24春国家开放大学《计算机网络应用》大作业1-4参考答案.docx

国家开放大学计算机网络应用大作业1-4参考答案大作业11、请参考教材网络工程P11中的拓扑结构，在白纸上画出总线型拓扑结构、星型拓扑结构、环型拓扑结构、树型拓扑结构和网型拓扑结构，并拍照上传。答：2、请参考教材网络工程P15中的数据传输技术相关内容，给出基带传输、频带传输的基本概念。答：数据传输技术是计算机网络中非常重要的一个方面，主要涉及数据的发送和接收方式。在数据传输中，基带传输和频带传输是两种主要的技术。基带传输（Baseband Transmission）是指由数据终端设备（DTE）送出的二进制“1”或“0”的电信号直接送到传输介质上进行传输的方式。这种传输方式中，基带信号未经调制，可以直接进行驱动后传输。基带信号的特点是频谱中含有直流、低频和高频分量，随着频率升高，其幅度相应减小，最后趋于零。基带传输主要用于短距离的数据传输，如近程计算机间的数据通信或局域网中用双绞线或同轴电缆为介质的数据传输。频带传输（Bandwidth Transmission）也称为宽带传输，是指将数字信号调制成模拟信号后再进行发送和传输，到达接收端时再把模拟信号解调成原来的数字信号。这种方式使用模拟信道传输数字信号，可以在一条通信线路上同时传输语音、数据和视频等多种信号。频带传输需要采用调制技术将基带信号转换为适合在信道中传输的频带信号，然后在接收端通过解调技术还原出原始的基带信号。频带传输主要适用于长距离的数据通信，如利用电话网实现全国或全球范围的数据通信。总的来说，基带传输和频带传输各有其优缺点，适用于不同的数据传输场景。基带传输简单易行，适用于短距离、高速率的数据传输；而频带传输则可以充分利用现有通信资源，实现多路复用和远距离传输。3、请参考教材网络工程P33中的OSI参考模型相关内容，并归纳出各层的功能。答：OSI（Open System Interconnect），即开放式系统互连，是ISO组织在1985年研究的网络互连模型。该体系结构标准定义了网络互连的七层框架，这七层从上到下分别为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。各层的功能具体如下：（1）物理层（Physical Layer）：这是OSI模型的最底层，负责处理与传输介质（如电缆、光纤等）的物理连接和传输。它定义了电气和物理规范，如电压、电缆规格、接口形状等，以确保设备之间的物理连接。（2）数据链路层（Data Link Layer）：位于物理层之上，负责在两个相邻结点间的线路上无差错的传送以帧为单位的数据。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。此外，数据链路层还要负责建立、维持和释放数据链路的连接。（3）网络层（Network Layer）：在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的主要任务是将数据从源端系统路由到目标端系统，确保数据能够正确地从一个网络节点传输到另一个网络节点。（4）传输层（Transport Layer）：该层的任务是根据通信子网的特性最佳的利用网络资源，并以可靠和经济的方式，为两个端系统（也就是源站和目的站）的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责可靠地传输数据。（5）会话层（Session Layer）：也称为会晤层或对话层，它负责在通信的两个系统之间建立、管理和终止会话。会话层以上的高层次中，数据传送的单位不再另外命名，统称为报文。（6）表示层（Presentation Layer）：负责处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，包括数据压缩、加密、解密、数据格式的转换等。（7）应用层（Application Layer）：这是OSI模型的最顶层，直接为用户提供应用程序或服务。