谢希仁计算机网络第五版（第5章）课后习题答案 - 图文(2)

TCP来传送？

答：65495字节，此数据部分加上TCP首部的20字节，再加上IP首部的20字节，正好是IP数据报的最大长度65535.（当然，若IP首部包含了选择，则IP首部长度超过 20字节，这时TCP报文段的数据部分的长度将小于65495字节。）

数据的字节长度超过TCP报文段中的序号字段可能编出的最大序号，通过循环使用

序号，仍能用TCP来传送。

5—28 主机A向主机B发送TCP报文段，首部中的源端口是m而目的端口是n。当B向

A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？ 答：分别是n和m。

5—29 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。 答：还未重传就收到了对更高序号的确认。

5—30 设TCP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20ms，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=最大窗口*8/平均往返时间=26.2Mb/s。

5—31 通信信道带宽为1Gb／s，端到端时延为10ms。TCP的发送窗口为65535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?

答： 吞吐量概念：说明点，就是在给定的时间内，比如说1s内，可以的吞入能力与吐出能力是多少，

吞吐率就是指在一指定时间内由一处传输到另一处或被处理的数据量。

以太网吞吐率的单位为“兆比特每秒”或“Mb/s”。 吞吐率=吞吐量/时间

10ms×2=20ms

每20ms可以发送一个窗口大小的交通量，每秒50个窗口（1000ms÷20ms=50）。

65535×8×50=26.214Mb/s（其实跟上边30题结果是一样的，思路也是一样的，除以20ms其实就是乘以1/（20*10^3），）

26.214Mb/s÷1000Mb/s≈2.6%

所以，最大吞吐量是26.214Mb/s，信道的利用率约为2.6%。

L=65536×8+40×8=524600

C=109b/s

L/C=0.0005246s

Td=10×10-3s 0.02104864

Throughput=L/(L/C+2×Td)=524600/0.0205246=25.5Mb/s Efficiency=(L/C)//(L/C+2×D)=0.0255

最大吞吐量为25.5Mb/s。信道利用率为25.5/1000=2.55%

5—32 什么是Karn算法?在TCP的重传机制中，若不采用Karn算法，而是在收到确认

时都认为是对重传报文段的确认，那么由此得出的往返时延样本和重传时间都会偏小。试问：重传时间最后会减小到什么程度?

答：Karn算法：在计算平均往返时延RTT时，只要报文段重传了，就不采用其往返时延样本。

设新往返时延样本Ti

RTT（1）=a*RTT（i-1）+（1-a）*T（i）； RTT^（i）=a* RTT（i-1）+（1-a）*T（i）/2； RTT（1）=a*0+(1-a)*T(1)= (1-a)*T(1); RTT^（1）=a*0+(1-a)*T(1)/2= RTT（1）/2 RTT（2）= a*RTT（1）+（1-a）*T（2); RTT^（2）= a*RTT（1）+（1-a）*T（2)/2;

= a*RTT（1）/2+（1-a）*T（2)/2= RTT（2）/2

RTO=beta*RTT,在统计意义上，重传时间最后会减小到使用karn算法的1/2.

5—33 假定TCP在开始建立连接时，发送方设定超时重传时间是RTO=6s。

（1）当发送方接到对方的连接确认报文段时，测量出RTT样本值为1.5s。试计算现在的RTO值。

（2）当发送方发送数据报文段并接收到确认时，测量出RTT样本值为2.5s。试计算现在的RTO值。 答：

（1）据RFC2988建议，RTO=RTTs+4*RTTd。其中RTTd是RTTs的偏差加权均值。 初次测量时，RTTd（1）= RTT（1）/2；

后续测量中，RTTd（i）=（1-Beta）* RTTd（i-1）+Beta*{ RTTs- RTT（i）}； Beta=1/4

依题意，RTT（1）样本值为1.5秒，则

RTTs（1）=RTT（1）=1.5s RTTd(1)=RTT(1)/2=0.75s RTO(1)=RTTs(1)+4RTTd(1)=1.5+4*0.75=4.5(s)

（2）RTT（2）=2.5 RTTs（1）=1.5s RTTd（1）=0.75s RTTd（2）=（1-Beta）* RTTd（1）+Beta*| RTTs（1）- RT

