第5次作業(yè)-網(wǎng)絡(luò)層-傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層作業(yè)考慮下圖中的網(wǎng)絡(luò)，使用距離矢量路由算法。路由器C剛剛收到下列矢量：來(lái)自B的（4,0,7,11,6,2）；來(lái)自D的（15,13,6,0,9,9）；來(lái)自E的（7,6,3,9,0,4）。從C到B、D和E的鏈路成本分別為6、3、5。請(qǐng)給出C的新路由表，包括使用的出境線路和成本。B的矢量（5,0,8,12,6,2）表示到ABCDEF的距離，那么C通過(guò)B到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)的距離是：B的路徑距離加上到C到B的鏈路成本（題目已經(jīng)給出），即為(11,6,14,18,12,8)，比如B到A點(diǎn)距離為5，那么加上6就是11，以此類推。C通過(guò)D到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)的路由距離為：(19,15,9,3,12,13)；C通過(guò)E到達(dá)其他節(jié)點(diǎn)的路由距離為(12,11,8,14,5,9)。所以C的最短路徑為(11,6,0,3,5,8)，經(jīng)過(guò)的線路為(B,B,–,D,E,B)目的距離下一跳A11BB6BC0-D3DE5EF8B目的距離下一跳Net11-Net21-Net31-Net42BNet52ENet62BNet72DNet82E假設(shè)圖中節(jié)點(diǎn)B剛剛重新啟動(dòng)，它的路由表中沒(méi)有任何信息?，F(xiàn)在它突然需要一條到達(dá)H的路由，于是它發(fā)送廣播包，其TTL分別設(shè)置為1、2、3等。試問(wèn)它需要經(jīng)過(guò)幾輪廣播后才能找到一條路由？節(jié)點(diǎn)N距離B有三跳，所以需要三次廣播。路徑可以是BDFH或者BDGH。要給主機(jī)分配一個(gè)IP地址，以下地址哪個(gè)不合適，請(qǐng)說(shuō)明原因A）131.107.256.80256超了255了B）231.222.0.11231是給組播的地址111開(kāi)頭的C）126.0.0.0以全0結(jié)尾的IP地址是網(wǎng)絡(luò)地址D）198.121.254.255110C類地址，主機(jī)號(hào)全1的IP地址是廣播地址E）202.117.34.32可以F）1.1.1.1可以G）127.0.0.1可以網(wǎng)絡(luò)193.1.1.0，子網(wǎng)掩碼是255.255.255.224。問(wèn)：這個(gè)子網(wǎng)掩碼可劃分幾個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)地址和主機(jī)IP地址范圍是什么？首先你說(shuō)的IP應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)號(hào)。將網(wǎng)絡(luò)號(hào)于子網(wǎng)掩碼換算成二進(jìn)制如下：網(wǎng)絡(luò)號(hào)：11000001.00000001.00000001.00000000(193.1.1.0)子網(wǎng)掩碼：11111111.11111111.11111111.11100000(255.255.255.224)子網(wǎng)掩碼：11111111.11111111.11111111.00000000(255.255.255.0C類默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼)193.1.1.0為C類地址，默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度24位，255.255.255.224網(wǎng)絡(luò)號(hào)27位，借用主機(jī)號(hào)的3位可以劃分出8個(gè)子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)可用地址范圍（00000~11111一共32個(gè)，掐頭去尾每個(gè)子網(wǎng)30個(gè)主機(jī)號(hào)）193.1.1.0193.1.1.1～193.1.1.30193.1.1.32193.1.1.33～193.1.1.62193.1.1.64193.1.1.65～193.1.1.94193.1.1.96193.1.1.97～193.1.1.126193.1.1.128193.1.1.129～193.1.1.158193.1.1.160193.1.1.161～193.1.1.190193.1.1.192193.1.1.193～193.1.1.222193.1.1.224193.1.1.225～193.1.1.254在老的設(shè)備上193.1.1.0網(wǎng)絡(luò)與193.1.1.224有可能不可用（0子網(wǎng)、廣播子網(wǎng)），但新的設(shè)備都支持的。