例如，电子邮件、文件传输、网络浏览等都属于应用层的服务。以上就是OSI参考模型的七层架构及各层的主要功能。每一层都为其上一层提供服务，并依赖于其下一层的服务。这种分层的设计使得网络通信变得更加标准化和模块化，也方便了网络设备的研发和升级。大作业21、详读教材网络工程P57页的内容，归纳出令牌环网的工作原理。答：令牌环网工作原理详解（1）令牌传递机制令牌环网（TokenRing）是一种局域网技术，其核心工作原理基于令牌传递机制。在令牌环网中，存在一个特殊的帧称为“令牌帧”，它沿着环网不断循环传输。当一个节点需要发送数据时，必须首先捕获到这个令牌帧。捕获到令牌帧的节点可以获得发送数据的权利，并在发送完数据后将令牌帧传递给下一个节点。如果没有令牌帧，节点则必须等待，直到获得令牌帧才能发送数据。（2）帧传输方式在令牌环网中，数据以帧为单位进行传输。每个帧包含数据、帧头、帧尾等部分，其中帧头包含了目标地址、源地址、帧类型等信息。帧在环网上按照顺时针方向传输，当帧到达目的节点时，目的节点会根据帧头中的地址信息接收帧，并处理数据。（3）访问控制策略令牌环网采用基于令牌的访问控制策略，确保了数据传输的有序性和公平性。由于只有持有令牌帧的节点才能发送数据，因此避免了多个节点同时发送数据导致的冲突。（4）优先级管理令牌环网还支持优先级管理，即可以为不同的数据帧设置不同的优先级。优先级高的帧在环网上的传输速度会更快，从而保证了重要数据的优先传输。（5）令牌回收与处理当节点发送完数据后，会将令牌帧释放到环网上，供其他节点捕获并使用。为了保证令牌帧的稳定循环，网络中还会设置一些监控节点，负责监控令牌帧的状态，并在必要时重新生成或补充令牌帧。（6）环网拓扑结构令牌环网的拓扑结构是一个闭合的环形，所有节点都连接在这个环上。这种拓扑结构保证了数据的连续传输，并且当某个节点或链路出现故障时，数据可以绕过故障点继续传输。（7）错误检测与恢复令牌环网采用了循环冗余校验（CRC）等错误检测机制，确保数据传输的可靠性。一旦检测到错误，节点会丢弃错误的帧，并等待下一个令牌帧进行重传。此外，令牌环网还具有强大的错误恢复能力，当网络中出现故障时，可以迅速切换到备用路径，保证网络的连通性。综上所述，令牌环网通过令牌传递机制、帧传输方式、访问控制策略、优先级管理、令牌回收与处理、环网拓扑结构以及错误检测与恢复等机制，实现了高效、有序、可靠的数据传输。2、详读教材网络工程P59页的内容，归纳出交换机基本工作原理。答：交换机基本工作原理详解（1）数据帧接收和解析交换机工作的首要步骤是接收从端口传入的数据帧。当数据帧到达交换机的一个端口时，交换机将该帧读取到其内部缓存中，并开始解析帧头信息。这通常包括源MAC地址、目的MAC地址以及其他控制信息。（2）转发表更新交换机会检查数据帧的源MAC地址，并在其内部的MAC地址表中查找该地址。如果找到，交换机会更新该地址的对应条目，包括端口信息和老化计时器。如果MAC地址表中没有该地址的条目，交换机会将其添加到表中，并设置适当的端口信息和老化计时器。（3）数据帧转发一旦交换机解析了数据帧的目的MAC地址，并在转发表中找到了相应的条目，它会根据条目中的端口信息将数据帧转发到正确的输出端口。如果没有找到相应的条目，交换机会执行泛洪处理。（4）泛洪处理当交换机在其内部MAC地址表中找不到目的MAC地址的条目时，它会执行泛洪操作。这意味着交换机将数据帧转发到除了接收端口以外的所有其他端口。这确保了数据帧能够到达网络中的所有设备，直到目的设备回应并更新交换机的MAC地址表。（5）MAC地址学习交换机通过动态学习MAC地址来构建和维护其内部的MAC地址表。每当交换机从某个端口接收到一个数据帧，它都会学习源MAC地址并将其与相应的端口关联起来。这种学习过程是通过检查数据帧的源MAC地址并在内部表中添加或更新条目来实现的。（6）已知目标MAC地址转发当交换机在MAC地址表中找到目的MAC地址的条目时，它会根据条目中的端口信息直接将数据帧转发到正确的输出端口，而不需要泛洪。