计算机网络--作业

作业一

1、比较电路交换、报文交换和分组报文交换优缺点

电路交换

电路交换是以电路连接为目的的交换方式，通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通道（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成）。

优点：

①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小

②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。

③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。

⑤电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

缺点：

① 电路交换的平均连接建立时间较长，如果计算机间进行小数据量的随机突发式通信，那么会有较多的时间浪费在电路的连接和建立上。

② 电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，在通信双方的传输空闲期，线路也不能供其他用户使用，所以信道利用较低。

③ 电路交换传输时，数据直达，不同规格、不同类型、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

报文交换

报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，报文整个地发送，一次一跳，在交换结点采用存储转发的传输方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。

优点：

① 报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。

② 由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：

a) 在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；

b) 在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；

c) 提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；

d) 允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。

③ 通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。

缺点：

① 报文交换只适用于数字信号。

② 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，可能需要排队，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。

③ 由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。

分组交换

基于报文交换，将报文划分为更小的数据单位：报文分组（段、包、分组）。分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。

优点：

① 分组交换不需要为通信双反预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送分组。

② 由于采用存储转发的传输方式所带来的的和报文转发相似的优点

③ 通信双方不是固定的占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。

④ 加速了数据在网络中的传输。因而分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了传输时间。

⑤ 分组长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，所以简化了交换节点中存储器的管理。

⑥ 分组较短，出错几率减少，每次重发的数据量也减少，不仅提高了可靠性，也减少了时延。

缺点：

① 分组交换只适用于数字信号。

② 分组交换不能通过建立连接来保证通信所需的资源，因而无法保证通信时端到端所需的带宽

③ 由于数据进入交换节点后要经历存储转发这一过程，可能需要排队，从而引起的转发时延（包括接受分组、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量越大，造成的时延就越大，实时性较差。

④ 因为分组交换将报文分割，所以可能出现失序，丢失或重复分组的问题，分组到达目的节点时，对分组按编号进行排序等工作，增加处理的复杂度。（即使采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。）

总的来说，如果传送的数据量很大，且其传送时间远大于连接建立时间，则采用电路交换较为合适；如果端到端的通路有很多段的链路组成，或者是通信端之间大多是随机突发数据的传送时，采用分组交换传送数据更为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小、灵活性强，特别适合于计算机之间的突发式的数据通信。

2、收发两端距离为5000KM，信号在媒体上传输速率为3*10^8m/s

，发送速率为1000Mbps，不考虑处理延迟和排队延迟情况下，发送1024000MB数据接收端完整接收的理论最快所需时间是多少？

先统一单位：

发送速率 = 1000Mbps = 1*10^9 bit/s

收发两端距离 = 5000km = 5*10^6 m

数据量 = 1024000MB = 1024000 * 1024 * 1024 * 8 = 8589934592000 bit

媒体上传输时间 = 5*10^6 ÷ 3×10^8 = 0.0167s

发送端发送时间 = 8589934592000 ÷ 1*10^9 = 8,589.9346s

理论最快完整接收时间 = 媒体上传输时间 + 发送端发送时间 = 8,589.9513s

3、试举例说明OFDM、QAM的作用和意义

QAM是一种常用的调制技术，用于在数字通信系统中将数字信号调制为模拟信号，以便在传输介质上传输。它将两个调制信号正交调制到同一个载波上，因此可以通过改变两个调制信号的振幅和相位来编码更多的比特。其作用和意义如下：

① 提高数据传输速率： QAM可以通过在相位和振幅上编码数据位来实现更高的数据传输速率，使得在有限的带宽内能传输更多的数据量。

② 提高频谱效率： 与一些其他调制技术相比，QAM能够更有效地利用频谱资源，实现更高的频谱效率，从而在有限的频谱范围内传输更多的信息。

③ 抗噪声性能好： QAM对于传输中的噪声有一定的鲁棒性，可以通过适当的调制技术和解调技术来减少传输中的误码率，提高传输的可靠性。

④ 灵活性强： QAM可以根据具体的应用需求灵活地调整调制阶数，从而在不同的环境下满足不同的传输要求。

⑤ 广泛应用： QAM被广泛应用于数字通信领域，包括无线通信、有线通信、光纤通信以及各种数据通信系统中，如数字电视、调制解调器、无线局域网等。

因此，QAM作为一种高效的调制技术，在现代通信系统中扮演着关键角色，使得数字信号能够高效地在各种传输介质中传输，并在不同应用场景下实现高速、可靠的数据传输。

OFDM是一种常用的调制技术，主要应用于数字通信中。它将高速数据流分成多个较低速的子流，并将这些子流分配到不重叠的正交子载波上。OFDM的作用和意义如下：

① 抗多径衰落： OFDM能够有效应对多径传播引起的信号衰减和干扰。通过将信号分成多个子载波，在接收端可以针对各个子载波的不同衰减情况进行补偿，从而提高信号的传输质量和稳定性。

