有一个跳计数器，每经过一跳之后计数器减一，计数器到0时，该分组被丢弃。如果一个从A发向D的分组的最大跳计数为3，请列出它将要走的所有路径。同时也说明它需要消耗多少带宽(以跳数计)。
图5-7 网络拓扑图
23.对于4800台路由器的三层次分级路由，请问应该选择多大的区域和群才可以将路由表的尺寸降低到最小？一个好的起点是，假设在方案中k台路由器构成一个区域，k个区域构成一个群，并且总共有k个群，这样的方案接近于最优方案。这意味着k大约是4800的立方根（约等于16）。请试算三个参数（簇，区域，路由器）在16附近的各种组合。
24.在内部采用虚电路的子网中，可能采用这样一种拥塞控制机制：
路由器直到“(1)知道沿着虚电路的最后一次传输已经成功到达了，并且(2)它有一个空闲缓冲区”的时候，才对一个接收到的分组进行确认。
为了简单起见，假定路由器使用停－等协议，并且每条虚电路的每个方向都有一个专用缓冲区。如果传输一个分组（数据或者确认）需要T秒，在路径上有n台路由器，那么分组被递交给目标主机的速率是多少？假设几乎没有传输错误，并且从主机到路由器之间连接的速度为无限快。
25.一个ATM网络使用令牌桶方案进行流量整形。每隔5μs一个新的令牌被放到桶中。每个令牌正好对应于一个信元，每个信元包含48字节数据。请问最大可承受的数据速率为多少？
26.在一个最大输出速率M = 6Mbps的网络上，一台主机通过一个令牌桶进行流量调整。令牌到达速率?为1Mbps。初始时，已填满令牌桶的容量C = 8Mb。请问该计算机以6Mbps的全速率可以传输多长时间？
27.一个流说明：最大分组长度为1000字节，令牌桶速率为每秒10MB，令牌桶的大小为1M字节，最大传输速率为每秒50MB。请问以最大速度传输的突发数据会持续多长时间？
28. 图5-10中的网络使用RSVP预留资源协议，主机1和主机2的多播树分别如图5-10 (b) (c)所示。
图5-10 (a) 使用RSVP预留资源协议的网络 (b) 主机1的多播树 (c) 主机2的多播树
假设主机3请求一条带宽为2MB/s的信道用于接收主机1的流，以及一条带宽为1MB/s的信道用于接收主机2的流。同时，主机4请求一条带宽为2MB/s的信道用于接收主机1的流；主机5请求一条带宽为1MB/s的信道用于接收主机2的流。请问，在路由器A、B、C、E、H、J、K和L上，总共需要为这些请求预留多少带宽？
29.一台路由器上的CPU每秒钟可以处理2百万个分组。提供给路由器的负载为每秒钟1.5百万个分组。如果从源端到目标端的路径上包含10台路由器，请问每个分组花在等待和服务上的时间为多少？
30.ATM为什么使用小的、固定长度的信元？
31. 针对数字化的语音流量，除了带宽和延迟外，想要网络能提供很好的服务质量，还需
要哪个参数？
32. 综合数字网（IDN）是模拟网还是数字网？
33. 请简述综合数字网（IDN）和综合业务数字网（ISDN）区别和联系。 34. 为什么说信令系统是电话交换网的神经中枢？ 35 何为随路信令？何为共路信令？
36 为何将PSTN升级到ISDN时，必须更换中心交换局的交换设备，形成ISDN端局？ 37 ISDN参照点有何作用？ 38 在ISDN网中，利用B通道传输用户信息时，两端用户如此等等实现特定的端到端通信？ 39 试述帧中继网络产生的原因和对X.25的优势。 40试述帧中继网络C面的作用。
41试述帧中继网络在U面的协议与ISDN在U面的协议的区别。 42试述帧中继网络数据链路连接标识符DLCI的作用。 43试述SONET/SDH物理层的作用。 44简介ATM协议参考模型的作用。
45试述AAL（ATM Adaptation Layer）的作用。
46试述ATM虚通道（VP）和虚通路（VC）的关系。 47试述标记交换基本思路。
48试述利用标签构造路由路径的处理方法与面向连接的网络构造路由路径(虚电路)的方法有的区别。
48何谓转发等价类（Forwarding Equivalence Class, FEC）？
49．请考虑使用快速型转发方法的区分服务用户。是否可以保证快速型分组比常规的分组会经历更短的延迟？为什么是，或者为什么不是？