马宏伟《计算机网络A》Chapter3-作业解答.docx

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第三章作业及解答

1.两个应用进程使用UDP交换数据。

设发送端传输三个字节数据给接收端进程，三个字节数据为：

（010101011010101000110011）2。

假设发送端进程的端口号为1024，接收端进程的端口号为80。

为简化问题，我们假设只有UDP

Segment的头部和数据两部分参与校验和的计算（实际上，UDP校验和计算中还包括一个伪头部）。

1）以十六进制形式描述计算校验和之前的UDP Segment。

注意，UDP

Segment总长度必须是偶数。

不足的，补一个全零字节。

答：

根据RFC768-UserDatagramProtocol规定，如果UDPSegment的总长度为奇数字节，需要补一个全零的填充字节，以使参与Checksum运算的字节数为偶数。

但UDPSegment头部的Length字段的值为Segment的实际长度，并不包含这个填充字节（填充字节只用做Checksum计算）。

源端口号为1024,即（0000010000000000）2，（0400）hex；

目的端口号为80，即（0000000001010000）2，（0050）hex；

长度为11字节（8字节头部，3字节数据），即（00000000 00001011）

2，（000B）hex；

Checksum全为0，即（0000000000000000）2，（0000）hex；三字节数据加上一个填充字节，Segment的数据部分为

（01010101101010100011001100000000）2,（55AA3300）hex

因此，在计算Checksum前，Segment的十六进制形式为：

0400

0050

000B

0000

55AA

3300

2）UDPSegment校验和的计算过程及结果。

0000010000000000

源端口号

0000000001010000

目的端口号

0000010001010000

0000000000001011

Segment长度

答：

第一步，求和：

0000010001011011

0000000000000000 校验和字段（其实加不加对结果没影响）

0000010001011011

0101010110101010 前两个字节的数据

0101101000000101

0011001100000000 第三字节数据和填充字节

1000110100000101

第二步：

对和按位取反，得到校验和：

0111001011111010注意：

UDP计算checksum的方法如下：

1）决定是否需要在数据最后添加一个全0字节，以便使UDP

Segment的总长度为偶数字节。

但添加的这个字节并不计入总长度；

2）Checksum字段的值初始化为（0000）hex；

3）将整个Segment（包含头部和数据）分成2字节（16位）的单元；

4）求所有2字节单元的和，产生的进位要加在和上；

5）将最终求得的和按位取反，得到checksum。

2.假设，主机C中Web服务器进程的端口号为80，该Web服务器使用持续

（persistent）连接，正在接收来自不同主机A和B的请求。

这些请求是被发向主机C的同一个Socket吗？

如果是发向不同的Socket，这些Socket均使用端口

80吗？

讨论并解释。

答：

对于每个持续连接，Web服务器将创建单独的“connectionsocket”。

每个connectionsocket由四元组（源地址，源端口号，目的地址，目的端口）标识。

当主机C收到一个IP数据报（datagram），将检查数据报中这四个字段的值来确定将Segment交给哪个Socket。

因此，A和B的请求将被交给不同的Socket。

两个Socket的标识有一个共同点：

即两个socket的目的端口号相同，均为80，但两个Socket的源IP地址不同，两个Socket的源端口号通常情况也不同（由于这两个Socket分别位于主机A和B）。

3.一个简单的同步消息交换协议。

考虑两个网络实体（A和B）之间使用完美的双向信道连接（发送的任意消息将被正确地接收，分组不会损坏、丢失、乱序）。

A和B交替地向对方发送数据消息：

最初，A向B发送消息；然后B必须向

A发送消息；然后A必须向B发送消息，以此类推。

画出该协议的FSM（A和

B分别描述）。

不用考虑可靠传输机制，主要描述反映两个实体同步行为的

FSM。

可以使用下述的事件和动作，它们与课本第138页的rdt1.0的含义相同。

rdt_send（data）, packet=make_pkt（data）,udt_send（packet）；rdt_rcv（packet）, extract（packet,data）,delver_data（data）。

