第5章传输层(习题参考答案).pdf

第第5章 传输层 习题参考答案 章 传输层 习题参考答案 1 试说明传输层在协议栈中的地位和作用 传输层的通信和网络层的通信有什么重要区 别 为什么传输层是必不可少的 试说明传输层在协议栈中的地位和作用 传输层的通信和网络层的通信有什么重要区 别 为什么传输层是必不可少的 答 传输层在协议栈中的地位和作用 传输 层向它上面的应用层提供通信服务 它属于 面向通信部分的最高层 同时也是用户功能 中的最低层 答 传输层在协议栈中的地位和作用 传输 层向它上面的应用层提供通信服务 它属于 面向通信部分的最高层 同时也是用户功能 中的最低层 传输层的通信和网络层的通信的区别 网络层 是为主机之间提供逻辑通信 传输层是为应用 进程之间提供端到端的逻辑通信 传输层的通信和网络层的通信的区别 网络层 是为主机之间提供逻辑通信 传输层是为应用 进程之间提供端到端的逻辑通信 传输层是必不可少的 是因为 从传输层是必不可少的 是因为 从IP层来说 通信的两端是主机 但是 两个主机之间真正 进行通信的实体是主机中的应用进程 层来说 通信的两端是主机 但是 两个主机之间真正 进行通信的实体是主机中的应用进程 IP协议 虽然能够把分组传送到目的主机 但这个分组 还在目的主机的网络层 而没有交给应用进程 因而需要设置传输层来对 协议 虽然能够把分组传送到目的主机 但这个分组 还在目的主机的网络层 而没有交给应用进程 因而需要设置传输层来对IP分组进行复用和分 用 另一方面 低三层的通信没有提供可靠通 信 分组进行复用和分 用 另一方面 低三层的通信没有提供可靠通 信 2 网络层提供数据报或虚电路服务对上面的 运输层有何影响 网络层提供数据报或虚电路服务对上面的 运输层有何影响 答 网络层所提供的服务越多 传输层协议 就可以做得越简单 若网络层提供虚电路服 务 那就能保证报文无差错 不丢失 不重 复且按序地进行交互 因而传输协议就很简 单 答 网络层所提供的服务越多 传输层协议 就可以做得越简单 若网络层提供虚电路服 务 那就能保证报文无差错 不丢失 不重 复且按序地进行交互 因而传输协议就很简 单 但若网络层提供的是不可靠的数据报服务 则就要求主机上有一个复杂的传输协议 但若网络层提供的是不可靠的数据报服务 则就要求主机上有一个复杂的传输协议 3 当应用程序使用面向连接的 当应用程序使用面向连接的TCP和无连接 的 和无连接 的IP时 这种传输是面向连接的还是面向无 连接的 时 这种传输是面向连接的还是面向无 连接的 答 都是 这要在不同层次来看 在运输层 是面向连接的 在网络层则是无连接的 答 都是 这要在不同层次来看 在运输层 是面向连接的 在网络层则是无连接的 4 试用画图解释运输层的复用 画图说明 许多个运输用户复用到一条运输连接上 而这条运输连接有复用到 试用画图解释运输层的复用 画图说明 许多个运输用户复用到一条运输连接上 而这条运输连接有复用到IP数据报上 数据报上 5 试举例说明有些应用程序愿意采用不可 靠的 试举例说明有些应用程序愿意采用不可 靠的UDP 而不用采用可靠的 而不用采用可靠的TCP 答 例如答 例如DNS SNMP等都采用不可靠的等都采用不可靠的 UDP协议 而不愿意采用可靠的协议 而不愿意采用可靠的TCP 6 接收方收到有差错的 接收方收到有差错的UDP用户数据报时应 如何处理 用户数据报时应 如何处理 答 丢弃答 丢弃 7 如果应用程序愿意使用 如果应用程序愿意使用UDP来完成可靠的 传输 这可能吗 请说明理由 来完成可靠的 传输 这可能吗 请说明理由 答 不可能 因为答 不可能 因为UDP协议只在协议只在IP的服务之 上增加了很少一点的功能 就是端口的功能 和差错检测的功能 所以不可能使用 的服务之 上增加了很少一点的功能 就是端口的功能 和差错检测的功能 所以不可能使用UDP协 