1、請(qǐng)列舉出兩個(gè)合適使用面向連接服務(wù)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)例，再列舉出兩個(gè)最好使用無(wú)連接服務(wù)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用實(shí)例。解：面向連接：文件傳輸，遠(yuǎn)程登錄；無(wú)連接：信用卡核對(duì)，電子資金轉(zhuǎn)賬。2、數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)數(shù)據(jù)包當(dāng)做獨(dú)立的單位進(jìn)行路由，路由過(guò)程彼此獨(dú)立。虛電路網(wǎng)絡(luò)不必采用這種方式，因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)包都沿著一條預(yù)先確定的路由。試問(wèn)，這是否意味著虛電路網(wǎng)絡(luò)不需要具備將單個(gè)數(shù)據(jù)包從任意源端路由到任意接收方的能力呢？解：虛電路的路由建立需要這樣的能力。3、請(qǐng)給出3個(gè)在建立連接時(shí)可能需要協(xié)商的協(xié)議參數(shù)例子。解：需要通過(guò)協(xié)商給出窗口大小，最大包長(zhǎng)，速率和定時(shí)值等參數(shù)。4、假設(shè)所有的路由器和主機(jī)都正常工作，并且它們的軟件也都沒(méi)有錯(cuò)誤。試問(wèn)是否存在一個(gè)數(shù)據(jù)包被遞交到錯(cuò)誤目的地的可能性。解：有可能，一個(gè)大的噪聲突發(fā)可能眼中地篡改數(shù)據(jù)包。k位的校檢無(wú)法檢測(cè)出2-k的錯(cuò)誤，如果目的地被篡改就有可能到達(dá)錯(cuò)誤的目的地。5、請(qǐng)給出一個(gè)簡(jiǎn)單的啟發(fā)式算法，找出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從指定源端到指定目標(biāo)端之間的兩條路徑，要求這兩條路徑在失去任何一條通信線路的情況下都能夠辛免于難。解：首先選擇最短路徑算法找到一條路由；然后移除已經(jīng)找到的路徑，再次使用最短路徑算法找到另一條路徑，這樣可以相救。需要使用最大溢出算法防止這種啟發(fā)式算法失敗。9、一個(gè)有4800臺(tái)路由器的網(wǎng)絡(luò)采用了層次路由。試問(wèn)對(duì)于三層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該選擇多大的區(qū)域和簇才能將路由表的尺寸降到最低？一個(gè)好的起點(diǎn)是假設(shè)這樣的方案接近最優(yōu)：有k個(gè)簇，每個(gè)簇有k個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有k個(gè)路由器。這意味著k大約是4800的立方根（約等于16）。反復(fù)試驗(yàn)找出所有這三個(gè)參數(shù)在16附近的各種組合。解：組合是15個(gè)簇，16個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有20個(gè)路由器，或者一個(gè)對(duì)等的組合是20個(gè)簇，16個(gè)區(qū)域，15個(gè)路由器。所有情形的表大小是15+16+20=51。10、在正文中提到當(dāng)一臺(tái)移動(dòng)主機(jī)不在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，發(fā)送至它本地LAN的數(shù)據(jù)包將被該LAN的家鄉(xiāng)代理所截獲。針對(duì)一個(gè)802.3LAN上的IP網(wǎng)絡(luò)，試問(wèn)家鄉(xiāng)代理如何完成這樣的工作？解：常規(guī)方法是家鄉(xiāng)代理欺騙路由器以便讓路由器確定移動(dòng)主機(jī)響應(yīng)ARP請(qǐng)求。當(dāng)路由器得到指向移動(dòng)主機(jī)地址的數(shù)據(jù)包時(shí)，它就廣播一次ARP查詢，詢問(wèn)擁有這個(gè)ip地址的主機(jī)的以太網(wǎng)mac地址。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)不在附近時(shí)，家鄉(xiāng)代理就響應(yīng)這次ARP查詢，所以路由器就可以將移動(dòng)主機(jī)的ip地址與家鄉(xiāng)代理的以太網(wǎng)mac地址聯(lián)系在一起。