计网往年题解答

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发布日期:   2024-12-16

很好，刚想起来后天早八寄网期末考

以下题目都在 TJU-CourseSharing/2440130_计算机网络 at main · superpung/TJU-CourseSharing · GitHub

学期中有把计网书过了一遍（水过地皮湿（希望吧…

说着不想复习不想复习，半夜00:16从床上坐起来突然就想复习了，复习到4点把重点全过了一遍 （p人是这样的）

感谢期中看过的地皮和这学期的网络协议选修（orz

请先往后翻看2022年的题目，因为题目比较详细，所以先写的那份

希望对之后复习这部分的学弟学妹们有些帮助，有问题随时提出 飞快地改！

2019 级考试内容：

选择题（每题 2 分）：

  1. 数据包交换
  2. 网络延迟
  3. P2P 架构
  4. 链路层可靠数据传输
  5. HTTP
  6. 可靠传输
  7. TCP
  8. 路由协议
  9. CSMA/CA
  10. ARP

CSMA/CD 原理、二进制指数退避算法（5 分）

  1. 适配器从网络层一条获得数据报，准备链路层帧，并将其放入帧适配器缓存中。
  2. 如果适配器侦听到信道空闲(即无信号能量从信道进入适配器)，它开始传输帧。

​ 在另一方面，如果适配器侦听到信道正在忙，它将等待，直到侦听到没有信号能量时才开 始传输帧。

  1. 在传输过程中，适配器监视来自其他使用该广播信道的适配器的信号能量的存在。

  2. 如果适配器传输整个帧而未检测到来自其他适配器的信号能量，该适配器就完成 了该帧。

    在另一方面，如果适配器在传输时检测到来自其他适配器的信号能量，它中止传输(即它停止了传输帧)。

  1. 中止传输后，适配器等待一个随机时间量，然后返回步骤2。

选择随机时间量机制叫二进制指数后退，即在经历n次碰撞后，从0…<2^n-1中选择一个数

令d_{prop}为信号能量在任意两个适配器之间传播所需的最大时间，令d_{trans}为传输一个最大长度的以太网帧的时间，我们有CSMA/CD的效率公式如下
$$
\frac 1 {1 + 5d_{prop}/d_{trans}}
$$

TCP 报文段 ACK 序列号（4 分）

?这是在问啥？

放个TCP连接建立

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Internet 访问外网 Web 协议顺序及功能（15 分）

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网络拓扑 Dijkstra 算法填表（12 分）

后面有

HTTP 持续/非持续（10 分）

发起一个TCP连接时，创建一个套接字，发送请求报文，获取响应报文，关闭TCP，检索响应报文中的HTML文件，发送有10个图片的引用，于是对每个图片重复发起TCP连接的过程，这是一个非持续连接。

这里我们可以了解到RTT，为往返时间，包括分组传播时延、分组在中间路由器和交换机上的排队时延和分组处理时延。

如果使用非持续连接，每次请求一个文件至少有两个RTT，对服务器带来眼中的负担。

持续连接

如果打开网页后保持一个TCP连接，可以在一个浏览过程中减少近一倍RTT的时间。

子网划分（12 分）

非常好的题，拿来！
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TCP Reno 拥塞控制的图象（10 分）

好学，自己学。（下面有）

交换机自学习即插即用与 ARP 即插即用的工作方式和异同（12 分）

一、交换机自学习即插即用的工作方式

自学习是交换机实现即插即用的重要特性，它依赖于MAC 地址表，实现局域网（LAN）内的数据转发。

  1. 基本工作过程
    • 初始状态：交换机的 MAC 地址表为空。
    • 接收帧：当交换机收到一个数据帧时，会读取帧的 源 MAC 地址 和入接口。
    • 学习：交换机会将源 MAC 地址和对应的入接口记录到 MAC 地址表中。
    • 转发帧
      • 如果目标 MAC 地址已在表中，交换机将数据帧转发到对应的接口。
      • 如果目标 MAC 地址不在表中，交换机会将数据帧泛洪（Flooding）到所有接口（除接收数据的接口）。
    • 动态更新：MAC 地址表是动态的，老化时间过后，未更新的条目会被删除。

