【计算机网络(微课版)】第4章 网络层与网络互连 课后习题及答案

1.网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。

解答：面向连接的虚电路服务和无连接的数据报服务。

对比的方面	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应当由用户主机来保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号	每个分组都有终点的完整地址
分组的转发	属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发	每个分组独立选择路由进行转发
当结点出故障时	所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作	出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
分组的顺序	总是按发送顺序到达终点	到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制	可以由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责

2.请简述网络层的转发和选路两个重要功能的区别和联系。

答：转发指从路由器的输入链路接收分组，根据转发表选择适当的路由器输出链路输出。选路涉及一个网络中的所有路由器，它们集体地通过选路协议交互，决定分组从源到目的地所采用的路由。选路算法最终生成转发所用的转发表。

3.虚电路服务与数据报服务的产生背景有什么不同？它们对网络结构有何影响？

答：虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网将其用户终端（电话机）做得非常简单，而电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务使用另一种完全不同的新思路。它力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。但这种网络要求使用较复杂且有相当智能的主机作为用户终端。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。

4.在虚电路网络中为什么一个分组沿其路径的每条链路上不能保持相同的虚电路号？

答：(1)逐链路VC号代替统一号码减少了在分组首部VC字段的长度。(2)更重要的是，该方法大大简化了虚电路的建立，每段链路的VC号独立选择，无须所有路由器互相交互信息选择一个全局唯一的VC号。

5.网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？

解答：虽然让所有用户使用相同的网络，会使网络互连变得非常简单，但实际上是不可行的。因为用户的需求是多种多样的，没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求。另外，网络技术是不断发展的，网络的制造厂家也要经常推出新的网络，要在竞争中求生存。因此在市场上总是有很多种不同性能、不同网络协议的网络，供不同的用户选用。我们面临的现实就是：在客观上，世界上有很多特性各异的网络，但这些网络又希望能够相互通信，因此网络互连的意义非常重要。

互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：

不同的寻址方案；

不同的最大分组长度；

不同的网络接入机制；

不同的超时控制；

不同的差错恢复方法；

不同的状态报告方法；

不同的路由选择技术；

不同的用户接入控制；

不同的服务（面向连接服务和无连接服务）；

不同的管理与控制方式。

6.作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？

解答：(1) 物理层使用的中间设备叫做转发器(repeater)。

    (2) 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器(bridge)。

    (3) 网络层使用的中间设备叫做路由器(router)。

    (4) 在网络层以上使用的中间设备叫做网关(gateway)。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。

7.试简单说明下列协议的作用：

IP, ARP和ICMP。

解答：网际协议IP用于互连异构网络，运行在主机和互连异构网络的路由器上，使这些互连的异构网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。

地址解析协议ARP用来把一个机器的IP地址解析为相应的物理地址。

互联网控制报文协议ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

8.为什么ARP查询要在广播帧中发送，而ARP响应要用单播帧？

解答：由于查询方不知道被查询方的MAC地址（这也正是为何要进行ARP查询的原因），而所有结点都要处理广播帧，因此通过广播发送给被查询方。而被查询方通过接收到的广播帧的源地址知道查询方的MAC地址了，因此可以用该地址进行响应，这样局域网中的除查询方外其它主机就不会接收和处理该ARP响应了，避免浪费带宽和其它主机的计算资源。

9.分类IP地址分为哪几类？各如何表示？IP地址的主要特点是什么？

解答：IP地址分为五类：

A类地址：网络号前8位，第1位为0；

B类地址：网络号前16位，前2位为10；

C类地址：网络号前8位，前3位为110；

D类地址：网络号前8位，前4位为1110；

E类地址：网络号前8位，前4位为1111。

IP地址具有以下一些重要特点：

(1) 每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。从这个意义上说，IP地址是一种分等级的地址结构。

(2) 实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。

(3) 按照因特网的观点，一个网络是指具有相同网络号net-id的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为这些局域网都具有同样的网络号。具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。

(4) 在IP地址中，所有分配到网络号的网络(不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网)都是平等的。

