4-01 网络层向上提供的服务有哪两种？试比较其优缺点。

面向连接的和无连接。
面向连接优点：

• 通过虚电路发送分组，分组只用填写虚电路编号，分组开销较小；
• 分组按序达到终点。

面向连接缺点：

• 一个节点出故障，所有通过该节点的虚电路均不能工作；
• 可靠通信交给网络，需要昂贵复杂的网络设备。

无连接优点：

• 网络层不提供可靠传输，路由器简单，运行方式灵活，能适应多种应用；

无连接缺点：

• 分组独立发送，可能出错、丢失重复或失序。

4-02 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？

将各种异构网络连接起来，可扩大用户共享资源范围和通信区域。
需要解决以下下问题：
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

4-03 作为中间设备，转发器、网桥、路由器和网关有何区别？

物理层使用的中间设备叫转发器。
数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器，以及交换机。
网络层使用的中间设备叫做路由器。
网络层以上使用的中间设备叫网关。其连接两个不兼容的系统时需要在高层进行协议转换。

4-04 试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、ICMP。

IP协议：使互联以后的计算机网络形成一个虚拟互联网络。使用IP的虚拟互联网络称为IP网，IP网上的主机进行通信时，看不见各网络的异构细节，像是在一个网络上传输。
ARP协议：解决局域网内主机或路由器的IP地址与MAC地址的映射问题。
ICMP协议：提供差错报告和异常情况的报告，提高IP数据报的转发成功率。

4-05 IP地址如何表示？

IP地址 ：{<网络号>, <主机号>}
分类的共分 5 类：
A类：网络号字段 1 字节，最前面的 1 位是 0。
B类：网络号字段 2 字节，最前面的 2 位是 10。
C类：网络号字段 3 字节，最前面的 3 位是 110。
D类：用于多播，最前面的 4 位是 1110。
E类：保留，最前面 4 为是 1111。
无分类编址CIDR，由网络前缀和主机号组成：{<网络前缀>, <主机号>}
网络前缀不固定，长度范围为[0, 32]。

4-06 IP地址的主要特点是什么？

1.IP地址分等级，每个IP地址都由网络前缀和主机号组成。
2. IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。即IP地址指明了一个主机和主机连接的网络。
3. 用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为这些局域网具有同样的网络前缀。
4.所有分配到网络前缀的网络都是平等的。

4-07 试说明IP地址与MAC地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址？

MAC地址为数据链路层和物理层使用的地址，是硬件地址，固化到ROM中；IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
因为如果我们只用MAC地址的话,我们会发现路由器需要记住每个MAC地址所在的子网是哪一个(不然每一次收到数据包的时候路由器都要重新满世界地去找这个MAC地址的位置)。而世界上有2⁴⁸个MAC地址，这就意味着即使我们给每个MAC地址只留1字节的储存空间，每个路由器也需要256TB的内存!这显然是不可能实现的。这就是我们需要IP地址的原因了。和MAC不同的是，IP地址是和地域相关的。对于位于同一个子网上的设备,我们给他们分配的IP 地址前缀都是一样的，这个前缀就像邮政编码一样。这样，路由器过IP地址的前缀就能知道这个设备在哪个子网上了。现在,路由器只需要记住每个子网的位置即可，大大减少了路由器所需要的内存。

4-08 IP地址方案与我国的电话号码体制的主要不同点是什么？

IP地址方案与网络的地理分布无关，我国的电话号码需要根据地理位置进行排序号码。

4-09 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？

好处：加快检验速度。
坏处：数据部分的差错无法检验出来，只能在IP到达运输层后，经过TCP检验是否出错。

4-10 当某个路由器发现一个IP数据报的首部检验和有差错时，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？

无法保证源地址是正确的，要求错误的源地址重传就没意义了。
CRC检验码使用的是多项式除法，代价太高，没经过一个站点就要校验一次，计算量太大，增加传输时间。

4-11 设IP数据报使用固定首部，其各字段的具体数值如图所示（除IP地址外，均为十进制表示）。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值（用二进制表示）。

4-12 重新计算上题，但使用十六进制运算方法（每16位二进制数字转换为4个十六进制 数字，再按十六进制加法规则计算）。比较这两种方法。

结果一样

4-13 什么是最大传送单元MTU？它和IP数据报的首部中的哪个字段有关系？

数据链路层规定的帧中数据字段的最大长度。是IP首部总长度字段的上限值。

4-14 在互联网中将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。

1.分片后连续的数据报片可能不在一条路径上传输，组装的话会缺失部分数据报片。
2.组装后数据报片过大的话，在后面的网络还需要继续分片，增加工作量。
3.组装会增大路由器的工作量，延迟高。

4-15 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位。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）?

IP数据报数据部分长度 = IP数据报的总长度 - IP数据报的首部 = 1200 - 160 = 1040 bit
数据报数 = 3200/1040 + 1 = 4，4个数据报的数据部分长度为：1040 1040 1040 80。
4个数据报的总长度：1200 1200 1200 240
总比特：3840

4-16 （1）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。这个时间设置的太大或太小会出现什么问题？
（2）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MAC地址）。

1.设置太大会使更换网卡的主机无法与其他主机通信；设置太小会使ARP分组发送频繁，占用信道资源。
2.发送广播分组；源主机ARP高速缓存中已经有了目的IP到下一条主机或路由器的MAC地址。

4-17 主机A发送IP数据报给主机B&