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计算机网络习题

2023-05-16

计算机网络作业题

第一章

第一题

如图所示网络。A在t=0时刻开始向C发送一个2Mbits的文件；B在t=0.1+e秒（e为无限趋近于0的小正实数）向D发送一个1Mbits的文件。忽略传播延迟和结点处理延迟。
这里写图片描述
请回答下列问题：

  1. 如果图中网络采用存储-转发方式的报文交换，则A将2Mbits的文件交付给C需要多长时间？B将1Mbits的文件交付给D需要多长时间？
  2. 如果图中网络采用存储-转发方式的分组交换，分组长度为等长的1kbits，且忽略分组头开销以及报文的拆装开销，则A将2Mbits的文件交付给C需要大约多长时间？B将1Mbits的文件交付给D需要大约多长时间？
  3. 报文交换与分组交换相比，哪种交换方式更公平？（即传输数据量小用时少，传输数据量大用时长）
    答
  4. 由于A先发报文所以，A的报文在路由器的队列中排在B的报文前面，所以A交付2Mbits报文需要时间为：2/10+2/20+2/10=0.5s=500ms；（3分）
    B将1Mbits的文件交付给D需要时间为：1/10+2/20(排队时间)+1/20+1/10=0.35s=350ms。（3分）
  5. 从t=0时刻到t=0.1s，A发送了1000个分组，用时：1000×1000/10000000=0.1s，
    从t=0.1s时刻起与B共享连接路由器的链路，平均各共享到带宽10Mbps，A大约再用时：1/10+2×1000/10000000=0.1002s交付剩余的1000个分组，故A向C交付2Mbits文件大约需要(0.1+0.1002)s≈0.2s；（3分）
    B向D交付1Mbits文件需要时间大约为：1/10+2×1000/10000000=0.1002s≈0.1s。（3分）
  6. 分组交换比报文交换更公平。（2分）

第二题

考虑两台主机A和主机B由一条带宽为R bps、长度为M米的链路互连，信号传播速率为V m/s。假设主机A从t=0时刻开始向主机B发送分组，分组长度为L比特。试求：

  1. 传播延迟（时延）dp；
  2. 传输延迟dt；
  3. 若忽略结点处理延迟和排队延迟，则端到端延迟de是多少？
  4. 若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特在哪里？
  5. 若V=250000km/s，L=512比特，R=100 Mbps，则使带宽时延积刚好为一个分组长度（即512比特）的链路长度M是多少？
    (注：1k=103,1M=106)
    答
  6. 传播延迟（时延）dp=M/V；（2分）
  7. 传输延迟dt=L/R；（2分）
  8. 端到端延迟de= L/R+M/V；（2分）
  9. 若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特所在位置是：距离主机A的Vdt米的链路上；（2分）
  10. 带宽时延积=Rdp=RM/V=512，因此， M=512V/R=512×250000000/100000000 =1280米。（2分）

第三题

假设主机A向主机B以存储-转发的分组交换方式发送一个大文件。主机A到达主机B的路径上有3段链路，其速率分别是R1=500kbps，R2=2Mbps，R3=1Mbps。试求：

  1. 假设网络没有其他流量，则传送该文件的吞吐量是多少？
  2. 假设文件大小为4MB，则传输该文件到主机B大约需要多少时间？
    (注：1k=103,1M=106)
    答
  3. 传送该文件的吞吐量：TH=500kbps；（3分）
  4. 传送该文件到主机B大约需要时间：T=4×8×106/(500×103)=64s。（3分）