② 提高频谱利用率： OFDM将频谱分成多个窄带子载波，在频域上实现了频谱的有效利用，使得可以在有限的带宽内传输更多的数据量。这样的特性使得OFDM适用于高速数据传输，如数字电视、无线局域网（WLAN）以及其他需要高带宽的通信系统。

③ 降低传输延迟： 通过同时传输多个子载波，OFDM能够减少传输延迟，特别是在大容量数据传输和多媒体传输中，能够保证数据的及时性和实时性，从而提高用户体验。

④ 抗频率选择性衰落： OFDM能够有效应对频率选择性衰落，使得信号能够更好地通过频率选择性衰落通道，减少信号的失真和衰减，提高通信系统在复杂信道环境下的性能稳定性。

⑤ 适应不同传输环境： OFDM适用于不同的传输介质，包括无线和有线传输环境，因此在各种通信系统中得到了广泛的应用，如4G和5G移动通信系统、数字广播、数字电视等。

因此，OFDM作为一种关键的调制技术，具有抗干扰能力强、频谱利用率高、传输稳定性好等优点，因此在现代通信领域发挥着重要作用，推动了数字通信技术的发展，并在各种通信应用中取得了显著的成就。

4、利用Wireshark抓取任一次本机与远程服务器通讯过程，能否获取本机及通信对端MAC地址，帧类型及帧长（截图），路由等信息，并求通讯过程中平均RTT和最大时延抖动。

image.png

帧类型为IPv4，帧长为60字节，本机mac：3c：78:43:71:09:42

目的IP地址是远程服务器的地址，但是目的MAC地址是本局域网网关的MAC地址，所以在跨局域网的远程通信中无法获取远程端的MAC地址，数据分组在网络中的传输的过程中，网络设备在转发时会将数据帧的源MAC地址替换为自己的MAC地址，将目的MAC地址替换为路由下一跳网络设备的MAC地址。因此，我们虽然无法通过本机设备的抓包看到完整的路由信息，但可以通过MAC帧中的目的MAC地址知道路由的下一跳地址。

可以计算出这次通信中远程服务器三次回复的RTT分别为：

41.5ms,0.036ms,0.025ms

则有：

平均RTT：(41.5+0.036+0.025) / 3 = 13.85 ms

最大时延抖动为：41.5-0.025= 41.475 ms

作业二

1、请利用工具实时侦测实验室和宿舍无线局域网信号（截图）并分析特点及异同，针对两个不同场景能否提出优化方案

实验室无线局域网信号特点：

1. 网络拓扑和设备密度： 实验室通常配备有更多的专业设备，如服务器、计算机集群等，可能需要更强大的网络支持。因此，实验室的Wi-Fi网络可能配置有更多的路由器、交换机和接入点。

2. 带宽需求： 由于实验室通常需要进行大量数据传输、实验和计算任务，对于带宽的需求可能更高。因此，实验室Wi-Fi网络可能会配置更高速的带宽。

3. 安全性：由于实验室可能涉及到敏感数据和研究，Wi-Fi网络的安全性可能更加重要。因此，实验室网络可能采用更严格的安全策略，如加密和访问控制。

宿舍无线局域网信号特点：

1. 用户密度： 宿舍通常有大量的住户，每个住户可能连接多个设备到Wi-Fi网络，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。因此，宿舍Wi-Fi网络可能需要支持更多的连接设备。

2. 娱乐和社交需求：宿舍居住者通常使用Wi-Fi进行娱乐和社交活动，如在线视频、社交媒体等。这可能导致网络的高峰使用时段。

3. 简单的配置：宿舍Wi-Fi网络可能需要简化的配置，以适应不同居住者的需求。这可能包括易于连接的无线网络名称（SSID）和简单的访问密码。

异同点：

1. 带宽需求： 无论是实验室还是宿舍，都可能面临带宽需求的挑战，特别是在高峰使用时段。

2. 稳定性：两者都需要稳定的Wi-Fi连接，以确保设备能够顺畅地进行通信和传输数据。

优化方案：

1. 设备管理和带宽分配： 在实验室中，可以考虑使用高级的设备管理工具来优化网络性能，确保设备得到适当的带宽。在宿舍中，可以考虑实施带宽限制，以防止个别用户占用过多的网络资源。