10.对于分类编址方式，分别计算A、B、C三类网络各自可容纳的主机数量。

解答：A:16777214; B:65534;C:254。

11.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？

解答：从层次的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址是逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的）。

由于世界上已经存在各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址，为了互连这些使用不同硬件地址的网络，需要在上层使用一种统一的逻辑地址，即IP地址。因此，当在一个物理网络中进行通信时，要使用该网络网络的硬件地址，而要跨多个网络进行通信时就必须使用IP地址。另外，数据链路层和网络层使用不同的地址，可以保持各层的独立性，底层物理网络可以采用任何技术，并可以支持其他网络层协议（如：IPX、DECnet等）。

12.试辨认分类编址方式中以下IP地址的网络类别。

    (1) 128.36.199.3

    (2) 21.12.240.17

    (3) 183.194.76.253

    (4) 192.12.69.248

    (5) 89.3.0.1

    (6) 200.3.6.2

解答：(2)和(5)是A类，(1)和(3)是B类，(4)和(6)是C类。

13.IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最大好处是什么？坏处是什么？

解答：好处：转发分组更快。缺点：数据部分出现差错时不能及早发现。

14. 简述IP数据报首部中的寿命字段（TTL）的作用。

解答：该字段指明了该数据报还能经过多少个路由器的转发，每次数据报经过一台路由器时，该字段的值减1。若TTL字段减为0，则该数据报被丢弃，不再进行转发因此该字段用来确保数据报不会永远在网络中循环（可能由于路由表的错误）。

15.当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？

解答：IP协议不实现可靠数据传输，IP协议没有重传机制。同时，源地址字段也可能出错，以致无法找到源站。

虽然CRC的检错能力更强，但因特网校验和算法比CRC更易于用软件实现，并且计算更快，而CRC更适合用硬件来实现，因此在数据链路层通常使用CRC，但在IP协议中却不采用CRC，以减轻路由器的负担。

16.什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报首部中的哪个字段有关系？

解答：在IP层下面的每一种数据链路层都有其自己的帧格式，其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，这称为最大传送单元MTU (Maximum Transfer Unit)。当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分，IP首部中总长度字段）一定不能超过下面的数据链路层的MTU值。

17.在因特网中将IP数据报分片传送的数据报在最后的目的主机进行组装。还可以有另一种做法，即数据报片通过一个网络就进行一次组装。试比较这两种方法的优劣。

解答：在目的站组装的好处有以下几点。

（1）减轻路由器的工作负担。

（2）由于每个数据报片都是独立路由的，并非所有的数据报片都经过同样的路由器。

（3）也许分组后面还要经过一个网络，它还要将这些数据报片划分成更小的片。

18. 一个3200位长的TCP报文传到IP层，加上160位的首部后成为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200比特。因此数据报在路由器必须进行分片。试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据（这里的“数据”当然指的是局域网看见的数据）？

解答：由于分片，共分为4个数据报片，故第二个局域网向上传送3840字节的数据（4个分片IP报文的总长度）。

19. 回答以下有关ARP的问题：

(1) 有人认为：“在因特网中，当计算机A要与计算机B通信时，若A不知道计算机B的物理地址，要先通过ARP将B的IP地址解析为物理地址，然后再利用该物理地址向B发送报文。”这种说法正确吗？

(2) 试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10 ~ 20分钟的超时计时器。这个时间设置得太大或太小会出现什么问题？

(3) 至少举出两种不需要发送ARP请求分组的情况（即不需要请求将某个目的IP地址解析为相应的硬件地址）。

解答：(1) 不对：当A和B不在一个局域网中时，A发送给B的IP报文需要中间路由器转发，A需要通过ARP解析中间路由器的物理地址，而不是B的物理地址。

(2) 当网络中某个IP地址和硬件地址的映射关系发生变化时，ARP高速缓存中的相应项目就要改变（例如，更换网卡等）。实践证明缓存超时时间设置为10 ~ 20分钟较为合理，太短会导致ARP请求过于频繁，而太长会导致更换网卡的主机不能及时与其它主机通信。

(3) 当ARP高速缓存已有该IP地址项目，或广播分组

20.主机A发送IP数据报给主机B，途中经过了5个路由器（若连接的都是局域网）。试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP?

