单元测验 2（第 3-4 章）：传输层 + 网络层数据平面 —— 计算强化卷¶

本卷覆盖第 3 章（传输层：UDP/TCP/可靠传输/拥塞控制）与第 4 章（网络层数据平面：IP 编址/分片/CIDR/NAT/DHCP）的全部高频考点。计算题与正文例题同型但参数已更换，真题大题按统考风格改编，答案必须完整推导、可核验。

项目	内容
考试范围	第 3 章（多路复用/解复用、UDP 校验和、RDT/GBN/SR、TCP 可靠传输与流量控制、连接管理、拥塞控制）+ 第 4 章（路由器内部、IPv4 分片、子网划分、CIDR 聚合、NAT、DHCP、IPv6）
考试时长	100 分钟
总分	75 分
题量	单选 15 题 × 2 分 + 计算 3 题 × 10 分 + 真题大题 1 道 × 15 分
及格线	45 分（60%）
对应章节	03-transport-layer.md、04-network-layer-data-plane.md

📖 第一部分：单项选择题（15 题 × 2 分 = 30 分）¶

1.（单选）TCP 通过（）实现接收进程的解复用。

A. 源 IP 地址 + 目的 IP 地址
B. 源 IP + 源端口 + 目的 IP + 目的端口（四元组）
C. 目的端口号
D. 协议号

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答案：B

TCP 是面向连接的，其报文段经四元组（源 IP、源端口、目的 IP、目的端口）唯一标识一条连接，接收端按四元组把段交给对应套接字。UDP 只用二元组（目的 IP、目的端口）。

2.（单选）UDP 首部的长度为（）。

A. 8 字节
B. 20 字节
C. 16 字节
D. 4 字节

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答案：A

UDP 首部只有 4 个字段（源端口、目的端口、长度、校验和），每字段 2 字节，共 8 字节；TCP 首部最小 20 字节。首部开销小是 UDP 的优点之一。

3.（单选）关于 UDP 校验和，下列说法正确的是（）。

A. 只校验 UDP 首部
B. 能检测并纠正传输差错
C. 接收方把包括校验和在内的所有 16 位字相加，无差错时结果为全 1
D. 传输层无需校验和，因为链路层已做差错检测

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答案：C

接收方把所有 16 位字（含校验和）相加，无差错时得 全 1。校验和只能检测不能纠正差错；UDP 校验和覆盖首部 + 数据；链路层检错不能替代端到端检错（端到端原则）。

4.（单选）GBN（回退 N 步）协议中，接收方收到失序分组时（）。

A. 缓存失序分组并单独确认
B. 丢弃失序分组，并重发对最近按序接收分组的确认
C. 缓存失序分组并发送重复确认
D. 立即通知发送方重传全部窗口

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答案：B

GBN 接收方对失序分组 一律丢弃，并重发对最近按序接收分组的 ACK（累积确认）。因为发送方超时后会重传从 base 起的所有分组，缓存失序分组没有意义。缓存失序分组并单独确认是 SR 的做法。

5.（单选）序号用 4 bit（0~15），GBN 协议允许的最大发送窗口为（）。

A. 16
B. 15
C. 8
D. 7

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答案：B

GBN 窗口须满足 W ≤ 2ⁿ - 1 = 16 - 1 = 15。若 W = 2ⁿ，当 ACK 全部丢失、发送方重传整窗分组时，接收方无法区分新分组与重传的旧分组。SR 收发窗口相等时最大为 2ⁿ⁻¹ = 8。

6.（单选）TCP 报文段的序号字段表示（）。

A. 报文段本身的编号
B. 数据字段首字节的字节流编号
C. 期望收到的下一个字节编号
D. 报文段长度

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答案：B

TCP 把数据视为字节流，序号 = 数据字段首字节的字节流编号（MSS = 1000 时各段序号为 0、1000、2000…）。确认号才是「期望收到的下一个字节编号」。