总结：交换机通过自学习不断更新 MAC 地址表，从而实现数据的高效转发。

二、ARP 即插即用的工作方式

ARP（Address Resolution Protocol） 是 IP 网络中用于解析 IP 地址到 MAC 地址的协议，帮助设备即插即用地进行通信。

  1. 基本工作过程
    • ARP 请求
      • 当主机 A 需要发送数据到某个 IP 地址（例如主机 B）时，A 先检查自己的 ARP 缓存表。
      • 如果找不到对应的 MAC 地址，A 会发送一个广播的 ARP 请求帧，询问 “谁是 IP 地址 X.X.X.X，请告诉我你的 MAC 地址”。
    • ARP 回复
      • 目标主机（如主机 B）接收到 ARP 请求后，会回复一个单播的 ARP 响应，告知 A 自己的 MAC 地址。
    • 缓存学习
      • 主机 A 收到 ARP 响应后，将 IP 地址与 MAC 地址的对应关系记录到 ARP 缓存表 中。
    • 动态更新
      • ARP 缓存表具有老化机制，如果一段时间未使用，条目会被删除。

总结：ARP 协议通过地址解析，实现 IP 地址到 MAC 地址的映射，进而支持网络设备即插即用地通信。

三、交换机自学习与 ARP 即插即用的异同

比较项交换机自学习ARP 即插即用
目的维护 MAC 地址表，实现帧的高效转发解析 IP 地址到 MAC 地址，实现网络通信
工作层次数据链路层（第二层）网络层（第三层）
触发方式数据帧到达交换机主机需要解析未知的 IP 地址
学习内容MAC 地址与交换机端口的对应关系IP 地址与 MAC 地址的对应关系
通信方式使用交换机的端口学习，进行帧的泛洪发送 ARP 广播请求，接收单播响应
表结构MAC 地址表ARP 缓存表
动态更新机制自动学习，老化未使用的条目自动学习，老化未使用的条目

四、总结

  1. 相同点：
    • 都具有即插即用的特性，自动学习网络地址映射关系。
    • 都具有老化机制，动态删除长时间未使用的条目。
    • 都是网络设备实现高效通信的重要机制。
  2. 不同点：
    • 交换机自学习工作在数据链路层（L2），维护的是MAC 地址表。
    • ARP 即插即用工作在网络层（L3），维护的是IP 地址与 MAC 地址的映射关系。

交换机自学习主要用于数据帧转发，而 ARP 协议用于 IP 数据包的地址解析，两者结合可以实现数据链路层和网络层的无缝通信。

2021级

https://github.com/superpung/TJU-CourseSharing/blob/main/2440130_%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/%E8%AF%95%E9%A2%98/21_%E8%AE%A1%E7%BD%91.pdf

选择

关于网络应用(network application)和应用层协议(network application-layer protocol)，下列说法正确的是()

A.应用层协议的性能对网络应用的性能没有影响,
B.应用层协议负责数据传输。
C.网络应用就是应用层协议，二者没有区别。
D.应用层协议的设计包括用户界面的设计。

关于网络延迟，下列说法正确的是()
A.排队延迟(queueing delay)和网络中业务量的变化无关
B.传输延迟(transmission delay)和两个节点的物理距离有关。距离越大，传输延迟越大。
C.传播延迟(propagation delay)和链路的带宽有关。带宽越大，传播延迟越小。
D.节点处理延迟(nodal processing delay) 通常很短，可以忽略不计。

CD反了

关于数据包交换(packet switching)，下列说法正确的是()
A.传输过程中没有丢包和乱序,
B.发送数据前要建立连接。
C.中间节点不需要要存储-转发(store-forward)数据包
D.每个数据包独立寻路。

节点A和B间有条微波无线链路相连。A和B相距100Km，带宽为30 Kbps，数据包长度为1000 bits。需要在A和B间实现可靠数据传输，下列说法正确的是(
A. 使用停-等(stop-and-wait)可靠传输协议就能获得很高的链路利用率,
B.不需要采用任何可靠传输协议就能实现可靠传输。
C.使用FEC(Forward Error Correction)不能改善这条链路的可靠数据传输性能
D.只有使用并行的(pipelined)可靠传输协议才能获得较高的链路利用率。

题目解析

要解答该问题，我们需要考虑链路的基本特性、数据传输协议的性能以及链路利用率的计算。

背景信息：

  1. 节点 A 和 B 之间的链路参数：

    • 距离：d=100 Km=
    • 带宽：B=30 Kbps=
    • 数据包长度：L=1000 bits=

  2. 传播时延（Propagation Delay）： 假设信号传播速率 v≈2×10^8 m/s（光速在空气中）。
    $$
    \text{传播时延} = \frac{\text{距离}}{\text{信号传播速率}} = \frac{100 \times 10^3}{2 \times 10^8} = 0.5 , \text{ms}
    $$