2. 定期更新设备和软件：无论是实验室还是宿舍，都应该定期更新网络设备的固件和软件，以确保网络安全性和性能。

3. 考虑使用Mesh网络： 对于宿舍或大型实验室，可以考虑使用Mesh网络，以提供更好的覆盖范围和连接稳定性。

4. 实施合适的安全策略：无论是实验室还是宿舍，都需要实施适当的安全策略，包括加密、访问控制和防火墙，以保护网络和用户数据的安全。

5. 定期监测和优化：定期监测网络性能，识别瓶颈并进行优化。这可以通过使用网络性能监测工具来实现。

2、试比较5G与无线局域网802.11ac/ax技术特点，请分析5G建设与大型无线局域网覆盖是否存在融合部署方案

比较5G与无线局域网802.11ac/ax技术特点：

1. 频段和覆盖范围：
   • 5G： 使用更高频率的毫米波和子毫米波频段，具有较大的带宽和较短的覆盖范围，适合高密度城市区域。
   • 802.11ac/ax：使用2.4GHz和5GHz频段，提供相对较大的覆盖范围，适合家庭、企业和公共场所的局域网络。
2. 带宽和速度：
   • 5G：提供更高的带宽和速度，支持更多设备同时连接，适合大规模移动通信和高速数据传输。
   • 802.11ac/ax：通过多个MIMO天线和更高的调制解调器技术，提供较高的局域网络速度，适合宽带互联网接入和无线局域网络需求。
3. 延迟：
   • 5G：具有较低的端到端延迟，适合对延迟敏感的应用，如虚拟现实、远程医疗等。
   • 802.11ac/ax： 在低延迟方面相对较好，适用于实时音视频通信和在线游戏。
4. 连接密度：
   • 5G： 支持大规模设备连接，适用于物联网和大规模传感器网络。
   • 802.11ax： 提供更好的连接密度管理，适用于高密度区域，如机场、体育场馆等。
5. 部署成本：
   • 5G： 建设和维护成本相对较高，需要基站等硬件设施。
   • 802.11ac/ax： 部署相对较灵活，适用于小型企业和家庭网络。
     5G建设与大型无线局域网覆盖的融合部署方案：
6. 共存与互补：
   • 5G和802.11ac/ax可以在同一区域共存，并通过智能的设备管理和网络选择机制实现互补覆盖。
   • 针对高密度区域，可以优先使用5G，而在低密度或远离基站的区域，则通过802.11ac/ax提供更广泛的覆盖。
7. 切换策略：
   • 利用智能切换策略，根据设备和网络状况，动态选择5G或802.11ac/ax，以优化网络性能。
   • 在高密度区域，5G可处理更多连接，而在低密度区域，802.11ax可以提供更经济的解决方案。
8. 无缝漫游：
   • 实现5G和802.11ac/ax之间的无缝漫游，确保用户在不同网络间切换时无感知或最小化中断。
9. 统一管理：
   • 通过统一的网络管理平台，对5G和802.11ac/ax进行集中管理，简化运维和故障排除。
10. 应用场景驱动：
    • 根据具体应用场景和需求，有选择地部署5G或802.11ac/ax，以满足不同业务的性能和覆盖要求。

3、比较IPv6有状态与无状态地址分配工作特点

IPv6地址分配可以分为有状态（Stateful）和无状态（Stateless）两种方式，它们在工作特点上有一些显著的区别。

有状态地址分配：

1. 工作特点：
   • 有状态地址分配使用动态主机配置协议（DHCPv6），其中有一个中央服务器（DHCPv6 Server）负责为客户端分配IPv6地址。
   • DHCPv6服务器根据地址池和配置信息为客户端分配IPv6地址，同时提供其他网络配置参数，如DNS服务器、网关等。
2. 管理和控制：
   • 有状态地址分配提供更多的管理和控制，管理员可以在DHCPv6服务器上配置特定的IPv6地址范围，以便更精确地控制地址分配。
3. 维护：
   • 客户端需要向DHCPv6服务器发送地址请求，并在租约到期时进行续约。维护过程中，服务器和客户端之间的通信是必需的。
     4.灵活性：
   • 有状态分配更灵活，可以根据网络策略和管理需求配置IPv6地址。
     无状态地址分配：
4. 工作特点：
   • 无状态地址分配使用无状态自动配置（SLAAC），其中客户端根据接收到的路由器宣告（RA）消息，自行生成IPv6地址。
   • 客户端使用EUI-64算法从接口标识符和网络前缀中生成全局唯一的IPv6地址。
5. 简化：
   • 无状态地址分配简化了地址分配过程，无需中央服务器分配地址，减少了网络中的单点故障。
6. 效率：
   • 无状态自动配置更高效，因为它减少了与服务器的通信，并且不需要在网络中维护地址分配状态。
7. 依赖路由器宣告：
   • 无状态地址分配依赖于路由器宣告，要求网络中的路由器定期发送RA消息，通知客户端网络前缀和其他配置信息。
8. 限制：
   • 无状态自动配置的灵活性较低，不能提供像DHCPv6那样的丰富配置选项，如DNS服务器和其他网络参数。
     共同点：
9. IPv6地址：
   • 两者都用于IPv6地址分配，确保设备能够在IPv6网络中获得唯一的全局地址。
     2.网络效率：
   • 无论有状态还是无状态，IPv6都致力于提高网络效率和简化配置。
10. 支持移动性：
    • 两者都支持设备在网络中移动时自动获得新的IPv6地址。
      选择有状态还是无状态地址分配取决于网络的具体要求和管理策略。有状态地址分配通常用于需要更精确控制和配置的场景，而无状态地址分配则适用于需要简化和提高效率的环境。

