計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第4章習(xí)題課課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章習(xí)題課計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第4章習(xí)題課4-01．局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)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(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)是由一些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)以及連接這些結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的鏈路組成，它的覆蓋范圍比較大。此題要求對(duì)局域網(wǎng)的特點(diǎn)和通信方式有明確的把握，同時(shí)對(duì)廣域網(wǎng)也要有一定的了解。首先，局域網(wǎng)的特點(diǎn)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。4-01．局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)是什么？為什么局域網(wǎng)采用廣播通信方[解答]（1）局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)是：從功能的角度來看，局域網(wǎng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：①共享傳輸信道。在LAN中，多個(gè)系統(tǒng)連接到一個(gè)共享的通信媒體上；②地理覆蓋范圍有限，連接用戶個(gè)數(shù)有限。通常LAN為一個(gè)單位所有，覆蓋范圍約為10m～10km內(nèi)或更大些；③傳輸速率高。LAN的傳輸速率一般為1～100Mb/s，能支持計(jì)算機(jī)之間的高速通信，所以時(shí)延較低；④誤碼率低。傳輸距離近，所以誤碼率很低，一般在10-8～10-11之間。⑤多采用分布式控制和廣播式通信。[解答]（1）局域網(wǎng)的主要特點(diǎn)是：(2)局域網(wǎng)采用廣播通信是因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)中的機(jī)器都連接到同一條物理線路，所有主機(jī)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(jī)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(jī)，接收端通過地址對(duì)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(jī)構(gòu)成的，若要將廣播用于廣域網(wǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無法運(yùn)行。首先，主機(jī)間發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將會(huì)獨(dú)占通信鏈路，降低了網(wǎng)絡(luò)的使用率；另外，主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是向網(wǎng)絡(luò)中所有的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)主機(jī)數(shù)目非常多時(shí)，將嚴(yán)重消耗主機(jī)的處理能力。同時(shí)也造成了數(shù)據(jù)的無效流動(dòng)；再次，極易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，使網(wǎng)絡(luò)無法運(yùn)行。(2)局域網(wǎng)采用廣播通信是因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)中的機(jī)器都連接到同一條物4-07．有10個(gè)站連接到以太網(wǎng)。試計(jì)算一下三種情況下每一個(gè)站所能得到的帶寬。（1）10個(gè)站都連接到一個(gè)10Mb/s以太網(wǎng)集線器；（2）10個(gè)站都連接到一個(gè)100Mb/s以太網(wǎng)集線器；（3）10個(gè)站都連接到一個(gè)10Mb/s以太網(wǎng)交換機(jī)。[解析]此題考查集線器和交換機(jī)在帶寬方面的區(qū)別。從帶寬來看，集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都共享一個(gè)帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待。同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下。因此對(duì)于集線器來說，使所有連接在這個(gè)集線器上的站點(diǎn)共享信道；而對(duì)于交換機(jī)來說，每個(gè)端口都有一條獨(dú)占的帶寬，當(dāng)兩個(gè)端口工作時(shí)不影響其他端口的工作。同時(shí)交換機(jī)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(shí)際上是獨(dú)占信道的。[解答]（1）10個(gè)站共享10Mb/s；（2）10個(gè)站共享100Mb/s；（3）每一個(gè)站獨(dú)占10Mb/s。4-07．有10個(gè)站連接到以太網(wǎng)。試計(jì)算一下三種情況下每一個(gè)4-08.100個(gè)站分布在4km長(zhǎng)的總線上，協(xié)議采用CSMA/CD，總線速率為5Mb/s，幀平均長(zhǎng)度為1000bit。試估算每個(gè)站每秒鐘發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值。傳播時(shí)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(diǎn)數(shù)較多時(shí)的信道利用率為Smax=1/（1+4.44a），a=