议实现可靠传输 协 议实现可靠传输 8 为什么说 为什么说UDP是面向报文的 而是面向报文的 而TCP是面 向字节流的 是面 向字节流的 答 发送方答 发送方UDP对应用程序交下来的报文 在添加首部后就向下交付 对应用程序交下来的报文 在添加首部后就向下交付IP层 层 UDP对应用 层交下来的报文 既不合并 也不拆分 而 是保留这些报文的边界 对应用 层交下来的报文 既不合并 也不拆分 而 是保留这些报文的边界 接收方接收方UDP对对IP层交上来的层交上来的UDP用户数据报 在去除首部后就原封不动地交付上层的应用 进程 一次交付一个完整的报文 用户数据报 在去除首部后就原封不动地交付上层的应用 进程 一次交付一个完整的报文 虽然应用程序和虽然应用程序和TCP协议的交互是一次一个 数据块 但 协议的交互是一次一个 数据块 但TCP协议把应用程序交下来的数 据看成仅仅是一连串的无结构的字节流 并 不知道字节流的含义 协议把应用程序交下来的数 据看成仅仅是一连串的无结构的字节流 并 不知道字节流的含义 TCP协议不保证接收方应用程序收到的数据块 和发送方应用程序所发出的数据块具有对应大 小的关系 协议不保证接收方应用程序收到的数据块 和发送方应用程序所发出的数据块具有对应大 小的关系 在报文流中 网络保持对报文边界的跟踪 而 在字节流中 网络不做这样的跟踪 例如 一 个进程向运输层写了 在报文流中 网络保持对报文边界的跟踪 而 在字节流中 网络不做这样的跟踪 例如 一 个进程向运输层写了512字节 稍后又写了另 外 字节 稍后又写了另 外512字节 那么接收方共读了字节 那么接收方共读了1024字节 对 于报文流 接收方将得到两个报文 每个报文 字节 对 于报文流 接收方将得到两个报文 每个报文 512字节 而对于字节流 报文边界不被识别 接收方把全部的 字节 而对于字节流 报文边界不被识别 接收方把全部的1024字节当作一个整体 在此 已经体现不出原先有两个不同的报文的事实 字节当作一个整体 在此 已经体现不出原先有两个不同的报文的事实 9 端口的作用是什么 为什么端口要划分为 三种 端口的作用是什么 为什么端口要划分为 三种 答 端口的作用是对答 端口的作用是对TCP IP体系的应用进程 进行统一的标志 使运行不同操作系统的计 算机的应用进程能够互相通信 体系的应用进程 进行统一的标志 使运行不同操作系统的计 算机的应用进程能够互相通信 把端口划分为把端口划分为3类是因为 避免端口号重复 无法区分应用进程 二是因特网上的计算机 通信都是采用 类是因为 避免端口号重复 无法区分应用进程 二是因特网上的计算机 通信都是采用C S方式 在客户发起通信请求 时 必须知道服务器的端口 对于一些主要 的应用程序 必须让所有用户知道 方式 在客户发起通信请求 时 必须知道服务器的端口 对于一些主要 的应用程序 必须让所有用户知道 10 试说明运输层中伪首部的作用 试说明运输层中伪首部的作用 答 用来计算校验和 可以检查答 用来计算校验和 可以检查IP分组的 源 分组的 源IP地址和目的地址和目的IP地址 地址 11 某个应用进程使用运输层的 某个应用进程使用运输层的UDP 然而 继续向下交给 然而 继续向下交给IP层后 又封装成层后 又封装成IP数据报 既然都是数据报 可否跳过 数据报 既然都是数据报 可否跳过UDP而直接交给而直接交给 IP层 哪些功能层 哪些功能UDP提供了但提供了但IP没提提供 没提提供 答 一般来说仅仅使用答 一般来说仅仅使用IP分组还不够 分组还不够 IP分 组包含 分 组包含IP地址 该地址指定一个目的主机 一旦这样的分组到达目的主机 网络控制程 序如何知道该把它交给哪个应用进程呢 地址 该地址指定一个目的主机 一旦这样的分组到达目的主机 网络控制程 序如何知道该把它交给哪个应用进程呢 