这种直接转发方式大大提高了数据传输的效率和准确性。（7）交换机接口模式交换机接口可以有不同的工作模式，其中最常见的是接入模式（Access）和汇聚模式（Trunk）。在接入模式下，接口只能属于一个VLAN，并且只允许传输该VLAN的数据帧。而在汇聚模式下，接口可以属于多个VLAN，并可以传输多个VLAN的数据帧。这种灵活性使得交换机可以在不同的网络环境中实现更复杂的网络拓扑和配置。综上所述，交换机通过接收和解析数据帧、更新转发表、转发数据帧、执行泛洪处理、学习MAC地址以及根据不同的接口模式进行转发等操作，实现了在局域网内部高效、准确地传输数据的目标。3、详读教材网络工程P61页的内容，归纳出三种以太网交换机的帧转发方式的工作原理和各自的优缺点。答：三种以太网交换机的帧转发方式的工作原理及优缺点（1）直通转发（Cut-ThroughSwitching）工作原理：当交换机接收到帧的前几个字节（通常为6到14字节）时，它会立即检查帧的头部信息，特别是目的MAC地址。如果目标地址在交换机的MAC地址表中，交换机会立即将数据帧转发到相应的端口，而不需要等待整个帧都接收完毕。优点：由于不需要等待整个帧都接收完毕，直通转发的延迟非常小，适用于对延迟敏感的应用。缺点：由于只检查帧的头部信息，直通转发有可能转发一些错误帧，这些错误帧会占用带宽并可能导致网络性能下降。（2）存储转发（Store-and-ForwardSwitching）工作原理：交换机首先完整地接收整个数据帧，然后检查帧的完整性和准确性。如果帧是有效的并且没有错误，交换机会在MAC地址表中查找目的MAC地址，并基于该信息将帧转发到相应的端口。优点：由于完整地接收和检查每个帧，存储转发能够避免转发错误帧，从而保护网络带宽和性能。此外，它还可以过滤掉小于64字节的帧和其他受损的帧。缺点：由于需要等待整个帧都接收完毕并进行检查，存储转发的延迟通常较大，并且可能不固定。（3）分段转发（Fragment-FreeSwitching）工作原理：分段转发是直通转发和存储转发的一种折中方案。交换机在接收到帧的前64字节后，开始检查帧的头部信息并进行转发。这意味着它不会像直通转发那样立即转发，但也不会像存储转发那样等待整个帧都接收完毕。优点：分段转发在延迟和错误帧处理之间提供了一个平衡点。它通常比存储转发具有更小的延迟，同时比直通转发更能避免转发错误帧。缺点：分段转发的性能可能受到帧大小的影响。对于大于64字节的帧，它可能需要等待更长的时间来开始转发，而对于小于64字节的帧，它可能无法进行有效的过滤。总的来说，选择哪种帧转发方式取决于特定的网络需求和性能要求。在需要低延迟的场景下，如语音和视频通信，直通转发可能是一个好的选择。而在需要高可靠性和稳定性的网络环境中，存储转发可能更为适合。分段转发则提供了一种在这两者之间的折中方案。大作业31、请根据教材网络工程P78页的内容，归纳出理想路由算法必须满足的条件。答：理想路由算法必须满足以下条件：（1）正确性和完整性：算法必须能够正确和完整地按照路由表指引的路径，将分组最终送达目的网络和目的主机。（2）简单性：路径选择计算应该在计算上是简单的，不应使网络通信量增加太多的额外开销。（3）自适应性/稳健性：算法必须能够适应通信量和网络拓扑结构的变化，具有自适应性。当网络中的通信量发生变化时，算法应能自适应地改变路由以均衡各链路的负载。同时，当某个或某些节点、链路发生故障不能工作，或者修理好了再投入运行时，算法也能及时地改变路由。（4）稳定性：当网络通信量和网络拓扑结构相对稳定的情况下，路由算法应能收敛于一个可接受的解，而不是使得出的路由不停的变化。（5）公平性：路由算法应对所有用户公平。它不应仅仅使某一对用户的端到端延迟最小，而不考虑其他的广大用户。（6）最佳性：算法应选择最佳的路由，这可能涉及多个方面的最优，例如最短的路径、最小的延迟、最低的拥塞等。