解答：若连接的都是局域网，则需要6次。

21.某单位分配到地址块129.250.0.0/20。该单位有4000台机器，平均分布在16个不同的地点。试给每一个地点分配一个网络地址和子网掩码，并算出每个地点主机号码的最小值和最大值。

解答：选用子网掩码为255.255.255.0，每个子网有254个可分配地址。4000多台计算机分布在16不同地点，所以每个地点最多254台电脑。每个地点的网络前缀和主机号码的最小值和最大值为:

经过网友【木梨moolee】指出错误。

129.250.0.0: 129.250.0.1~129.250.1.254

129.250.1.0: 129.250.1.1~129.250.1.254

129.250.2.0: 129.250.2.1~129.250.2.254

129.250.3.0: 129.250.3.1~129.250.3.254

…………………………………

129.250.15.0: 129.250.15.1~129.250.15.254

22.一个数据报长度为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？

解答：分片前数据部分长度：4000-20=3980。分片后每片数据不能超过：1500-20=1480。由于1480正好能被8整除，因此每片数据最大长度为1480。

共分为3个数据报片。数据字段长度分别为1480, 1480和1020字节。

片偏移字段的值分别为0，185和370。MF字段的值分别为1, 1和0。

23.路由器转发IP数据报的基本过程。

解答：在划分子网的情况下，路由器转发分组的算法如下：

(1)从收到的数据报首部提取目的IP地址D。

(2)先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的掩码和D逐位相“与”（AND操作），看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则把分组进行直接交付（当然还需要把D转换成物理地址，把数据报封装成帧发送出去），转发任务结束。否则就是间接交付，执行(3)。

(3)对路由表中的每一行（网络地址，掩码，下一跳，接口），用其中的掩码和D逐位相“与”（AND操作），其结果为N。若N与该行的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4)若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(5)。

(5)报告转发数据报出错。

24.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。

解答：前一个地址块包含了后一个。写出这两个地址块的二进制表示就可看出。

25.有如下的4个/24地址块，试进行最大可能的聚合。

212.56.132.0/24

212.56.133.0/24

212.56.134.0/24

212.56.135.0/24

解答：共同的前缀有22位，即：11010100 00111000 1000001。

聚合的CIDR地址块是：212.56.132.0/22。

26.某主机的IP地址是227.82.157.177/20。试问该主机所连接的网络的网络前缀是什么？该网络的网络地址是什么？主机号占多少位？主机号的二进制表示是什么？

解答：网络前缀是：11100011 01010010 1001，或用十进制表示为：227.82.144.0/20。

网络地址是：11100011 01010010 10010000 00000000，或用十进制表示为：227.82.144.0。

主机号占12位，其二进制这表示是：1101 10110001。

27.设某路由器建立了如表4-8所示的路由表（这三列分别是目的网络、子网掩码和下一跳路由器，若直接交付则最后一列表示应当从哪一个接口转发出去）：

表4-8 某路由器的路由表

目 的 网 络	子 网 掩 码	下  一  跳
128.96.39.0	255.255.255.128	接口0
128.96.39.128	255.255.255.128	接口1
128.96.40.0	255.255.255.128	R2
192.4.153.0	255.255.255.192	R3
*（默认）	—	R4

现共收到5个分组，其目的站IP地址分别为：

(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

试分别计算这些分组转发的下一跳。

解答：(1)接口0; (2) R2; (3) R4; (4) R3; (5) R4。

28.考虑某路由器具有下列路由表项：

表4-9      某路由器的路由表

网络前缀	下一跳
142.150.64.0/24	A
142.150.71.128/28	B
142.150.71.128/30	C
142.150.0.0/16	D