7.（单选）TCP 三次握手中，第二次握手报文段的标志位为（）。

A. SYN = 1，ACK = 0
B. SYN = 1，ACK = 1
C. SYN = 0，ACK = 1
D. FIN = 1，ACK = 1

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答案：B

第一次握手：SYN = 1、ACK = 0（客户端发 SYN 段，选初始序号）；第二次：SYN = 1、ACK = 1（服务器回 SYNACK，确认号 = 客户端 ISN + 1）；第三次：ACK = 1（可携带数据）。注意 SYN 段与 FIN 段即使不携带数据也要消耗一个序号。

8.（单选）TCP 流量控制（rwnd）与拥塞控制（cwnd）的关系是（）。

A. 二者互不影响，发送窗口只由 rwnd 决定
B. 实际发送窗口 = min{rwnd, cwnd}
C. 实际发送窗口 = rwnd + cwnd
D. cwnd 只影响接收方

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答案：B

实际允许的未确认数据量 ≤ min{rwnd, cwnd}：rwnd 是接收方通告的缓冲区空闲空间（端到端流量控制），cwnd 是发送方维护的拥塞窗口（全局拥塞控制），两者共同限制发送速率。

9.（单选）TCP 发送方收到 3 个重复 ACK 时，将执行（）。

A. 置 cwnd = 1，重新慢开始
B. 快重传 + 快恢复：ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh
C. 立即关闭连接
D. 加倍超时时间后重传

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答案：B

3 个冗余 ACK 说明网络仍在交付（后续段陆续到达），拥塞程度较轻，执行 快重传（不等超时立即重传丢失段）+ 快恢复（ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh，直接进入拥塞避免）。口诀：超时 = 狠惩罚（cwnd = 1 慢开始）；3 冗余 ACK = 轻惩罚（减半快恢复）。

10.（单选）慢开始算法中，每经过一个 RTT，拥塞窗口 cwnd（）。

A. 增加 1 个 MSS
B. 翻倍
C. 保持不变
D. 减半

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答案：B

慢开始每收到一个对新报文段的确认，cwnd 增加 1 MSS，故每 RTT 内所有段的 ACK 使窗口 翻倍（指数增长）。拥塞避免阶段才改为每 RTT 增加 1 MSS（线性增长）。

11.（单选）IPv4 数据报首部中，协议字段值为 6 表示上层协议为（）。

A. UDP
B. TCP
C. ICMP
D. IP

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答案：B

协议字段值为 6 = TCP、17 = UDP。协议号在网络层的作用类似端口号在传输层的作用——把网络层与传输层粘合的胶水。

12.（单选）IP 分片中，片偏移字段以（）为单位，除最后一个分片外每个分片的数据长度必须是（）的整数倍。

A. 1 字节；4 字节
B. 4 字节；8 字节
C. 8 字节；8 字节
D. 8 字节；16 字节

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答案：C

IP 首部三个长度字段单位不同：首部长度字段以 4B 为单位、总长度字段以 1B 为单位、片偏移字段以 8B 为单位。除最后一个分片外，每片数据长度必须是 8B 的整数倍。

13.（单选）主机 A 与主机 B 属于同一子网（子网掩码 255.255.255.0），A 向 B 发送数据报，帧的目的 MAC 地址应为（）。

A. B 的 MAC 地址
B. 默认网关接口的 MAC 地址
C. 广播地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF
D. A 自己的 MAC 地址

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答案：A

同子网内 A 直接用 ARP 解析 B 的 IP 对应的 MAC，帧的目的 MAC 填 B 的 MAC。只有跨网段时才把帧交给默认网关（目的 MAC = 网关接口 MAC），由路由器逐跳转发。

14.（单选）关于 DHCP，下列说法错误的是（）。

A. DHCP 客户发送 discover 报文时源 IP 为 0.0.0.0、目的 IP 为 255.255.255.255
B. DHCP 运行在 UDP 之上
C. 主机可从 DHCP 获得 IP 地址、子网掩码、默认网关与 DNS 服务器地址
D. DHCP discover 报文的目的端口是 80

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答案：D

DHCP discover 报文的 UDP 目的端口为 67（DHCP 服务器端口），不是 80。客户尚未获得 IP 地址，只能广播（源 0.0.0.0，目的 255.255.255.255），不能使用 TCP（无法先建立连接）。

