计算机网络 中国大学MOOC 哈尔滨工业大学 习题答案

 

计算机网络作业题

第一章

第一题

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：

1. 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？
2. 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？
3. 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）
   答
4. 由于A先发报文所以，A的报文在路由器的队列中排在B的报文前面，所以A交付2Mbits报文需要时间为：2/10+2/20+2/10=0.5s=500ms；（3分）
   B将1Mbits的文件交付给D需要时间为：1/10+2/20(排队时间)+1/20+1/10=0.35s=350ms。（3分）
5. 从t=0时刻到t=0.1s，A发送了1000个分组，用时：1000×1000/10000000=0.1s，
   从t=0.1s时刻起与B共享连接路由器的链路，平均各共享到带宽10Mbps，A大约再用时：1/10+2×1000/10000000=0.1002s交付剩余的1000个分组，故A向C交付2Mbits文件大约需要(0.1+0.1002)s≈0.2s；（3分）
   B向D交付1Mbits文件需要时间大约为：1/10+2×1000/10000000=0.1002s≈0.1s。（3分）
6. 分组交换比报文交换更公平。（2分）

第二题

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：

1. 传播延迟（时延）dp；
2. 传输延迟dt；
3. 若忽略结点处理延迟和排队延迟，则端到端延迟de是多少？
4. 若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特在哪里？
5. 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？
   (注：1k=10^3,1M=106)
   答
6. 传播延迟（时延）dp=M/V；（2分）
7. 传输延迟dt=L/R；（2分）
8. 端到端延迟de= L/R+M/V；（2分）
9. 若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特所在位置是：距离主机A的Vdt米的链路上；（2分）
10. 带宽时延积=Rdp=RM/V=512，因此， M=512V/R=512×250000000/100000000 =1280米。（2分）

第三题

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：

1. 假设网络没有其他流量，则传送该文件的吞吐量是多少？
2. 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？
   (注：1k=10^3,1M=106)
   答
3. 传送该文件的吞吐量：TH=500kbps；（3分）
4. 传送该文件到主机B大约需要时间：T=4×8×10^6/(500×103)=64s。（3分）

第二章

第一题

假设你在浏览某网页时点击了一个超链接，URL为“https://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？
答
1）浏览器解析到URL对应的IP地址的最短时间是：RTTd；（2分）最长时间是：5RTTd。（2分）
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页完整内容需要的时间：18RTTh。（2分）
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页完整内容需要的时间：6RTTh。（2分）
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页完整内容需要的时间：10RTTh；（2分）基于流水模式的HTTP1.1获取URL链接Web页完整内容需要的时间：3RTTh。（2分）

第二题

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）
答

第三章

第一题

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？
答
（1）当采用GBN协议时，由GBN协议可得：
主机A共发送了9个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2,3,4,5共9个；
主机B共发送8个ACK，首先发送ACK1,2丢失，因此对于3,4,5都发送ACK1共4个ACK1，后对于重传的2,3,4,5，则发送ACK2，ACK3，ACK4，ACK5，一共8个ACK。
当采用SR协议时，由SR协议可得：
主机A共发送了6个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2共6个报文段；
主机B共发送5个ACK，首先发送ACK1，ACK3，ACK4，ACK5，对于重发的报文段2，则发送ACK2共5个ACK。
当采用TCP协议时，由TCP协议可得：
主机A共发送了6个报文段，首先发送报文段1,2,3,4,5，当报文2丢失后，重发报文段2共6个报文段；
主机B共发送5个ACK，首先发送4个ACK2，重传后发送一个ACK6一共5个ACK。
（2）采用TCP协议可在最短的时间间隔内成功交付5个报文段，因为TCP有快速重传机制，即在未超时情况下就开始重传丢失的2号报文段。