  3. 传输时延（Transmission Delay）： 传输时延是发送数据所需的时间，计算公式为：
    $$
    \text{传输时延} = \frac{\text{数据包长度}}{\text{链路带宽}} = \frac{1000 , \text{bits}}{30 \times 10^3 , \text{bits/s}} = 0.0333 , \text{s} = 33.3 , \text{ms}
    $$

A. 使用停-等（Stop-and-Wait）协议就能获得很高的链路利用率

*停-等协议的特点**：发送方发送一个数据包后，必须等待接收方确认（ACK）才能发送下一个数据包。

链路利用率的计算公式为：

链路利用率=传输时延传输时延+2×传播时延\text{链路利用率} = \frac{\text{传输时延}}{\text{传输时延} + 2 \times \text{传播时延}}

代入数值：

  • 传输时延：33.3 ms
  • 传播时延：0.5 ms

$$
\text{链路利用率} = \frac{33.3}{33.3 + 2 \times 0.5} = \frac{33.3}{34.3} \approx 97%
$$

分析：虽然停-等协议在短距离高带宽链路中利用率较低，但在此链路中，传输时延远大于传播时延，因此利用率较高。

选项 A 是正确的。

B. 不需要采用任何可靠传输协议就能实现可靠传输

  • 无线链路通常存在干扰、误码率高等问题，数据传输可能会出现丢包或错误。

  • 因此，为了实现可靠传输，必须采用某种可靠传输协议（如停-等协议、滑动窗口协议等）。

    选项 B 是错误的。

C. 使用 FEC（前向纠错）不能改善这条链路的可靠数据传输性能

FEC（Forward Error Correction）是一种在传输时加入冗余信息的技术，可以在接收方检测并纠正部分错误，减少重传需求。

在无线链路中，FEC 可以有效减少传输错误，从而提高可靠传输的性能。

选项 C 是错误的。

D. 只有使用并行的（Pipelined）可靠传输协议才能获得较高的链路利用率**

并行可靠传输协议（如滑动窗口协议）可以在等待 ACK 的同时继续发送多个数据包，从而提高链路利用率。

然而，在本链路中，由于停-等协议已经可以实现较高的利用率（97%），不一定需要并行协议才能达到高利用率。

选项 D 是错误的。

关于HTTP，下列说法正确的是()
A. HTTP 的数据包头部是以二进制形式存储的，很难读懂内容。
B.使用UDP协议。
C.HTTP 服务器采用无状态(stateless)管理方式，不保存客户端的任何状态信息。为了能记录用户状态，需要使用cookies。
D. HTTP的web proxy 总是能够降低响应时间，提升用户体验。

关于可靠数据传输，下列说法正确的是()
A. SR协议中，发送端窗口通常和接收端窗口大小相等，并且大于等于数据包最大序列号的一半.。

在 SR（Selective Repeat）协议 中，发送方和接收方窗口的大小是有限的，但通常满足以下条件：

窗口大小≤序列号空间大小2
$$
\text{窗口大小} \leq \frac{\text{序列号空间大小}}{2}
$$

  • 这里的序列号空间是数据包序列号的最大值加 1。
  • 这是为了避免序列号混淆，因为 SR 协议允许接收方接收和缓存不按顺序到达的数据包。

因此，发送窗口和接收窗口的大小不一定 相等，且必须小于数据包最大序列号的一半。

B.SR(Selective Repeat)和GBN都采用滑动窗口(sliding window)机制实现对发送端/接收端缓冲区的管理。

SR 和 GBN 协议 都属于滑动窗口协议。

  • GBN（Go-Back-N）
    • 发送方维护一个连续的滑动窗口。
    • 接收方只接收按顺序到达的数据包，丢弃失序的数据包。
  • SR（Selective Repeat）
    • 发送方和接收方都维护滑动窗口。
    • 接收方可以接受不按顺序到达的数据包，并缓存起来。

C.停-等(stop-and-wait)协议的链路利用率一定低于GBN(Go-Back-N)。

链路利用率计算公式：

$$
\text{利用率} = \frac{\text{传输时延}}{\text{传输时延} + 2 \times \text{传播时延}}
$$

D.在停-等协议中，数据包(data)丢失引发的超时重传会导致接收端收到重复的数据包,

下列哪些协议层是在操作系统的用户空间实现的?
A. 应用层
B.传输层
C.网络层
D. 物理层
E.数据链路层!