15.（单选）下列关于 IPv6 的说法，错误的是（）。

A. IPv6 地址长度为 128 位
B. IPv6 不允许中间路由器分片
C. IPv6 首部固定 40 字节，取消了首部校验和
D. IPv6 允许路由器对超大数据报分片后转发

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答案：D

IPv6 不允许中间路由器分片——数据报过大时路由器直接丢弃并回送 ICMPv6「Packet Too Big」，由源端重新发送更小的数据报。分片重组只能在源与目的主机进行。

📖 第二部分：计算题（3 题 × 10 分 = 30 分）¶

16.（计算，10 分）UDP 报文段中按 16 位分组得到如下三个字（首部 + 数据）：

10011001 01100110
01010101 10101010
11100011 00011100

（1）求发送方填入校验和字段的值（写出求和、回卷、取反码的完整过程）；

（2）接收方把三个数据字连同校验和共四个字相加，得到什么结果？说明其含义；

（3）若传输过程中某个字的一位发生翻转，接收方能发现差错吗？UDP 校验和能纠正差错吗？

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（1）计算校验和。 三个字十六进制为 0x9966、0x55AA、0xE31C：

第一步，前两个字相加：0x9966 + 0x55AA = 0xEF10（无溢出）。

第二步，与第三字相加：0xEF10 + 0xE31C = 0x1D22C——超过 16 位，最高位进位 1 需要回卷：0xD22C + 1 = 0xD22D。

第三步，取反码：0xD22D 按位取反 = 0x2DD2，即二进制 00101101 11010010，这就是填入校验和字段的值。

（2）接收方验证： 0x9966 + 0x55AA + 0xE31C + 0x2DD2 = 0x1FFFF，回卷后 = 0xFFFF + 1 → 再回卷 = 0xFFFF（全 1）。全 1 表示无差错——因为校验和是和的补码，「数据和 + 校验和」必为全 1。

（3） 任意一位翻转都会使最终相加结果中出现 0，接收方 能发现差错。但 UDP 校验和 只能检测、不能纠正 差错，且存在漏检可能（如两个比特同时翻转恰好抵消，和仍为全 1）。

评分标准

前两字相加正确（2 分）
第三字相加并识别溢出回卷（3 分）
取反码得校验和 0x2DD2（2 分）
接收方四字相加得全 1 并解释（2 分）
（3）能检错、不能纠错（1 分）

17.（计算，10 分）一条点对点链路的传输速率为 10 Mbps，帧长为 1000 B（8000 bit），链路两端主机之间的往返时延 RTT = 40 ms，忽略 ACK 传输时间、处理时延与传播时延以外的时延。

（1）采用停等协议时，信道利用率约为多少？

（2）改用 GBN 协议、发送窗口 N = 16，信道利用率是多少？有效数据率约为多少？

（3）要使信道利用率达到 100%，GBN 的发送窗口至少应为多少？此时序号至少需要几位？若改用 SR 协议（收发窗口相等），序号又至少需要几位？

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（1）停等协议。 传输一个帧的时间：

\[ T_{trans} = \frac{L}{R} = \frac{8000}{10 \times 10^6} = 0.8 \text{ ms} \]

停等利用率：

\[ U = \frac{T_{trans}}{T_{trans} + RTT} = \frac{0.8}{0.8 + 40} = \frac{0.8}{40.8} \approx 0.0196 \approx 1.96\% \]

（2）GBN（N = 16）：

\[ U = \frac{N \cdot T_{trans}}{T_{trans} + RTT} = \frac{16 \times 0.8}{40.8} = \frac{12.8}{40.8} \approx 0.314 = 31.4\% \]

有效数据率 = U × R = 0.314 × 10 Mbps ≈ 3.14 Mbps。

（3）利用率 100% 要求 N·T_trans ≥ T_trans + RTT，即：

\[ N \ge \frac{T_{trans} + RTT}{T_{trans}} = \frac{40.8}{0.8} = 51 \]