第二题

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？
答
（1）当发送速率最大只能等于链路带宽时才能不发生丢包，因此由公式可得：
W * MSS / RTT = 8Mbps
W = 8 * 10^6 * 150 * 10^(-3) / (1500 * 8) = 100
因此TCP连接能够获得的最大窗口尺寸是100
（2）由公式可得：
平均窗口尺寸为：We = 0.75 * W，即：
We = 0.75 * 100 = 75，
平均吞吐率为：
We * MSS / RTT = 75 * (1500 * 8) / 150 * 10^(-3) = 6 * 10^6bps = 6Mbps
（3）因恢复过程中每个RTT窗口尺寸增加1个MSS，因此总共需要时间为：
T = 100 / 2 * RTT = 50 * 150 * 10^(-3) = 7.5s

第四章

第一题

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。
答
(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：111.123.15.5～111.123.15.254；（2分）主机2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0.0.0.0和255.255.255.255。（2分）
(2)主机2在通过DHCP服务器获取IP地址的同时还可以获取:子网掩码（255.255.255.0）、默认网关（111.123.15.1）和域名服务器IP地址。（3分）
(3)主机1能访问WWW服务器，但不能访问Internet。（2分）由于主机1的子网掩码配置正确而默认网关IP地址被错误地配置为111.123.15.2（正确IP地址是111.123.15.1），所以主机1可以访问在同一个子网内的WWW服务器，但当主机1访问Internet时，主机1发出的IP分组会被路由到错误的默认网关（111.123.15.2），从而无法到达目的主机。（1分）

第五章

第一题

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

第六章

第一题

假设CRC编码的生成比特模式G=10011。请回答下列问题：
（1）如果数据D=1010101010，则CRC编码后=？
（2）如果数据D=1010100000，则CRC编码后=？
（3）如果接收端收到码字01011010101001，则该码字在传输过程中是否发生差错？
（4）如果接收端收到码字10010101010000, 则该码字在传输过程中是否发生差错？
答
（1）利用G=10011去除1010101010 0000，(1分)得R=0100，(1分)所以，CRC编码后=10101010100100。(1分)
（2）利用G=10011去除1010100000 0000，(1分)得R=1001，(1分)所以，CRC编码后=10101000001001。(1分)
（3）利用G=10011去除01011010101001，(1分)得余式=0110，不为0000，(1分)因此该码字在传输过程中发生差错。 (1分)
（4）利用G=10011去除10010101010000,(1分) 得余式=0000，(1分)因此该码字在传输过程中未发生差错。 (1分)

第二题

假设在采用广播链路的10Mbps以太网中，回答下列问题：
（1）某结点连续第5次冲突后，按二进制指数退避算法，选择K=4的概率是多少？相应地延迟多久再次重新尝试发送帧？
（2）如果连续第12次冲突，该结点最多延迟多久再次重新尝试发送帧？
答
（1）连续第5次冲突后，结点网卡从{0, 1, 2,…, 31}中选择K，（1分）因此，选择到K=4的概率为1/32，（1分）相应地延迟时间为4512/(1010^6)=0.2048ms=204.8μs。（1分）
（2）当连续12次冲突后，网卡将从{0, 1, 2,…,1022，1023}中选择K，（1分）因此最多延迟时间是选择到K=1023，（1分）相应地延迟时间为1023512/(1010^6)=52.3776ms。（1分）

