計算機網絡第4章習題課計算機網絡第4章習題課4-01．局域網的主要特點是什么？為什么局域網采用廣播通信方式而廣域網不采用呢？[解析]局域網LAN是指在較小的地理范圍內，將有限的通信設備互連起來的計算機通信網絡。廣域網是由一些結點交換機以及連接這些結點交換機的鏈路組成，它的覆蓋范圍比較大。此題要求對局域網的特點和通信方式有明確的把握，同時對廣域網也要有一定的了解。首先，局域網的特點應該從功能和體系結構以及傳輸規程等方面進行充分的把握。第二問就要從局域網和廣域網的區別來分析，這里主要是考慮二者規模上的差異。4-01．局域網的主要特點是什么？為什么局域網采用廣播通信方[解答]（1）局域網的主要特點是：從功能的角度來看，局域網具有如下幾個特點：①共享傳輸信道。在LAN中，多個系統連接到一個共享的通信媒體上；②地理覆蓋范圍有限，連接用戶個數有限。通常LAN為一個單位所有，覆蓋范圍約為10m～10km內或更大些；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）局域網的主要特點是：(2)局域網采用廣播通信是因為局域網中的機器都連接到同一條物理線路，所有主機的數據傳輸都經過這條鏈路，采用的通信方式是將主機要發送的數據送到公用鏈路上，發送至所有的主機，接收端通過地址對比，接收發往自己的數據，并丟棄其他數據的發式。廣域網是由更大的地理空間，更多的主機構成的，若要將廣播用于廣域網，可能會導致網絡無法運行。首先，主機間發送數據時，將會獨占通信鏈路，降低了網絡的使用率；另外，主機A向主機B發送數據時，是向網絡中所有的主機發送數據，當主機數目非常多時，將嚴重消耗主機的處理能力。同時也造成了數據的無效流動；再次，極易產生廣播風暴，使網絡無法運行。(2)局域網采用廣播通信是因為局域網中的機器都連接到同一條物4-07．有10個站連接到以太網。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以太網集線器；（2）10個站都連接到一個100Mb/s以太網集線器；（3）10個站都連接到一個10Mb/s以太網交換機。[解析]此題考查集線器和交換機在帶寬方面的區別。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據，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。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送的平均幀數的最大值。傳播時延為5us/km。[解析]此題欲求每秒發送的平均幀數，因此怎樣得到此總線的信道利用率是關鍵。已知站點數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送時延之比。[解答]a=/T0=C/L=5us/km×4km×5Mb/s÷1000bit=0.1當站點數較大時，信道利用率最大值Smax=1/（1+4.44×0.1）=0.6925信道上每秒發送的幀數的最大值=0.6925×5Mb/s÷1000bit=3462每個站每秒種發送的平均幀數的最大值為3462÷100≈34。4-08.100個站分布在4km長的總線上，協議采用CSMA4-10.假定1km長的CSMA/CD網絡的數據率為1Gb/s。設信號在網絡上傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協議的最短幀長。[解析]CSMA/CD是總線局域網帶有沖突檢測的載波監聽多路訪問協議。數據在總線上傳輸存在傳播時延，即使發送數據前監聽到信道為“空閑”，仍有可能在發送數據一段時間內發生碰撞。當一個站在發送數據后，最遲要經過兩倍的端到端的傳播時延，才能知道自己發送的數據是否和其他站發送的數據發生了碰撞。局域網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，幀的發送時延應該大于等于端到端往返傳播時延才能檢測得到沖突。[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，數據幀的發送時延不能小于10us，以1Gb/s速率工作，10us可發送的比特數等于：(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網絡的數據率為1Gb4-11．有一個使用集線器的以太網，每個站到集線器的距離為d，數據發送速率為C，幀長為12500字節，信號在線路上的傳播速率為2.5×108m/s。距離d為25m或2500m，發送速率為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a的數值，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d和C的四種不同組合來討論a的值，結果如下表所示。4-11．有一個使用集線器的以太網，每個站到集線器的距離為d4-17．網橋的工作原理和特點是什么？網橋與轉發器以及以太網交換機有何異同？[解答]網橋的每個端口與一個網段相連，網橋從端口接收網段上傳送的各種幀。每當收到一個幀時，就先暫存在緩沖中。若此幀未出錯，且欲發往的目的站MAC地址屬于另一網段，則通過查找網橋站表，將收到的幀送往對應的端口轉發出去；若該幀出現差錯，則丟棄此幀。網橋過濾了通信量，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。但同時也增加了時延，對用戶太多和通信量太大的局域網不適合。4-17．網橋的工作原理和特點是什么？