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1、计算机网络习题选讲,1.有10个信号，每个都要求3640Hz，设防护频段为400Hz，现用FDM把它们复用在一条信道上，求该信道最小需要多少带宽才能满足这些信号的传输？如果该信道是无噪声的，若用两种电平状态表示信号，则信道所能达到的最大数据传输率是多少？如果用四种不同的电平状态表示信号，则信道上的最高码元速率（采样速率）又是多少？（10分）解：需要的最小带宽：364010+4009=40000Hz.最大数据传输率：最高码元速率：2H=240000=80000波特,2.假设地球同步卫星信道的数据传输率为1Mbps，数据帧长度为1000比特，卫星信道的传播时延为270ms，确认信息是通过数据帧捎带
2、，同时帧头非常短，可以忽略不计。分别采用下列3种协议，并且使用3bit序列号。试计算以下三种协议可达到的最大信道利用率？1）停等协议；2）后退N帧协议；3）选择重传协议解：对应三种协议的窗口大小值分别是1、7 和4。使用卫星信道端到端的典型传输延迟是270ms，以1Mb/s 发送，1000bit 长的帧的发送时间为1ms。用t=0 表示传输开始的时间，那么在t=1ms 时，第一帧发送完毕；t=271ms时，第一帧完全到达接收方；t=272ms，对第一帧的确认帧发送完毕；t=542ms，确认帧完全到达发送方。因此一个发送周期为542ms。,如果在542ms 内可以发送k 帧，由于每一个帧的发送时
3、间为1ms，则信道利用率为k/542，因此：（a）k=1，最大信道利用率=1/542=0.18%（b）k=7，最大信道利用率=7/542=1.29%（c）k=4，最大信道利用率=4/542=0.74%,3.假设需要设计一个类似于TCP滑动窗口协议，该协议将运行在一个100Mb/s的网络上，网络中线路的往返时间RTT=100ms，报文段的最大生存时间为60s。那么，所设计的协议头部中的窗口字段和序号字段最少应该有多少比特？为什么？解：窗口大小必须能够将容纳的数据应该为RTT带宽，而序号则应该保证不会回绕造成具有相同序号的报文段在网络中同时传输，即序号大小至少为报文最大生存时间带宽。已知该网络的带
4、宽为100Mb/s，线路的往返时间RTT为100ms，报文最大生存时间为60s。则RTT带宽=100ms100Mb/s=10Mb=10106b,而22310106224，这样窗口大小必须容纳224/8=221B，即窗口字段最小应该为21b。而报文段最大生存时间带宽=60s100Mb/s=6000Mb=6109b,2326109233，这样序号空间大小至少233/8=230，即序号字段最小应该为30b。,4.假定一个用户正在通过HTTP从服务器下载一个网页，长度为20个分组大小，该网页没有任何内嵌对象。TCP协议的慢启动窗口阈值ssthresh为30个分组大小。用户主机到服务器之间往返时延RTT
5、为1秒。不考虑其他开销（域名解释，分组丢失及报文段处理等）。那么用户下载该网页大约需要多长时间？试画图说明收发双方TCP连接建立、数据传输、连接释放过程并进行简要说明（假定每个分组大小为100字节，请求报文的大小为50字节，TCP报文的初始序号自定）。解：第1秒：建立连接，发送SYN，收到SYN+ACK 第2秒：拥塞窗口为1，用户发送HTTP请求，且收到第一个分 组；第3秒：拥塞窗口为2，收到2个分组；第4秒：拥塞窗口为4，收到4个分组；第5秒：拥塞窗口为8，收到8个分组；第6秒：拥塞窗口为16，收到5个分组；此时20个分组全部收到。因此，用户下载该网页需要6秒。,5.考虑如下图所示的采用基于
6、距离矢量的路由选择算法的子网。假设路由器C刚启动，并测得到达它的邻接路由器B、D和E的时延分别等于6、3和5。此后，路由器C依次收到下列矢量：来自D的(16,12,6,0,9,10)、来自E的(7,6,3,9,0,4)以及来自B的(5,0,8,12,6,2)。上面的矢量表示的是发送该矢量的结点分别与结点A、B、C、D、E、F的延时。试写出路由器C在分别收到3个矢量之后的新路由表？,解：已知路由器C测得到达自己的邻接路由器B、D和E的时延分别等于6、3和5。在收到来自D的矢量(16,12,6,0,9,10)后，路由器C的路由表如下表所示：在收到来自E的矢量(7,6,3,9,0,4)后，路由器C的