4、分析移动IPv6数据通讯过程与移动IPv4有何异同，效率有何差异

移动IPv4与IPv6的异同：

1. 地址空间：
   • IPv6： 采用128位的地址空间，解决IPv4地址耗尽问题。
   • IPv4： 使用32位地址，IPv4地址资源有限。
2. 地址配置：
   • IPv6： 支持 Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC) 和 DHCPv6，自动配置地址。
   • IPv4： 需要DHCP或手动配置。
3. 地址长度：
   • IPv6： 地址长度较长，提供更多唯一地址。
   • IPv4： 地址长度相对较短。
4. 安全性：
   • IPv6： 强制使用IPsec，提高安全性。
   • IPv4： IPsec是可选的。
5. 移动性支持：
   • IPv6：内置对移动性的支持，Mobile IPv6。
   • IPv4： 移动性支持需要使用Mobile IP扩展。
     效率差异：
6. 地址配置效率：
   • IPv6： 采用SLAAC和自动配置，提供更快的地址配置。
   • IPv4： 需要DHCP或手动配置，配置速度相对较慢。
7. 路由优化：
   • IPv6： 设备在新网络中通信时，通信对等体可通过知道设备的当前位置直接发送数据包，减少路径。
   • IPv4： 移动IPv4也支持路由优化，但IPv6天生支持此特性，更为高效。
8. 地址空间利用效率：
   • IPv6： 提供更大的地址空间，减少地址冲突，支持更多设备。
   • IPv4： 有限的地址空间可能导致地址冲突和NAT的使用，影响效率。
     总体而言，移动IPv6在地址配置、路由优化和地址空间利用等方面相对于IPv4更为高效。IPv6的设计考虑了日益增长的设备数量和对移动性的需求，提供了更现代、灵活、高效的解决方案。
     5、比较分析RIP，OSPF和BGP工作特点及区别
     RIP（Routing Information Protocol），OSPF（Open Shortest Path First），和BGP（Border Gateway Protocol）都是用于路由的网络协议，但它们有不同的工作特点和应用场景。下面是对它们的比较分析：
9. RIP (Routing Information Protocol):

• 工作特点：
  • RIP属于距离矢量协议，使用跳数（hop count）作为路由选择的度量标准。
  • 定期广播路由表信息，每30秒发送一次更新，基于Bellman-Ford算法。
  • 收敛较慢，因为它只关注跳数，而不考虑链路质量等因素。
• 应用场景：
  • 适用于小型网络，对带宽要求不高，且网络拓扑比较简单的场景。

2. OSPF (Open Shortest Path First):

• 工作特点：
  • OSPF是一种链路状态协议，通过链路状态数据库计算最短路径。
  • 使用Dijkstra算法来计算最短路径。
  • 分层结构，将网络划分为区域，每个区域有一个Area Border Router (ABR)。
• 应用场景：
  • 适用于大型企业网络和互联网服务提供商，支持复杂拓扑结构和更好的灵活性。
  • 提供更好的可扩展性和更快的收敛速度。

3. BGP (Border Gateway Protocol):

• 工作特点：
  • BGP是一种路径矢量协议，用于互联网中的路由选择。
  • 主要用于跨不同自治系统（AS）之间的路由选择，考虑到网络策略和路径属性。
  • 不关注物理距离，而是根据AS路径选择最佳路径。
• 应用场景：
  • 用于连接不同的自治系统，主要在互联网核心路由器之间使用。
  • 支持多路径选择和路由策略的定制，适用于大规模互联网路由。
    主要区别：
    1.度量方式：
  • RIP使用跳数作为度量，OSPF使用链路状态数据库计算最短路径，而BGP考虑多种因素，如AS路径、策略等。

