哈工大计算机网络MOOC作业题解答

第一周

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。

请回答下列问题：

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？
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？
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）

（1）因为忽略传播延迟，且是报文交换，路由器需要发送完A才能发送B，因此A向C发送文件的延迟为2/10 + 2/20+2/10 = 0.5s；B的时间为1/10 + 0.1(等待A) + 1/20 + 1/10 = 0.35s
（2）A分为2000个分组，B为1000个分组。
A的前1000个分组经历了10Mbps，20Mbps，10Mbps的发送带宽；
A的后1000个分组和B一样只经历了10Mbps的发送带宽。
因此A用时为0.2(最后一个分组离开A主机) + 1000/10000000 ∗*∗ 2 = 0.20002s；
B用时为0.1(最后一个分组离开B主机) + 1000/10000000 ∗*∗ 2 = 0.10002s。

（3）分组交换更公平

第二周

题目1：
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：

传播延迟（时延）dp；
传输延迟dt；
若忽略结点处理延迟和排队延迟，则端到端延迟de是多少？
若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特在哪里？
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？

题目1解答：
(1）L/R
(2) M/V
(3) 忽略结点处理延迟和排队延迟，则考虑的是传播延迟和传输延迟，de=L/R+M/V。
(4) 若dp大于dt，则当最后一个bit离开源主机时，第一个bit还未到达目的主机。当t=dt时刻，分组的第一个比特在距离目的主机dp*V m处 （有疑问）
(5)带宽时延积=传播延迟 * 带宽；R = 100Mbps，则传播延迟dp = 512/(1000 *10^6) s ;
M = dp *V = 1.28km

题目2
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：

假设网络没有其他流量，则传送该文件的吞吐量是多少？
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？

题目2解答：
（1）因为网络中没有其他流量，依据瓶颈链路原则，因此吞吐量为min{R1,R2,R3} = 500kbps
（2）（4* 10^6 * 8）/ 500*10^3bps = 64s

第三周

题目：
假设你在浏览某网页时点击了一个超链接，URL为“http://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？

解答
（1）无等待的一次DNS解析请求与相应时间为RTTd；
当本地DNS服务器上有缓存时间最短为RTTd；
需要访问权威域名服务器时时间最长，为5RTTd(需要分别访问.com和.cn权威域名服务器)。
（2）HTTP1.0每次建立连接都只能发送一个对象，共需传送九个对象。
建立连接-1RTTh
每次发送html/图片-1RTTh
因此总时间 = 2*9 = 18RTTh。
TCP连接拆除时间不用计算吗？
（3）首先需要2RTTh获取HTML，剩下8张图片需要四个并行TCP连接接收两回合，每回合2RTTh，共需6RTTh。
（4）HTTP1.1相对于HTTP1.0主要改进在于持续连接，非流水模式下获取内容所需时间10RTTh, 流水模式下所需时间为1(建立连接)+1(获取html)+1(获取8张图片)，共需3RTTh。

第四周

题目：
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=10^3、M=106、G=10^9）

解答：
CS架构：

NF/u_s = 15*N/30
F/min(d_i) = 15/2

P2P架构：

F/u_s = 15/30
F/min(di) = 15/2
NF/(u_s + sigma ui) = N30/(30+N2)

当N= 10时，CS架构所需时间为max(5,7.5) = 5
当N= 100时，CS架构所需时间为max(50,7.5) = 50
当N= 1000时，CS架构所需时间为max(500,7.5) = 500

当N= 10时，P2P架构所需时间为max(0.5,7.5,1015/(30+100.5)) = 7.5
当N= 100时，P2P架构所需时间为max(0.5,7.5,10015/(30+1000.5)) = 18.75
当N= 1000时，P2P架构所需时间为max(0.5,7.5,100015/(30+10000.5)) = 28