（1）假设路由器接收到一个目的地址为142.150.71.132的IP分组，请确定该路由器为该IP分组选择的下一跳，并解释说明。

（2）在上面的路由表中增加一条路由表项，该路由表项使以142.150.71.132为目的地址的IP分组选择“A”作为下一跳，而不影响其他目的地址的IP分组转发。

（3）在上面的路由表中增加一条路由表项，使所有目的地址与该路由表中任何路由表项都不匹配的IP分组被转发到下一跳“E”。

（4）将142.150.64.0/24划分为4个规模尽可能大的等长子网，给出子网掩码及每个子网的主机IP地址范围。

解答：（1）B；（2）<142.150.71.132/32, A>；（3）<0.0.0.0/0, E>；

（4）子网掩码255.255.255.192，

142.150.64.1~142.150.64.62, 142.150.64.65~142.150.64.126,

142.150.64.129~142.150.64.190, 142.150.64.193~142.150.64.254

29.如图4-57所示，某单位有两个局域网（各有120台计算机），通过路由器R2连接到因特网，现获得地址块108.112.1.0/24，为这两个局域网分配CIDR地址块，并为路由器R2的接口1、接口2分配地址（分配最小地址）。配置R2的路由表（目的地址，子网掩码，下一跳），在R1的路由表中增加一条项目使该单位的网络获得正确路由。

图4-57 习题4-29的图

解答：LAN1: 108.112.1.0/25; LAN2: 108.112.1.128/25; 接口1: 108.112.1.1; 接口2: 108.112.1.129（或LAN1，LAN2互换）

R2路由表：

目的地址	子网掩码	下一跳
108.112.1.0	255.255.255.128	接口1(直接交付)
108.112.1.128	255.255.255.128	接口2(直接交付)
192.168.10.0	255.255.255.252	直接交付
*(默认路由)0.0.0.0	0.0.0.0	192.168.10.1

通过路由聚合，给R1的路由表增加：(108.112.1.0, 255.255.255.0, 192.168.10.2)。

30.一个自治系统有5个局域网，其连接图如图4-58示。LAN2至LAN5上的主机数分别为：91, 150, 3和15。该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23。试给出每一个局域网的地址块（包括前缀）。

图4-58 习题4-30的图

解答：本题的解答并不唯一，以下是其中两种方案：

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

LAN1：30.138.118.192/27

LAN2：30.138.118.0/25

LAN3：30.138.119.0/24

LAN4：30.138.118.224/27

LAN5：30.138.119.128/27

31.已知某地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试问该地址块中的第一个地址是什么？这个地址块共包含有多少个地址？最后一个地址是什么？

解答：第一个地址：140.120.80.0。地址块中的地址数是4096个。最后一个地址：140.120.95.255。

32.某主机的IP地址为140.252.20.68，子网掩码为255.255.255.224，计算该主机所在子网的网络前缀（采用CIDR地址表示法a.b.c.d/x），该子网的地址空间大小和地址范围（含特殊地址）。

解答：140.252.20.64/27，32, 140.252.20.64至140.252.20.95

33.某组织分配到一个地址块，其中的第一个地址是14.24.74.0/24。这个组织需要划分为11个子网。具体要求是：具有64个地址的子网2个；具有32个地址的子网2个；具有16个地址的子网3个；具有4个地址的子网4个（这里的地址都包含全1和全0的主机号）。试设计这些子网。分配结束后还剩下多少个地址？

解答：具有64个地址的子网是：14.24.74.0/26，14.24.74.64/26。

具有32个地址的子网是：14.24.74.128/27，14.24.74.160/27。

具有16个地址的子网是：14.24.74.192/28，14.24.74.208/28，14.24.74.224/28。

具有4个地址的子网是：14.24.74.240/30，14.24.74.244/30，14.24.74.248/30，14.24.74.252/30。

全部256个地址已经分配完毕，没有剩下的地址。

34.以下地址中的哪一个和86.32/12匹配？请说明理由。

(1) 86.33.224.123; (2) 86.79.65.216; (3) 86.58.119.74; (4) 86.68.206.154。

解答：只有(1)是匹配的。

35.以下的地址前缀中的哪一个地址和2.52.90.140匹配？请说明理由。

(1) 0/4; (2) 32/4; (3) 4/6; (4) 80/4。

解答：只有(1)是匹配的。

36.IGP和EGP这两类协议的主要区别是什么？

解答：(1) 内部网关协议IGP (Interior Gateway Protocol)    即在一个自治系统内部使用的路由选择协议，而这与在互联网中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关。目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。