关于网络层,下列说法正确的是()
A.路由器(router)和交换机(switch)都是网络层的互联设备。
B.网络层的数据平面(data plane)负责转发(forwarding)，控制平面(control plane)负责路由(routing)。
C.IP协议维护转发表(forwarding table)。
D.不同物理介质(physica media)的网络如果要互联(internetworking),那么在网络层也可以使用不同的IP协议。

关于路由算法,下列说法正确的是()
A.路由算法负责为数据包从源节点到目的节点找到一条性能好的路径。因此必须知道全局的网络拓扑结构。
B.跳数(the number of hops)不能做为路由算法的性能评价参数。
C.路由算法的性能评价参数必须根据设计需求来确定。
D.路由算法的性能对网络性能影响不大!

关于TCP的流量控制(flow control)，下列说法正确的是()
A.不能减少丢包的发生,
B.和网络传输速率有关。
C.不能改变发送端的发送速率。
D.为了解决TCP两端发送速率和接收速率不匹配的问题

大题

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2022级

https://github.com/superpung/TJU-CourseSharing/blob/main/2440130_%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/%E8%AF%95%E9%A2%98/22_%E8%AE%A1%E7%BD%91.pdf

选择题

  1. 主机A和主机B之间建立了TCP连接，A向B发送了一个报文段，其中Seq=199，ack=200，数据部分有两个字节，则主机B对该报文的确认报文段中：

    A. Seq = 201, ack = 200 B. Seq = 201, ack = 201 C. Seq = 200, ack = 201 D. Seq = 202, ack = 201

Seq(序列号)——表示发送的报文段中数据部分的第一个字节再A的发送缓存区中的编号

Ack(确认号)——表示A期望收到的下一个报文段的数据部分的第一个字节在B的发送缓存区中的编号。

发送两个字节，B发送Seq = A之前的ack 200； B即接收到数据后B准备发送的下一个字节序列号，Ack = 199+2字节=201

  1. 下列关于TCP和UTP的说法，错误的是：

    A. TCP是面向连接的服务，在数据传输前要进行 三次握手

    B. UDP提供一种不可靠数据传送服务，是无连接的。

    C. UDP报文段中的确认号，用于接收方跟发送放确认报文接收

    D. TCP拥塞控制主要包括慢启动、拥塞避免、快速回复等技术

基础知识。

下列关于TCP和UDP的说法，错误的是：

A. TCP是面向连接的服务，在数据传输前要进行三次握手
这是正确的。TCP（传输控制协议）是面向连接的协议，在数据传输前，双方需要通过三次握手（3-way handshake）来建立连接。

B. UDP提供一种不可靠数据传送服务，是无连接的
这是正确的。UDP（用户数据报协议）是无连接的协议，不进行连接的建立，且不保证数据的可靠性。

C. UDP报文段中的确认号，用于接收方跟发送方确认报文接收
这是错误的。UDP不使用确认号。UDP是无连接的，不会像TCP那样进行数据的确认和重传，因此其报文段中没有确认号字段。确认号是TCP协议中的概念，用于接收方告诉发送方其已收到的数据的字节序列号。

D. TCP拥塞控制主要包括慢启动、拥塞避免、快速恢复等技术
这是正确的。TCP协议在数据传输过程中会进行拥塞控制，主要包括慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复等算法来控制网络的拥塞情况，避免网络的过载。

  1. 考虑通过固定的路由从源主机发送数据包到目标主机，下面那个延迟可能会发生变化

    A. 节点处理延迟 B.传输延迟 C.传播延迟 D.排队延迟

节点处理延迟 (Node Processing Delay)
节点处理延迟是指数据包在经过每个路由器或主机时的处理时间，包括检查数据包头部、转发数据包等。由于节点处理延迟依赖于设备的处理能力，一般情况下，如果路由器和主机配置固定，且处理能力不变，节点处理延迟是固定的。

传输延迟 (Transmission Delay)
传输延迟是指数据包在传输媒介上传输所需的时间。它由数据包的大小和链路的传输速率决定。由于题目假设是固定路由，因此链路的带宽和数据包的大小也都是固定的，因此传输延迟也是固定的。

传播延迟 (Propagation Delay)
传播延迟是指信号在传输介质中传播的时间，通常取决于信号传播的距离和介质的传播速度。如果路由是固定的，且链路的物理属性没有变化，那么传播延迟也是固定的。

排队延迟 (Queuing Delay)
排队延迟是指数据包在路由器或交换机队列中等待转发的时间。排队延迟受网络流量、路由器负载以及队列管理策略等因素的影响。由于网络负载和流量变化，数据包在排队等待时所经历的延迟可能会发生变化。因此，排队延迟是最可能变化的延迟。