UDP报文包含一个目的端口 有了它 分组 才能被投递给正确的应用进程 报文包含一个目的端口 有了它 分组 才能被投递给正确的应用进程 UDP提供的端口号和对数据的差错检验功能 是 提供的端口号和对数据的差错检验功能 是IP协议没有提供的 协议没有提供的 12 一个应用程序用 一个应用程序用UDP 到了 到了IP层把数据报 再划分为 层把数据报 再划分为4个数据报片发送出去 结果前两个 数据报片丢失 后两个到达目的站 过了一段 时间应用程序重传 个数据报片发送出去 结果前两个 数据报片丢失 后两个到达目的站 过了一段 时间应用程序重传UDP 而 而IP层仍然划分为层仍然划分为4 个数据报片来传送 结果这次前两个到达目的 站而后两个丢失 试问 在目的站能否将这两 次传输的 个数据报片来传送 结果这次前两个到达目的 站而后两个丢失 试问 在目的站能否将这两 次传输的4个数据报片组装成完整的数据报 假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然 保存在目的站的缓存中 个数据报片组装成完整的数据报 假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然 保存在目的站的缓存中 答 不行 重传时 答 不行 重传时 IP数据报的标识字段会有 另一个标识符 仅当标识符相同的 数据报的标识字段会有 另一个标识符 仅当标识符相同的IP数据报片 才能组装成一个 数据报片 才能组装成一个IP数据报 由于前两个数据报 由于前两个IP数据 报片的标识符与后两个 数据 报片的标识符与后两个IP数据报片的标识符不 同 因此不能组装成一个 数据报片的标识符不 同 因此不能组装成一个IP数据报 数据报 13 一个 一个UDP用户数据的数据字段为用户数据的数据字段为8192季 节 在数据链路层要使用以太网来传送 试 问应当划分为几个 季 节 在数据链路层要使用以太网来传送 试 问应当划分为几个IP数据报片 说明每一个数据报片 说明每一个 IP数据报字段长度和片偏移字段的值 数据报字段长度和片偏移字段的值 答 答 UDP报文的长度报文的长度 8192 8 8200字节 由 于以太网的 字节 由 于以太网的MTU 1500B 所以 所以IP分组的数据 部分长度为 分组的数据 部分长度为1500 20 1480B 因此需要划分为 因此需要划分为 6个个IP数据报片 数据报片 数据字段的长度 前数据字段的长度 前5个是个是1480字节 最后一 个是 字节 最后一 个是800字节 字节 片偏移字段的值分别是 片偏移字段的值分别是 0 185 370 555 740和和925 14 一 一UDP用户数据报的首部十六进制表示是 用户数据报的首部十六进制表示是 06 32 00 45 00 1C E2 17 试求源端口 目的 端口 用户数据报的总长度 数据部分长度 这个用户数据报是从客户发送给服务器发送给 客户 使用 试求源端口 目的 端口 用户数据报的总长度 数据部分长度 这个用户数据报是从客户发送给服务器发送给 客户 使用UDP的这个服务器程序是什么 的这个服务器程序是什么 解 源端口是解 源端口是0X0632 1586 目的端口是 目的端口是 0 X0045 69 UDP 用 户 数 据 报 总 长 度 是用 户 数 据 报 总 长 度 是 0X001C 28B 数据部分长度是 数据部分长度是28 8 20B 因为目的端口号因为目的端口号692n 就会有多于 就会有多于2n 1未 确认的报文段 就会有两个不同的未确认的报 文有相同的编号 所以 当收到一个确认时 就无法知道是对这两个报文中的哪一个的确认 未 确认的报文段 就会有两个不同的未确认的报 文有相同的编号 所以 当收到一个确认时 就无法知道是对这两个报文中的哪一个的确认 如果如果WT 2n时 如时 如n 