計算機網(wǎng)絡(luò)原理第4章習(xí)題課

1、青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系計算機網(wǎng)絡(luò)第 4章 習(xí)題課青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-01局域網(wǎng)的主要特點是什么？為什么局域網(wǎng)采用廣播通信方式而廣域網(wǎng)不采用呢？解析局域網(wǎng)LAN是指在較小的地理范圍內(nèi)，將有限的通信設(shè)備互連起來的計算機通信網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)是由一些結(jié)點交換機以及連接這些結(jié)點交換機的鏈路組成，它的覆蓋范圍比較大。此題要求對局域網(wǎng)的特點和通信方式有明確的把握，同時對廣域網(wǎng)也要有一定的了解。首先，局域網(wǎng)的特點應(yīng)該從功能和體系結(jié)構(gòu)以及傳輸規(guī)程等方面進(jìn)行充分的把握。第二問就要從局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的區(qū)別來分析，這里主要是考慮二者規(guī)模上的差異。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系解答（1）局域網(wǎng)的主要特點

2、是：從功能的角度來看，局域網(wǎng)具有如下幾個特點：共享傳輸信道。在LAN中，多個系統(tǒng)連接到一個共享的通信媒體上；地理覆蓋范圍有限，連接用戶個數(shù)有限。通常LAN為一個單位所有，覆蓋范圍約為10m10km內(nèi)或更大些；傳輸速率高。LAN的傳輸速率一般為1100Mb/s，能支持計算機之間的高速通信，所以時延較低；誤碼率低。傳輸距離近，所以誤碼率很低，一般在10-810-11之間。多采用分布式控制和廣播式通信。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系(2)局域網(wǎng)采用廣播通信是因為局域網(wǎng)中的機器都連接到同一條物理線路，所有主機的數(shù)據(jù)傳輸都經(jīng)過這條鏈路，采用的通信方式是將主機要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到公用鏈路上，發(fā)送至所有的主機，

3、接收端通過地址對比，接收發(fā)往自己的數(shù)據(jù)，并丟棄其他數(shù)據(jù)的發(fā)式。廣域網(wǎng)是由更大的地理空間，更多的主機構(gòu)成的，若要將廣播用于廣域網(wǎng)，可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法運行。首先，主機間發(fā)送數(shù)據(jù)時，將會獨占通信鏈路，降低了網(wǎng)絡(luò)的使用率；另外，主機A向主機B發(fā)送數(shù)據(jù)時，是向網(wǎng)絡(luò)中所有的主機發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)主機數(shù)目非常多時，將嚴(yán)重消耗主機的處理能力。同時也造成了數(shù)據(jù)的無效流動；再次，極易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，使網(wǎng)絡(luò)無法運行。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-07有10個站連接到以太網(wǎng)。試計算一下三種情況下每一個站所能得到的帶寬。（1）10個站都連接到一個10Mb/s以太網(wǎng)集線器；（2）10個站都連接到一個100Mb/s以太網(wǎng)集線器

4、；（3）10個站都連接到一個10Mb/s以太網(wǎng)交換機。解析此題考查集線器和交換機在帶寬方面的區(qū)別。從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一個帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待。同時集線器只能工作在半雙工模式下。因此對于集線器來說，使所有連接在這個集線器上的站點共享信道；而對于交換機來說，每個端口都有一條獨占的帶寬，當(dāng)兩個端口工作時不影響其他端口的工作。同時交換機不但可以工作在半雙工方式，也可以工作在全雙工模式下，因此連接在交換上的站實際上是獨占信道的。解答（1）10個站共享10Mb/s；（2）10個站共享100Mb/s；（3）每一個站獨占10Mb/s。青島大學(xué)

5、信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-08.100個站分布在4km長的總線上，協(xié)議采用CSMA/CD，總線速率為5Mb/s，幀平均長度為1000bit。試估算每個站每秒鐘發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值。傳播時延為5us/km。解析此題欲求每秒發(fā)送的平均幀數(shù)，因此怎樣得到此總線的信道利用率是關(guān)鍵。已知站點數(shù)較多時的信道利用率為Smax=1/（1+4.44a），a= /T0 ，它是總線的單程傳播時延與幀的發(fā)送時延之比。解答 a=/T0=C/L=5us/km4km5Mb/s1000bit=0.1當(dāng)站點數(shù)較大時，信道利用率最大值Smax=1/（1+4.440.1）=0.6925信道上每秒發(fā)送的幀數(shù)的最大值=0.69255