GBN 序号位数 n 须满足 2ⁿ - 1 ≥ 51：2⁵ - 1 = 31 < 51，2⁶ - 1 = 63 ≥ 51，故 n = 6 位。SR 收发窗口相等时 W ≤ 2ⁿ⁻¹，需要 2ⁿ⁻¹ ≥ 51：2⁶ = 64 ≥ 51，故 n = 7 位。

评分标准

T_trans = 0.8 ms 与停等利用率公式（3 分）
GBN 利用率 31.4% 与有效数据率 3.14 Mbps（3 分）
100% 利用率所需窗口 N = 51（2 分）
GBN 需 6 位、SR 需 7 位序号（2 分）

18.（计算，10 分）一个总长度为 3200 B 的 IPv4 数据报（首部 20 B，数据部分 3180 B）到达一台路由器，需要转发到一条 MTU = 1000 B 的链路上。假定原始数据报的标识号为 888。

（1）应分为几个片？各片的数据字段长度与总长度分别为多少？

（2）各片的 MF 标志位与片偏移字段值分别为多少？

（3）分片在何处重组？为什么不能在中间路由器重组？目的主机依据哪些字段完成重组？

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（1）分片数与片长。 每片最大数据长度 = MTU - 首部 = 1000 - 20 = 980 B；980 不是 8 的倍数，向下取整为 976 B（976 ÷ 8 = 122）。分片数 = ⌈3180 / 976⌉ = ⌈3.26⌉ = 4 片。

片	数据长度	总长度（数据 + 20B 首部）
片 1	976 B	996 B
片 2	976 B	996 B
片 3	976 B	996 B
片 4	3180 − 3×976 = 252 B	272 B

（2）标志与片偏移。 DF = 0（允许分片）。MF：前 3 片为 1，最后一片为 0。片偏移 = 该片数据首字节在原数据中的相对位置 ÷ 8：

片 1：0 ÷ 8 = 0
片 2：976 ÷ 8 = 122
片 3：1952 ÷ 8 = 244
片 4：2928 ÷ 8 = 366

（3） 分片 在目的主机重组——各片可能经不同路径到达，中间路由器无法保证收集到全部片。目的主机依据 标识（identifier） 判断片属于同一原始数据报、MF 判断是否还有后续片、片偏移 确定片在原数据报中的位置，三者共同完成重组。

评分标准

每片最大数据 976 B（向下取 8 的倍数）（2 分）
分片数 4 与各片数据/总长度正确（3 分）
MF 与片偏移 0/122/244/366 正确（3 分）
目的主机重组、依据标识/MF/片偏移（2 分）

📖 第三部分：真题大题（1 题 × 15 分 = 15 分）¶

19.（综合计算，15 分，真题 2023#47 改编）主机甲通过一条 TCP 连接向主机乙发送一个 18000 B 的文件。MSS = 1000 B，文件被划分为 18 个报文段（段 1 ~ 段 18，段 k 的首字节序号为 (k−1)×1000 + 1）。三次握手恰好花费 1 个 RTT（握手报文段不携带数据）。连接建立后 cwnd 初始为 1 个 MSS，ssthresh 初始为 3 个 MSS，甲按慢开始/拥塞避免算法发送。假设每个 RTT 内甲发送的报文段数等于当前 cwnd 值，所有 ACK 在一个 RTT 内返回。

（1）填表：写出连接建立后前 5 个 RTT 内各 RTT 的 cwnd 值、所处阶段（慢开始/拥塞避免）、发送的段号与已发送段总数。

（2）第 5 个 RTT 传输的报文段中，段 11（首字节序号 10001）在传输中丢失。乙先后收到段 12、13、14、15 时，分别返回什么 ACK（写出确认号）？甲连续收到 4 个相同确认号的 ACK 后，会执行什么操作？写出新的 ssthresh 与 cwnd 值。

（3）快恢复后甲继续按拥塞避免发送剩余报文段（段 16、17、18），且无新的拥塞事件。求从开始建立连接起，到甲收到确认最后一个报文段的 ACK，共需多少个 RTT？若 RTT = 100 ms，求文件传输的平均发送速率（bps，含建连时间）。