15、在內(nèi)部采用虛電路的網(wǎng)絡(luò)中，可能采用這樣一種擁塞控制機(jī)制：路由器推遲確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)包，直到（1）它知道沿著虛電路的最后一次傳輸已經(jīng)被成功接收，并且（2）它有一個(gè)空閑緩沖區(qū)。為了簡(jiǎn)單期間，假定路由器使用了等-停式協(xié)議，并且每條虛電路的每個(gè)方向上都有一個(gè)專用的緩沖區(qū)。如果傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)或者確認(rèn)）需要T秒，在路徑上有n臺(tái)路由器，試問(wèn)數(shù)據(jù)包被遞交給目標(biāo)主機(jī)的速率是多少？假設(shè)幾乎沒(méi)有傳輸錯(cuò)誤，并且從主機(jī)到路由器之間連接的速度為無(wú)限快。解：2T（n-1）秒。因?yàn)樘撾娐窌r(shí)沿著特定的路由的，傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包在路由器之間需要T秒，那么n個(gè)路由器會(huì)有（n-1）個(gè)T秒，加上確認(rèn)數(shù)據(jù)包一共需要2T（n-1）秒。16、一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)允許路由器在必要的時(shí)候丟棄數(shù)據(jù)包。路由器丟棄一個(gè)數(shù)據(jù)包的概率為p。請(qǐng)考慮這樣的情形：源主機(jī)連接到源路由器，源路由器連接到目標(biāo)路由器，然后目標(biāo)路由器連接到目標(biāo)主機(jī)。如果任何一臺(tái)路由器丟掉了一個(gè)數(shù)據(jù)包，則源主機(jī)最終會(huì)超時(shí)，然后再重試發(fā)送。如果主機(jī)至路由器以及路由器至路由器之間的線路都記為一跳，試問(wèn)：（1）每次傳輸數(shù)據(jù)包的平均跳數(shù)是多少？（2）數(shù)據(jù)包的平均傳輸次數(shù)是多少？（3）每個(gè)接收到數(shù)據(jù)包所需的平均跳數(shù)？解：源主機(jī)發(fā)出的每一個(gè)數(shù)據(jù)包都會(huì)產(chǎn)生1、2或3跳。它跳一跳的概率是p。它產(chǎn)生兩跳的概率是p(1?p)。它產(chǎn)生3跳的概率是(1?p)2。數(shù)據(jù)包可以期望的平均路徑長(zhǎng)度是這三個(gè)概率的加權(quán)和，p+2p(1-p)+3(1?p)2，即p2?3p+3。注意，對(duì)于p=0，平均值是3跳，對(duì)于p=1，平均是1跳。當(dāng)0<p<1時(shí)，需要多次傳輸。數(shù)據(jù)包在線路上傳輸成功的概率為(1?p)2，所以數(shù)據(jù)包的平均傳輸次數(shù)為1/(1?p)2。每個(gè)接收到數(shù)據(jù)包所需的平均跳數(shù)為，每次傳輸數(shù)據(jù)包的平均跳數(shù)乘以傳輸次數(shù)，即（p2?3p+3）/(1?p)2。17、針對(duì)兩個(gè)擁塞避免方法ECN和RED，請(qǐng)給出它們的兩個(gè)主要區(qū)別。解：首先，ECN方法通過(guò)設(shè)置一位來(lái)顯式地向源發(fā)送擁塞通知，而RED則通過(guò)簡(jiǎn)單地丟棄它的一個(gè)數(shù)據(jù)包來(lái)隱式地通知源。第二，ECN方法只在沒(méi)有緩沖區(qū)空間時(shí)才丟棄數(shù)據(jù)包，而在所有緩沖區(qū)耗盡之前，RED丟棄數(shù)據(jù)包。18、流量整形采用了令牌桶方案。每5微秒一個(gè)新的令牌被放入桶中。每個(gè)令牌剛好用于一個(gè)短數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包包含48個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。試問(wèn)最大的可持續(xù)數(shù)據(jù)率是多少？解：每秒可以傳輸2*105*48*8，最大的可持續(xù)數(shù)據(jù)率大約為76.8Mbps。19、在一個(gè)6Mbps網(wǎng)絡(luò)上有一臺(tái)主機(jī)，其流量通過(guò)一個(gè)令牌桶整型，令牌桶的填充速率為1Mbps。初始時(shí)令牌桶被填滿到容量8MB。試問(wèn)該計(jì)算機(jī)能以6Mbps的全速率傳輸多長(zhǎng)時(shí)間。解：用公式s=c/(m?ρ)可以得到正確的答案。我們得到s=8/(6?1)或1.6秒。37、大多數(shù)IP數(shù)據(jù)報(bào)重組算法有一個(gè)計(jì)時(shí)器，以免丟失的段永遠(yuǎn)占用重組緩沖區(qū)。假設(shè)一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)被分成4個(gè)段。