6、Mb/s1000bit=3462每個站每秒種發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值為346210034。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-10. 假定1km長的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gb/s。設(shè)信號在網(wǎng)絡(luò)上傳播速率為200 000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長。解析 CSMA/CD是總線局域網(wǎng)帶有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議。數(shù)據(jù)在總線上傳輸存在傳播時延，即使發(fā)送數(shù)據(jù)前監(jiān)聽到信道為“空閑”，仍有可能在發(fā)送數(shù)據(jù)一段時間內(nèi)發(fā)生碰撞。當(dāng)一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)后，最遲要經(jīng)過兩倍的端到端的傳播時延，才能知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)是否和其他站發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)生了碰撞。局域網(wǎng)按最壞情況計算總線兩端的兩個站之間的傳播時延為端到

7、端的傳播時延。因此，幀的發(fā)送時延應(yīng)該大于等于端到端往返傳播時延才能檢測得到?jīng)_突。解答對于1km電纜，單程端到端傳播時延為=1km200000km/s=510-6s=5us，端到端往返時延為：2=10us按照CSMA/CD工作，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時延不能小于10us，以1Gb/s速率工作，10us可發(fā)送的比特數(shù)等于：(1010-6s) (1.0109b/s)=10 000bit=1250B因此，最短幀長是10000bit或1250B。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-11有一個使用集線器的以太網(wǎng)，每個站到集線器的距離為d，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C，幀長為12500字節(jié)，信號在線路上的傳播速率為2.5108m/

8、s。距離d為25m或2500m，發(fā)送速率為10Mb/s或10Gb/s。這樣就有4種不同的組合。試?yán)霉剑?-5）分別計算這四種不同情況下參數(shù)a的數(shù)值，并進(jìn)行簡單的討論。解析公式4-5指的是信道利用率定量分析中的參數(shù)a的計算方法，即 a=/T0=/L/C=C/L解答 a=/T0=/L/C=C/L=d/sC/L=d(2.5108m/s) C(125008)=410-14dC，根據(jù)d和C的四種不同組合來討論a的值，結(jié)果如下表所示。 青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-17網(wǎng)橋的工作原理和特點是什么？網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器以及以太網(wǎng)交換機有何異同？解答網(wǎng)橋的每個端口與一個網(wǎng)段相連，網(wǎng)橋從端口接收網(wǎng)段上傳送的各種

9、幀。每當(dāng)收到一個幀時，就先暫存在緩沖中。若此幀未出錯，且欲發(fā)往的目的站MAC地址屬于另一網(wǎng)段，則通過查找網(wǎng)橋站表，將收到的幀送往對應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；若該幀出現(xiàn)差錯，則丟棄此幀。網(wǎng)橋過濾了通信量，擴(kuò)大了物理范圍，提高了可靠性，可互連不同物理層、不同MAC子層和不同速率的局域網(wǎng)。但同時也增加了時延，對用戶太多和通信量太大的局域網(wǎng)不適合。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器的異同，體現(xiàn)在：網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，而轉(zhuǎn)發(fā)器工作在物理層；網(wǎng)橋不像轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)所有的幀，而只轉(zhuǎn)發(fā)未出現(xiàn)差錯，且目的站屬于另一網(wǎng)絡(luò)的幀或廣播幀；轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)一幀時不用檢測傳輸媒體，而網(wǎng)橋在轉(zhuǎn)發(fā)一幀前必須執(zhí)行CSMA/CD算法；網(wǎng)