(2) 外部网关协议EGP (External Gateway Protocol)    若源主机和目的主机处在不同的自治系统中（这两个自治系统可能使用不同的内部网关协议），当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。

37.考虑RIP，假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目（目的网络、距离、下一跳）

N1 7 A

N2 2 C

N6 8 F

N8 4 E

N9 4 F

现在B收到从C发来的路由信息（目的网络、距离）: (N2, 4)、(N3, 8)、(N6, 4)、(N8, 3)、(N9, 5)，试求路由器B更新后的路由表（详细说明每项的原因）。

解答：

N1 7 A 无新信息，不变

N2 5 C 相同下一跳，更新

N3 9 C 新项目，增加

N6 5 C 不同下一跳，距离更短，更新

N8 4 E 不同下一跳，距离一样，不变

N9 4 F 不同下一跳，距离更大，不变

38.考虑RIP，假定网络中的路由器A的路由表有如下的项目（目的网络、距离、下一跳）

N1 4 B

N2 2 C

N3 1 F

N4 5 G

现在A收到从C发来的路由信息（目的网络、距离）: (N1, 2)、(N2, 1)、(N3, 3)、(N4, 7)，试求路由器A更新后的路由表（详细说明每项的原因）。

解答：

N1 3 C 不同下一跳，距离更短，更新

N2 2 C 相同下一跳，距离一样，不变

N3 1 F 不同下一跳，距离更大，不变

N4 5 G 不同下一跳，距离更大，不变

39.试简述RIP, OSPF和BGP路由选择协议的主要特点。

解答：RIP协议采用距离向量算法，其特点是：

(1) 仅和相邻路由器交换信息。如果两个路由器之间的通信不需要经过另一个路由器，那么这两个路由器就是相邻的。RIP协议规定，不相邻的路由器不交换信息。

(2) 路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。也就是说，交换的信息是：“我到本自治系统中所有网络的（最短）距离，以及到每个网络应经过的下一跳路由器”。

(3) 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。然后路由器根据收到的路由信息更新路由表。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。

OSPF协议采用链路状态算法，其特点是：

(1) 向本自治系统中所有路由器发送信息。这里使用的方法是洪泛法(flooding)，这就是路由器通过所有输出端口向所有相邻的路由器发送信息。而每一个相邻路由器又再将此信息发往其所有的相邻路由器（但不再发送给刚刚发来信息的那个路由器）。这样，最终整个区域中所有的路由器都得到了这个信息的一个副本。

(2) 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。所谓 “链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。OSPF将这个“度量”用来表示费用、距离、时延、带宽，等等。这些都由网络管理人员来决定，因此较为灵活。为了方便就称这个度量为“代价”。

(3) 只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。而不像RIP那样，不管网络拓扑有无发生变化，路由器之间都要定期交换路由表的信息。

(4) 对于规模很大的网络，OSPF可以把一个自治系统再划分为若干个更小范围的区域(area)，实现层次路由。

BGP协议采用路径向量算法，其特点是：

(1) BGP在自治系统之间交换交换“可达性”信息（即“可到达”或“不可到达”），而不是用“代价”作为度量来寻找最佳路由。例如，告诉相邻路由器：“到达目的网络N可经过ASx”。

