2025年TCP-IP詳解卷一協(xié)議習(xí)題答案1.假設(shè)某主機需要發(fā)送一個總長度為4200字節(jié)的IP數(shù)據(jù)報（其中IP首部20字節(jié)），傳輸路徑中最大傳輸單元（MTU）為1500字節(jié)。請計算該數(shù)據(jù)報需要分片的數(shù)量，并說明每個分片的首部長度、數(shù)據(jù)長度、標(biāo)志位（MF）和片偏移量。解答：原始數(shù)據(jù)報總長度4200字節(jié)，其中IP首部20字節(jié)，因此數(shù)據(jù)部分長度為4200-20=4180字節(jié)。傳輸路徑MTU為1500字節(jié)，每個分片的IP首部至少20字節(jié)（假設(shè)無選項），因此每個分片的數(shù)據(jù)部分最大為1500-20=1480字節(jié)。分片數(shù)量計算：4180÷1480≈2.82，需向上取整為3個分片。分片1：首部長度：20字節(jié)數(shù)據(jù)長度：1480字節(jié)（未超過MTU限制）標(biāo)志位MF（MoreFragments）：1（表示后續(xù)有分片）片偏移量：0（初始分片偏移為0，單位為8字節(jié)塊，1480字節(jié)=185×8字節(jié)）分片2：首部長度：20字節(jié)數(shù)據(jù)長度：1480字節(jié)（累計已傳輸1480×2=2960字節(jié)）標(biāo)志位MF：1（仍有后續(xù)分片）片偏移量：1480÷8=185（前一個分片數(shù)據(jù)長度對應(yīng)的偏移量）分片3：首部長度：20字節(jié)數(shù)據(jù)長度：41801480×2=4180-2960=1220字節(jié)（剩余數(shù)據(jù)）標(biāo)志位MF：0（最后一個分片）片偏移量：(1480×2)÷8=2960÷8=370驗證總數(shù)據(jù)長度：1480+1480+1220=4180字節(jié)，與原始數(shù)據(jù)部分一致，分片正確。2.簡述ICMP時間戳請求/應(yīng)答報文的工作原理，并說明其與ICMP回送請求/應(yīng)答（Ping）的主要區(qū)別。ICMP時間戳請求報文由發(fā)送方主機提供，包含三個32位時間戳字段：OriginateTimestamp（發(fā)送方發(fā)出請求的時間）、ReceiveTimestamp（接收方收到請求的時間）、TransmitTimestamp（接收方發(fā)送應(yīng)答的時間）。接收方收到請求后，記錄收到時刻填入ReceiveTimestamp，提供應(yīng)答時記錄發(fā)送時刻填入TransmitTimestamp，然后將報文返回發(fā)送方。發(fā)送方通過計算(TransmitTimestampOriginateTimestamp)(ReceiveTimestamp本地發(fā)送時間)可估算網(wǎng)絡(luò)往返延遲中的不對稱性，或通過(TransmitTimestamp+應(yīng)答到達時間OriginateTimestampReceiveTimestamp)計算路徑延遲差異。與Ping（回送請求/應(yīng)答）的區(qū)別：目的不同：Ping主要用于檢測主機可達性和計算往返時間（RTT）；時間戳請求用于測量網(wǎng)絡(luò)延遲的雙向不對稱性，或校準(zhǔn)不同主機的時鐘（需同步精度較高時）。信息維度不同：Ping僅返回是否可達及RTT；時間戳請求返回三個時間點，提供更細粒度的延遲分布數(shù)據(jù)（如請求去程時間、應(yīng)答返程時間）。應(yīng)用場景不同：時間戳常用于網(wǎng)絡(luò)性能分析（如衛(wèi)星鏈路的延遲不對稱檢測），Ping則是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)診斷工具。3.分析TCP三次握手過程中，若第二次握手（SYN+ACK）丟失，客戶端和服務(wù)器的行為差異及最終連接建立結(jié)果。假設(shè)客戶端（A）向服務(wù)器（B）發(fā)起連接，A發(fā)送SYN（seq=x）進入SYN_SENT狀態(tài)。B收到后回復(fù)SYN+ACK（seq=y,ack=x+1），進入SYN_RCVD狀態(tài)。若此SYN+ACK丟失：客戶端行為：A在發(fā)送SYN后啟動重傳計時器（初始RTO通常為3秒），超時未收到SYN+ACK則重傳SYN（seq=x），重傳次數(shù)由TCP實現(xiàn)決定（如Linux默認重傳5次，總時間約3+6+12+24+48=93秒）。每次重傳后RTO指數(shù)退避（翻倍），直到達到最大重傳次數(shù)，此時A終止連接嘗試，進入CLOSED狀態(tài)。服務(wù)器行為：B在發(fā)送SYN+ACK后，為該半連接分配資源（如保存在SYN隊列中），并啟動超時計時器（一般為30秒到2分鐘）。若超時未收到A的ACK（第三次握手），B會重傳SYN+ACK（seq=y,ack=x+1），重傳次數(shù)同樣有限（如Linux默認重傳5次）。若所有重傳均無響應(yīng)，B將該半連接從隊列中移除，釋放資源，回到LISTEN狀態(tài)。