10、橋和轉(zhuǎn)發(fā)器都有擴(kuò)展局域網(wǎng)的作用，但網(wǎng)橋還能提高局域網(wǎng)的效率并連接不同的MAC子層和不同速率的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機通常有十幾個端口，而網(wǎng)橋一般只有24個端口；它們都工作在數(shù)據(jù)鏈路層；網(wǎng)橋的端口一般連接到局域網(wǎng)，而以太網(wǎng)交換機的每個接口可直接與主機相連，交換允許多對主機間同時通信，而網(wǎng)橋允許每個網(wǎng)段上的計算機同時通信。所以實質(zhì)上以太網(wǎng)交換機是一個多端口的網(wǎng)橋，連到交換機上的每臺計算機就象連到網(wǎng)橋的一個局域網(wǎng)段上。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-20無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議有哪些特點？為什么在無線局域網(wǎng)中不能使用CSMA/CD協(xié)議？結(jié)合隱蔽站問題和暴露站問題說明RTS幀和CTS幀的作用。解析無線局域

11、網(wǎng)同以太網(wǎng)的差別是導(dǎo)致不能使用CSMA/CD的主要原因。 隱蔽站和暴露站問題實在CSMA/CA協(xié)議中解決的問題，RTS幀和CTS幀是為了實現(xiàn)對信道的預(yù)約。解答無線局域網(wǎng)的MAC層在物理層上面，包括有兩個子層，分別是分布協(xié)調(diào)功能DCF子層和點協(xié)調(diào)功能PCF子層。通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集BSS中移動站發(fā)送數(shù)據(jù)或者接收數(shù)據(jù)的時間。為了避免碰撞，規(guī)定所有的站點發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，必須再等待一段時間才能發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系CSMA/CD協(xié)議不能用于無線局域網(wǎng)的原因主要有：CSMA/CD協(xié)議要求一個站點在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時還必須不間斷地檢測信道，以便發(fā)現(xiàn)是否有其他的站也在發(fā)送數(shù)據(jù)

12、，這樣才能實現(xiàn)“碰撞檢測”的功能。但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能花費過大。即使能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑得，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。即碰撞檢測對無線局域網(wǎng)沒有什么用處。無線信道還由于傳輸條件特殊，造成信號強度的動態(tài)范圍非常大，致使發(fā)送站無法使用碰撞檢測的方法來確定是否發(fā)生了碰撞。因此，無線局域網(wǎng)不能使用CSMA/CD，而只能使用改進(jìn)的CSMA/CA協(xié)議。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系隱蔽站問題：當(dāng)A和C都檢測不到無線信號時，以為B是空閑的，向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果B同時收到A和C同時發(fā)送的數(shù)據(jù)，發(fā)生碰撞，這就是隱蔽站問題。使用RTS和CTS幀后，B處在A

13、的傳輸范圍，可以收到A發(fā)送的RTS幀，當(dāng)請求允許后，B將會向其余站點發(fā)送CTS幀。當(dāng)C收到B的CTS幀后，在A和B通信過程中就不會發(fā)送數(shù)據(jù)，保證了A和B的正常通信。暴露站問題：當(dāng)站點B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C想和D通信時，由于C檢測到了媒體上有信號，于是就不能向D發(fā)送數(shù)據(jù)。這就是暴露站問題。使用RTS和CTS幀后，在A和B通信的時間內(nèi)，C能收到B的RTS幀，但收不到A的CTS幀，所以C可以發(fā)送自己的數(shù)據(jù)給D而不會干擾B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系4-21為什么無線局域網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)幀后要對方發(fā)回確認(rèn)幀，而以太網(wǎng)就不需要對方發(fā)回確認(rèn)幀？解析無線局域網(wǎng)與以太網(wǎng)相比，最大的差別就是傳輸介質(zhì)不

14、同所導(dǎo)致的傳輸差錯的增多，這也是無線局域網(wǎng)制定協(xié)議時主要考慮的問題，可以從這個方面著手回答。解答無線局域網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)必須發(fā)回確認(rèn)幀是保證在MAC層對幀丟失予以檢測并重新發(fā)送，且進(jìn)一步避免碰撞的發(fā)生。在以太網(wǎng)上不要求對方發(fā)回確認(rèn)幀，理由是局域網(wǎng)信道的質(zhì)量很好，信道通信質(zhì)量產(chǎn)生差錯的概率很小，這樣做可以提高傳輸?shù)男?。青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系本章重點n掌握局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu)；掌握局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu)；n掌握以太網(wǎng)的工作原理，包括掌握以太網(wǎng)的工作原理，包括CSMA/CDCSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)協(xié)議、以太網(wǎng)的連接、的連接、MACMAC層的地址及層的地址及MACMAC幀格式；理解以太

