第三章 傳輸層 課后習(xí)題答案

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1.實現(xiàn)可靠傳輸?shù)闹饕胧┯心切?？這些措施主要用于解決那些問題？ P98

1）差錯檢測：利用差錯編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)包傳輸過程中的比特差錯檢測。
2）確認(rèn)：接收方向發(fā)送方反饋接收狀態(tài)。
3）重傳：發(fā)送方重新發(fā)送接收方?jīng)]有正確接收的數(shù)據(jù)。
4）序號：確保數(shù)據(jù)按序提交。
5）計時器：解決數(shù)據(jù)丟失問題。

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2.UDP與TCP分別如何實現(xiàn)復(fù)用分解？ P94

UDP套接字：<目的IP地址，目的端口號>

TCP套接字：<源IP地址，源端口號，目的IP地址，目的端口號>

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3.請畫出TCP報文段結(jié)構(gòu)，并簡要說明個字段的主要作用。 P113

1）源端口號與目的端口號字段分別占16位，標(biāo)識發(fā)送該報文段的源端口和目的端口，用于多路復(fù)用/分解來自或送到上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)。
2）序號字段與確認(rèn)序號字段分別占32位。TCP的序號是對每個應(yīng)用層數(shù)據(jù)的每個字節(jié)進(jìn)行編號，因此每個TCP報文段的序號是該段所封裝的應(yīng)用層數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。確認(rèn)序號是期望從對方接收數(shù)據(jù)的字節(jié)序號，即該序號對應(yīng)的字節(jié)尚未收到，該序號之前的字節(jié)已全部正確接收。也就是說，TCP采用累計確認(rèn)機(jī)制。
3）首部長度字段占4位，指出TCP段的首部長度，以4字節(jié)位計算單位。例如該字段值為5時，表示TCP段的首部長度為20字節(jié)。當(dāng)該字段取值最大值15時，表示TCP段的最大首部長度，60字節(jié)?？梢?/span>TCP段的選項字段最多為40字節(jié)。
4）保留字段占6位，為今后使用，目前值為0。
5）URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN字段各占1位，共占6位，為6位標(biāo)志位（字段）。
6）接收窗口字段占16位，用于向?qū)Ψ酵ǜ娼邮沾翱诖笮?，表示接收方愿意接收的?yīng)用層數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量，其值是本端接收對方數(shù)據(jù)的緩存剩余空間，用于實現(xiàn)TCP的流量控制。
7）校驗和字段占16位，校驗和字段檢驗的范圍類似于UDP，包括TCP偽首部、TCP首部和應(yīng)用層數(shù)據(jù)3部分，計算方法與UDP校驗和計算方法相同。
8）緊急指針字段占16位，該字段只有URG=1時才有效。它指出在本TCP報文段中緊急數(shù)據(jù)共有多少個字節(jié)，即指出緊急數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)在數(shù)據(jù)中的位置。
9）選項字段的長度可變。TCP最初只規(guī)定了一種選項，即最大段長度MSS，用于對方TCP通告其緩存能夠接收的數(shù)據(jù)段的最大長度時MSS個字節(jié)。
10）填充字段：長度位0~3字節(jié)，取值全0，其目的時為了使整個首部長度是4字節(jié)的整數(shù)倍。

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4.TCP為何采用三次握手來建立連接，若采用二次握手可以嗎？為什么？ P115

原因：

1）TCP之所以采用三次握手建立連接，是為了確保連接雙方彼此完全清楚對方狀態(tài)，從而保證可靠、穩(wěn)定地建立連接；

2）同時，通過三次握手建立連接還可以有效預(yù)防過期、失效的連接請求到達(dá)后，導(dǎo)致無效連接的建立。

若采用二次握手：

3）因為網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)丟失，第二次握手控制段可能丟失，這樣主動發(fā)起連接的一方由于沒有收到第二次握手控制段，則無法建立連接，而接受連接建立的一方則認(rèn)為連接已建立，從而出現(xiàn)無效鏈接。

4）另外，二次握手建立連接，也無法避免失效連接請求。

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5.請說明TCP建立連接與斷開連接的過程，并給出主要狀態(tài)轉(zhuǎn)移。?P116

（1）建立連接：

①過程：

②狀態(tài)轉(zhuǎn)移：

（2）斷開連接：

①過程：

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②狀態(tài)轉(zhuǎn)移：

、

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6.TCP如何保證可靠數(shù)據(jù)傳輸？ P119

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7.請分別簡述GBN協(xié)議和SR協(xié)議的工作過程。 P105

（1）GBN協(xié)議：回退N步（Go-Back-N）

①如果發(fā)送方收到一個ACK，窗口滑動后仍有已發(fā)送但未被確認(rèn)的分組，則定時器重新啟動；如果沒有已發(fā)送但未被確認(rèn)的分組，該定時器終止。

②因為接收窗口Wr=1，所以GBN接收方只能接收當(dāng)前接收窗口中序號所指向的分組，未按序到達(dá)的分組或者某個分組差錯，接收方丟棄該分組，并為最近按序接收的分組重新發(fā)送ACK。

（2）SR協(xié)議：選擇重傳（Selective Repeat）

①增加接收方緩存能力（接收窗口>1），緩存正確到達(dá)但失序的分組，

②僅要求發(fā)送方重傳未被接收方確認(rèn)的分組，等缺失分組到達(dá)后一并向上層按序提交。

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8.請說明TCP滑動窗口機(jī)制，對比TCP滑動窗口與GBN協(xié)議的異同。?P103??