协议必须保证A和B发送消息的严格交替关系，以及指明A和B的FSM

的初始状态。

答：

4.课本第192页，习题14。

答：

设信道的利用率为Usender，信道的折返时间为RTT秒，分组长度为L（bits），信道的传输速率为R（bps），窗口长度为N。

则信道利用率Usender为：

Usender

=N*L/RRTT+L/R

如果要求Usender>=0.9，则N*L/R/（RTT+L/R）>=0.9

即:

N>=0.9（RTT*R/L+1）

根据题意，RTT=30ms=0.03s，分组长度L为8000 bits，链路速率为

109bps。

将这些数值代入上式，得到：

N>=0.9（0.03*109/8000+1）

N>=3375.9

因此，如果要使信道利用率超过0.9，窗口长度至少为3376个分组。

注意：

窗口长度的单位是分组的数量。

5.课本第

192页，习题18。

答：

假设窗口长度为N，本题中N=3。

a）考虑两种极端情况：

（1） 根据题意，Receiver正在等待第k号分组，意味着k-1及以前的分组已经被Receiver成功收到，并且对第k-1，k-2，k-3号的确认已经发送。

极端情况下，在时刻t，Sender还未收到对k-1，k-2，k-3分租的确认。

则此时，Sender窗口中等待确认的分组序号是k-3,k-2,k-1；

（2） 另外一种极端情况是，假设在时刻t，Sender已经收到了对k-3,k-2,k-1号分组的确认。

由于窗口大小为3，Sender可以再发送3个分组，在窗口中的序号便为k,k+1,k+2。

综上，Sender的发送窗口中的可能分组序号为k-3,k-2,k-1,k,k+1,k+2。

一般化，t时刻发送窗口中的可能分组序号为[K-N,K+N-1]中的连续的三个值。

b）根据题意，在t时刻，Receiver希望接收k号分组，意味着序号<=k-1的分组均已经被成功收到，并且发送了对序号<=k-1分组的确认。

但是，这些确认可能还在向Sender传输的过程中，还没有到达Sender。

因此，正在传输但还未到达Sender的ACK可能的确认号为k-3,k-2,k-

1。

正在向Sender返回的ACK不可能是对k-4号分组的确认。

否则，

Sender不可能发送k-1号分组，进而Receiver不可能正在等待k号分组。

6.课本第

193页，习题23。

答：

A. 32位序号，最大序号为232-1=4294967295

B.L的最大值就是232字节

C.Segment的数量为：

é232ù

ê ú

ê1460ú



ê ú

é232ù

因此，附加的头部共长

ê1460ú*66=194156028

bytes

传输的数据和头部总长:

232+194,156,028（bytes）

=3591*107（bits）

在10Mbps链路上传输，需要3591秒。

7.主机A和B通过TCP连接进行通信。

主机B已经从A收到了序号144及以前的所有字节。

假设A然后向B背靠背（连续）发送了两个segment，其中第一个包含20字节的数据，第2个包含40字节数据。

第一个Segment的序号为145，源端口号为303，目的端口号为80。

主机B在收到A发送的Segment后立即发送确认。

1）A向B发送的第二个Segment的序号、源端口号、目的端口号是多少？

答：

A向B发送的第二个Segment的序号为165，源端口号为303，目的端口号为80。

2）如果第一个Segment在第二个Segment前到达B，B发送的确认中，源端口、目的端口和确认号分别为多少？

答：

收到第一个Segment后，B向A发送确认。

则该确认的确认号为

165，源端口号为80，目的端口号为303。

3）如果第二个Segment在第一个Segment之前到达B，则接收方B对第一个Segment的确认中，确认号是多少？

答：

如果第二个Segment先于第一个Segment到达B，则B向A发送确认

的确认号为145。

4）假设A发送的两个Segment按顺序到达B。

第一个确认丢失，但第二个确认在第一个Segment的超时间隔后到达A，如下图所示。

将下图补充完整，给出所有segment和ACK的发送和接收情况（假设没有其他的分组丢失）。

对每个在图中增加的Segment，提供其序号、数据长度；对每

个添加的ACK提供其确认号。

答：

由于B对第一个Segment的确认丢失，且对第二个Segment的确认在第一个Segment超时前没有到达A。

则A重传第一个Segment（在图中增加的一个Segment，标号为①），当B收到重传的Segment后，会产生一个确认（在图中增加的一个Segment，标号为②）。