7、路由表如下表所示：在收到来自B的矢量(5,0,8,12,6,2)后，路由器C的路由表如下表所示：,6.如下图所示，R1连接LAN1和LAN2，R2连接LAN1和LAN3，其中LAN1只连接路由器的两个端口，LAN2有5台主机，LAN3有13台主机。现有一个C类地址块192.168.1.0/24，试给LAN1、LAN2、LAN3中的各个主机以及路由器接口分配IP地址及其子网掩码，写出子网划分方案（包括LAN2和LAN3中主机的缺省网关）。如果R1和R2分别运行RIP路由协议，试分别写出R1和R2的初始路由表以及路由稳定之后路由表。解：,网络地址分配方案有多种，答案不唯一。各主机及路由器接口的地址
8、分配方案。路由表变化情况,7.假设TCP允许的拥塞窗口cwnd远大于64KB，使用这样的TCP在RTT为100ms的1Gbps的链路上传送10MB的文件，而且TCP接收窗口rwnd为1MB。如果TCP报文段的最大长度为1KB（假设网络无拥塞、无报文丢失），试问：1）从慢启动开始到打开发送窗口达到1MB，一共用了多少RTT？2）发送10MB文件共用多少个RTT？3）如果发送文件的时间由所需的RTT的数量与链路延迟的乘积给出，那么这次传输的有效吞吐量是多少？链路带宽的利用率是多少？,解：1）从慢启动开始，发送窗口的变化以及发送的字节数如下：1KB2KB4KB8KB16KB32KB64KB128KB
9、256KB512KB1024KB 一共需要10个RTT。2）前10个RTT共传输了1023KB，从第11个RTT开始，每一个RTT传输1024KB，10MB=10240KB，10240KB-1023KB=9217KB，9217KB/1024KB=9.00110，所以共需要10+10=20个RTT(经过19个RTT之后,还剩下1KB没有传输,所以共需要20个RTT)3）吞吐量=10*1024*1024*8/(20*100*10-3)=41.94Mb/s，链路带宽的利用率=吞吐量/带宽*100%=41.94Mb/s/1000Mb/s*100%=4.194%,8.一个数据报子网允许路由器在必要的时候
10、丢弃分组。一台路由器丢弃一个分组的概率为p。请考虑这样的情形：源主机连接到源路由器，源路由器连接到目标路由器，然后目标路由器连接到目标主机。如果一台路由器丢掉了一个分组，则源主机最终会超时，然后再重试发送。如果主机到路由器以及路由器到路由器之间的线路都计为一跳，那么：（1）一个分组每次传输中的平均跳数是多少？（2）一个分组的平均传输次数是多少？（3）每个接收到的分组平均要求多少跳？,解：（1）求分组每次传输经过平均跳数：一个分组从源端主机到达源端路由器，再到目的端路由器，最后到达目标主机，其中源端路由器和目的端路由器可能会丢弃分组，概率为p。这样一个从源主机出发的分组在传输过程中只到达源端路由
11、器的概率为p，经过站跳数为1；分组到达目的端路由器，说明源端路由器已经让该分组通过，因而分组只到达目的端路由器的概率为(1-p)p，经过跳数为2；最后分组到达目的主机则说明源端和目的端路由器都让其通过，因而概率为(1-p)(1-p)，经过站跳数为3，则经过的平均跳数=p+2p(1-p)+3(1-p)2=p2-3p+3（2）求一个分组的平均传输次数：一个分组在一次传输过程中传输成功的概率为(1-p)2，这样一个分组的平均传输次数为：,（3）分组每次传输经过平均跳数：平均站段数等于分组的平均传输次数和每次传输经过的平均跳数的乘积,9.某高校校园网拓扑结构如下图所示。其中，主机1（在网络1上）运行I