/T0，它是總線的單程傳播時(shí)延與幀的發(fā)送時(shí)延之比。[解答]a=/T0=C/L=5us/km×4km×5Mb/s÷1000bit=0.1當(dāng)站點(diǎn)數(shù)較大時(shí)，信道利用率最大值Smax=1/（1+4.44×0.1）=0.6925信道上每秒發(fā)送的幀數(shù)的最大值=0.6925×5Mb/s÷1000bit=3462每個(gè)站每秒種發(fā)送的平均幀數(shù)的最大值為3462÷100≈34。4-08.100個(gè)站分布在4km長(zhǎng)的總線上，協(xié)議采用CSMA4-10.假定1km長(zhǎng)的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gb/s。設(shè)信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)上傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長(zhǎng)。[解析]CSMA/CD是總線局域網(wǎng)帶有沖突檢測(cè)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(shí)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(shí)間內(nèi)發(fā)生碰撞。當(dāng)一個(gè)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(shí)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(jì)算總線兩端的兩個(gè)站之間的傳播時(shí)延為端到端的傳播時(shí)延。因此，幀的發(fā)送時(shí)延應(yīng)該大于等于端到端往返傳播時(shí)延才能檢測(cè)得到?jīng)_突。[解答]對(duì)于1km電纜，單程端到端傳播時(shí)延為=1km÷200000km/s=5×10-6s=5us，端到端往返時(shí)延為：2=10us按照CSMA/CD工作，數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時(shí)延不能小于10us，以1Gb/s速率工作，10us可發(fā)送的比特?cái)?shù)等于：(10×10-6s)×(1.0×109b/s)=10000bit=1250B因此，最短幀長(zhǎng)是10000bit或1250B。4-10.假定1km長(zhǎng)的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gb4-11．有一個(gè)使用集線器的以太網(wǎng)，每個(gè)站到集線器的距離為d，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為C，幀長(zhǎng)為12500字節(jié)，信號(hào)在線路上的傳播速率為2.5×108m/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(jì)算這四種不同情況下參數(shù)a的數(shù)值，并進(jìn)行簡(jiǎn)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(jì)算方法，即a=/T0=/L/C=C/L[解答]a=/T0=/L/C=C/L=d/s×C/L=d÷(2.5×108m/s)×C÷(12500×8)=4×10-14dC，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。4-11．有一個(gè)使用集線器的以太網(wǎng)，每個(gè)站到集線器的距離為d4-17．網(wǎng)橋的工作原理和特點(diǎn)是什么？網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器以及以太網(wǎng)交換機(jī)有何異同？[解答]網(wǎng)橋的每個(gè)端口與一個(gè)網(wǎng)段相連，網(wǎng)橋從端口接收網(wǎng)段上傳送的各種幀。每當(dāng)收到一個(gè)幀時(shí)，就先暫存在緩沖中。若此幀未出錯(cuò)，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(duì)應(yīng)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；若該幀出現(xiàn)差錯(cuò)，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(shí)也增加了時(shí)延，對(duì)用戶太多和通信量太大的局域網(wǎng)不適合。4-17．網(wǎng)橋的工作原理和特點(diǎn)是什么？網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器以及以太網(wǎng)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(cuò)，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(shí)不用檢測(cè)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)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(jī)通常有十幾個(gè)端口，而網(wǎng)橋一般只有2～4個(gè)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(jī)的每個(gè)接口可直接與主機(jī)相連，交換允許多對(duì)主機(jī)間同時(shí)通信，而網(wǎng)橋允許每個(gè)網(wǎng)段上的計(jì)算機(jī)同時(shí)通信。所以實(shí)質(zhì)上以太網(wǎng)交換機(jī)是一個(gè)多端口的網(wǎng)橋，連到交換機(jī)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)就象連到網(wǎng)橋的一個(gè)局域網(wǎng)段上。網(wǎng)橋與轉(zhuǎn)發(fā)器的異同，體現(xiàn)在：4-20．無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議有哪些特點(diǎn)？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(shí)在CSMA/CA協(xié)議中解決的問題，RTS幀和CTS幀是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)子層，分別是分布協(xié)調(diào)功能DCF子層和點(diǎn)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(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)或者接收數(shù)據(jù)的時(shí)間。為了避免碰撞，規(guī)定所有的站點(diǎn)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，必須再等待一段時(shí)間才能發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。4-20．無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議有哪些特點(diǎn)？為什么在無線局域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(gè)站點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)還必須不間斷地檢測(cè)信道，以便發(fā)現(xiàn)是否有其他的站也在發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣才能實(shí)現(xiàn)“碰撞檢測(cè)”的功能。但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能花費(fèi)過大。