(2025年)计算机网络第五章运输层课后习题及答案

(2025年)计算机网络第五章运输层课后习题及答案一、选择题1.以下关于运输层端口号的描述中，错误的是（）A.客户端使用的临时端口号范围通常为49152~65535B.熟知端口号范围是0~1023，由IANA分配C.TCP和UDP使用相同的端口号空间D.一个端口号只能绑定一个运输层协议（TCP或UDP）答案：D解析：端口号是运输层服务访问点（SAP），同一端口号可被TCP和UDP分别使用（如DNS同时使用TCP53和UDP53），因此D错误。2.若某UDP数据报的总长度为1500字节（含8字节首部），在MTU为1400字节的链路上传输时，需要分片的次数为（）A.0次B.1次C.2次D.3次答案：A解析：UDP数据报总长度1500字节，IP数据报首部至少20字节，因此IP数据报总长度为1500+20=1520字节。MTU为1400字节时，IP数据报需分片。但UDP无分片功能，分片由网络层处理。题目问“需要分片的次数”，实际分片后第一个分片的数据部分为1400-20=1380字节（IP首部20字节），原UDP数据报数据部分为1500-8=1492字节。1380<1492，因此需要分片2次（第一次1380字节，第二次1492-1380=112字节，加上IP首部共132字节，总片数为2）。但本题可能简化计算，认为UDP数据报本身不分片，因此答案应为A？需重新核对：UDP数据报作为IP数据报的数据部分，IP层分片与UDP无关。原IP数据报总长度=UDP长度（1500）+IP首部（20）=1520>MTU（1400），需分片。第一个分片的IP数据报长度为1400字节（IP首部20+数据1380），剩余数据为1520-20-1380=120字节（UDP数据剩余1492-1380=112字节+UDP首部8字节=120字节），第二个分片的IP数据报长度为20+120=140字节<1400，无需再分片。因此总分片次数为1次（分成2片），但题目问“次数”，通常分片次数=片数-1，故答案为B。3.TCP协议中，接收方发送的确认报文段（ACK）中，确认号（ack）表示（）A.接收方期望收到的下一个字节的序号B.接收方已正确接收的最后一个字节的序号C.发送方本次发送的第一个字节的序号D.发送方本次发送的最后一个字节的序号答案：A解析：TCP确认号表示接收方期望接收的下一个字节的序号，即已正确接收了该序号之前的所有字节。4.以下不属于TCP可靠传输机制的是（）A.校验和B.超时重传C.滑动窗口D.拥塞窗口答案：D解析：拥塞窗口用于拥塞控制，属于流量管理机制，而非直接保证可靠传输的机制（可靠传输依赖校验和、确认、重传、滑动窗口等）。5.假设TCP连接中，发送方的拥塞窗口（cwnd）为8，慢开始门限（ssthresh）为6，此时发生超时事件，新的ssthresh和cwnd将分别设置为（）A.3，1B.4，1C.3，2D.4，2答案：A解析：超时事件触发拥塞避免机制，ssthresh更新为当前cwnd的一半（8/2=4？或原ssthresh为6，当前cwnd为8>ssthresh，处于拥塞避免阶段，超时后ssthresh=min(cwnd/2,之前的ssthresh)？需明确：当发生超时，无论当前处于慢开始还是拥塞避免阶段，ssthresh会被设置为当前cwnd的一半（向下取整），cwnd重置为1，并进入慢开始阶段。本题中cwnd=8，ssthresh=6（原门限），但当前cwnd>ssthresh，说明处于拥塞避免阶段。超时后，ssthresh=8/2=4？或原ssthresh为6，可能题目设定原ssthresh为6，当前cwnd为8（超过门限），超时后ssthresh=min(8/2,原ssthresh)?实际TCP标准中，超时后ssthresh被设置为当前cwnd的一半（无论原ssthresh），因此ssthresh=8/2=4，cwnd=1。但可能题目存在不同设定，需再确认。