（2）|=0.75*3/4+|1.5-2.5|/4=13/16

RTO(2)=RTTs（1）+4RTTd（2）=1.5+4*13/16=4.75s

5—34 已知第一次测得TCP的往返时延的当前值是30 ms。现在收到了三个接连的确认报

文段，它们比相应的数据报文段的发送时间分别滞后的时间是：26ms，32ms和24ms。设α=0．9。试计算每一次的新的加权平均往返时间值RTTs。讨论所得出的结果。

答：a=0.1， RTTO=30

RTT1=RTTO*(1-a) +26*a=29.6 RTT2=RTT1*a+32(1-a)=29.84 RTT3=RTT2*a+24（1-a）=29.256

三次算出加权平均往返时间分别为29.6，29.84和29.256ms。 可以看出，RTT的样本值变化多达20%时，加权平均往返

5—35 试计算一个包括5段链路的运输连接的单程端到端时延。5段链路程中有2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250ms。每一个广域网的范围为1500km，其传播时延可按150000km／s来计算。各数据链路速率为48kb／s，帧长为960位。 答：5段链路的传播时延=250*2+（1500/150000）*3*1000=530ms

5段链路的发送时延=960/（48*1000）*5*1000=100ms 所以5段链路单程端到端时延=530+100=630ms

5—36 重复5-35题，但假定其中的一个陆地上的广域网的传输时延为150ms。

答：760ms

5—37 在TCP的拥塞控制中，什么是慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复算法?这里每一

种算法各起什么作用? “乘法减小”和“加法增大”各用在什么情况下? 答：慢开始：

在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口cwnd设置为一个最大报文段MSS

的数值。在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口cwnd，可以分组注入到网络的速率更加合理。

拥塞避免：

当拥塞窗口值大于慢开始门限时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。拥塞

避免算法使发送的拥塞窗口每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS的大小。 快重传算法规定：

发送端只要一连收到三个重复的ACK即可断定有分组丢失了，就应该立即重传丢手的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时。 快恢复算法：

当发送端收到连续三个重复的ACK时，就重新设置慢开始门限 ssthresh 与慢开始不同之处是拥塞窗口 cwnd 不是设置为 1，而是设置为ssthresh 若收到的重复的AVK为n个（n>3），则将cwnd设置为ssthresh

若发送窗口值还容许发送报文段，就按拥塞避免算法继续发送报文段。 若收到了确认新的报文段的ACK，就将cwnd缩小到ssthresh 乘法减小：

是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5。

当网络频繁出现拥塞时，ssthresh 值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。

加法增大：

是指执行拥塞避免算法后，在收到对所有报文段的确认后（即经过一个往返时间），就把拥塞窗口 cwnd增加一个 MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。

5—38 设TCP的ssthresh的初始值为8(单位为报文段)。当拥塞窗口上升到12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1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？

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.

5—39 TCP的拥塞窗口cwnd大小与传输轮次n的关系如下所示： cwnd n cwnd n 1 1 40 14 2 2 41 15 4 3 42 16 8 4 21 17 16 5 22 18 32 6 23 19 33 7 24 20 34 8 25 21 35 9 26 22 36 10 1 23 37 11 2 24 38 12 4 25 39 13 8 26 （1）试画出如图5-25所示的拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。 （2）指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。 （3）指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔。

（4）在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超市检

测到丢失了报文段？

（5）在第1轮次，第18轮次和第24轮次发送时，门限ssthresh分别被设置为多大？ （6）在第几轮次发送出第70个报文段？

（7）假定在第26轮次之后收到了三个重复的确认，因而检测出了报文段的丢失，那么

拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大？ 答：（1）拥塞窗口与传输轮次的关系曲线如图所示（课本后答案）： （2） 慢开始时间间隔：【1，6】和【23，26】 （3） 拥塞避免时间间隔：【6，16】和【17，22】

（4） 在第16轮次之后发送方通过收到三个重复的确认检测到丢失的报文段。在第

22轮次之后发送方是通过超时检测到丢失的报文段。 （5） 在第1轮次发送时，门限ssthresh被设置为32

在第18轮次发送时，门限ssthresh被设置为发生拥塞时的一半，即21. 在第24轮次发送时，门限ssthresh是第18轮次发送时设置的21 （6） 第70报文段在第7轮次发送出。

（7） 拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为8的一半，即4.