  1. 给定子网200.168.240/24，则该子网能支持的同时上网的用户数量和子网掩码是多少？

    ​ B. 254; 255.255.255.0

24—>255.255.255.0； 子网内剩余8个位置，2^8-2（排除网络地址和广播地址）实际254个

  1. Persistent HTTP 与 Non-persistent HTTP区别在于

    A. Persistent HTTP 不需要建立传输层的TCP连接

    B. Persistent HTTP 在应用层与传输层之间采用Socket通信

    C. Persistent HTTP 可以通过一个TCP链接获取多个对象（Objects）

    D. Persistent HTTP 在两个RTT时间内只能传输一个对象（Object）

    Persistent HTTP 允许在一个连接中传输多个对象，而不是限制在两个往返时间（RTT）内只能传输一个对象。事实上，Persistent HTTP 旨在减少连接建立的延迟（包括RTT），通过复用连接来提高效率。

  2. 关于P2P和C/S 网络应用架构，下列说法正确的是

    A. P2P应用系统中的节点只能是客户端或者是服务器

    B. P2P应用架构需要在TCP/IP协议增加功能来进行支持

    C. 在P2P架构下，每个Peer既可以提供服务又可以请求服务

    D. P2P架构总比C/S架构性能优越

A. P2P应用系统中的节点只能是客户端或者是服务器
这个说法是错误的。在 P2P（Peer-to-Peer）架构中，节点既可以充当客户端，也可以充当服务器，或者两者兼具。P2P架构的核心特点是每个节点（Peer）都可以同时提供服务和请求服务。因此，并不限制节点只能是客户端或服务器。

B. P2P应用架构需要在TCP/IP协议增加功能来进行支持
这个说法也是错误的。P2P架构并不需要对TCP/IP协议做任何额外的修改或扩展。P2P应用可以在现有的TCP/IP协议栈之上实现，所有的通信都可以使用标准的TCP/IP协议进行，P2P的主要特点是节点之间的直接通信和资源共享。

C. 在P2P架构下，每个Peer既可以提供服务又可以请求服务
这是正确的。P2P架构的一个重要特点就是每个节点既可以作为服务提供者，又可以作为服务请求者。每个Peer（节点）既可以向其他节点提供资源或服务，又可以从其他节点请求服务或资源。因此，P2P架构的灵活性非常高。

D. P2P架构总比C/S架构性能优越
这个说法是错误的。P2P架构的性能不一定总是优于C/S（Client/Server）架构。C/S架构通常有明确的服务器角色，服务器负责处理大部分的请求和负载，适合高性能、高可靠性需求的应用。而P2P架构虽然可以通过分散的节点来分担负载，但在某些情况下（例如需要高效管理大量用户或资源时），P2P架构可能并不如C/S架构高效。因此，P2P架构的性能优劣取决于具体的应用场景。

  1. 下列关于CSMA/CA协议的说法错误的是

    （Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波监听多路访问/冲突避免协议）

    A. 在数据帧发送过程中能够检测到信道冲突（collision）

    在 CSMA/CA 协议中，冲突是在发送数据之前通过“避免”而不是“检测”来处理的。具体来说，CSMA/CA 主要采用冲突避免机制，而不是像 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测协议）那样在数据传输过程中检测冲突。在 CSMA/CA 中，节点通过监听信道并等待随机时间来避免冲突，而不是在数据帧发送过程中检测冲突。

    B. 在发送数据帧前先监听信道状态

    C. 检测到信道忙时，随即等待一段时间再继续监测信道

    D.使用Stop-and-Wait可靠传输来应对信道冲突产生的丢包

  2. 下列说法中错误的是：

    A. IP层可以频闭各个物理网络的差异

    IP层通过统一的协议（如IPv4或IPv6）为上层提供一致的通信接口，使得不同物理层之间的差异对应用层透明。

    B. IP层可以代替各个物理网络和数据链路层工作

    IP层并不能代替物理网络和数据链路层的工作。IP层位于 OSI 模型的第三层，而物理层和数据链路层分别位于第一层和第二层。IP层负责路由和转发数据包，而物理和数据链路层负责在物理介质上传输数据帧，进行错误检测和流量控制等。