3 WT 8 则编号范围 为 则编号范围 为0 7 T1时刻 时刻 A向向B发送报文发送报文0 7 T2时刻 时刻 B按顺序收到按顺序收到0 7 并且发送 并且发送ACK0 但是 但是ACK0丢失了 丢失了 T3时刻 时刻 A超时 重发超时 重发0 7 T4时刻 时刻 B按顺序收到按顺序收到0 7 接收到的序号和 期望收到的序号一致 所以 接收到的序号和 期望收到的序号一致 所以B认为是新的数据 而实际上是重复的报文 协议失败 认为是新的数据 而实际上是重复的报文 协议失败 所以所以WT 2n 1 WT WR 2n 1 1 2n t t1时 发送时 发送0 7 t t2时 收到时 收到0 7 ack0 t t3时 超时 重发 时 超时 重发0 7 t t4时 收到时 收到0 7 则认为是新的 实 际上是重复的 则认为是新的 实 际上是重复的 21 假定使用连续 假定使用连续ARQ协议中 发送窗口大 小为 协议中 发送窗口大 小为3 而序列范围 而序列范围 0 15 而传输媒体保证 在接收方能够按序收到分组 在某时刻 接 收方 下一个期望收到序号是 而传输媒体保证 在接收方能够按序收到分组 在某时刻 接 收方 下一个期望收到序号是5 试问 试问 1 在发送方的发送窗口中可能有出现的序 号组合有哪几种 在发送方的发送窗口中可能有出现的序 号组合有哪几种 2 接收方已经发送出去的 但在网络中 即还未到达发送方 的确认分组可能有哪 些 说明这些确认分组是用来确认哪些序号 的分组 接收方已经发送出去的 但在网络中 即还未到达发送方 的确认分组可能有哪 些 说明这些确认分组是用来确认哪些序号 的分组 解 下一个期望收到的序号为解 下一个期望收到的序号为5 说明 说明4及以 前的报文已经正确收到 及以 前的报文已经正确收到 1 因为到 因为到4为止的报文都已经收到 若这 些确认全部到达接收方 则 为止的报文都已经收到 若这 些确认全部到达接收方 则WT 5 7 若所有的确认都丢失 则若所有的确认都丢失 则WT 2 4 若若3号确认丢失 则号确认丢失 则WT 3 5 若若4号确认丢失 则号确认丢失 则WT 4 6 所以 所以 WT可能是可能是 2 4 3 5 4 6 5 7 中的任何一个 中的任何一个 2 因为 因为WT 3 ACK 5 所以 所以1号报文的 确认肯定已经到达发送方 否则不会发送 号报文的 确认肯定已经到达发送方 否则不会发送4 号报文 所以 可能滞留在网络中的确认是号报文 所以 可能滞留在网络中的确认是 3 4 5 是对 是对2 3 4号报文的确认 号报文的确认 补充 对于选择重传补充 对于选择重传ARQ协议 接收窗口显 然不能大于发送窗口 若用 协议 接收窗口显 然不能大于发送窗口 若用n比特进行编号 则 接收窗口的最大值受下式约束 比特进行编号 则 接收窗口的最大值受下式约束 WR 2n 2 当 当WR为最大值时 为最大值时 WT WR 2n 2 证明 如果报文的编号为证明 如果报文的编号为n比特 则比特 则 WT WR 2n 如果如果WT WR 则 则WT WR 2n 2 设设n 3 则 则WT WRX 57825 88bit 7228B 2 若接收端每收到一个很小的报文段后就 发回确认 因此发送方经过比 若接收端每收到一个很小的报文段后就 发回确认 因此发送方经过比256ms略多一 些的时间就可以发送下一个窗口的数据 可 以近似地认为经过 略多一 些的时间就可以发送下一个窗口的数据 可 以近似地认为经过256ms的时间就可以发送 下一个窗口的数据 所以有 的时间就可以发送 下一个窗口的数据 所以有 X 256ms 120kb s X 3840B 25 为什么在 为什么在TCP首部中要把首部中要把TCP端口号放入 最开始的 端口号放入 最开始的4个字节 个字节 答 在答 在ICMP的差错报文中要包含的差错报文中要包含IP首部后面 