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（1）前 5 个 RTT 的窗口演变。 慢开始每 RTT 翻倍；当 2×cwnd > ssthresh 时下一轮 cwnd 取 ssthresh；cwnd 达到 ssthresh 后转拥塞避免（每 RTT +1）。

RTT	cwnd（MSS）	阶段	发送段号	已发送总数
1	1	慢开始	1	1
2	2	慢开始	2、3	3
3	3（2×2=4 > ssthresh=3，封顶）	慢开始	4、5、6	6
4	4	拥塞避免	7、8、9、10	10
5	5	拥塞避免	11、12、13、14、15	15

（2）重复 ACK 与快重传快恢复。 乙已正确收到段 1~10（字节 1~10000），段 11 丢失使字节 10001 缺失。段 12、13、14、15 到达时均属失序到达，乙对每个失序段都回送确认号 10001 的 ACK（累积确认到字节 10000，期望下一个字节 10001）。甲连续收到 4 个确认号均为 10001 的 ACK（1 个 ACK + 3 个重复 ACK），判定段 11 丢失，执行 快重传（立即重传段 11，不等定时器超时）+ 快恢复：

\[ ssthresh = \left\lfloor \frac{cwnd}{2} \right\rfloor = \left\lfloor \frac{5}{2} \right\rfloor = 2 \text{ MSS}, \quad cwnd = ssthresh = 2 \text{ MSS} \]

（3）总 RTT 数与平均速率。 快恢复后 cwnd = 2、ssthresh = 2，进入拥塞避免（每 RTT +1）：

第 6 个 RTT：cwnd = 2，发送段 16、17；段 11 的重传确认（ACK 15001）与段 16、17 的确认（ACK 17001）在此期间返回；cwnd 增至 3；
第 7 个 RTT：cwnd = 3，发送段 18；乙返回 ACK 18001（全部 18 段确认），甲在第 7 个 RTT 末收到。

数据传输共 7 个 RTT，加上建连 1 个 RTT，共 8 个 RTT。

平均发送速率：

\[ \text{速率} = \frac{18000 \times 8}{8 \times 100 \times 10^{-3}} = \frac{144000}{0.8} = 180000 \text{ bps} = 180 \text{ kbps} \]

评分标准

（1）表格 cwnd 与阶段正确（每行 1 分，共 5 分；注意第 3 行封顶取 3、第 4-5 行 +1）
（2）4 个 ACK 确认号均为 10001 及原因（3 分）
（2）快重传 + 快恢复、ssthresh = 2、cwnd = 2（3 分）
（3）总 RTT = 8（1 + 7）（2 分）
（3）平均速率 = 180000 bps（2 分）

本题改编自 2023 统考真题 47 题（TCP 拥塞控制 + 文件传输时间：连续收到 4 个相同确认序号触发快重传快恢复、阈值 = 窗口/2、建连 1RTT + 传输若干 RTT 及平均速率计算）。

✅ 卷后自查清单¶

检查项	说明
UDP 校验和	16 位字求和 → 溢出回卷 → 取反码；接收方四字相加得全 1 表示无错
窗口与序号	GBN：W ≤ 2ⁿ−1；SR（收发窗口相等）：W ≤ 2ⁿ⁻¹
TCP 序号/确认号	序号 = 数据首字节编号；确认号 = 期望的下一个字节（累积确认）
拥塞控制	慢开始翻倍 → 撞阈值转拥塞避免 +1 → 超时 cwnd=1 / 3 冗余 ACK 减半快恢复
分片三字段	标识（同一数据报）、MF（是否还有后续片）、片偏移（单位 8B）
单位陷阱	首部长度 4B / 总长度 1B / 片偏移 8B
NAT 关键	路由器改写 IP 地址与传输层端口号，靠 WAN 端口区分内网连接

🚪 下一站预告¶

传输层与 IP 编址过关后，下一份测验进入 网络层控制平面与链路层——Dijkstra/DV 路由算法、OSPF/RIP/BGP、CRC 检错、CSMA/CD 最短帧长与交换机转发，路由与链路层的大题将在这里登场。👉 进入单元测验 3（第 5-6 章）→