第二章

第一题

假设你在浏览某网页时点击了一个超链接，URL为“https://www.kicker.com.cn/index.html ”，且该URL对应的IP地址在你的计算机上没有缓存；文件index.html引用了8个小图像。域名解析过程中，无等待的一次DNS解析请求与响应时间记为RTTd，HTTP请求传输Web对象过程的一次往返时间记为RTTh。请回答下列问题：
1）你的浏览器解析到URL对应的IP地址的最短时间是多少？最长时间是多少？
2）若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容（包括引用的图像，下同）需要多长时间（不包括域名解析时间，下同）？
3) 若浏览器配置5个并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？
4) 若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于非流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？基于流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要多长时间？
答
1）浏览器解析到URL对应的IP地址的最短时间是：RTTd；（2分）最长时间是：5RTTd。（2分）
2）若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容需要的时间：18RTTh。（2分）
3) 若浏览器配置5个并行TCP连接，则基于HTTP1.0获取URL链接Web页完整内容需要的时间：6RTTh。（2分）
4) 若浏览器没有配置并行TCP连接，则基于非流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要的时间：10RTTh；（2分）基于流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要的时间：3RTTh。（2分）

第二题

考虑向N个对等方（用户）分发F=15Gb的一个文件。该服务器具有us=30Mbps的上传速率，每个对等方的下载速率di=2Mbps，上传速率为u。请分别针对客户-服务器分发模式和P2P分发模式两种情况，对于N=10、100和1000以及u=500kbps、1Mbps和2Mbps的每种组合，绘制最小分发时间图表。
（注：k=103、M=106、G=10^9）
答
第二章第二题答案

第三章

第一题

假设主机A向主机B发送5个连续的报文段，主机B对每个报文段进行确认，其中第二个报文段丢失，其余报文段以及重传的第二个报文段均被主机B正确接收，主机A正确接收所有ACK报文段；报文段从1开始依次连续编号（即1、2、3……），主机A的超时时间足够长。请回答下列问题：
1).如果分别采用GBN、SR和TCP协议，则对应这三个协议，主机A分别总共发了多少个报文段？主机B分别总共发送了多少个ACK？它们的序号是什么？(针对3个协议分别给出解答）
2).如果对上述三个协议，超时时间比5RTT长得多，那么哪个协议将在最短的时间间隔内成功交付5个报文段？
答
（1）当采用GBN协议时，由GBN协议可得：
主机A共发送了9个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2,3,4,5共9个；
主机B共发送8个ACK，首先发送ACK1,2丢失，因此对于3,4,5都发送ACK1共4个ACK1，后对于重传的2,3,4,5，则发送ACK2，ACK3，ACK4，ACK5，一共8个ACK。
当采用SR协议时，由SR协议可得：
主机A共发送了6个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2共6个报文段；
主机B共发送5个ACK，首先发送ACK1，ACK3，ACK4，ACK5，对于重发的报文段2，则发送ACK2共5个ACK。
当采用TCP协议时，由TCP协议可得：
主机A共发送了6个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2共6个报文段；
主机B共发送5个ACK，首先发送4个ACK2，重传后发送一个ACK6一共5个ACK。
（2）采用TCP协议可在最短的时间间隔内成功交付5个报文段，因为TCP有快速重传机制，即在未超时情况下就开始重传丢失的2号报文段。

第二题

假设A、B两个端系统通过唯一的一条8Mbps链路连接（M=10^6），该链路的双向传播时延是150ms；A通过一个TCP连接向B发送一个大文件，B的接收缓存足够大，每个TCP段最大段长度（MSS）为1500字节，TCP采用Reno版本，且总是处于拥塞避免阶段（即忽略慢启动）。请回答下列问题：
1).该TCP连接能够获得的最大窗口尺寸（以TCP段数计）是多少？
2).该TCP连接的平均窗口尺寸（以TCP段数计）和平均吞吐量（以bps计）是多少？
3).该TCP连接的拥塞窗口从发生丢包到恢复到最大窗口尺寸要经历多长时间？
答
（1）当发送速率最大只能等于链路带宽时才能不发生丢包，因此由公式可得：
W * MSS / RTT = 8Mbps
W = 8 * 10^6 * 150 * 10^(-3) / (1500 * 8) = 100
因此TCP连接能够获得的最大窗口尺寸是100
（2）由公式可得：
平均窗口尺寸为：We = 0.75 * W，即：
We = 0.75 * 100 = 75，
平均吞吐率为：
We * MSS / RTT = 75 * (1500 * 8) / 150 * 10^(-3) = 6 * 10^6bps = 6Mbps
（3）因恢复过程中每个RTT窗口尺寸增加1个MSS，因此总共需要时间为：
T = 100 / 2 * RTT = 50 * 150 * 10^(-3) = 7.5s