例如，若原ssthresh为6，当前cwnd=8（因拥塞避免阶段线性增长），超时后ssthresh=8/2=4，cwnd=1，故答案为B？二、简答题1.简述TCP和UDP的主要区别及各自的适用场景。答案：TCP（传输控制协议）与UDP（用户数据报协议）的主要区别：（1）连接性：TCP是面向连接的（三次握手建立连接，四次挥手释放）；UDP是无连接的，无需建立/释放连接。（2）可靠性：TCP通过校验和、确认、超时重传、滑动窗口等机制保证可靠传输；UDP仅提供尽力而为的传输，不保证可靠。（3）有序性：TCP保证数据按序到达；UDP不保证顺序。（4）流量控制：TCP通过滑动窗口实现流量控制；UDP无流量控制。（5）拥塞控制：TCP具有拥塞控制机制（慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复）；UDP无拥塞控制。（6）首部开销：TCP首部固定20字节（可选字段另计）；UDP首部仅8字节。适用场景：TCP适用于对可靠性要求高、对延迟不敏感的场景，如文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、网页浏览（HTTP/HTTPS）等。UDP适用于对实时性要求高、可容忍少量丢包的场景，如视频通话（RTP）、在线游戏、DNS查询（部分场景）等。2.解释TCP滑动窗口机制如何实现流量控制，并说明接收窗口（rwnd）和拥塞窗口（cwnd）的区别。答案：TCP滑动窗口机制通过接收方在确认报文中通告接收窗口（rwnd），告知发送方自己当前可接收的数据量（接收缓冲区剩余空间），发送方根据rwnd调整发送窗口大小，避免发送过快导致接收方缓冲区溢出，从而实现流量控制。具体来说，发送窗口的上限值为min(cwnd,rwnd)，即发送方实际能发送的数据量由拥塞窗口和接收窗口中的较小值决定。接收窗口（rwnd）由接收方根据自身缓冲区剩余空间动态调整，反映接收方的处理能力；拥塞窗口（cwnd）由发送方根据网络拥塞情况动态调整（如通过超时或冗余ACK判断拥塞），反映网络的传输能力。两者共同限制发送方的发送速率，rwnd解决接收方的流量过载问题，cwnd解决网络的拥塞问题。3.说明TCP三次握手的过程，并分析“已失效的连接请求报文段”可能导致的问题及解决方法。答案：三次握手过程：（1）客户端向服务器发送SYN报文段（SYN=1，seq=x），请求建立连接，进入SYN_SENT状态。（2）服务器收到后，发送SYN+ACK报文段（SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1），确认客户端的请求，进入SYN_RCVD状态。（3）客户端收到后，发送ACK报文段（ACK=1，seq=x+1，ack=y+1），确认服务器的响应，进入ESTABLISHED状态；服务器收到后也进入ESTABLISHED状态，连接建立完成。“已失效的连接请求报文段”问题：若客户端发送的第一个SYN报文段在网络中延迟，客户端超时重传后成功建立连接并释放，之后延迟的SYN报文段到达服务器，服务器误以为是新的连接请求，向客户端发送SYN+ACK，此时客户端无对应连接请求，会忽略该报文段，避免了错误连接的建立。TCP通过序列号机制（每个连接的初始序列号随机提供且递增）和超时重传机制，确保旧的报文段不会被误认为是新连接的请求，从而解决该问题。三、计算题1.假设TCP连接中，发送方的MSS（最大报文段长度）为1000字节，初始拥塞窗口（cwnd）为1MSS，慢开始门限（ssthresh）为8MSS。当发送方依次经历以下事件时，计算每个事件后的cwnd值：（1）首次发送并收到所有确认（无拥塞）；（2）发送第2轮数据后收到所有确认（无拥塞）；（3）发送第3轮数据后收到所有确认（无拥塞）；（4）发送第4轮数据时发生超时。