前3段到達(dá)目的地，但最后一個(gè)延遲了。最終該計(jì)時(shí)器超時(shí)，接收方內(nèi)存中的3個(gè)段丟棄。過(guò)來(lái)一會(huì)兒，最后一個(gè)段到達(dá)，試問(wèn)應(yīng)該用它做什么呢？解：就接收者而言，這是新數(shù)據(jù)報(bào)的一部分，因?yàn)樗钠渌糠植粸槿怂?。因此，它將排?duì)，直到其余的出現(xiàn)。如果他們不這樣做，這個(gè)人也會(huì)超時(shí)。38、在IP中，校檢和僅僅覆蓋了頭，而沒(méi)有包括數(shù)據(jù)部分。你認(rèn)為這樣的設(shè)計(jì)方案的理由是什么？解：頭中的錯(cuò)誤比數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤嚴(yán)重得多。例如，一個(gè)錯(cuò)誤的地址可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包被傳送到錯(cuò)誤的主機(jī)。許多主機(jī)不檢查是否一個(gè)包交付給他們，實(shí)際上是為他們。他們認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)不會(huì)給他們準(zhǔn)備給另一個(gè)主機(jī)的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)有時(shí)是不加校驗(yàn)的，因?yàn)檫@樣做是昂貴的（開(kāi)銷會(huì)比較大），而且上層經(jīng)常這樣做，這使得它在這里是多余的。39、有一個(gè)人生活在波士頓，現(xiàn)在她帶著自己的筆記本電腦去Minneapolis旅游。讓她驚訝的是，在Minneapolis目的地的局域網(wǎng)是一個(gè)無(wú)線IP局域網(wǎng)，所以她根本不用插網(wǎng)線。試問(wèn)，她是否仍然需要通過(guò)家鄉(xiāng)代理和外部代理這一整套過(guò)程才能正確地接收到電子郵件或其他流量。解：需要。明尼阿波利斯局域網(wǎng)是無(wú)線的，這并不會(huì)使到達(dá)波士頓的數(shù)據(jù)包突然跳到明尼阿波利斯。波士頓的家鄉(xiāng)代理必須把他們引到明尼阿波利斯無(wú)線局域網(wǎng)上的外部代理那里?？紤]這種情況的最好方法是，用戶已接入明尼阿波利斯局域網(wǎng)，與其他明尼阿波利斯用戶的方式相同。連接使用無(wú)線電而不是線纜。40、IPv6地址使用16個(gè)字節(jié)的地址。如果每隔1ps（1-12秒，1皮秒）就分配掉一百萬(wàn)個(gè)地址（106），試問(wèn)整個(gè)地址空間可以持續(xù)分配多久。解：有16個(gè)字節(jié)，有2128或3.4×1038個(gè)地址。如果我們以每秒1018的速度分配它們，它們將持續(xù)1013年。這個(gè)數(shù)字是宇宙年齡的1000倍。當(dāng)然，地址空間不是平坦的，所以它們不是線性分配的，但是這個(gè)計(jì)算表明，即使使用效率為1/1000(0.1%)的分配方案，也永遠(yuǎn)不會(huì)用完。41、IPv4頭中的Protocol字段并沒(méi)有出現(xiàn)在IPv6的固定頭中，試問(wèn)為什么？解：協(xié)議字段告訴目標(biāo)主機(jī)要將IP數(shù)據(jù)包分配給哪個(gè)協(xié)議處理程序。中間路由器不需要此信息，因此在主標(biāo)頭中不需要該信息。42、當(dāng)IPv6協(xié)議被引入時(shí)，ARP協(xié)議需要作相應(yīng)的改變嗎？如果需要，這種改變是概念性的還是技術(shù)性的？解：從概念上講，沒(méi)有變化。從技術(shù)上講，請(qǐng)求的IP地址現(xiàn)在更大，所以需要更大的字段。傳輸層作業(yè)UDP協(xié)議校驗(yàn)和字段做校驗(yàn)的數(shù)據(jù)包含哪些？UDP計(jì)算校驗(yàn)和的方法和IP數(shù)據(jù)報(bào)首部校驗(yàn)和的方法相似。不同的是：IP數(shù)據(jù)報(bào)校驗(yàn)和只校驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部，但UDP的校驗(yàn)和是把首部和數(shù)據(jù)部分一起都檢驗(yàn)。UDP的校驗(yàn)和需要計(jì)算UDP首部加數(shù)據(jù)荷載部分，但也需要加上UDP偽首部。這個(gè)偽首部指，源地址、目的地址、UDP數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、協(xié)議類型（0x11），協(xié)議類型就一個(gè)字節(jié)，但需要補(bǔ)一個(gè)字節(jié)的0x0，構(gòu)成12個(gè)字節(jié)。