第三题

某局域网采用CSMA/CD协议实现介质访问控制，数据传输速率为10 Mbps，主机甲和主机乙之间的距离为2km，信号传播速度是200000km/s。请回答下列问题：
（1）若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据时刻起，到两台主机均检测到冲突时刻止，最短需经过多长时间？最长需经过多长时间？（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其他主机不发送数据）
（2）若网络不存在任何冲突与差错，主机甲总是以标准的最长以太网数据帧向主机乙发送数据，主机乙每成功收到一个数据帧后立即向主机甲发送一个64字节的确认帧，主机甲收到确认帧后方可发送下一个数据帧。此时主机甲的有效数据（上层协议数据）传输速率是多少？（不考虑以太网帧的前导码）
答
（1）主机甲和主机乙之间单向传播延迟时间= 2km/(200000km/s)=10μs；（1分）
两台主机均检测到冲突时，最短所需时间和最长所需时间对应下面两种极端情况：
①主机甲和主机乙同时各发送一个数据帧，（1分）信号在信道中发生冲突后，冲突信号继续向两个方向传播。因此，双方均检测到冲突需要1个单向传播延迟，即10μs。
因此，甲乙两台主机均检测到冲突时，最短需经过10μs。（1分）
②主机甲（或主机乙）先发送一个数据帧，当该数据帧即将到达主机乙（或主机甲）时，主机乙（或主机甲）也开始发送一个数据帧。（1分）这时，主机乙（或主机甲）将立即检测到冲突；而主机甲（或主机乙）要检测到冲突，冲突信号还需要从主机乙（或主机甲）传播到主机甲（或主机乙），（1分）因此，主机甲（或主机乙）检测到冲突需要2个单向传播延迟，即20μs。
因此，甲乙两台主机均检测到冲突时，最长需经过20μs。 （1分）
（2）以太网最大帧长为1518B；（1分）发送1518B的数据帧所用时间(传输延迟) = 1518×8 bits/10 Mbps=1214.4μs；（1分）
发送64B的确认帧所用时间(传输延迟) = 64×8bits/10Mbps=51.2μs；（1分）
主机甲从发送数据帧开始到收完确认帧为止的时间记为T总，则
T总=1214.4+51.2+2×10=1285.6 μs；（1分）
在1285.6μs内发送的有效数据长度=1518B-18B=1500B=12000bits；（1分）
因此，主机甲的有效数据传输速率=12000bits/1285.6μs ≈ 9.33Mbps。（1分）

 

作业10

 转自https://blog.csdn.net/weixin_38902950/article/details/85160547

1、
若单码替代密码的替代关系（密钥）如下：

明文:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

密文:mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq

1）请加密报文“This is an easy problem”；

2）解密报文“rmij'u uamu xyj”。

 

答：1)uasi si mj cmiw lokngch

        2)wasn't that fun

源代码如下（java）:

import java.util.Scanner;

public class Main {

public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
Scanner in = new Scanner(System.in);
String a = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
String b = "mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq";
char [] m = a.toCharArray();
char [] n = b.toCharArray();
String ming = in.nextLine().toLowerCase();
String mi = in.nextLine().toLowerCase();
StringBuffer sb1 = new StringBuffer();
StringBuffer sb2 = new StringBuffer();
for(int i = 0;i for(int j=0;j if (ming.charAt(i)<'a'||ming.charAt(i)>'z') {
sb1 = sb1.append(ming.charAt(i));
break;
}
else if(m[j]==ming.charAt(i)) {
sb1 = sb1.append(n[j]);
break;
}
}
}

for(int i = 0;i for(int j=0;j if (mi.charAt(i)<'a'||mi.charAt(i)>'z') {
sb2 = sb2.append(mi.charAt(i));
break;
}
else if(n[j]==mi.charAt(i)) {
sb2 = sb2.append(m[j]);
break;
}
}
}

System.out.println(sb1);
System.out.println(sb2);

}

}
2、
假设攻击者可以加密明文“The quick brown fox jumps over the lazy dogs”，并的到密文。请问：

1）攻击者是否可以利用选择明文攻击破解单码替代密码的所有报文？为什么？

2）攻击者是否可以利用选择明文攻击破解多码替代密码的所有报文？为什么？

答：

1）能破解；（1分）因为在单码替代密码系统中，字母之间的替代关系是固定的，而选择明文中已包含了所有字母，所以选择明文攻击可以完全确定字母替代关系，所以可以破解。（2分）

2）不行，多码替代密码是采用多个单码替代密码的组合，不同位置采用不同的单码替代密码，一句话包含不了这些规律信息。

 

3、
考虑p=5和q=11的RSA算法。请问：

1）n和z是什么？

2）若令e=3，为什么e是一个合理的选择？

3）求d是的de mod z = 1，且de<160；

4）使用密钥（n,e）加密报文m=8。（提示：[(a mod n)*(b mod n)] mod n = (a*b) mod n）

答：

1）n = pq = 55;

     z = (p-1)(q-1) = 40;