其他的也是一样的计算~总结一下就是随着N的增大，CS架构所需时间线性增长，而P2P架构所需时间增长趋缓

第六周

题目1：
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？

题目1解答：
（1）
1、采用GBN协议，第二个报文段丢失，后续报文段也会被主机B丢弃，因此主机A需要重传2，3，4，5报文，共发送9个报文段，主机B发送8次ACK，前四次是ACK1，后四次是ACK2，3，4，5；
2、采用SR协议，尽管第二个报文段丢失，但3，4，5依然能被接收方正确接收，并传回ACK3，4，5，发送方等待超时后重传分组2。因此主机A共发送六次分组，主机B发送五次ACK，分别是ACK1，ACK3，ACK4，ACK5，ACK2；
3、采用TCP协议，TCP可看成是GBN和SR的综合体，TCP首部的确认号体现了GBN的累积确认机制，而在接收方设置缓存体现了SR的选择重传。因此发送方发送六个报文段，接受方发送五次ACK，序号分别是ACK2，ACK2，ACK2，ACK2，ACK6。

（2）
如果超时时间比5RTT长得多，则TCP将在最短时间成功交付，因为TCP收到三个重复报文段会启动快速重传机制。

题目2:
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？

题目2解答：
（1）窗口大小为一个RTT内发送的MSS数量，则设最大窗口大小为W，则WMSS8/RTT*10^-3 = 8Mbps, W = 100.
(2) 依据公式，平均吞吐率为:0.75W * 100 * 1500 * 8/ RTT 10^-3 = 500 ；平均窗口尺寸=6Mbps ; 平均窗口尺寸 = 0.75 * W = 75.
(3)发生丢包后，TCP拥塞窗口会变为原先的一般，发送速率则分两种情况讨论，如果是timeout降低到1个MSS，如果是3次ACK则减半。
最快是因为3次ACK得知丢包，拥塞窗口变为50，因为忽略慢启动，则只能线性增长，一个RTT增长拥塞窗口+1，因此需要500.15 = 7.5s

第七周

题目：
如图所示网络

请回答下列问题：
(1)主机在配置IP地址时，其正确的子网掩码和默认网关分别是多少？
(2)若路由器R在向互联网转发一个由主机192.168.1.5发送、ID=12345、length=500B、DF=1的IP分组时，则该IP分组首部的哪些字段会被修改？如何修改？
(3)若主机192.168.1.10向互联网ID=6789、length=1500B、DF=0的IP分组时，路由器需要将该IP分组分为几片（每片尽可能封装为最大片）？给出分片结果，包括每片的ID、DF、MF、length、offset的取值。

解答：
(1)
/28表示子网掩码是28位，C类子网NetID占24位，因此子网号占据了4位。子网掩码为255.255.255.240；
默认网关是子网的路由器地址，由图中得到是192.168.1.1。
(2)
DF=1表示不可以分片，192.1.168.5是局域网ip，不能被对方识别，照图示，源ip地址会被替换为130.11.22.3；
因为经过一次路由器转发，因此TTL会减一；
另外IP校验和每次经过路由器转发都要重新计算。
(3)
M=512B, 因此需要分片，
每片最多携带的数据量为d=[(M-20)/8]*8（下取整）, 片数n为[(L-20)/d]（上取整）。d = 488B，n = 4（片）；
属于同一个数据报的分片ID值一样，存储在16位的标识里面；
第一片： ID =6789 DF=0 MF=1(非独立) length =508 offset= 0
第二片： ID =6789 DF=0 MF=1 length =508 offset= 61 （488/8=61）
第三片： ID =6789 DF=0 MF=1 length =508 offset= 122
第四片： ID =6789 DF=0 MF=0 length =36 offset= 183

第八周

题目：
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。
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。

解答：
（1）
DHCP服务器的IP地址为111.123.15.2，前缀有24位，主机号8位。因此可用于分配的最大主机范围为为5~254（0为子网地址，1，2，3，4被其他占用）
源IP地址：0.0.0.0
目的IP地址：255.255.255.255
（2）还可以获得子网掩码，默认网关，DNS服务器地址
（3）正确的默认网关配置应该是111.123.15.1, 现在将默认网关配置成了DHCP服务器的地址，因此主机发送的报文仍然可以到达同一个子网内的其他机器，却不能发送到internet。

第九周

题目：
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）。

假设路由表结构如下表所示。

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？

解答：
（1）
192.168.1.0/24 S1
192.168.1.192/26 E0
192.168.2.0/23 S0
（2）
R1更新后的路由表：
目的网络接口
192.168.1.0/25 S1
192.168.1.128/26 S0
192.168.1.192/26 E0
192.168.2.0/23 S0
R1的距离向量：
192.168.1.0/25 2
192.168.1.128/26 3
192.168.1.192/26 1
192.168.2.0/23 2

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