第四章

第一题

某网络拓扑如图所示，其中路由器内网接口、DHCP服务器、WWW服务器与主机1均采用静态IP地址配置，相关地址信息见图中标注；主机2～主机N通过DHCP服务器动态获取IP地址等配置信息。
第四题描述
请回答下列问题。
（1）DHCP服务器可为主机2～主机N动态分配IP地址的最大范围是什么？主机2使用DHCP协议获取IP地址的过程中，发送的封装DHCP Discover报文的IP分组的源IP地址和目的IP地址分别是什么？
（2）主机2在通过DHCP服务器获取IP地址的同时还可以获取哪些IP地址配置所必须的信息？
（3）若主机1的子网掩码和默认网关分别配置为255.255.255.0和111.123.15.2，则该主机是否能访问WWW服务器？是否能访问Internet？请说明理由。
答
(1)DHCP服务器可为主机2~主机N动态分配IP地址的最大范围是：111.123.15.5～111.123.15.254；（2分）主机2发送的封装DHCP Discover报文的IP分组的源IP地址和目的IP地址分别是0.0.0.0和255.255.255.255。（2分）
(2)主机2在通过DHCP服务器获取IP地址的同时还可以获取:子网掩码（255.255.255.0）、默认网关（111.123.15.1）和域名服务器IP地址。（3分）
(3)主机1能访问WWW服务器，但不能访问Internet。（2分）由于主机1的子网掩码配置正确而默认网关IP地址被错误地配置为111.123.15.2（正确IP地址是111.123.15.1），所以主机1可以访问在同一个子网内的WWW服务器，但当主机1访问Internet时，主机1发出的IP分组会被路由到错误的默认网关（111.123.15.2），从而无法到达目的主机。（1分）

第五章

第一题

如图所示网络拓扑，所有路由器均采用距离向量路由算法计算到达两个子网的路由（注：到达子网的路由度量采用跳步数）。
在这里插入图片描述
假设路由表结构如下表所示。
目的网络 接口
请回答下列问题：
（1）若所有路由器均已收敛，请给出R1的路由表，要求包括到达图中所有子网的路由，且路由表中的路由项尽可能少。
（2）在所有路由器均已收敛的状态下，R3突然检测到子网192.168.1.128/26不可到达，若接下来R2和R3同时向R1交换距离向量，则R1更新后的路由表是什么？更新后的R1距离向量是什么？
答
（1）R1的路由表：
目的网络 接口
192.168.1.0/24 S1（2分）
192.168.1.192/26 E0（2分）
192.168.2.0/23 S0（2分）
（2）R1更新后的路由表：
目的网络 接口
192.168.1.0/25 S1（2分）
192.168.1.128/26 S0（2分）
192.168.1.192/26 E0（2分）
192.168.2.0/23 S0（2分）
R1的距离向量：
192.168.1.0/25 2（2分）
192.168.1.128/26 3（2分）
192.168.1.192/26 1（2分）
192.168.2.0/23 2（2分）