最終結(jié)果：若A在重傳耗盡前未收到SYN+ACK，或B在半連接超時前未收到ACK，連接無法建立。實際中，由于客戶端重傳周期較短（初始3秒），而服務(wù)器半連接超時較長（如SYNcookies機制啟用時，服務(wù)器不分配完整資源），多數(shù)情況下客戶端會先放棄，導(dǎo)致連接失敗。4.某TCP連接中，接收方通告的窗口（rwnd）為65535字節(jié)，發(fā)送方當(dāng)前擁塞窗口（cwnd）為8000字節(jié)，MSS為1460字節(jié)。此時發(fā)送方實際可發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量是多少？若傳輸過程中出現(xiàn)3個重復(fù)ACK，發(fā)送方應(yīng)如何調(diào)整cwnd和慢啟動閾值（ssthresh）？發(fā)送方實際可發(fā)送的窗口大小為min(rwnd,cwnd)。題目中rwnd=65535字節(jié)，cwnd=8000字節(jié)，因此實際發(fā)送窗口為8000字節(jié)。由于MSS=1460字節(jié)，最大可發(fā)送的數(shù)據(jù)段數(shù)為8000÷1460≈5.48，即最多發(fā)送5個完整MSS（5×1460=7300字節(jié)），剩余700字節(jié)（8000-7300=700）可作為一個較小的段發(fā)送，因此實際最大發(fā)送數(shù)據(jù)量為8000字節(jié)。當(dāng)收到3個重復(fù)ACK時，TCP觸發(fā)快速重傳機制，假設(shè)此時發(fā)生的是部分丟包（網(wǎng)絡(luò)未完全擁塞），處理步驟如下：慢啟動閾值ssthresh更新為當(dāng)前cwnd的一半（8000÷2=4000字節(jié)）。發(fā)送方立即重傳丟失的報文段（無需等待超時）。進入快速恢復(fù)階段，將cwnd設(shè)置為ssthresh+3×MSS（4000+3×1460=4000+4380=8380字節(jié)）。選擇加3倍MSS是因為收到3個重復(fù)ACK意味著有3個報文段已成功到達接收方，網(wǎng)絡(luò)仍有一定容量。之后每收到一個重復(fù)ACK，cwnd增加1×MSS（避免擁塞窗口增長過慢），直到收到對丟失報文段的確認（新ACK），此時cwnd降至ssthresh（4000字節(jié)），進入擁塞避免階段（cwnd線性增長）。5.比較UDP和TCP在傳輸層的主要差異，并說明為何DNS協(xié)議通常使用UDP而非TCP。UDP與TCP的核心差異：連接性：TCP是面向連接的（需三次握手建立連接），UDP是無連接的（無需預(yù)建立連接）?？煽啃裕篢CP通過確認（ACK）、重傳、滑動窗口實現(xiàn)可靠傳輸；UDP不保證交付，無重傳機制。有序性：TCP保證數(shù)據(jù)段按序到達；UDP數(shù)據(jù)報可能亂序。流量控制：TCP通過接收窗口（rwnd）實現(xiàn)流量控制；UDP無流量控制，可能導(dǎo)致接收方緩沖區(qū)溢出。首部開銷：TCP首部最小20字節(jié)（含序號、確認號、窗口等字段）；UDP首部僅8字節(jié)（源端口、目的端口、長度、校驗和）。DNS使用UDP的主要原因：輕量級需求：DNS查詢/應(yīng)答通常較短（多數(shù)情況下小于512字節(jié)），UDP的低開銷（8字節(jié)首部）更適合短報文傳輸。延遲敏感：DNS解析是網(wǎng)絡(luò)通信的前置步驟，UDP無需連接建立過程，減少延遲（避免TCP三次握手的往返時間）?？煽啃匝a充：雖然UDP不可靠，但DNS查詢失敗時，客戶端可重試（通常重試2-3次），多數(shù)情況下能快速恢復(fù)，而TCP的重傳機制對短報文而言效率更低。廣泛支持：UDP的無連接特性適合分布式的DNS服務(wù)器架構(gòu)（全球數(shù)萬臺遞歸/權(quán)威服務(wù)器），無需維護大量持久連接。僅當(dāng)DNS響應(yīng)超過512字節(jié)（如EDNS0擴展）時，才會切換到TCP傳輸（使用TCP的53端口）。6.假設(shè)TCP連接中，發(fā)送方當(dāng)前cwnd=4MSS，ssthresh=8MSS，處于擁塞避免階段。若此時發(fā)生超時重傳，說明擁塞窗口、慢啟動閾值的變化過程，并繪制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（文字描述）。超時重傳表明網(wǎng)絡(luò)擁塞較嚴(yán)重（可能丟包率高），TCP的處理步驟如下：慢啟動閾值ssthresh更新為當(dāng)前cwnd的一半：4MSS÷2=2MSS。擁塞窗口cwnd重置為1MSS（進入慢啟動階段）。重傳丟失的報文段，并啟動新的重傳計時器。狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程：擁塞避免階段（cwnd=4,ssthresh=8）→超時事件→ssthresh=2，cwnd=1→慢啟動階段（cwnd指數(shù)增長：1→2→4…直到達到ssthresh=2MSS）→當(dāng)cwnd=2MSS時，進入擁塞避免階段（cwnd線性增長：2→3→4…）。具體增長過程：慢啟動階段：初始cwnd=1MSS，每收到一個ACK，cwnd+1M