12、E浏览器；主机4（在网络3上）为某高校Web服务器，域名为，IP地址为202.197.12.6，MAC地址为E6；主机5（在FDDI上）为该学校的DNS服务器，IP地址为202.197.11.4,MAC地址为F4。DNS服务器上有的域名解析。,路由器R1和路由器R3分别用于将两个以太网到FDDI主干网上。R1的以太网接口（a接口）的MAC地址是E3，IP地址是；FDDI接口（c接口）的MABC地址是F1，IP地址是。R3的以太网接口（b接口）的MAC地址是E4，IP地址是；FDDI接口（c接口）的MAC地址是F3，IP地址是。R1和R3的路由表分别如表1和表2所示（所有主机或路由器接口的子网掩
13、码都是）。,请分别回答下列问题：（1）为了使得主机1能够以域名方式访问服务器，主机1应该配置哪些TCP/IP参数？每参数值是多少？（2）假设主机1使用1234的UDP端口与DNS服务器通信，使用5678的TCP端口与Web服务器通信，请分别填写出主机1发给DNS服务器和Web服务器的UDP报文和TCP报文中的源端口和目的端口、IP报文中的源IP地址和目的IP地址以及在3个物理网络中发送的MAC帧中的源MAC地址和目的MAC地址。（3）主机1用户在IE浏览器中键入地址后，获得学校的主页。请详细叙述主机1是如何获取主页的？也就是说，详细叙述主机1在获取主页过程中主机1、路由器R1、路由器R3、DN
14、S服务器、Web服务器是如何交换进行IP报文转发的，不同层次的协议之间是如何相互作用的，以及路由器是如何进行IP报文转发的。整个过程涉及的协议和报文格式包括DNS、HTTP、UDP、TCP、IP、ARP、以太网和FDDI（重复的过程只需要描述一次即可）。,解：（1）主机1的IP地址：，掩码：255.255.255.0,网关：202.197.10.3,DNS：（2）主机1发给DNS服务器的UDP报文：源端口：1234，目标端口：53 对应IP报文：源IP：202.197.10.1 目标IP：主机1发给Web服务器的TCP报文：源端口：5678，目标端口：80 对应IP报文：源IP：202.197
15、.10.1 目标IP：在网络1中传输的MAC帧：源MAC：E1 目标MAC：E3 在网络2中传输的MAC帧：源MAC：F1 目标MAC：F3 在网络3中传输的MAC帧：源MAC：E4 目标MAC：E6(注:路由器会改变它转发的数据帧的源MAC地址,而网桥和交换机不会改变它转发的数据帧的源MAC地址),（3）主机1的IE浏览器启动DNS解释域名,生成DNS请求报文,经UDP封装后（以1234为源端口号，以53为目标端口号）,到达IP层进行路由选择。以为目标IP地址，为源IP地址，生成IP报文，经查本机的路由表发现该报文的下一跳应送给网关，这时启动ARP协议在网络1中广播查询网关R1的a接口的MA
16、C地址E3，接着以E3为目标MAC地址，E1为源MAC地址将上层传下来IP报文封装成帧，经编码后变成电信号在网络1的传输介质中传播，到达网关R1的a接口，R1的a接口经校验后收下该帧，剥离帧首部后传给IP层。R1的IP层对该报文进行路由选择，经查路由表（用目标IP地址与表中的各表项的子网掩码/前缀长度相与，结果与路由表的目标网络地址相同，则转发到其对应的下一跳）发现该报文的目标站点与路由器R1的c接口直连，R1在网络2上启动ARP协议查询目标站H5的MAC地址F4，紧接着R1以F4为目标MAC地址，F1为源MAC地址，对IP报文重新封装,然后等待令牌，在获得令牌后将该数据帧发送到H5上。,H5
17、逐层剥离其协议首部后，获得DSN查询请求报文，并对域名进行解析，将解析结果（对应的IP地址）封装成DNS响应报文，经传输层的UDP封装后（以53为源端口，1234为目标端口），到达IP层进行路由选择。以为目标IP地址，为源IP地址，生成IP报文，经查本机的路由表发现该报文的下一跳应送给网关R1的c接口，这时启动ARP协议在网络2中查询网关R1的c接口的MAC地址F1，接着以F1为目标MAC地址，F4为源MAC地址将上层传下来IP报文封装成帧，经编码后变成电信号在网络2的传输介质中传播，到达网关R1的c接口，R1的c接口经校验后收下该帧，剥离帧首部后传给IP层。R1的IP层对该报文进行路由选择，