(2) AS之间的路由选择必须考虑有关策略。这些策略包括政治、安全或经济方面的考虑。

(3) 边界网关协议BGP只是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。

40.RIP使用UDP，OSPF使用IP，而BGP使用TCP。这样做有何优点？为什么RIP周期性地和邻站交换路由信息而BGP却不这样做？

解答：RIP只和邻站交换信息，UDP虽不保证可靠性，但UDP开销小。

OSPF使用可靠的洪泛法，并直接使用IP，好处是灵活和开销小。

BGP需要交换自治系统间的路由信息，交换的信息大，使用TCP提供可靠交付。

RIP使用不可靠的UDP，因此需要周期性地和邻站交换路由信息，而BGP不需要。

41.为何BGP可以避免“坏消息传播得慢”的问题？

解答：因为当一个路由器通过BGP会话通告一个前缀时，该前缀的BGP属性中包含该前缀通告通过的AS路径，若路由器在该路径中发现自己的AS包含在该路径中，则拒绝该通告，从而防止循环通告和选路环路，因此可以避免“坏消息传播得慢”的问题。

42.比较交换机和路由器各自的特点和优缺点。

解答：路由器是利用网络层地址转发分组的存储转发分组交换机。尽管交换机也是一个存储转发分组交换机，它和路由器根本不同，因为它用MAC地址转发分组。交换机是第二层的分组交换机，而路由器是一个第三层的分组交换机。

交换机的优点：交换机是即插即用的。交换机还能够具有相对高的分组过滤和转发率（交换机只需处理通过第二层传送上来的分组，而路由器必须处理通过第三层传送上来的帧）。

交换机的缺点：由于MAC地址是平坦的，一个大型交换机网络要求交换机维护大的转发表，也将要求在主机中维护大的ARP表，将产生和处理大量的ARP流量。交换机对于广播风暴不提供任何保护措施，如果一台主机失去控制并传输了无穷的以太网广播帧流，交换机将转发所有这些帧，导致整个以太网的崩溃。交换机网络的拓扑结构限制为一棵生成树。

路由器的优点：分组就不会被限制在一棵生成树上，并且可以使用源和目的之间的最佳路径。因为网络寻址经常是层次的（不像MAC寻址那样是平面的），即使当网络中存在冗余路径，分组通常也不会在路由器中循环。（当路由器表配置有问题时，分组可能会循环；但IP用一个特殊的报文首部字段来限制循环。）路由器为第二层的广播风暴提供了隔离保护。

路由器的缺点：路由器不是即插即用的（它们以及连接到它们的主机都需要配置IP地址）。路由器对每个分组处理时间通常比交换机更长。因为它们必须处理到第三层的字段。

43.路由器的输入端口和输出端口都有排队功能，什么情况下分组会在输入端口排队，而什么情况下分组会在输出端口排队？如果能让路由器处理分组足够快，是否能使输入和输出端口都避免出现分组排队（假定输入/输出线路速率相同）？

解答：如果路由器的交换结构的速率跟不上所有输入端口分组的到达速率时，分组会因为等待交换而在输入队列中排队。当交换结构传送过来的分组的速率超过输出链路的发送速率时，来不及发送的分组就必须暂时存放在这个队列中。提高路由器查表和交换的速度可以避免分组在输入端口进行排队，但不能完全避免在输出端口的排队。

44.简述IGMP和多播选路协议的作用。

答：IGMP和多播选路协议是因特网实现网络层多播的两个互补的组件：

IGMP通知本地的多播路由器有主机参与某多播组。

多播选路协议用于本地多播路由器与其他多播路由器联系，传送组成员关系信息，建立多播路由。

45.什么是可重用地址和专用地址？什么是虚拟专用网VPN？

解答：RFC 1918指明了一些专用地址。这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。换言之，专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。显然，不同机构的专用互连网络可以使用相同的专用IP地址，因此专用IP地址也叫做可重用地址。

利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体，这样的专用网又称为虚拟专用网。“专用网”是因为这种网络是为本机构的主机用于机构内部的通信，而不是用于和网络外非本机构的主机通信。“虚拟”表示“好像是”，但实际上并不是，因为现在并没有使用专线而是通过公用的因特网来连接分散在各场所的本地网络。