    C. IP层可以隐藏各个物理为网络的实现细节

    D. IP层可以提供转发和路由的功能

简答题

以下图网络拓扑为例，主机A向主机B发送数据。从网络层和链路层来简要描述数据发送的过程，并且说明在此过程中数据包头部的源和目的的MAC地址（12分）

image-20241217145309066

网络层：（IP地址）
  • 主机A（源IP：111.111.111.111）将数据发送到主机B(222.222.222.222)
  • 路由器是IP数据包转发的关键设备，通过IP地址来决定数据包转发路径
链路层（MAC地址）
  1. 主机A到路由器：
    • 主机A (MAC: 74-29-9C-E8-FF-55) 将数据发送到路由器的接口 (MAC: E6-E9-00-77-BB-4B)。
    • 数据帧头部的MAC地址：
      • 源MAC地址：74-29-9C-E8-FF-55
      • 目的MAC地址：E6-E9-00-77-BB-4B
  2. 路由器处理数据包：MAC会变IP不变
    • 路由器接收到数据帧后，解封装数据包，分析IP地址发现目标地址 (222.222.222.222) 在其下一跳网络。
    • 路由器将数据包重新封装成新的数据帧，准备发送给下一跳的主机B或其局域网中的设备。
    • 路由器接口 (MAC: E6-E9-00-77-BB-4B) 通过链路将数据发送给主机B所在网络的设备。
  3. 路由器到主机B：
    • 路由器 (MAC: 1A-23-F9-CD-06-9B) 将数据发送到主机B (MAC: 49-BD-D2-C7-56-2A)。
    • 数据帧头部的MAC地址：
      • 源MAC地址：1A-23-F9-CD-06-9B
      • 目的MAC地址：49-BD-D2-C7-56-2A
总结

数据发送过程中，源和目的MAC地址在不同链路上传输时会发生变化，但IP地址始终保持不变：

阶段源MAC地址目的MAC地址源IP地址目的IP地址
主机A -> 路由器74-29-9C-E8-FF-55E6-E9-00-77-BB-4B111.111.111.111222.222.222.222
路由器 -> 主机B1A-23-F9-CD-06-9B49-BD-D2-C7-56-2A111.111.111.111222.222.222.222

以上即为数据从主机A到主机B的简要描述，包括网络层和链路层的工作以及MAC地址变化的过程。

某校园网有两个局域网通过路由器R1，R2和R3互联后接入Internet,S1和S2为以太网交换机。局域网采用静态IP地址配置，路由器部分接口一节个主机的IP地址如下图所示：

img

img

为使H2和H3能够访问Web服务器（使用默认端口号），需要进行什么配置？

H2、H3和Web服务器处于不同的局域网，路由器R2R3具有NAT功能。R2从WAN口收到来自H2H3的HTTP请求，根据NAT表发送给Web服务器的对应端口。为使外部主机能正常访问Web服务器，应在R2的NAT表中增加一项。外网的IP地址配置为路由器的外端IP地址，内网的IP地址配置为Web服务器的地址，HTTP服务器端的默认端口号的80

只需要在R2配置，因为我们只知道Web服务器端口号80，而客户端端口号随机分配，无法做静态配置，只能通过自动动态配置实现。

所以表：

外网内网
IP地址端口号IP地址端口号
203.10.2.2/3080192.168.1.280
若H2主动访问Web服务器，将HTTP请求报文封装到IP数据包P中发送，写出过程中的源IP和目标IP变化。三次改变

H2发送的P的源IP地址和目的IP地址分别是：192.168.1.2和203.10.2.2
R3转发后，P的源IP地址和目的IP地址分别是：203.10.2.6和203.10.2.2
R2转发后，P的源IP地址和目的IP地址分别是：203.10.2.6和192.168.1.2

网络拓扑如下图所示：

image-20241217163529475
（1）CV计算从节点X到其他个节点的最短路径，计算过程写入下表：

image-20241217171237885

（2）在下表填入算法收敛时节点X的路由表项：
DestinationNexthopCost
x00
yz8
zz3

假设用户共享一条100Mbps的链路，又设每个用户传输数据时需要1Mbps的宽带，并且每个用户仅有10%的时间用于传输数据，其他时间空闲。

（1）如果使用电路交换（sircuit switching）最多能支持多少个用户？

在电路交换中，每个用户需要独占 1Mbps 的带宽进行数据传输。

链路总带宽为 100Mbps，因此最多能支持的用户数为：

$$
\text{最大用户数} = \frac{\text{链路总带宽}}{\text{每用户带宽}} = \frac{100 , \text{Mbps}}{1 , \text{Mbps}} = 100 , \text{个用户}
$$

（2）如果使用分组交换（packet switching）假定有N个用户，给出在任意时刻又多余M个用户时的传输概率表达式

在分组交换中，假设：

  • NNN：总用户数。
  • 每个用户有 p=10%=0.1p = 10% = 0.1p=10%=0.1 的概率在任意时刻发送数据。
  • 任意时刻，多余 MMM 个用户同时发送数据的概率需要使用 二项分布。