2)  e

3）ed-1刚好被z整除,

     d = (40i+1)/3, i为大于0的整数，保证d也为整数，

    当i=2时，d=27

4) c = m^e mod n = 17

 

4、
假设Alice和Bob之间共享两个密钥：一个报文认证密钥S1和一个对称加密秘钥S2。请利用图示设计一个通信方案，要求支持报文完整性和机密性。

答：

 

 

 

5、 
假设Alice想给Bob发送一封邮件； Bob拥有公钥-私钥对(KB+，KB–)，Alice有Bob的证书，但是Alice没有公钥-私钥对；Alice和Bob共享相同的散列函数H(·)。请回答下列问题：

1). 在这种情况下，是否能设计一个方案使得Bob可以核实邮件消息是由Alice创建的？如果能，请绘制框图解释该方案；如果不能，请简单解释原因。

2). 能否设计一个方案，支持Alice向Bob发送机密性邮件？如果能，请绘制方案框图；如果不能，请简单解释原因。

答：

1）不能，Alice只持有bob的公钥，没有自己和bob所独有的一段报文认证密钥s1，也没有自己的公钥私钥对，无法证明自己是Alice

2）可以，只要Alice的报文经过Bob的公钥KB+加密，就可以实现机密传输，Bob收到之后可以用私钥解密。

如图所示：

 

 

 

6、 
假设Alice和Bob基于SSL会话进行通信。假设有一个没有任何共享密钥的攻击者，在数据包流中插入一个具有正确TCP校验和与序列号（以及正确的IP地址和端口号）的伪造TCP段。接收端的SSL会接收该伪造TCP段并向上层应用提交载荷吗？为什么？

答：

不会

SSL协议就是介于TCP和应用层之间的一个安全协议，用于提供传输过程中的机密性、完整性和认证，即便TCP校验通过，序列号正确，由于其没有遵循ssl协议，一样会被识别出来。

因为伪造的TCP无法通过数据完整性校验（攻击者没有共享的MAC密钥）

 

7、
考虑下列伪WEP协议，共享密钥为4比特，设为1010；IV为2比特，在产生密钥流时，附加在密钥之后。产生的4种密钥流如下：

101000: 0010101101010101001011010100100 . . .

101001: 1010011011001010110100100101101 . . .

101010: 0001101000111100010100101001111 . . .

101011: 1111101010000000101010100010111 . . .

假设所有消息长度为8比特；ICV为4比特，是通过数据的前4比特与后4比特异或所得；伪WEP分组包含3个字段：IV字段+消息字段+ICV字段，其中消息字段+ICV字段被加密。

1).如果期望利用IV = 11的WEP协议发送消息 m = 10100000，那么WEP分组的3个字段的值分别是多少？

2).说明当接收端解密该WEP分组时，如何恢复消息和ICV。

3).假设Trudy截获了一个WEP分组(未必是IV = 11)，并在向接收端转发前修改该分组，且Trudy并不知道对应任何IV的密钥流。如果Trudy翻转了ICV的第一个比特，则Trudy还必须翻转哪些/个其他比特，才能使得被修改的分组通过ICV检查？

答：

1）第一个字段就是IV，不加密，为：   11

    第二个字段是消息字段，加密之后为：01011010

    第三个字段 ICV,加密之后为：0010

2）IV是不加密的，首先用共享密钥加IV输入到密钥流发生器产生密钥流，用密钥流和第二第三个字段逐位异或，得到解密的消息和ICV，之后根据消息计算ICV，与收到的ICV比对，若相同，则表明收到的报文完整。

3）可以翻转消息字段的第1位，或者是第5位。

因为ICV的第1位是消息的第1位和第5位异或得到。密文与相同的密钥流异或，会还原到原消息，翻转1位，异或得到的也是翻转的，所以，只需要消息的第1位或第5位

 

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