2. 网络规模：
   • RIP适用于小型网络，OSPF适用于中到大型企业网络，而BGP主要用于大规模互联网核心路由器之间。
3. 更新方式：
   • RIP定期广播整个路由表，OSPF在链路状态发生变化时更新，而BGP主要通过BGP消息更新。
4. 路径选择：
   • RIP和OSPF选择最短路径，而BGP选择基于AS路径的路径。
5. 用途：
   • RIP和OSPF通常用于内部网络，BGP用于互联网边界路由。
     综合而言，选择使用RIP、OSPF还是BGP取决于网络的规模、拓扑结构、性能需求和部署场景。
     6、分析MPLS与SRv6特点、区别及联系
     MPLS 特点：
6. 标签交换：
   • MPLS使用标签（Label）来标识不同的流量流，从而实现快速的标签交换，提高数据包转发效率。
7. 隧道技术：
   • MPLS允许建立虚拟专用网络（VPN）和层 2/3 的虚拟专用线路，使得在广域网中构建隧道变得更加容易。
8. 分层结构：
   • MPLS网络通常具有层次结构，包括边缘、核心和汇聚层，有助于实现分段、隔离和流量工程。
9. 中继路由：
   • MPLS可以用作中继路由器，为不同的网络提供透明的连接，促进跨越不同网络的通信。
     SRv6 特点：
10. 基于IPv6：
    • SRv6是基于IPv6的，通过IPv6数据包头中的Segment Routing Header来携带路由信息。
11. 源路由：
    • SRv6使用源路由的方式，将路由信息嵌入到IPv6数据包中，使得网络路径可以在源端点端确定，而不是在中间路由器上。
12. 灵活性和可编程性：
    • SRv6提供了更大的灵活性和可编程性，可以动态调整网络路径，支持更多的服务和应用需求。
13. 简化网络架构：
    • SRv6消除了传统MPLS中的标签交换和辅助协议，简化了网络架构和配置。
      区别与联系：
14. 底层协议：
    • MPLS使用专门的标签交换协议，而SRv6基于IPv6，直接在IPv6数据包中携带路由信息。
15. 路径控制：
    • MPLS通常需要通过协议（如LDP或RSVP-TE）来控制路径，而SRv6使用源路由，路径信息由源端点指定。
16. 可编程性：
    • SRv6提供更高的可编程性，可以动态调整路径，适应不同的应用需求，而MPLS配置相对静态。
17. 网络复杂性：
    • SRv6的设计目标之一是简化网络架构，而MPLS网络可能需要更多的配置和管理。
18. 互操作性：
    • MPLS在很多网络中得到了广泛的部署，而SRv6作为较新的技术，互操作性可能在一些环境中还需要进一步验证。
      MPLS和SRv6都有各自的优势和适用场景。MPLS在传统网络中有着丰富的经验和部署基础，而SRv6则提供了更加灵活和可编程的选项，适用于新一代网络的设计。在实际部署中，选择哪种技术取决于具体的业务需求和网络设计目标。

作业三

1、选择不少于3个不同服务商的DNS服务器（本校210.40.0.33，2001:250:2c00::33，本地运营商，云服务厂商或公共DNS服务商），测试到www.taobao.com，www.qq.com，www.jd.com，www.sohu.com, 利用WIRESHARK抓包工具，服务器IP地址、地理位置、访问延迟、TRACEROUTE记录，并分析为什么会产生差异(v4/v6有无差异)，给出推荐的DNS服务器及理由。

• www.taobao.com

  | DNS服务器 | 服务器IP地址 | 地理位置 | 访问延迟 |

  | ------------------------ | --------------- | ------------------------- | -------- |

  | 210.40.0.33(本校) | 113.141.190.107 | 中国 陕西省 西安市 (电信) | 33ms |

  | 202.98.198.167(贵州电信) | 119.147.99.234 | 中国 广东省 东莞市 (电信) | 52ms |

  | 223.5.5.5(阿里云DNS) | 113.141.190.106 | 中国 陕西省 西安市 (电信) | 32ms |

  • TRACEROUTE记录

    

