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：來自B的（4,0,7,11,6,2）；來自D的（15,13,6,0,9,9）；來自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，它的路由表中沒有任何信息?，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。試問它需要經(jīng)過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IP地址，以下地址哪個不合適，請說明原因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：這個子網(wǎng)掩碼可劃分幾個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)的子網(wǎng)地址和主機(jī)IP地址范圍是什么？首先你說的IP應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)號。將網(wǎng)絡(luò)號于子網(wǎng)掩碼換算成二進(jìn)制如下：網(wǎng)絡(luò)號：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)號長度24位，255.255.255.224網(wǎng)絡(luò)號27位，借用主機(jī)號的3位可以劃分出8個子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號可用地址范圍（00000~11111一共32個，掐頭去尾每個子網(wǎng)30個主機(jī)號）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、請列舉出兩個合適使用面向連接服務(wù)的計算機(jī)應(yīng)用實(shí)例，再列舉出兩個最好使用無連接服務(wù)的計算機(jī)應(yīng)用實(shí)例。解：面向連接：文件傳輸，遠(yuǎn)程登錄；無連接：信用卡核對，電子資金轉(zhuǎn)賬。2、數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)將每個數(shù)據(jù)包當(dāng)做獨(dú)立的單位進(jìn)行路由，路由過程彼此獨(dú)立。虛電路網(wǎng)絡(luò)不必采用這種方式，因?yàn)槊總€數(shù)據(jù)包都沿著一條預(yù)先確定的路由。試問，這是否意味著虛電路網(wǎng)絡(luò)不需要具備將單個數(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、請給出3個在建立連接時可能需要協(xié)商的協(xié)議參數(shù)例子。解：需要通過協(xié)商給出窗口大小，最大包長，速率和定時值等參數(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有錯誤。試問是否存在一個數(shù)據(jù)包被遞交到錯誤目的地的可能性。解：有可能，一個大的噪聲突發(fā)可能眼中地篡改數(shù)據(jù)包。k位的校檢無法檢測出2-k的錯誤，如果目的地被篡改就有可能到達(dá)錯誤的目的地。5、請給出一個簡單的啟發(fā)式算法，找出一個網(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、一個有4800臺路由器的網(wǎng)絡(luò)采用了層次路由。試問對于三層結(jié)構(gòu)來說，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？一個好的起點(diǎn)是假設(shè)這樣的方案接近最優(yōu)：有k個簇，每個簇有k個區(qū)域，每個區(qū)域有k個路由器。這意味著k大約是4800的立方根（約等于16）。反復(fù)試驗(yàn)找出所有這三個參數(shù)在16附近的各種組合。解：組合是15個簇，16個區(qū)域，每個區(qū)域有20個路由器，或者一個對等的組合是20個簇，16個區(qū)域，15個路由器。所有情形的表大小是15+16+20=51。10、在正文中提到當(dāng)一臺移動主機(jī)不在家鄉(xiāng)網(wǎng)絡(luò)時，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。針對一個802.3LAN上的IP網(wǎng)絡(luò)，試問家鄉(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主機(jī)響應(yīng)ARP請求。當(dāng)路由器得到指向移動主機(jī)地址的數(shù)據(jù)包時，它就廣播一次ARP查詢，詢問擁有這個ip地址的主機(jī)的以太網(wǎng)mac地址。當(dāng)移動主機(jī)不在附近時，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）它有一個空閑緩沖區(qū)。為了簡單期間，假定路由器使用了等-停式協(xié)議，并且每條虛電路的每個方向上都有一個專用的緩沖區(qū)。如果傳輸一個數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)或者確認(rèn)）需要T秒，在路徑上有n臺路由器，試問數(shù)據(jù)包被遞交給目標(biāo)主機(jī)的速率是多少？假設(shè)幾乎沒有傳輸錯誤，并且從主機(jī)到路由器之間連接的速度為無限快。解：2T（n-1）秒。因?yàn)樘撾娐窌r沿著特定的路由的，傳輸一個數(shù)據(jù)包在路由器之間需要T秒，那么n個路由器會有（n-1）個T秒，加上確認(rèn)數(shù)據(jù)包一共需要2T（n-1）秒。16、一個數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)允許路由器在必要的時候丟棄數(shù)據(jù)包。路由器丟棄一個數(shù)據(jù)包的概率為p。請考慮這樣的情形：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)。如果任何一臺路由器丟掉了一個數(shù)據(jù)包，則源主機(jī)最終會超時，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：（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)出的每一個數(shù)據(jù)包都會產(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度是這三個概率的加權(quán)和，p+2p(1-p)+3(1?p)2，即p2?3p+3。注意，對于p=0，平均值是3跳，對于p=1，平均是1跳。當(dāng)0<p<1時，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、針對兩個擁塞避免方法ECN和RED，請給出它們的兩個主要區(qū)別。解：首先，ECN方法通過設(shè)置一位來顯式地向源發(fā)送擁塞通知，而RED則通過簡單地丟棄它的一個數(shù)據(jù)包來隱式地通知源。第二，ECN方法只在沒有緩沖區(qū)空間時才丟棄數(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微秒一個新的令牌被放入桶中。