概率表达式：
$$
P(X > M) = 1 - \sum_{k=0}^M \binom{N}{k} p^k (1-p)^{N-k}
$$
其中：

  • X 是同时发送数据的用户数（服从二项分布）。
  • \binom{N}{k} 是组合数，表示从 N 个用户中选择 k个用户同时发送数据的方式数。
  • p^k 是 k 个用户发送数据的概率。
  • (1-p)^{N-k} 是剩余 N−kN-kN−k 个用户不发送数据的概率。

（3）分析说明Internet采用分组交换的原因

电路交换的局限性

  1. 资源独占：在电路交换中，通信链路被独占，资源无法共享，导致利用率低。
  2. 浪费带宽：用户传输数据仅占用 10% 的时间，其余时间空闲，但链路资源依然被预留，造成浪费。
  3. 灵活性不足：电路交换需要为每个连接提前分配固定的带宽，无法动态适应网络流量变化。

分组交换的优势

  1. 高资源利用率：分组交换允许多用户共享链路，数据按需传输，不占用固定资源，极大提高了链路的利用率。
  2. 动态灵活：网络资源分配是按需进行的，能够适应用户传输数据的不确定性。
  3. 适应突发流量：分组交换能够处理网络流量的突发性，保证用户数据能够传输，即使偶尔发生拥塞也不会导致全局瘫痪。
  4. 支持多种服务：分组交换支持不同速率的数据流传输，适用于现代互联网需要传输多媒体数据（视频、语音、文本等）。

总结

Internet 采用分组交换，是因为它可以高效地共享网络资源，适应流量突发，降低资源浪费，满足现代互联网多用户和多业务传输的需求。

以下是图片中文字部分的转写内容：

六、实验在一条带宽宽裕的链路（图中 connection）上传输一个长度为 L 的数据分组。实验测得在时刻数据分组的第一个 bit 进入该链路，t 时刻数据分组的第一个 bit 离开该链路，t_2 时刻数据分组的最后一个 bit 离开该链路。各时刻示意如图所示，根据下述情况作答：（15 分）

image-20241217173223203

（1）使用上述实验中的变量符号表示该数据分组的传输延迟、传输延迟和吞吐率。（3 分）

传输延迟（Transmission Delay）：指数据分组进入链路所需的时间，即数据分组的长度除以带宽：
$$
\text{传输延迟} = \frac{L}{B}
$$

  • L：数据分组长度（bit）
  • B：链路带宽（bit/s）

传播延迟（Propagation Delay）：指信号在链路上传播的时间，与链路的长度 d 和信号传播速率 v 相关：
$$
\text{传播延迟} = \frac{d}{v}
$$

  • d：链路长度（米）
  • v：信号传播速率（米/秒）

吞吐率（Throughput）：指单位时间内成功传输的数据量，等于带宽 B：
$$
\text{吞吐率} = B
$$

（2）写出端到端传输延迟计算公式（式中包含分组长度 sL）。（3 分）

端到端的传输延迟包括传输延迟、传播延迟和排队/处理延迟。不考虑排队和处理延迟时，公式为：
$$
\text{端到端延迟} = \text{传输延迟} + \text{传播延迟}
$$
将各部分代入：
$$
\text{端到端延迟} = \frac{L}{B} + \frac{d}{v}
$$

  • L：数据分组长度（bit）
  • B：链路带宽（bit/s）
  • d：链路长度（米）
  • v：信号传播速率（米/秒）

（3）假设链路往返时延为 100 ms，带宽为 1MB/s，计算发送一封分组长为 4KB 的 email 文件传输出链路所需的端到端传输延迟。（6 分）

  • 分组长度

$$
L = 4 , \text{KB} = 4 \times 1024 \times 8 = 32768 , \text{bit}
$$

  • 链路带宽

$$
B = 1 , \text{MB/s} = 8 \times 10^6 , \text{bit/s}
$$

  • 往返时延 RTT=100 ms（单程时延为 RTT/2=50 ms）

步骤 1：计算传输延迟
$$
\text{传输延迟} = \frac{L}{B} = \frac{32768}{8 \times 10^6} = 0.0041 , \text{s} = 4.1 , \text{ms}
$$
步骤 2：传播延迟
单程传播延迟为50ms。

步骤 3：总延迟
$$
\text{端到端延迟} = \text{传输延迟} + \text{传播延迟}
$$

$$
\text{端到端延迟} = 4.1 , \text{ms} + 50 , \text{ms} = 54.1 , \text{ms}
$$

（4）按照和（3）同样的带宽和传播延迟假设，需要把 32GB 的数据从从天津交付给北京的朋友，时间紧急，时间和金钱，你会选择什么方式来完成？请说明原因。（3 分）