的 首部后面 的8个字节的内容 而这里面有个字节的内容 而这里面有TCP首部中的 源端口和目的端口 当 首部中的 源端口和目的端口 当TCP收到收到ICMP差错报 文时需要用这两个端口来确定是哪条连接出了 差错 差错报 文时需要用这两个端口来确定是哪条连接出了 差错 26 为什么在 为什么在TCP首部中有一个首部长度字段 而 首部中有一个首部长度字段 而UDP的首部中就没有这个这个字段 的首部中就没有这个这个字段 答 因为答 因为TCP首部中除了固定长度部分外 还 有选项 因此 首部中除了固定长度部分外 还 有选项 因此TCP首部长度是可变的 首部长度是可变的 UDP首 部长度是固定的 不需要首部长度字段 首 部长度是固定的 不需要首部长度字段 27 一个 一个TCP报文段的数据部分最多有多少 个字节 为什么 如果用户要传送的数据的 字节长度超过 报文段的数据部分最多有多少 个字节 为什么 如果用户要传送的数据的 字节长度超过TCP报文字段中的序号字段可 能编出的最大序号 问还能否用 报文字段中的序号字段可 能编出的最大序号 问还能否用TCP来传送 来传送 答 因为答 因为TCP报文段的数据部分加上报文段的数据部分加上TCP首 部的 首 部的20字节 再加上字节 再加上IP首部的首部的20字节 正好 是 字节 正好 是IP数据报的最大长度数据报的最大长度65535 所以 所以TCP报文 段的数据部分最多有 报文 段的数据部分最多有65535 40 65495个字节 个字节 可以使用可以使用TCP协议来传送 因为序号字段编 号到最大值 又重新开始从 协议来传送 因为序号字段编 号到最大值 又重新开始从0开始编号 开始编号 28 主机 主机A向主机向主机B发送发送TCP报文段 首部 中的源端口是 报文段 首部 中的源端口是m而目的端口是而目的端口是n 当 当B向向A 发送回信时 其发送回信时 其TCP报文段的首部中源端 口和目的端口分别是什么 报文段的首部中源端 口和目的端口分别是什么 答 分别是答 分别是n和和m 29 在使用 在使用TCP传送数据时 如果有一个确 认报文段丢失了 也不一定会引起与该确认 报文段对应的数据的重传 试说明理由 传送数据时 如果有一个确 认报文段丢失了 也不一定会引起与该确认 报文段对应的数据的重传 试说明理由 答 还未重传就收到了对更高序号的确认 答 还未重传就收到了对更高序号的确认 30 设 设TCP使用的最大窗口为使用的最大窗口为65535字节 而 传输信道不产生差错 带宽也不受限制 若 报文段的平均往返时延为 字节 而 传输信道不产生差错 带宽也不受限制 若 报文段的平均往返时延为20ms 问所能得到 的最大吞吐量是多少 问所能得到 的最大吞吐量是多少 答 在发送时延可忽略的情况下 最大数据 率 答 在发送时延可忽略的情况下 最大数据 率 65535 8 20 10 3 26 2Mb s 31 通信信道带宽为 通信信道带宽为1Gb s 端到端时延为 端到端时延为 10ms TCP的发送窗口为的发送窗口为65535字节 试问 可能达到的最大吞吐量是多少 字节 试问 可能达到的最大吞吐量是多少 信道的利用率 是多少 信道的利用率 是多少 答 报文的传输时延答 报文的传输时延 TS 65535 8 1 109b s 0 524ms 传输一个传输一个TCP报文段的时间为报文段的时间为 20ms 0 524ms 20 524ms 最大吞吐量最大吞吐量 65535 8 20 524ms 25 5Mb s 信道利用率 信道利用率 0 524 20 524 2 55 35 试计算一个包括 试计算一个包括5段链路的运输连接的单程端到 端时延 段链路的运输连接的单程端到 端时延 5段链路程中有段链路程中有2段是卫星链路 有段是卫星链路 有3段是广 域网链路 每条卫星链路又由上行链路和下行链路 