标号为①的Segment：

序号为145，数据长度为20字节；标号为②的Segment，即ACK，确认号为205。

①

②

8.TCP的拥塞控制。

考虑通过一个无丢失TCP连接发送一个大文件的情况。

1）假定TCP采用没有慢启动的AIMD作为拥塞控制机制。

假设每隔

RTT，CongWin增加一个MSS，且RTT时间恒定。

则CongWin从

1MSS增大到5MSS需要多长时间（假设没有丢失，RTT为常量）?

答：

发送一个大文件，意味着发送方总是有数据等待传输。

假设连接刚建立时的时间为t，此时，CongWin=1MSS。

则：

到t+RTT时，CongWin增大为2MSS；

到t+2RTT时，CongWin增大为3MSS；到t+3RTT时，CongWin增大为4MSS；到t+4RTT时，CongWin增大为5MSS。

因此，CongWin从1MSS增大到5MSS共需要4RTT时间。

2）到时间=4RTT时，该连接的平均吞吐率是多少?

答：

在第一个RTT内，发送了1MSS的数据；

在第二个RTT内，发送了2MSS的数据；

在第三个RTT内，发送了3MSS的数据；在第四个RTT内，发送了4MSS的数据。

因此，从连接建立开始，到时间t=4RTT时，发送方共发送了

1MSS+2MSS+3MSS+4MSS=10MSS

则该连接的平均吞吐率为10MSS/4RTT=2.5MSS/RTT

9.课本第194页，习题33。

答：

a. 有两段，分别为[1,6]，[23,26].

b. 有两段，分别为[6,16],[17,22].

c.在16周期后，拥塞窗口变为原来的一半，因此，发生了3-dup

ACK事件.

d.在22周期后，拥塞窗口变成了1。

因此，发生了超时。

e.32

f.21

g.13

h.第70个报文是在第7个周期中发送的.

因为，第1，2，3，4，5，6，7个周期中，窗口分别为1,2,4,

8,16,32,33。

即发送方在第1,2,3,4,5,6,7个周期中分别发送了

1,2,4,8,16,32,33个报文.

i.窗口为4，Threshold也为4.

10.TCP拥塞控制：

假设TCP的Sender窗口大小为N，窗口的SendBase为x，且Sender刚刚发送完一个完整的窗口数据。

假设RTT为Sender-to-Receiver-to-

Sender的折返时间，MSS为Segment大小。

1）在Receiver-to-Sender信道中可能有对序号小于x的Segment的确认吗？

证明你的答案。

答：

可能。

假设，Sender发送分组x-1，由于超时（但分组及其确认均没有

丢失，只是由于ACK多度延迟），发送方重传分组x-1。

因此，网络中存在着两个x-1号分组。

接收方收到第一个序号为x-1的分租并且发送

ACK，发送方收到第一个ACK后将SendBase设置为x。

此时，仍然

可能存在Receiver对分组x-1的确认正在向Sender传输。

因此，在

Receiver到Sender方向的信道中可能存在对序号小于x的Segment的确认。

2）假设没有分组丢失。

Sender-to-Receiver连接的吞吐率（瞬时）是多少

（packets/sec）

答：

假设窗口以Segment为单位。

发送方在一个RTT内可以发送N个Segment，每个Segment的大小为MSS字节。

因此，吞吐率为

N*MSS/RTT。

3）假设TCP正处于拥塞避免阶段。

如果没有丢失，则N个Segment被确认后的窗口大小是多少？

答：

（N+1）MSS。

在拥塞避免阶段，每隔一个RTT，窗口增加一个MSS。