答案：（1）初始cwnd=1MSS，首次发送后收到确认，进入慢开始阶段，cwnd翻倍为2MSS；（2）第2轮发送后收到确认，cwnd继续翻倍为4MSS；（3）第3轮发送后收到确认，cwnd翻倍为8MSS（达到ssthresh=8MSS），下一轮进入拥塞避免阶段；（4）第4轮发送时，因cwnd=8MSS（等于ssthresh），进入拥塞避免阶段，cwnd线性增加1MSS至9MSS。但此时发生超时，触发拥塞控制：ssthresh更新为当前cwnd的一半（9/2=4.5，取整为4MSS），cwnd重置为1MSS。2.某UDP应用程序每秒发送100个数据报，每个数据报长度为1000字节（含8字节UDP首部）。若网络层IP首部长度为20字节，链路层以太网帧的最大传输单元（MTU）为1500字节，计算：（1）每个IP数据报的总长度；（2）每秒产生的IP数据报数量；（3）以太网帧中数据部分的利用率（保留两位小数）。答案：（1）UDP数据报长度=1000字节（含8字节首部），IP数据报总长度=UDP长度+IP首部长度=1000+20=1020字节（≤1500字节，无需分片）。（2）每个UDP数据报封装为一个IP数据报，因此每秒IP数据报数量=100个。（3）以太网帧数据部分包括IP数据报（1020字节），以太网帧总长度=IP数据报长度+以太网首部（14字节）+FCS（4字节）=1020+14+4=1038字节。数据部分利用率=IP数据报长度/（IP数据报长度+以太网首部+FCS）=1020/1038≈98.27%。四、综合分析题假设主机A与主机B建立了一条TCP连接，初始序列号（ISN）分别为1000（A→B）和2000（B→A）。请根据以下事件序列，分析TCP报文段的序列号（seq）、确认号（ack）和标志位（SYN、ACK、FIN）的变化过程：（1）A主动发起连接建立；（2）B响应连接请求；（3）A确认连接建立；（4）A向B发送500字节数据；（5）B接收数据后发送确认；（6）B主动关闭连接；（7）A响应关闭请求；（8）A完成数据发送后关闭连接；（9）B确认A的关闭请求。答案：（1）A→B：SYN=1，seq=1000（ISN_A），无数据，ack未生效（ACK=0）。此时A状态：SYN_SENT。（2）B→A：SYN=1，ACK=1，seq=2000（ISN_B），ack=1000+1=1001（确认A的SYN）。此时B状态：SYN_RCVD。（3）A→B：ACK=1，seq=1001（A的ISN+1），ack=2000+1=2001（确认B的SYN）。此时A和B状态：ESTABLISHED。（4）A→B：数据报seq=1001（起始序列号），数据长度500字节，因此seq范围1001~1500（1001+500-1=1500），标志位ACK=1（无SYN/FIN）。（5）B→A：确认已接收500字节，ack=1501（期望下一个字节），seq=2001（B的上一个seq+1，假设B未发送数据），标志位ACK=1。（6）B→A：FIN=1，ACK=1，seq=2001（假设B未发送数据，seq仍为2001），ack=1501（确认A的最后数据）。此时B状态：FIN_WAIT_1。（7）A→B：ACK=1，seq=1501（A的上一个seq+0，因未发送新数据），ack=2001+1=2002（确认B的FIN）。此时A状态：CLOSE_WAIT，B状态：FIN_WAIT_2。（8）A→B：FIN=1，ACK=1，seq=1501（A的最后数据序列号，假设A无新数据发送），ack=2002（保持不变）。此时A状态：LAST_ACK。（9）B→A：ACK=1，seq=2002（B的上一个seq+1），ack=1501+1=1502（确认A的FIN）。此时B状态：TIME_WAIT，A状态：CLOSED（超时后）。注：实际过程中，序列号和确认号的计算需严格遵循“seq表示本报文段第一个数据字节的序号，ack表示期望接收的下一个数据字节的序号”规则，FIN标志占用一个序列号（即FIN=1的报文段seq会递增1