每個令牌剛好用于一個短數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包包含48個字節(jié)數(shù)據(jù)。試問最大的可持續(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6Mbps網(wǎng)絡(luò)上有一臺主機(jī)，其流量通過一個令牌桶整型，令牌桶的填充速率為1Mbps。初始時令牌桶被填滿到容量8MB。試問該計算機(jī)能以6Mbps的全速率傳輸多長時間。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)報重組算法有一個計時器，以免丟失的段永遠(yuǎn)占用重組緩沖區(qū)。假設(shè)一個數(shù)據(jù)報被分成4個段。前3段到達(dá)目的地，但最后一個延遲了。最終該計時器超時，接收方內(nèi)存中的3個段丟棄。過來一會兒，最后一個段到達(dá)，試問應(yīng)該用它做什么呢？解：就接收者而言，這是新數(shù)據(jù)報的一部分，因?yàn)樗钠渌糠植粸槿怂?。因此，它將排隊，直到其余的出現(xiàn)。如果他們不這樣做，這個人也會超時。38、在IP中，校檢和僅僅覆蓋了頭，而沒有包括數(shù)據(jù)部分。你認(rèn)為這樣的設(shè)計方案的理由是什么？解：頭中的錯誤比數(shù)據(jù)中的錯誤嚴(yán)重得多。例如，一個錯誤的地址可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)包被傳送到錯誤的主機(jī)。許多主機(jī)不檢查是否一個包交付給他們，實(shí)際上是為他們。他們認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)永遠(yuǎn)不會給他們準(zhǔn)備給另一個主機(jī)的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)有時是不加校驗(yàn)的，因?yàn)檫@樣做是昂貴的（開銷會比較大），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)是一個無線IP局域網(wǎng)，所以她根本不用插網(wǎng)線。試問，她是否仍然需要通過家鄉(xiāng)代理和外部代理這一整套過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)是無線的，這并不會使到達(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線局域網(wǎng)上的外部代理那里。考慮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。連接使用無線電而不是線纜。40、IPv6地址使用16個字節(jié)的地址。如果每隔1ps（1-12秒，1皮秒）就分配掉一百萬個地址（106），試問整個地址空間可以持續(xù)分配多久。解：有16個字節(jié)，有2128或3.4×1038個地址。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，但是這個計算表明，即使使用效率為1/1000(0.1%)的分配方案，也永遠(yuǎn)不會用完。41、IPv4頭中的Protocol字段并沒有出現(xiàn)在IPv6的固定頭中，試問為什么？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，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，沒有變化。從技術(shù)上講，請求的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計算校驗(yàn)和的方法和IP數(shù)據(jù)報首部校驗(yàn)和的方法相似。不同的是：IP數(shù)據(jù)報校驗(yàn)和只校驗(yàn)IP數(shù)據(jù)報的首部，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。這個偽首部指，源地址、目的地址、UDP數(shù)據(jù)長度、協(xié)議類型（0x11），協(xié)議類型就一個字節(jié)，但需要補(bǔ)一個字節(jié)的0x0，構(gòu)成12個字節(jié)。偽首部+UDP首部+數(shù)據(jù)一起計算校驗(yàn)和。UDP檢驗(yàn)和的計算方法是：按每16位求和得出一個32位的數(shù)；如果這個32位的數(shù)，高16位不為0，則高16位加低16位再得到一個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程中。UDP和TCP都使用端口號來標(biāo)識接收方實(shí)體。請給出兩個理由說明為什么要發(fā)明這個新的抽象ID(端口號)，而不直接使用進(jìn)程ID。在設(shè)計這兩個協(xié)議時，進(jìn)程ID的概念已經(jīng)存在。這里有三個原因。首先，進(jìn)程ID是OS特定的，使用進(jìn)程ID會使這些協(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，單個進(jìn)程可以建立多個通信渠道。第三，讓進(jìn)程監(jiān)聽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，試問在這兩個端口上有沒有可能同時存在兩個或兩個以上的TCP連接？不能。連接僅由其套接字標(biāo)識。因此，(1，p)-(2，q)是這兩個端口之間唯一可能的連接。在“慢啟動”擁塞解決方案中，當(dāng)發(fā)生一次數(shù)據(jù)丟失時，先假設(shè)前一次數(shù)據(jù)傳輸時的CWND為32MSS字節(jié)，則此時的SSTHRESH和CWND分別為多少個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TCP傳輸連接時，則要將所發(fā)送的數(shù)據(jù)段的TCP頭部信息中的哪個位置為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)號是否有效。我們稱攜帶ACK標(biāo)識的TCP報文段為確認(rèn)報文段。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，它們就會一直停留在TCP接收緩沖區(qū)中）。RST標(biāo)志，表示要求對方重新建立連接。我們稱攜帶RST標(biāo)志的TCP報文段為復(fù)位報文段。SYN標(biāo)志，表示請求建立一個連接。我們稱攜帶SYN標(biāo)志的TCP報文段為同步報文段。FIN標(biāo)志，表示通知對方本端要關(guān)閉連接了。我們稱攜帶FIN標(biāo)志的TCP報文段為結(jié)束報文段。7. 一臺主機(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)包生存時間為120秒。要想不讓序號回繞，試問該線路的最快速度為多少？要考慮TCP、IP和以太網(wǎng)的開銷。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）

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