已知条件：

  • 数据大小 32GB=32×1024×1024×8=2.68×10^11bit
  • 链路带宽 B=1MB/s=8×10^6bit/s

计算传输时间：
$$
\text{传输时间} = \frac{L}{B} = \frac{2.68 \times 10^{11}}{8 \times 10^6} = 33500 , \text{s} \approx 9.3 , \text{小时}
$$

主机A通过TCP连接发送一个文件到主机B，TCP协议使用TCP Reno版本，下图画出了拥塞窗口岁时间变化的情况，其中发生的时间使用从1到6的序号进行标记，请回答：

image-20241217172644333

(1)

事件 1：窗口大小快速增长

  • 此时 TCP 正处于慢启动阶段（Slow Start）。
  • 在慢启动阶段，窗口大小（Window Size）按指数增长，即每收到一个 ACK，窗口大小翻倍。

事件 2：窗口大小达到最大限制（15000 字节）

  • TCP 进入拥塞避免阶段（Congestion Avoidance）。
  • 在拥塞避免阶段，窗口大小以线性增长的方式增加。

事件 3：窗口大小骤降

  • 此时发生了数据丢失，TCP 检测到拥塞。
  • TCP 进入拥塞控制阶段，通过快速重传或超时重传机制，窗口大小被重置。

(2) 7500Byte？

(3）慢开始和快恢复

事件 6：窗口大小重新开始增长

  • TCP 重新进入拥塞控制阶段，但此时是拥塞避免阶段。
  • 窗口大小呈线性增长，说明 TCP 逐渐恢复并试探网络的可用带宽。

简述CSMA/CD 中指数退避的基本思想并解释能够有效减少冲突的原因

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）是一种用于有线局域网（如以太网）的介质访问控制机制，它通过“载波监听”和“冲突检测”来协调多个节点共享同一通信信道。

当发生冲突时，指数退避（Exponential Backoff） 算法被用于减少进一步冲突的概率。

基本思想

  1. 冲突检测：

    • 当两个或多个节点同时发送数据，冲突会被检测到，发送数据的节点立即停止发送。
    • 节点等待一段时间后重新尝试发送数据。

  2. 退避时间计算：

    • 节点等待时间是随机选择的。

    • 退避时间

      按以下规则进行：
      $$
      \text{退避时间} = k \times \text{时间单位} , \text{(Slot Time)}
      $$
      其中：

      • kk：从区间[0, 2^n - 1] 中随机选择一个整数（n 是重传尝试次数，最多为 10 次）。
      • 时间单位为网络的最小传输时延（Slot Time）。

  3. 指数退避：

    • 每当发生一次冲突，等待的时间范围（区间）会

      指数增加

      ：

      • 第一次冲突：k∈[0,1]k \in [0, 1]
      • 第二次冲突：k∈[0,3]k \in [0, 3]
      • 第三次冲突：k∈[0,7]k \in [0, 7]
      • …
      • 第 nn 次冲突：k∈[0,2n−1]k \in [0, 2^n - 1]

    • 这样，随着冲突次数的增加，节点等待的时间间隔变得更长，减少了短时间内再次发生冲突的概率。

有效减少冲突的原因

  1. 随机退避机制：
    每个节点在重新发送前都会随机选择等待时间，这样可以避免两个节点在相同时间再次发送数据，从而减少连续冲突的概率。
  2. 退避时间指数增加：
    随着冲突次数的增加，退避时间范围会指数增长。这意味着当网络负载较高、冲突频繁时，节点会等待更长的时间再重试，给其他节点更多的机会发送数据，从而逐渐缓解网络拥塞。
  3. 动态调整机制：
    指数退避是自适应的，它根据冲突的严重程度动态调整退避时间。在轻载情况下，节点可以快速重传；在重载情况下，退避时间较长，冲突概率自然降低。

2023级

这里感谢我的舍友在考完后立马给我的一手资料（跪

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NAT转换表、交换机自学习、MAC IP地址变化

分组交换、电路交换 端到端延迟

网络拓扑Dijkstra 路由表

停等类和流水线类 更大链路利用率

DNS主要功能 基本工作原理 分布式设计原因

TCP Reno

CSMA/CD是那种网络采用的MAC协议、基本原理；多用户竞争情况下，能高效利用链路，分析其中所采取的机制或措施

文章作者: W3nL0u
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