5—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。 答：

当Ip数据报在传输过程中需要分片，但其中的一个数据报未能及时到达终点，而终点组装IP数据报已超时，因而只能丢失该数据报；IP数据报已经到达终点，但终点的缓存没有足够的空间存放此数据报；数据报在转发过程中经过一个局域网的网桥，但网桥在转发该数据报的帧没有足够的差错空间而只好丢弃。

5—41 用TCP传送512字节的数据。设窗口为100字节，而TCP报文段每次也是传送100

字节的数据。再设发送端和接收端的起始序号分别选为100和200，试画出类似于图5-31的工作示意图。从连接建立阶段到连接释放都要画上。

5—42 在图5-32中所示的连接释放过程中，主机B能否先不发送ACK=x+1的确认? (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) 答：

如果B不再发送数据了，是可以把两个报文段合并成为一个，即只发送FIN+ACK报文段。但如果B还有数据报要发送，而且要发送一段时间，那就不行，因为A迟迟收不到确认，就会以为刚才发送的FIN报文段丢失了，就超时重传这个FIN报文段，浪费网络资源。

5—43 在图(5-33)中，在什么情况下会发生从状态LISTEN到状态SYN_SENT，以及从状

态SYN_ENT到状态SYN_RCVD的变迁?

答：当A和B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：CLOSED----?SYN-SENT---?SYN-RCVD--?ESTABLISHED

5—44 试以具体例子说明为什么一个运输连接可以有多种方式释放。可以设两个互相通信

的用户分别连接在网络的两结点上。

答：设A,B建立了运输连接。协议应考虑一下实际可能性：

A或B故障，应设计超时机制，使对方退出，不至于死锁； A主动退出，B被动退出 B主动退出，A被动退出

5—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TCP的连接释放方

法就可保证不丢失数据。 答：

当主机1和主机2之间连接建立后，主机1发送了一个TCP数据段并正确抵达主机2，接着主机1发送另一个TCP数据段，这次很不幸，主机2在收到第二个TCP数据段之前发出了释放连接请求，如果就这样突然释放连接，显然主机1发送的第二个TCP报文段会丢失。

而使用TCP的连接释放方法，主机2发出了释放连接的请求，那么即使收到主机1的确认后，只会释放主机2到主机1方向的连接，即主机2不再向主机1发送数据，而仍然可接受主机1发来的数据，所以可保证不丢失数据。

5—46 试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三次握手。说明如不这样做可能

会出现什么情况。 答：

3次握手完成两个重要的功能，既要双方做好发送数据的准备工作（双方都知道彼此已准备好），也要允许双方就初始序列号进行协商，这个序列号在握手过程中被发送和确认。

假定B给A发送一个连接请求分组，A收到了这个分组，并发送了确认应答分组。按照两次握手的协定，A认为连接已经成功地建立了，可以开始发送数据分组。可是，B在A的应答分组在传输中被丢失的情况下，将不知道A是否已准备好，不知道A建议什么样的序列号，B甚至怀疑A是否收到自己的连接请求分组，在这种情况下，B认为连接还未建立成功，将忽略A发来的任何数据分组，只等待连接确认应答分组。

而A发出的分组超时后，重复发送同样的分组。这样就形成了死锁。

5—47 一个客户向服务器请求建立TCP连接。客户在TCP连接建立的三次握手中的最后

一个报文段中捎带上一些数据，请求服务器发送一个长度为L字节的文件。假定： （1）客户和服务器之间的数据传输速率是R字节/秒，客户与服务器之间的往返时间是RTT（固定值）。

（2）服务器发送的TCP报文段的长度都是M字节，而发送窗口大小是nM字节。 （3）所有传送的报文段都不会出错（无重传），客户收到服务器发来的报文段后就

及时发送确认。

（4）所有的协议首部开销都可忽略，所有确认报文段和连接建立阶段的报文段的

长度都可忽略（即忽略这些报文段的发送时间）。 试证明，从客户开始发起连接建立到接收服务器发送的整个文件多需的时间T是：

T=2RTT+L/R 当nM>R(RTT)+M

或 T=2RTT+L/R+(K-1)[M/R+RTT-nM/R] 当nM

其中，K=[L/nM]，符号[x]表示若x不是整数，则把x的整数部分加1。 解：

发送窗口较小的情况，发送一组nM个字节后必须停顿下来，等收到确认后继续发送。

共需K=[L/nM]个周期：其中

前K-1个周期每周期耗时M/R+RTT,共耗时（K-1）（M/R+RTT） 第K周期剩余字节数Q=L-（K-1）*nM，需耗时Q/R

总耗时=2*RTT+(K-1)M/(R+RTT)+Q/R=2*RTT+L/R+(K-1)[( M/R+RTT)-nM/R

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