即使能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測(cè)的功能，并且當(dāng)我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)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(cè)對(duì)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(hào)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)范圍非常大，致使發(fā)送站無法使用碰撞檢測(cè)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。CSMA/CD協(xié)議不能用于無線局域網(wǎng)的原因主要有：隱蔽站問題：當(dāng)A和C都檢測(cè)不到無線信號(hào)時(shí)，以為B是空閑的，向B發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果B同時(shí)收到A和C同時(shí)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的傳輸范圍，可以收到A發(fā)送的RTS幀，當(dāng)請(qǐng)求允許后，B將會(huì)向其余站點(diǎn)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(huì)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(diǎn)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)，而C想和D通信時(shí)，由于C檢測(cè)到了媒體上有信號(hào)，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(shí)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(huì)干擾B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。隱蔽站問題：當(dāng)A和C都檢測(cè)不到無線信號(hào)時(shí)，以為B是空閑的，向4-21．為什么無線局域網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)幀后要對(duì)方發(fā)回確認(rèn)幀，而以太網(wǎng)就不需要對(duì)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)不同所導(dǎo)致的傳輸差錯(cuò)的增多，這也是無線局域網(wǎng)制定協(xié)議時(shí)主要考慮的問題，可以從這個(gè)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(duì)幀丟失予以檢測(cè)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(duì)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(cuò)的概率很小，這樣做可以提高傳輸?shù)男省?-21．為什么無線局域網(wǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)幀后要對(duì)方發(fā)回確認(rèn)幀，而本章重點(diǎn)掌握局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu)；掌握以太網(wǎng)的工作原理，包括CSMA/CD協(xié)議、以太網(wǎng)的連接、MAC層的地址及MAC幀格式；理解以太網(wǎng)最短與最大幀長(zhǎng)及其相關(guān)計(jì)算；以太網(wǎng)的擴(kuò)展方法；掌握網(wǎng)橋、交換機(jī)的工作原理；虛擬局域網(wǎng)的概念及組網(wǎng)方式；了解各種高速局域網(wǎng)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)；掌握無線局域網(wǎng)的基本概念及IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)、CAMA/CA協(xié)議；理解無線局域網(wǎng)隱蔽站和暴露站問題及CSMA/CA協(xié)議是如何解決這兩個(gè)問題的。本章重點(diǎn)掌握局域網(wǎng)的基本概念與體系結(jié)構(gòu)；例題[2009年]在一個(gè)采用CSMA/CD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1Gbit/s，電纜中的信號(hào)傳播速度是200000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度減少800bit，則最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離至少需要（）。A.增加160mB.增加80mC.減少160mD.減少80m

例題[2009年]在一個(gè)采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸[2009]以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時(shí)使用的PDU地址是（）。A.目的物理地址B.目的IP地址C.源物理地址D.源IP地址[2009]以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時(shí)使用的PDU地址是（[2010年]某局域網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbit/s，主機(jī)甲和主機(jī)乙之間的距離是2km，信號(hào)傳播速度是200000km/s。請(qǐng)回答下列問題，要求說明理由或?qū)懗鲇?jì)算過程。1）若主機(jī)甲和主機(jī)乙發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突，則從開始發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)刻起，到兩臺(tái)主機(jī)均檢測(cè)到?jīng)_突為止，最短需要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間？最長(zhǎng)需要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間？（假設(shè)主機(jī)甲和主機(jī)乙發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，其他主機(jī)不發(fā)送數(shù)據(jù)）。2）若網(wǎng)絡(luò)不存在沖突與差錯(cuò)，主機(jī)甲總是以標(biāo)準(zhǔn)的最長(zhǎng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀（1518B）向主機(jī)乙發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)乙每成功收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后立即向主機(jī)甲發(fā)送一個(gè)64B的確認(rèn)幀，主機(jī)甲收到確認(rèn)幀后方可發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。此時(shí)主機(jī)甲的有效數(shù)據(jù)傳輸速