18、经查路由表发现该报文的目标站点与路由器R1的a接口直连，R1在网络1上启动ARP协议查询目标站H1的MAC地址E1（如果R1的缓存表中还缓存了H1的MAC，则不需要再次查询，以下同），紧接着R1以E1为目标MAC地址，E3为源MAC地址，对IP报文重新封装,在获得信道后将该数据帧发送到H1上。,H1逐层剥离其协议首部后，获得了的IP地址，IE浏览器利用HTTP协议封装主页请求报文，调用TCP协议，经过三次握手建立H1和（H4）的TCP连接，然后以80为目标端口，添加TCP协议首部，封装HTTP请求报文，生成TCP报文向下转到IP屋。IP层封装后进行路由选择，确定该报文的下一跳应发往网关R1的a
19、接口，路由器R1接收到数据帧后，剥离帧首部获得IP报文，经路由选择发现该报文的下一跳是路由器R3的c接口，经R3进行路由后最终到达H4（链路层的封装和传输过程与相似）。H4接收到数据帧后，逐层剥离其协议首部并向上层提交，应用层获得主页请求报文后，生成HTTP响应报文并通TCP连接传输到H1（传输层以下的各层工作情况与前述类似）HTTP响应报文传输完成后，经四次握手拆除TCP连接。请同学们自行写出报文传输过程中，在各层次封装报文的具体格式（写出报文格式中每一个域的具体的数值。）。可参考Ethereal软件抓包后的结果填写。,10.考虑从主机A向主机B传送L字节的大文件，假设MSS为1460，问：
20、1）在TCP序号允许的范围内，L可以取的最大值是多少？TCP序号字段为4字节。2）如果上一小题中L的值已经确定，那么主机A发送此文件要用多长时间？假定传输层、网络层和数据链路层三层报头加起来的总长度为60字节，链路速率为10Mbps，不考虑流量控制、差错控制和拥塞控制，因此主机A可以连续不断地发送报文。答：1)TCP对每一个字节都进行编号，L可以取的最大值为L=232字节。2)L字节的文件被分成L/MSS个TCP报文进行传送，因报文可以被连续传送，因此发送时间=(L+L/MSS60)8/10Mbps=(2328+232/1460608)/（10103）,11.一个有50个路由器的网络，采用基于
21、距离矢量的路由选择算法，路由表的每个表项长度为6字节，每个路由器都有3个邻接路由器，每秒与每个邻接路由器交换1次路由表。则每条链路上由于路由器更新路由信息而耗费的带宽为多少？（10分）答：路由表的大小：5068=2400bit，在基于距离矢量路由选择算法中，每个路由器都定期地与所有相邻的路由器交换整个路由表，并以此更新自己的路由表项。由于每个路由器每秒与自己的每个邻接路由器交换1次路由表，一条链路连接两个路由器，因此，每秒在一条链路上交换的数据为22400=4800bit，即由于更新路由表而耗费的带宽为4800bit/s。,12.UDP和TCP在递交消息时，都使用端口号来标识目标实体，而不直接
22、使用进程ID。试说明理由。（10分）答：主要有三个原因：（1）进程ID是由OS指定的，使用进程ID作为TCP/IP协议的目标实体的标识，将会导致所设计协议依赖于OS；（2）一个进程可以建立多个通信通道，一个进程ID作为目标标识符无法区分这些通信通道；（3）利用进程监听已知端口很容易实现，但是要监听已知的进程ID则几乎不可能。,13.一台主机在一条线路上发送1500字节的TCP净荷，其中最大分组生存期为120s，要想使TCP序列号不回绕，该线路的最快速度为多少？将TCP、IP和以太网的开销都考虑进去，假设以太网帧可以被连续发送。答：为了使序号不回绕，每秒最多可发送232/120=35791394字节，相当于每秒发送35791394/1500=23861个TCP报文段。由于TCP和IP首部均为20字节，以太网帧的首部、前导同步码、帧定界符分别是18字节、7字节、1字节，共26字节，因此，对一个1500字节的TCP报文载荷，线路实际发送的数据达1566字节，即1566823861299Mbps,