以上这些条件共同构成了理想路由算法的基本框架，但需要注意的是，在实际应用中，可能需要根据具体的网络环境和需求，对这些条件进行权衡和取舍。2、常见的路由算法即最短路径路由、扩散法、距离矢量路由、链路状态路由，请详读教材网络工程P78页和P79页内容并归纳出每个路由算法的基本思想。答：四种常见路由算法的基本思想如下：（1）最短路径路由算法：其基本思想是将源节点到网络中所有节点的最短通路找出来，并作为这个节点的路由表。当网络的拓扑结构不变、通信量平稳时，该节点到网络内任何其他节点的最佳路径都在其路由表中。如果每个节点都生成并保存这样一张路由表，那么整个网络通信将沿着最佳路径进行。每个节点收到分组后，会查表决定向哪个后继节点转发。这种算法只考虑网络拓扑结构，没有考虑网络流量、负载对路由选择的影响。（2）扩散法：这是一种静态路由算法，其基本思想是将每个输入的分组从除输入线路之外的所有其他线路上转发出去。这会产生大量的分组副本，因此需要一些机制来抑制无限的转发，例如通过限制跳数或记住已经转发过的分组。（3）距离矢量路由算法：这种算法的基本思想是，每个路由器都维护一个距离矢量表，其中包含到达网络中每个目标节点的最佳路径和距离。每个路由器会定期向其邻居发送其距离矢量表，并根据收到的邻居的距离矢量表来更新自己的表。经过一段时间后，网络中的所有路由器都会获得一致的距离矢量信息，从而可以根据这些信息为不同来源的分组找到最佳路由。（4）链路状态路由算法：这种算法的基本思想是，每个路由器都了解网络的完整拓扑结构以及自身与其他路由器之间的链路状态。然后，每个路由器使用一种算法（如Dijkstra算法）来计算到达所有其他路由器的最短路径，并将其保存在路由表中。当网络拓扑结构发生变化时，路由器会更新其链路状态信息，并重新计算最短路径。这种算法适用于大型网络，因为每个路由器只需要维护自己的路由表，而不需要与其他路由器交换大量的路由信息。总的来说，这些路由算法各有特点，适用于不同的网络环境和需求。在选择路由算法时，需要综合考虑网络的规模、拓扑结构、通信量、负载等因素。3、请参考P114页中VLAN划分的四种策略，归纳出该四种策略的优缺点。答：VLAN（VirtualLocalAreaNetwork，虚拟局域网）是一种将局域网从逻辑上划分为多个网段的技术，可以实现网络资源的灵活配置和管理。VLAN的划分策略主要有四种，分别是基于端口、基于MAC地址、基于网络层和基于IP组播的划分。（1）基于端口的划分策略：优点：这种策略实现简单，只需要将交换机端口划分到相应的VLAN中即可。同时，它不需要依赖主机的网络层或应用层信息，因此安全性较高。缺点：如果网络中的主机数量较多，需要为每个主机配置相应的端口和VLAN，工作量较大。此外，如果主机移动或更改端口，需要重新配置VLAN，不够灵活。（2）基于MAC地址的划分策略：优点：MAC地址是主机在网络中的唯一标识，因此基于MAC地址的划分策略可以实现较细粒度的VLAN划分。同时，即使主机移动或更改端口，只要MAC地址不变，就不需要重新配置VLAN。缺点：MAC地址可能会被伪造或篡改，存在一定的安全隐患。此外，如果网络中存在大量主机，维护MAC地址和VLAN的映射关系会变得更加复杂。（3）基于网络层的划分策略：优点：这种策略可以根据主机的网络层信息（如IP地址）进行VLAN划分，灵活性较高。同时，它支持跨交换机的VLAN划分，可以实现更大范围的资源共享和管理。缺点：基于网络层的划分策略需要依赖主机的网络层信息，因此可能存在安全隐患。此外，对于不支持网络层协议的主机，无法进行VLAN划分。（4）基于IP组播的划分策略：优点：IP组播是一种面向特定组播组的主机通信方式，因此基于IP组播的划分策略可以将属于同一组播组的主机划分到同一个VLAN中，实现更加灵活的资源共享和管理。缺点：IP组播本身存在一些问题，如组播风暴、组播安全等，这些问题也会影响到基于IP组播的VLAN划分策略的实现和使用。综上所述，不同的VLAN划分策略各有优缺点，需要根据具体的网络环境和需求进行选择和使用。