46.内联网(Intranet)和外联网(Extranet)是怎样的网络？它们的区别是什么？

解答：由一个机构的几个内部网络所构成的虚拟专用网VPN又称为内联网(intranet或intranet VPN，即内联网VPN)，表示这些网络都属于同一个机构。

有时一个机构的VPN需要有某些外部机构（通常就是合作伙伴）参加进来。这样的VPN就称为外联网(extranet或extranet VPN，即外联网VPN)。

47.考虑图4-41中的基本NAT方法，假设NAT路由器只拥有1个全球IP地址，若有多台专网主机想同时访问因特网上资源会出现什么问题？当采用NAPT情况有会怎样？

解答：会发生冲突，不能都成功通信。因为，同一时刻只能有一台专网主机访问因特网上的主机。NAT路由器无法区分返回的IP数据报是发送给谁的。

当采用NAPT时，NAPT路由器将运输层的端口号和IP地址一起进行转换，并利用端口号来区分不同的报文。由于端口号字段有16比特，因此一个外部IP地址可支持60000多对内部进程（可位于不同主机）与外部进程的通信。

48.因特网的多播是怎样实现的？为什么因特网上的多播比以太网上的多播复杂得多？

解答：首先是使用多播地址来标识多播分组的接收方，即多播组。另外，需要使用两种协议：一个是IGMP协议，让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（严格讲，是主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。

显然，仅有IGMP协议是不能完成多播任务的。连接在局域网上的多播路由器还必须和因特网上的其他多播路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有的组成员。这就需要使用多播路由选择协议。

由于以太网是一个广播网，利用广播很容易实现多播。交换机转发所有多播帧（目的地址是多播地址的帧）就可以将帧发送给以太网上所有主机，而收到帧的适配器通过识别目的组地址来过滤掉不需要接收的帧。而在因特网上实现多播要复杂得多，因为在因特网范围内进行广播是灾难性的。为减少分组不必要的转发，需要生成多播转发树（连接多播组成员的树），多播路由器仅在多播转发树上进行转发。多播转发树必须动态地适应多播组成员的变化。因为，因特网上的多播比以太网上的多播复杂得多。

49.IP多播为什么需要两种协议？这两种协议各自的主要功能是什么？

解答：IGMP协议是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（严格讲，是主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。仅有IGMP协议是不能完成多播任务的。连接在局域网上的多播路由器还必须和因特网上的其他多播路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有的组成员。这就需要使用多播路由选择协议。

多播路由选择协议的基本任务就是在多播路由器之间为每个多播组建立一个连接源和所有拥有该组成员的路由器的多播转发树。IP多播数据报只要沿着多播转发树进行洪泛就能被传送到所有的拥有组成员的多播路由器，然后在局域网内多播路由器再通过硬件多播将IP多播数据报发送给所有组成员。

50.为什么IGMP要使用IP多播进行传输，并且其IP数据报的TTL被设置为1？

解答：为了提高IGMP的工作效率，减少组成员和多播路由器发送IGMP报文的数量，IGMP报文使用IP多播进行传输。例如，延迟响应和选择查询路由器都需要多播的支持。同时，IGMP仅用于在本地网络中组成员向多播路由器通告成员关系，为了避免封装了IGMP报文的IP多播数据报被路由器（普通IP多播数据报是要被多播路由器转发的）转发到其他网络，其IP数据报中的TTL被设置为1，路由器收到该数据报后会丢弃该报文而不会被转发。

51.在IGMP中有了离开组报文和成员报告报文，是不是可以不需要路由器周期性发送成员查询报文了？请说明原因。

解答：不行。假设网络中某多播组仅有一个主机，但该主机突然意外关机了（如出现故障），也就是说不会再发送离开组报文了，多播路由器会认为有一个组成员一直在网络中。

52.请说明IGMP中组成员对多播路由器成员查询报文进行延迟响应的作用。

解答：为了减少不必要的重复应答（一个多播组只需有一个应答即可），采用了一种延迟响应策略。收到成员查询的主机，并不是立即响应，而是等待一段随机的时间（1~10秒）后再进行响应。如果在这段时间内监听到同组其他成员发送的成员报告（本网络中所有该组成员都能监听到）就取消响应行动。多播路由器如果长时间没有收到某个多播组的成员报告则将该多播组从维护的多播组列表中删除，即认为在本网络中没有该组的成员。