第六章

第一题

假设CRC编码的生成比特模式G=10011。请回答下列问题：
（1）如果数据D=1010101010，则CRC编码后<D,R>=？
（2）如果数据D=1010100000，则CRC编码后<D,R>=？
（3）如果接收端收到码字01011010101001，则该码字在传输过程中是否发生差错？
（4）如果接收端收到码字10010101010000, 则该码字在传输过程中是否发生差错？
答
（1）利用G=10011去除1010101010 0000，(1分)得R=0100，(1分)所以，CRC编码后<D,R>=10101010100100。(1分)
（2）利用G=10011去除1010100000 0000，(1分)得R=1001，(1分)所以，CRC编码后<D,R>=10101000001001。(1分)
（3）利用G=10011去除01011010101001，(1分)得余式=0110，不为0000，(1分)因此该码字在传输过程中发生差错。 (1分)
（4）利用G=10011去除10010101010000,(1分) 得余式=0000，(1分)因此该码字在传输过程中未发生差错。 (1分)

第二题

假设在采用广播链路的10Mbps以太网中，回答下列问题：
（1）某结点连续第5次冲突后，按二进制指数退避算法，选择K=4的概率是多少？相应地延迟多久再次重新尝试发送帧？
（2）如果连续第12次冲突，该结点最多延迟多久再次重新尝试发送帧？
答
（1）连续第5次冲突后，结点网卡从{0, 1, 2,…, 31}中选择K，（1分）因此，选择到K=4的概率为1/32，（1分）相应地延迟时间为4512/(1010^6)=0.2048ms=204.8μs。（1分）
（2）当连续12次冲突后，网卡将从{0, 1, 2,…,1022，1023}中选择K，（1分）因此最多延迟时间是选择到K=1023，（1分）相应地延迟时间为1023512/(1010^6)=52.3776ms。（1分）

第三题

某局域网采用CSMA/CD协议实现介质访问控制，数据传输速率为10 Mbps，主机甲和主机乙之间的距离为2km，信号传播速度是200000km/s。请回答下列问题：
（1）若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据时刻起，到两台主机均检测到冲突时刻止，最短需经过多长时间？最长需经过多长时间？（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其他主机不发送数据）
（2）若网络不存在任何冲突与差错，主机甲总是以标准的最长以太网数据帧向主机乙发送数据，主机乙每成功收到一个数据帧后立即向主机甲发送一个64字节的确认帧，主机甲收到确认帧后方可发送下一个数据帧。此时主机甲的有效数据（上层协议数据）传输速率是多少？（不考虑以太网帧的前导码）
答
（1）主机甲和主机乙之间单向传播延迟时间= 2km/(200000km/s)=10μs；（1分）
两台主机均检测到冲突时，最短所需时间和最长所需时间对应下面两种极端情况：
①主机甲和主机乙同时各发送一个数据帧，（1分）信号在信道中发生冲突后，冲突信号继续向两个方向传播。因此，双方均检测到冲突需要1个单向传播延迟，即10μs。
因此，甲乙两台主机均检测到冲突时，最短需经过10μs。（1分）
②主机甲（或主机乙）先发送一个数据帧，当该数据帧即将到达主机乙（或主机甲）时，主机乙（或主机甲）也开始发送一个数据帧。（1分）这时，主机乙（或主机甲）将立即检测到冲突；而主机甲（或主机乙）要检测到冲突，冲突信号还需要从主机乙（或主机甲）传播到主机甲（或主机乙），（1分）因此，主机甲（或主机乙）检测到冲突需要2个单向传播延迟，即20μs。
因此，甲乙两台主机均检测到冲突时，最长需经过20μs。 （1分）
（2）以太网最大帧长为1518B；（1分）发送1518B的数据帧所用时间(传输延迟) = 1518×8 bits/10 Mbps=1214.4μs；（1分）
发送64B的确认帧所用时间(传输延迟) = 64×8bits/10Mbps=51.2μs；（1分）
主机甲从发送数据帧开始到收完确认帧为止的时间记为T总，则
T总=1214.4+51.2+2×10=1285.6 μs；（1分）
在1285.6μs内发送的有效数据长度=1518B-18B=1500B=12000bits；（1分）
因此，主机甲的有效数据传输速率=12000bits/1285.6μs ≈ 9.33Mbps。（1分）

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