同时，为了保证网络的安全和稳定性，还需要结合其他网络安全技术和措施进行综合考虑。大作业41、城域网的业务特点有哪些？（可参考教材网络工程P118）答：城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）的业务特点主要包括以下几个方面：（1）覆盖范围：城域网的覆盖范围通常是一个城市或几个相邻的城市，其覆盖范围比局域网更广，但比广域网更小。（2）高速传输：城域网通常采用高速传输技术，如光纤传输，能够提供较高的数据传输速率和带宽，满足大数据量和高带宽应用的需求。（3）多种业务融合：城域网可以融合多种业务，如语音、数据、视频等，提供综合性的业务服务，满足用户多样化的需求。（4）灵活性强：城域网通常具有较高的灵活性和可扩展性，可以根据用户需求和网络规模进行灵活配置和扩展。（5）安全性高：城域网通常采用先进的安全技术和措施，如数据加密、身份验证、防火墙等，保障数据传输的安全性和可靠性。城域网作为一种重要的网络基础设施，已经在城市信息化建设、电子政务、智慧城市等领域得到了广泛应用。未来随着技术的不断发展和用户需求的不断变化，城域网将继续发挥重要作用，推动城市信息化建设的进一步发展。2、请结合教材网络工程的第2章、第3章和第四章归纳出广域网、局域网和城域网的区别。答：广域网、局域网和城域网的区别主要体现在覆盖范围、接口类型、传输速率和使用协议等方面。（1）覆盖范围：广域网的覆盖范围最广，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。城域网的覆盖范围则是一个城市，传输距离相对较短。而局域网的覆盖范围最小，一般限于几百米到十几公里内，例如办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络。（2）接口类型：广域网的接口类型包括串口、T1、POS、ATM、E1等。城域网则主要使用IP-VPN、WirelessLAN等技术。而局域网主要使用以太网RJ-45电接口和LC/SC/ST多模光纤等接口。（3）传输速率：广域网的传输速率最高，可以达到10/100/1000/10000/10G/40G/100G等。城域网的传输速率也相对较高，一般在100兆比特/秒以上。局域网的传输速率则相对较低，通常在ISDN/PSTN/T1/E1/T3/E3/OC-3/OC-12/OC-48/OC-192等范围内。（4）使用协议：广域网主要使用以太网协议，城域网则主要使用TCP/IP协议，而局域网则主要使用PPP、HDLC等协议。此外，广域网、局域网和城域网在实际应用中也各有特点。局域网具备安装便捷、成本节约、扩展方便等特点，因此在各类办公室内运用广泛。广域网则能连接多个地区、城市和国家，形成国际性的远程网络，适合跨地区或跨国的大型企业使用。城域网则采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，适合在城市范围内的企业和机构使用。总之，广域网、局域网和城域网的区别主要体现在覆盖范围、接口类型、传输速率和使用协议等方面，各自适用于不同的应用场景。3、请结合教材网络工程P161-P166中的内容，解释域名系统和地址解析的含义。答：域名系统（DNS）是一个分布的数据库，它将网络上的域名和IP地址相互映射，使得人们可以使用容易记忆的域名来访问网络上的资源，而不需要记住复杂的IP地址。地址解析，或者说域名解析，是指将域名转换为对应的IP地址的过程。由于IP地址通常是一长串数字，难以记忆和使用，因此人们创造了域名系统，通过域名来访问网络上的资源。域名解析就是由域名服务器（DNS服务器）将用户输入的域名转换为相应的IP地址，以便计算机能够找到并访问该资源。简单来说，域名系统是一个将域名和IP地址相互映射的系统，而地址解析则是将域名转换为IP地址的过程。这两者共同构成了网络世界中方便人们访问和使用资源的重要基础设施。