两部分组成 可以取这两部分的传播时延之和为 段是广 域网链路 每条卫星链路又由上行链路和下行链路 两部分组成 可以取这两部分的传播时延之和为 250ms 每一个广域网的范围为 每一个广域网的范围为1500km 其传播时 延可按 其传播时 延可按150000km s来计算 各数据链路速率为来计算 各数据链路速率为48kb s 帧长为 帧长为960位 位 答 答 5段链路的传播时延段链路的传播时延 250 2 1500 150000 3 1000 530ms 5段链路的发送时延段链路的发送时延 960 48 1000 5 1000 100ms 所以所以5段链路单程端到端时延段链路单程端到端时延 530 100 630ms 38 设 设TCP的的ssthresh的初始值为的初始值为8 单位为 报文段 当拥塞窗口上升到 单位为 报文段 当拥塞窗口上升到12时网络发生 了超时 时网络发生 了超时 TCP使用慢开始和拥塞避免 试分 别求出第 使用慢开始和拥塞避免 试分 别求出第1次到第次到第15次传输的各拥塞窗口大小 你能说明拥塞控制窗口每一次变化的原因吗 次传输的各拥塞窗口大小 你能说明拥塞控制窗口每一次变化的原因吗 答 拥塞窗口大小分别为 答 拥塞窗口大小分别为 1 2 4 8 9 10 11 12 1 2 4 6 7 8 9 40 TCP在进行流量控制时是以分组的丢失 作为产生拥塞的标志 有没有不是因拥塞而 引起的分组丢失的情况 如有 请举出三种 情况 在进行流量控制时是以分组的丢失 作为产生拥塞的标志 有没有不是因拥塞而 引起的分组丢失的情况 如有 请举出三种 情况 答 有 不是因为拥塞而引起的分组丢失的 情况 答 有 不是因为拥塞而引起的分组丢失的 情况 例如 当例如 当IP分组在传输过程中需要分片 但 其中的一个分片未能及时到达终点 而终点 组装 分组在传输过程中需要分片 但 其中的一个分片未能及时到达终点 而终点 组装IP分组已超时 因而只能丢失该分组 分组已超时 因而只能丢失该分组 IP分组已经到达终点 但终点的缓存空间已 满 便丢弃 分组已经到达终点 但终点的缓存空间已 满 便丢弃 IP分组在转发过程中 中间节点没有足够的 队列排队 丢弃 分组在转发过程中 中间节点没有足够的 队列排队 丢弃 42 在图 在图5 32中所示的连接释放过程中 主 机 中所示的连接释放过程中 主 机B能否先不发送能否先不发送ACK x 1的确认的确认 因为 后面要发送的连接释放报文段中仍有 因为 后面要发送的连接释放报文段中仍有 ACK x 1这一信息 这一信息 答 如果答 如果B没有数据再发送了 可以把两个报 文段合并成为一个 即只发送 没有数据再发送了 可以把两个报 文段合并成为一个 即只发送FIN ACK报文 段 报文 段 如果如果B还有数据要发送 而且要发送一段时间 那就不行 因为 还有数据要发送 而且要发送一段时间 那就不行 因为A超时收不到确认 则认为超时收不到确认 则认为 FIN报文丢失了 于是就重传这个报文丢失了 于是就重传这个FIN报文段 浪费网络资源 报文段 浪费网络资源 43 在图 在图 5 33 中 在什么情况下会发生从 状态 中 在什么情况下会发生从 状态LISTEN到状态到状态SYN SENT 以及从状态 以及从状态 SYN ENT到状态到状态SYN RCVD的变迁的变迁 答 当答 当A和和B都作为客户 即同时主动打开都作为客户 即同时主动打开 TCP连接 这时的每一方的状态变迁都是 连接 这时的每一方的状态变迁都是 CLOSED 发送 发送SYN后 后 SYN SENT 收 到 收 到SYN 发送 发送SYN ACK后 后 SYN RCVD 收到 收到ACK后 后 ESTABLISHED 45 解释为什么突然释放运输连接就可能会 丢失用户数据 而使用 解释为什么突然释放运输连接就可能会 丢失用户数据