• www.qq.com

  | DNS服务器 | 服务器IP地址 | 地理位置 | 访问延迟 |

  | ------------------------ | -------------- | ------------------------------------- | -------- |

  | 210.40.0.33(本校) | 109.244.236.65 | 中国 广东省 深圳市 (腾讯云 数据中心) | 63ms |

  | 202.98.198.167(贵州电信) | 121.14.77.221 | 中国 广东省 深圳市（电信 数据中心） | 52ms |

  | 223.5.5.5(阿里云DNS) | 109.244.236.76 | 中国 广东省 深圳市 (腾讯云 数据中心) | 62ms |

  • TRACEROUTE记录

  • 

• www.jd.com

  | DNS服务器 | 服务器IP地址 | 地理位置 | 访问延迟 |

  | ------------------------ | --------------- | ------------------------- | -------- |

  | 210.40.0.33(本校) | 119.188.208.2 | 中国 山东省 济南市 (电信) | 73ms |

  | 202.98.198.167(贵州电信) | 182.247.251.223 | 中国 云南 昆明 (电信) | 50ms |

  | 223.5.5.5(阿里云DNS) | 119.188.208.2 | 中国 山东省 济南市 (电信) | 47ms |

  • TRACEROUTE记录

    

• www.sohu.com

  | DNS服务器 | 服务器IP地址 | 地理位置 | 访问延迟 |

  | ------------------------ | --------------- | ----------------------------- | -------- |

  | 210.40.0.33(本校) | 58.205.220.34 | 中国 湖北省 武汉市 （教育网） | 22ms |

  | 202.98.198.167(贵州电信) | 111.123.250.216 | 中国 贵州 遵义 (电信) | 46ms |

  | 223.5.5.5(阿里云DNS) | 58.205.220.36 | 中国 湖北省 武汉市 （教育网） | 22ms |

  • TRACEROUTE记录

    

• 差异产生原因:受地理位置，距离，带宽等因素影响产生差异，如dns不同，目的网站所解析的IP地址不同，有时还会出现目标ip不可达的情况，导致访问不了网站

• 推荐阿里云dns，平均下来，访问最快，最稳。

2、分析WINDOWS远程桌面、QQ远程协助和向日葵（或其他类似工具）实现远程桌面控制和传输文件时的通讯过程和协议特点（要求至少保证通讯双方在两种以上场景：是否同LAN，在不同NAT内，不同运营商场景）

在同一个LAN中使用向日葵远程控制(192.168.65.8控制192.168.65.21):

• 首先经过TCP三次握手 建立与服务器117.18.232.200的TCP连接

  • TCP协议特点:面向连接的、字节流和可靠传输

    

• 使用TLSv1.2协议对数据进行加密传输

  • TLSv1.2协议特点:对TCP传输进行公钥加密

    

• 传输数据进行远程控制

  

3、分别在实验室和宿舍访问link.springer.com，dl.acm.org，www.ieee.org，www.cnki.net，跟踪比较路并分析通过的AS数量和差异，同时用Wireshark抓取访问网站和下载资源的过程，解释其通讯过程，并针对RTT、首发包大小、接收窗口等进行分析

• 实验室(本校dns:210.40.0.33 || link.springer.com:151.101.76.95)

  

• 宿舍(贵州移动dns:211.139.5.29 || link.springer.com:34.149.66.100))

  

• 宿舍(本校dns:210.40.0.33 || link.springer.com:151.101.76.95)

  

  相同dns的情况下，网站域名所解析的ip是一致的，但实验室和宿舍校园网所处局域网不一致（宿舍:172.16.4.57 实验室：172.19.9.1），导致经过的as不一致，但目的ip相同，所以，最终as是相同的

  而在默认dns的情况下，实验室默认为本校dns,宿舍默认为贵州移动dns,两dns解析出的目标网站的ip不一致，所以导致经过的as不一致。

• 下表为访问网站在实验室和宿舍经过的as

  | 目标网站 | 实验室(本校dns) | 宿舍(贵州移动dns) |

  | ------------ | ------------------------------------------- | ----------------------------------- |

  | dl.acm.org | 104.18.16.13;AS4538,AS9808,AS3661,AS13335 | 104.18.16.13;AS9808,AS9394,AS13335 |

  | www.ieee.org | 104.111.203.88;AS4538,AS6453,AS3491,AS16625 | 104.109.72.68;AS9808,AS9394,AS16625 |

  | www.cnki.net | 121.194.4.12;AS4538 | 121.194.4.12;AS9808,AS9394,AS4538 |

  如上图所示，同一台电脑（dns、网络相同），初始as是一致的

• 在www.cnki.net上下载过程:

  • 首先进行TCP三次握手建立连接

  • 

  • 再经过TSLv1.3协议进行加密

    

  • RTT为0.059868000s 首发包大小245字节 窗口大小64128字节

  • 

  