53.多播路由选择有哪两种基本的方法？

解答：多播路由选择的基本任务就是在多播路由器之间为每个多播组建立一个连接源（源主机连接的路由器）和所有成员路由器（拥有该组成员的路由器）的多播转发树。目前有两种基本的方法来构建多播转发树：

基于源树的多播路由选择。该方法为一个多播组内的每个源构建一棵多播转发树，该转发树通常由每个成员路由器到源的最短路径构成。

组共享树多播路由选择。该方法在每个多播组中指定一个中心路由器，以此中心路由器为根建立一棵连接所有成员路由器的多播转发树。多播组内的所有源共享这同一棵多播转发树，将多播分组通过单播IP隧道发送到中心路由器，再由中心路由器将多播分组在共享树上进行洪泛。

54.为什么说移动IP对于任何与移动主机进行通信的固定主机来说都是完全透明的？

解答：在移动IP中，固定主机发送数据报到移动主机以及固定主机接收移动主机发送的数据报都与正常情况完全一样，固定主机根本不需要知道是否在和移动主机通信，也不需要安装任何支持移动IP的软件和协议。

55.在移动IP中，若采用同址转交地址方式，请重画图4-49。

解答：

1.  在移动IP中，若采用直接路由方式而不是三角形间接路由，请重画图4-49。

解答：

56.当前的移动IP标准包括哪三个主要部分？

解答：当前移动IP标准主要包括以下3个部分：

代理发现。定义归属代理或外部代理向移动主机通告其服务时，以及移动主机请求一个外部代理或归属代理的服务时所使用的协议。其中最重要的就是归属代理要将转交地址通告给移动主机。

信息注册。定义移动主机向外地代理注册或注销永久地址、归宿代理地址等信息，以及移动主机或外地代理向归宿代理注册或注销转交地址时所用的协议。

间接路由。定义了数据报由一个归属代理转发给移动主机的方式，包括转发数据报的规则、差错处理规则和几种不同的封装形式。

57.从IPv4过渡到IPv6的方法有哪些？

解答：主要有两种向IPv6过渡的策略，即使用双协议栈和使用隧道技术。

双协议栈是指在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6。因此双协议栈主机（或路由器）既能够和IPv6的系统通信，又能够和IPv4的系统进行通信。双协议栈主机在和IPv6主机通信时是采用IPv6地址，而和IPv4主机通信时就采用IPv4地址。

向IPv6过渡的另一种方法是隧道技术。在IPv6数据报要进入IPv4网络时，将IPv6数据报封装成为IPv4数据报，然后IPv6数据报就在IPv4网络的隧道中传输。当IPv4数据报离开IPv4网络中的隧道时，再将其数据部分（即原来的IPv6数据报）交给主机的IPv6协议栈。

58.在IPv4首部中有一个“协议”字段，但在IPv6的固定首部中却没有。这是为什么？

解答：在IP数据报传送的路径上的所有路由器都不需要这一字段的信息。只有目的主机才需要协议字段。在IPv6使用“下一个首部”字段完成IPv4中的“协议”字段的功能。

59.考虑图4-56中的MPLS网络，并假设路由器R1和R2也是MPLS标签交换路由器。若我们想执行这样的流量工程：从R1到N1的流量要经过R3和R5，而从R2到N2的流量则要经过R3、R4和R6。请给出R1和R2中相应的MPLS转发表，并修改R3的转发表。

解答：答案不唯一

R1路由表（入标签，出标签，目的地，出接口）：（－，x，N1，0）

R2路由表（入标签，出标签，目的地，出接口）：（－，y，N2，0）

R3路由表（入标签，出标签，目的地，出接口）：（x，10，N1，0），（y，9，N2，1）