偽首部+UDP首部+數(shù)據(jù)一起計(jì)算校驗(yàn)和。UDP檢驗(yàn)和的計(jì)算方法是：按每16位求和得出一個(gè)32位的數(shù)；如果這個(gè)32位的數(shù)，高16位不為0，則高16位加低16位再得到一個(gè)32位的數(shù)；重復(fù)第2步直到高16位為0，將低16位取反，得到校驗(yàn)和。為什么會(huì)存在UDP，用戶進(jìn)程使用原始IP數(shù)據(jù)包還不夠嗎？不夠。IP數(shù)據(jù)包包含指定目標(biāo)計(jì)算機(jī)的IP地址。一旦這樣的數(shù)據(jù)包到達(dá)，網(wǎng)絡(luò)處理程序不知道將它交給哪個(gè)進(jìn)程。UDP數(shù)據(jù)包包含目標(biāo)端口，因此它們可以被傳遞到正確的過(guò)程中。UDP和TCP都使用端口號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)接收方實(shí)體。請(qǐng)給出兩個(gè)理由說(shuō)明為什么要發(fā)明這個(gè)新的抽象ID(端口號(hào))，而不直接使用進(jìn)程ID。在設(shè)計(jì)這兩個(gè)協(xié)議時(shí)，進(jìn)程ID的概念已經(jīng)存在。這里有三個(gè)原因。首先，進(jìn)程ID是OS特定的，使用進(jìn)程ID會(huì)使這些協(xié)議依賴于OS（所以不同的主機(jī)是有不同的進(jìn)程ID）。第二，單個(gè)進(jìn)程可以建立多個(gè)通信渠道。第三，讓進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)眾所周知的端口很容易，但眾所周知的進(jìn)程ID是不可能的。主機(jī)1和主機(jī)2分別分配了端口p和q，試問(wèn)在這兩個(gè)端口上有沒(méi)有可能同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上的TCP連接？不能。連接僅由其套接字標(biāo)識(shí)。因此，(1，p)-(2，q)是這兩個(gè)端口之間唯一可能的連接。在“慢啟動(dòng)”擁塞解決方案中，當(dāng)發(fā)生一次數(shù)據(jù)丟失時(shí)，先假設(shè)前一次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的CWND為32MSS字節(jié)，則此時(shí)的SSTHRESH和CWND分別為多少個(gè)MSS?SSTHRESH為32/2=16CWND=1當(dāng)全部數(shù)據(jù)傳輸完成后要釋放一個(gè)TCP傳輸連接時(shí)，則要將所發(fā)送的數(shù)據(jù)段的TCP頭部信息中的哪個(gè)位置為1

6位標(biāo)志位包含如下幾項(xiàng)中的FINURG標(biāo)志，表示緊急指針（urgentpointer）是否有效。ACK標(biāo)志，表示確認(rèn)號(hào)是否有效。我們稱攜帶ACK標(biāo)識(shí)的TCP報(bào)文段為確認(rèn)報(bào)文段。PSH標(biāo)志，提示接收端應(yīng)用程序應(yīng)該立即從TCP接收緩沖區(qū)中讀走數(shù)據(jù)，為接收后續(xù)數(shù)據(jù)騰出空間（如果應(yīng)用程序不將接收到的數(shù)據(jù)讀走，它們就會(huì)一直停留在TCP接收緩沖區(qū)中）。RST標(biāo)志，表示要求對(duì)方重新建立連接。我們稱攜帶RST標(biāo)志的TCP報(bào)文段為復(fù)位報(bào)文段。SYN標(biāo)志，表示請(qǐng)求建立一個(gè)連接。我們稱攜帶SYN標(biāo)志的TCP報(bào)文段為同步報(bào)文段。FIN標(biāo)志，表示通知對(duì)方本端要關(guān)閉連接了。我們稱攜帶FIN標(biāo)志的TCP報(bào)文段為結(jié)束報(bào)文段。7. 一臺(tái)主機(jī)在一條線路上發(fā)送1500字節(jié)的TCP有效載荷，最大數(shù)據(jù)包生存時(shí)間為120秒。要想不讓序號(hào)回繞，試問(wèn)該線路的最快速度為多少？要考慮TCP、IP和以太網(wǎng)的開(kāi)銷。假設(shè)可連續(xù)發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀。比較傳輸層與數(shù)據(jù)鏈路層的區(qū)別（此處數(shù)據(jù)鏈路層不包含MAC子層）

想象用兩次握手過(guò)程而不是三次握手過(guò)程來(lái)建立連接。換句話說(shuō)，第三個(gè)消息不再是要求的。試問(wèn)現(xiàn)在有可能死鎖嗎？請(qǐng)給出一個(gè)例子說(shuō)明存在死鎖，或者證明死鎖不存在。解：死鎖是有可能的。例如，一個(gè)包突然到