15、網(wǎng)最短幀格式；理解以太網(wǎng)最短與最大幀長及其相關(guān)計算；與最大幀長及其相關(guān)計算；n以太網(wǎng)的擴(kuò)展方法；掌握網(wǎng)橋、交換機的工作原理；以太網(wǎng)的擴(kuò)展方法；掌握網(wǎng)橋、交換機的工作原理；n虛擬局域網(wǎng)的概念及組網(wǎng)方式；虛擬局域網(wǎng)的概念及組網(wǎng)方式；n了解各種高速局域網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)特點；了解各種高速局域網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)特點；n掌握無線局域網(wǎng)的基本概念及掌握無線局域網(wǎng)的基本概念及IEEE802.11IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、CAMA/CACAMA/CA協(xié)議；理解無線局域網(wǎng)隱蔽站和暴露站問題協(xié)議；理解無線局域網(wǎng)隱蔽站和暴露站問題及及CSMA/CACSMA/CA協(xié)議是如何解決這兩個問題的。協(xié)議是如何解決這兩個問題的。青島

16、大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系例題2009年年在一個采用在一個采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸介質(zhì)是一根完整的電纜，傳輸速率為傳輸介質(zhì)是一根完整的電纜，傳輸速率為1Gbit/s，電纜中的信號傳播速度是，電纜中的信號傳播速度是200 000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長度減少。若最小數(shù)據(jù)幀長度減少800bit，則最遠(yuǎn)的兩個站點之間的距離至少需要則最遠(yuǎn)的兩個站點之間的距離至少需要（ ）。）。 A.增加增加160m B.增加增加80m C.減少減少160m D.減少減少80m 青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系2009以太網(wǎng)交換機進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時使用的以太網(wǎng)交換機進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時使用的PDU地址是（

17、地址是（ ）。）。 A.目的物理地址目的物理地址 B.目的目的IP地址地址 C.源物理地址源物理地址 D.源源IP地址地址青島大學(xué)信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系2010年年某局域網(wǎng)采用某局域網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制，數(shù)據(jù)協(xié)議實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制，數(shù)據(jù)傳輸速率為傳輸速率為10Mbit/s，主機甲和主機乙之間的距離是，主機甲和主機乙之間的距離是2km，信號傳播速度是信號傳播速度是200 000km/s。請回答下列問題，要求說明。請回答下列問題，要求說明理由或?qū)懗鲇嬎氵^程。理由或?qū)懗鲇嬎氵^程。1）若主機甲和主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，則從開始發(fā)送數(shù)據(jù)）若主機甲和主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突，則從開始發(fā)

18、送數(shù)據(jù)的時刻起，到兩臺主機均檢測到?jīng)_突為止，最短需要經(jīng)過多的時刻起，到兩臺主機均檢測到?jīng)_突為止，最短需要經(jīng)過多長時間？最長需要經(jīng)過多長時間？（假設(shè)主機甲和主機乙發(fā)長時間？最長需要經(jīng)過多長時間？（假設(shè)主機甲和主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，其他主機不發(fā)送數(shù)據(jù)）。送數(shù)據(jù)過程中，其他主機不發(fā)送數(shù)據(jù)）。2）若網(wǎng)絡(luò)不存在沖突與差錯，主機甲總是以標(biāo)準(zhǔn)的最長以太網(wǎng)）若網(wǎng)絡(luò)不存在沖突與差錯，主機甲總是以標(biāo)準(zhǔn)的最長以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀（1518B）向主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)，主機乙每成功收到一）向主機乙發(fā)送數(shù)據(jù)，主機乙每成功收到一個數(shù)據(jù)幀后立即向主機甲發(fā)送一個個數(shù)據(jù)幀后立即向主機甲發(fā)送一個64B的確認(rèn)幀，主機甲收到的確認(rèn)幀，主機甲收到確認(rèn)幀后方可發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀。此時主機甲的有效數(shù)據(jù)傳確認(rèn)幀后方可發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀。此