4、根据TCP工作模式提出2个以上的优化方法提升效率并给出相应理由

当涉及到TCP的优化时，我们可以考虑以下方法来提高效率：

TCP窗口大小调整：

方法：通过调整TCP窗口大小，可以提高数据传输的效率。增大窗口大小允许更多数据在一次往返中传输，从而提高吞吐量。

理由：原始设计中，TCP窗口大小的最大值为65535字节（64 KiB - 1）。这是发送方在接收到窗口更新之前可以发送的最大数据量。通过增大窗口大小，可以减少往返时间（RTT）对吞吐量的限制1。

TCP拥塞控制优化：

方法：优化TCP拥塞控制算法，使其更智能地适应网络环境。例如，使用基于近端策略优化（PPO）的智能拥塞管理方法，根据实时网络环境选择合适的传输模式。

理由：传统的TCP拥塞控制算法可能在高带宽、高延迟网络中表现不佳。通过智能优化，可以更好地适应不同网络条件，提高数据传输能力2.

这些方法可以根据具体场景和需求进行选择和调整，以提高TCP连接的效率。

5、分析MPTCP工作场景及实现方法

MPTCP是多路径TCP的缩写，它是一种传输层协议，可以让一个TCP连接同时使用多个网络路径进行数据传输，从而提高带宽、负载均衡和可靠性。MPTCP的工作场景包括：

• 移动设备：移动设备通常具有多个无线接口，如WiFi、4G、5G等，可以同时连接到不同的网络。MPTCP可以在这些接口之间动态地分配流量，实现无缝的切换和更好的用户体验。例如，苹果的iOS7支持MPTCP，用来传输Siri的流量。

• 数据中心：数据中心中的服务器之间通常有多条冗余的路径，可以提供高速的数据传输。MPTCP可以在这些路径之间进行负载平衡，避免拥塞和冲突，提高吞吐量和效率。例如，Citrix的Netscaler和F5的BIG-IP都支持MPTCP。

MPTCP的实现方法主要包括以下几个方面：

• 连接建立：MPTCP的连接建立过程与传统的TCP类似，但在初始握手时，双方会交换能力选项，以确定是否支持MPTCP。同时，双方也会交换一个64位的密钥，用来标识这个连接和生成令牌。

• 子流建立：一旦MPTCP连接建立，它可以启动多个子流（subflow），每个子流通过不同的网络路径传输数据。这些子流可以通过不同的IP地址和端口号来标识。子流的建立也需要进行三次握手，但在SYN报文中，会带有MP_JOIN选项，以指明要加入哪个MPTCP连接和令牌。

• 数据传输：MPTCP发送的每个数据段都包含两个序列号：子流序列号和数据序列号（DSN）。子流序列号用来保证每个子流上的数据包的有序和可靠传输，数据序列号用来保证整个连接上的数据流的有序和可靠传输。MPTCP可以根据各个子流的状态，动态地调整数据在不同子流上的分配，实现流量控制和拥塞控制。

• 连接释放：MPTCP的连接释放过程与传统的TCP类似，但需要释放所有的子流。MPTCP还提供了快速关闭的功能，可以通过发送一个RST报文，一次性关闭所有的子流。

6、分析QUIC协议特点及工作优势

快速性:

特点：QUIC通过使用UDP协议而不是TCP协议，减少了握手时间和连接建立的延迟。它还支持多路复用，允许在单个连接上同时传输多个数据流。

优势：QUIC可以更快地建立连接，减少了用户等待页面加载的时间。这对于现代互联网用户来说至关重要，因为我们希望网页能够立即加载。

可靠性:

特点：QUIC基于UDP，但具备类似于TCP的可靠传输功能。它具有数据包丢失恢复和重传机制，确保数据的完整性和准确性。

优势：QUIC在不牺牲可靠性的前提下，提供了更高的性能。它可以应对网络中的丢包和其他问题，确保数据的可靠传输。

安全性:

特点：QUIC内置了加密功能，保护数据的隐私和安全。此外，它还针对拒绝服务 (DoS)、重放攻击、反射攻击、欺骗等类型的攻击进行了优化。

优势：QUIC不仅提供了更好的性能，还增强了网络连接的安全性。

作业四

1、比较QCN与ECN

QCN（Quality Change Notice）和ECN（Engineering Change Notice）都是变更通知的概念，但它们在应用领域和变更的性质上存在差异。