（1）TCP滑動窗口機(jī)制：

實質(zhì)上就是將可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ鬟^程，抽象到分組序號空間，即發(fā)送方確保分組按序發(fā)送，接收方確保分組按序提交。發(fā)送方和接收方個維護(hù)一個窗口，分別稱為發(fā)送窗口Ws和接收窗口Wr。

（2）異同：

①TCP滑動窗口的實際應(yīng)用首先就是停等協(xié)議，這時接受方的窗口和發(fā)送方的窗口大小都是1。發(fā)送方這時自然發(fā)送每次只能發(fā)送一個，并且必須等待這個數(shù)據(jù)包的ACK，才能發(fā)送下一個。在效率上比較低，帶寬利用率明顯較低，不過在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差，或是帶寬本身很低的情況下，還是適用的。

②TCP發(fā)送方僅需要維持已發(fā)送過但未被確認(rèn)的最小序號和下一個要發(fā)送的字節(jié)的序號就可以了，這一點和GBN一致。

③GBN定時器過期之后發(fā)送方會重傳未被確認(rèn)的最小序號之后的數(shù)據(jù)段，這樣很可能會造成重發(fā)大量分組，導(dǎo)致占用帶寬，分組冗余，反而不如停等協(xié)議。

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9.TCP與UDP的主要區(qū)別是什么？ P110

（1）TCP提供面向連接、可靠、有序、字節(jié)流傳輸服務(wù)，UDP提供無連接、不可靠的數(shù)據(jù)報盡力傳輸服務(wù)。

（2）TCP提供可靠的服務(wù)。也就是說，通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯，不丟失，不重復(fù)，且按序到達(dá);UDP盡最大努力交付，即不保證可靠交付，但使用UDP的應(yīng)用仍然可以通過在應(yīng)用程序自身中建立可靠傳輸機(jī)制來實現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)傳輸。

（3）TCP是面向字節(jié)流的，把應(yīng)用程序交付的數(shù)據(jù)看成是一連串的無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。UDP是面向報文的，不保證將該報文送達(dá)到目的接收進(jìn)程，即便送達(dá)，也可能是亂序到達(dá)的。

（4）UDP具有較好的實時性，工作效率比TCP高，適用于對高速傳輸和實時性有較高的通信或廣播通信。UDP沒有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞不會使源主機(jī)的發(fā)送速率降低。

（5）每一條TCP連接只能是點到點的；UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。

（6）TCP首部開銷20字節(jié);UDP的首部開銷小，只有8個字節(jié)。

（7）TCP對系統(tǒng)資源要求較多，UDP對系統(tǒng)資源要求較少。

（8）TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，UDP則是不可靠信道。

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10.TCP如何實現(xiàn)擁塞控制？ P124

慢啟動

擁塞避免

快速重傳

快速恢復(fù)

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11.假設(shè)甲乙雙方采用GBN協(xié)議發(fā)送報文段，甲已經(jīng)發(fā)送了編號為0~7的報文段。當(dāng)計時器超時時，若甲只收到0號和3號報文段的確認(rèn)，則甲需要重發(fā)的報文段是哪些？ P105

答：4、5、6、7

解析：由于收到了3號報文段的確認(rèn)，所以確認(rèn)3號之前的已被接收，需要重新發(fā)送4、5、6、7號號報文段。

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12.主機(jī)甲乙通過128 kbit/s 衛(wèi)星信道互連，采用滑動窗口協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)，鏈路單向傳播時延為 250 ms, 分組長度為 1000 字節(jié)。不考慮確認(rèn)分組的開銷，為使信道利用率不小于80%，分組序號的位數(shù)至少要達(dá)到多少位？?P108

①換算：

R=128 kbit/s=1.28×10^5 bit/s

L=1000 B=1000×8 bit

單向RTT：250ms=0.25s

②公式：

信道利用率公式：

? ?

發(fā)送一個分組的傳輸時延：

? ? ??

