計算機網(wǎng)絡(luò)原理第4章習題課課件

計算機網(wǎng)絡(luò)第4章習題課計算機網(wǎng)絡(luò)第4章習題課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)的主要特點是：從功能的角度來看，局域網(wǎng)具有如下幾個特點：①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；②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，能支持計算機之間的高速通信，所以時延較低；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)的主要特點是：(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，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)，當主機數(shù)目非常多時，將嚴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)生廣播風暴，使網(wǎng)絡(luò)無法運行。(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；（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。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/km×4km×5Mb/s÷1000bit=0.1當站點數(shù)較大時，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個站分布在4km長的總線上，協(xié)議采用CSMA4-10.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200000km/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=1km÷200000km/s=5×10-6s=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：(10×10-6s)×(1.0×109b/s)=10000bit=1250B因此，最短幀長是10000bit或1250B。4-10.假定1km長的CSMA/CD網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率為1Gb4-11．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2.5×108m/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。試利用公式（4-5）分別計算這四種不同情況下參數(shù)a的數(shù)值，并進行簡單的討論。[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/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．有一個使用集線器的以太網(wǎng)，每個站到集線器的距離為d4-17．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)段上傳送的各種幀。每當收到一個幀時，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。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)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)橋和轉(zhuǎn)發(fā)器都有擴展局域網(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2～4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。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？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)。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)，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的傳輸范圍，可以收到A發(fā)送的RTS幀，當請求允許后，B將會向其余站點發(fā)送CTS幀。當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)。隱蔽站問題：當A和C都檢測不到無線信號時，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)幀后要對方發(fā)回確認幀，而以太網(wǎng)就不需要對方發(fā)回確認幀？[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)回確認幀是保證在MAC層對幀丟失予以檢測并重新發(fā)送，且進一步避免碰撞的發(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省?-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)回確認幀，而本章重點掌握局域網(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)最短與最大幀長及其相關(guān)計算；以太網(wǎng)的擴展方法；掌握網(wǎng)橋、交換機的工作原理；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；掌握無線局域網(wǎng)的基本概念及IEEE802.11標準、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問題的。本章重點掌握局域網(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，電纜中的信號傳播速度是200000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長度減少800bit，則最遠的兩個站點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]在一個采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸[2009]以太網(wǎng)交換機進行轉(zhuǎn)發(fā)決策時使用的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)交換機進行轉(zhuǎn)發(fā)決策時使用的PDU地址是（[2010年]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)傳輸速率為10Mbit/s，主機甲和主機乙之間的距離是2km，信號傳播速度是200000km/s。請回答下列問題，要求說明理由或?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)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)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，主機甲總是以標準的最長以太網(wǎng)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個數(shù)據(jù)幀后立即向主機甲發(fā)送一個64B的確認幀，主機甲收到確認幀后方可發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀。此時主機甲的有效數(shù)據(jù)傳輸速