1. QCN（Quality Change Notice）：

   应用领域：QCN通常与质量管理相关，用于通知与产品质量、标准或规范相关的变更。

   性质：QCN强调变更对产品质量的影响，可能涉及到材料、生产过程、标准合规性等方面的改变。

   目的：通常用于确保产品的合规性、性能或其他与质量相关的要求。

2. ECN（Engineering Change Notice）：

   应用领域：ECN主要与工程和设计相关，用于通知与产品设计、工程参数或技术规格相关的变更。

   性质：ECN更侧重于工程和设计方面的变更，可能涉及到设计图纸、规格书、工艺流程等方面的修改。

   目的：通常用于确保产品设计的准确性、符合技术规范，并可能包括设计优化、成本削减等方面的变更。

比较总结：

QCN和ECN都是变更通知的形式，但在应用领域和变更的性质上有差异。

QCN主要关注产品质量方面的变更，强调合规性和性能。

ECN主要关注工程和设计方面的变更，强调设计准确性和技术规范。

两者都在确保产品符合特定标准和规格方面起到关键作用，但关注点和涵盖的范围不同。

2、比较DCTCP与DCQCN

DCTCP（Data Center Transmission Control Protocol）和DCQCN（Data Center Quantized Congestion Notification）都是面向数据中心的拥塞控制机制，用于优化数据中心网络中的流量管理和拥塞控制。下面是它们的比较：

1.定义和目的：

DCTCP：DCTCP是一种拥塞控制算法，用于在数据中心网络中降低拥塞的影响，提高网络性能。它通过标记包的ECN（Explicit Congestion Notification）位来指示网络拥塞。

DCQCN：DCQCN是一种量子化拥塞通知机制，与DCTCP类似，但引入了更精细的量化方法，以更有效地进行拥塞控制。

2. ECN使用：

   DCTCP： DCTCP使用ECN来标记数据包，当网络中出现拥塞时，通过标记传达拥塞信息。

   DCQCN：同样使用ECN，但在DCQCN中引入了更多的量子化水平，以提供更细粒度的拥塞信息。

3. 量子化（Quantization）：

   DCTCP： DCTCP采用简单的二元（二进制）量子化，即数据包要么被标记为拥塞，要么不被标记。

   DCQCN： DCQCN引入更多的量子化水平，将拥塞状态划分为多个级别，以提供更详细的拥塞信息，有助于更精确地进行拥塞控制。

4. 适用场景：

   DCTCP： DCTCP适用于一般的数据中心网络拥塞控制场景，但在极端情况下可能不够灵活。

   DCQCN： DCQCN更适用于需要更精细的拥塞信息和控制的数据中心环境，特别是对于使用RDMA（Remote Direct Memory Access）的应用。

5. 灵活性和精度：

   DCTCP：DCTCP相对较简单，提供了一种有效的拥塞控制方法，但在某些情况下可能缺乏对拥塞状态的详细精度。

   DCQCN：DCQCN引入更多的量子化级别，提供了更灵活和精确的拥塞控制机制，适应了更广泛的网络状况。

总体而言，DCTCP和DCQCN都是面向数据中心网络的拥塞控制机制，DCQCN引入了更多的量子化水平以提供更精细的控制，适用于对网络性能和精度有更高要求的场景。选择哪种机制取决于具体的应用需求和网络环境。

3、分析google falcon工作特点

性能比纯软件传输更上一层楼。在 OCP 全球峰会上，通过开放计算项目 (Open Compute Project) 向生态系统开放 Falcon，该项目是利用 Google 的生产经验帮助业界实现以太网现代化的不二之选。

Falcon 作为硬件辅助传输层而设计，具有可靠性、高性能和低延迟的特点，而且充分利用了经过生产验证的技术，包括 Carousel、Snap、Swift、PLB 以及 CSIG。

Falcon 的底层使用三大关键技术，在有损的高带宽数据中心以太网络实现低延迟。细粒度硬件辅助往返时间 (RTT) 测量、基于硬件的流量整形、快速准确的数据包重传，并与支持多路径和 PSP 加密的 Falcon 连接相结合。在此基础上，Falcon 从一开始就被设计为一种多协议传输，能够支持性能要求和应用语义千差万别的上层协议。上层协议映射层不仅提供与 Infiniband Verbs RDMA 和 NVMe ULP 的开箱即用兼容性，而且包含了对超大规模应用至关重要的其他创新，例如灵活的排序语义和妥善的错误处理。最后一点是，硬件和软件协同设计，配合运行，帮助实现高信息传输速率、低延迟和高带宽等属性，同时保持灵活性，赋能可编程性和持续创新。

Falcon 反映出以太网继续在行业中扮演中坚角色。Falcon 旨在实现超大规模的可预测高性能以及灵活性和可扩展性。