③計算：

tseg=L/R=(1000×8)/(1.28×10^5)=0.0625s

tseg+RTT=0.0625+0.25×2=0.5625s

若信道利用率不小于80%：（若ACK分組很小，可忽略其發(fā)送時間 tACK）

Usender=(Ws×0.0625)/0.5625=80％

Ws=7.2

所以滑動窗口協(xié)議的窗口大小Ws至少為8個；

8+Wr≤2^k

Wr至少為1，則k至少為4。

④結(jié)果：

答：分組序號的位數(shù)至少要達(dá)到4位。

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13.若甲乙之間已建立一條TCP連接，擁塞控制處于擁塞避免階段，閾值為 8 MSS，當(dāng)甲的擁塞窗口大小為 24 MSS 時發(fā)生了超時，則甲的擁塞窗口和閾值將分別調(diào)整為多少？ P125

擁塞窗口調(diào)整為1，閾值調(diào)整為24 /2 =12

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14.主機(jī)甲與主機(jī)乙之間已建立一個TCP連接，主機(jī)甲向主機(jī)乙發(fā)送了兩個連續(xù)的TCP段，分別包含300字節(jié)和500字節(jié)的有效載荷，第一個段的序列號為200，主機(jī)乙正確接收到兩個段后，發(fā)送給主機(jī)甲的確認(rèn)序列號是多少？ P119

確認(rèn)序列號=原始序列號+TCP段長度

第一個段的確認(rèn)序列號：200+300=500

第二個段的確認(rèn)序列號：500+500=1000

答：主機(jī)乙正確接收到兩個段后，發(fā)送給主機(jī)甲的確認(rèn)序列號是1000。

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15.主機(jī)甲與主機(jī)乙之間已建立一個TCP連接，主機(jī)甲向主機(jī)乙發(fā)送了3個連續(xù)的TCP報文段，分別包含300字節(jié)、400字節(jié)和500字節(jié)的有效載荷，第3個段的序號為900。若主機(jī)乙僅正確接收到第1個和第3個報文段，則主機(jī)乙發(fā)送給主機(jī)甲的確認(rèn)序號是多少？ P121

題意為第二個傳失敗了，只傳成功第一個，要求出第一個的確認(rèn)序列號：

第三段的序號為900，所以第二段的原始序號為900-400=500；

（第一段的原始序列號為500-300=200；

第一段的確認(rèn)序列號為200+300=500，兩者相等）

答：主機(jī)乙發(fā)送給主機(jī)甲的確認(rèn)序號是500。

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16. 主機(jī)甲與主機(jī)乙之間已建立一個TCP連接，雙方持續(xù)有數(shù)據(jù)傳輸，且數(shù)據(jù)無差錯與丟失。若甲收到1個來自乙的TCP報文段，該段的序號為1913、確認(rèn)序號為2046、有效載荷為100字節(jié)，則甲立即發(fā)送給乙的TCP報文段的序號和確認(rèn)序號分別是多少？?P121

2046，2013

解析：甲發(fā)送給乙的TCP報文段序號即為乙發(fā)送給甲的確認(rèn)序號2046；甲發(fā)送給乙的確認(rèn)序號即為乙發(fā)送給甲的序號1913+有效載荷的數(shù)據(jù)100。

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17. 主機(jī)甲與主機(jī)乙之間已建立一個TCP連接，甲始終以MSS=1 KB大小的報文段發(fā)送數(shù)據(jù)，并一直有數(shù)據(jù)發(fā)送；乙每收到一個報文段都會發(fā)出一個接收窗口為10KB的確認(rèn)段。若甲在t時刻發(fā)生超時時擁塞窗口為 8KB，則從t時刻起，不在發(fā)生超時的情況下，經(jīng)過10個RTT后，甲的發(fā)送窗口是多少？ P125

10KB

解析：在t時刻發(fā)生超時，說明網(wǎng)絡(luò)擁塞很嚴(yán)重，發(fā)送方需要調(diào)整來減少向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)的速率和數(shù)量，需要從慢啟動階段開始。調(diào)整后的閾值Threshold=CongWin/2=8KB/2=4KB；擁塞窗口CongWin=1；發(fā)送窗口的增加分為兩種情況CongWin<Threshold時和CongWin>Threshold時；發(fā)送窗口=閾值，在此之前是乘性增加，之后是線性增加；當(dāng)發(fā)送窗口=接收窗口時，之后按接收窗口大小發(fā)送，而接收窗口始終為10KB。

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18. 主機(jī)甲與主機(jī)乙之間已建立一個TCP連接，TCP最大段長度為1000字節(jié)。若主機(jī)甲的當(dāng)前擁塞窗口為4000字節(jié)，此時主機(jī)甲向主機(jī)乙連續(xù)發(fā)送兩個最大段后，成功收到主機(jī)乙發(fā)送的對第一個段的確認(rèn)，確認(rèn)段中通告的接收窗口大小為2000字節(jié)，則隨后主機(jī)甲還可以繼續(xù)向主機(jī)乙發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)是多少？?P125

1000字節(jié)

解析：連續(xù)發(fā)送兩個1000字節(jié)，僅成功收到對第一個段的確認(rèn)-接收窗口大小為2000字節(jié)，其中一個段還未確認(rèn)，這個段需要占用1000字節(jié)的接收窗口，2000字節(jié)的接收窗口還有1000字節(jié)，所以甲還可以向乙發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)是1000字節(jié)。