網橋與轉發器以及以太網網橋與轉發器的異同，體現在：網橋工作在數據鏈路層，而轉發器工作在物理層；網橋不像轉發器轉發所有的幀，而只轉發未出現差錯，且目的站屬于另一網絡的幀或廣播幀；轉發器轉發一幀時不用檢測傳輸媒體，而網橋在轉發一幀前必須執行CSMA/CD算法；網橋和轉發器都有擴展局域網的作用，但網橋還能提高局域網的效率并連接不同的MAC子層和不同速率的局域網。以太網交換機通常有十幾個端口，而網橋一般只有2～4個端口；它們都工作在數據鏈路層；網橋的端口一般連接到局域網，而以太網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，而網橋允許每個網段上的計算機同時通信。所以實質上以太網交換機是一個多端口的網橋，連到交換機上的每臺計算機就象連到網橋的一個局域網段上。網橋與轉發器的異同，體現在：4-20．無線局域網的MAC協議有哪些特點？為什么在無線局域網中不能使用CSMA/CD協議？結合隱蔽站問題和暴露站問題說明RTS幀和CTS幀的作用。[解析]無線局域網同以太網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協議中解決的問題，RTS幀和CTS幀是為了實現對信道的預約。[解答]無線局域網的MAC層在物理層上面，包括有兩個子層，分別是分布協調功能DCF子層和點協調功能PCF子層。通過協調功能來確定在基本服務集BSS中移動站發送數據或者接收數據的時間。為了避免碰撞，規定所有的站點發送完一幀數據后，必須再等待一段時間才能發送下一幀數據。4-20．無線局域網的MAC協議有哪些特點？為什么在無線局域CSMA/CD協議不能用于無線局域網的原因主要有：CSMA/CD協議要求一個站點在發送數據的同時還必須不間斷地檢測信道，以便發現是否有其他的站也在發送數據，這樣才能實現“碰撞檢測”的功能。但在無線局域網的設備中要實現這種功能花費過大。即使能夠實現碰撞檢測的功能，并且當我們在發送數據時檢測到信道是空閑得，在接收端仍然有可能發生碰撞。即碰撞檢測對無線局域網沒有什么用處。無線信道還由于傳輸條件特殊，造成信號強度的動態范圍非常大，致使發送站無法使用碰撞檢測的方法來確定是否發生了碰撞。因此，無線局域網不能使用CSMA/CD，而只能使用改進的CSMA/CA協議。CSMA/CD協議不能用于無線局域網的原因主要有：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發送數據，結果B同時收到A和C同時發送的數據，發生碰撞，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發送的RTS幀，當請求允許后，B將會向其余站點發送CTS幀。當C收到B的CTS幀后，在A和B通信過程中就不會發送數據，保證了A和B的正常通信。暴露站問題：當站點B向A發送數據，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發送數據。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，C能收到B的RTS幀，但收不到A的CTS幀，所以C可以發送自己的數據給D而不會干擾B向A發送數據。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．為什么無線局域網上發送數據幀后要對方發回確認幀，而以太網就不需要對方發回確認幀？[解析]無線局域網與以太網相比，最大的差別就是傳輸介質不同所導致的傳輸差錯的增多，這也是無線局域網制定協議時主要考慮的問題，可以從這個方面著手回答。[解答]無線局域網發送數據必須發回確認幀是保證在MAC層對幀丟失予以檢測并重新發送，且進一步避免碰撞的發生。在以太網上不要求對方發回確認幀，理由是局域網信道的質量很好，信道通信質量產生差錯的概率很小，這樣做可以提高傳輸的效率。4-21．為什么無線局域網上發送數據幀后要對方發回確認幀，而本章重點掌握局域網的基本概念與體系結構；掌握以太網的工作原理，包括CSMA/CD協議、以太網的連接、MAC層的地址及MAC幀格式；理解以太網最短與最大幀長及其相關計算；以太網的擴展方法；掌握網橋、交換機的工作原理；虛擬局域網的概念及組網方式；了解各種高速局域網技術的技術特點；掌握無線局域網的基本概念及IEEE802.11標準、CAMA/CA協議；理解無線局域網隱蔽站和暴露站問題及CSMA/CA協議是如何解決這兩個問題的。本章重點掌握局域網的基本概念與體系結構；例題[2009年]在一個采用CSMA/CD協議的網絡中，傳輸介質是一根完整的電纜，傳輸速率為1Gbit/s，電纜中的信號傳播速度是200000km/s。若最小數據幀長度減少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協議的網絡中，傳輸[2009]以太網交換機進行轉發決策時使用的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]以太網交換機進行轉發決策時使用的PDU地址是（[2010年]某局域網采用CSMA/CD協議實現介質訪問控制，數據傳輸速率為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，要求說明理由或寫出計算過程。1）若主機甲和主機乙發送數據時發生沖突，則從開始發送數據的時刻起，到兩臺主機均檢測到沖突為止，最短需要經過多長時間？最長需要經過多長時間？（假設主機甲和主機乙發送數據過程中，其他主機不發送數據）。2）若網絡不存在沖突與差錯，主機甲總是以標準的最長以太網數據幀（1518B）向主機乙發送數據，主機乙每成功收到一個數據幀后立即向主機甲發送一個64B的確認幀，主機甲收到確認幀后方可發送下一個數據幀。此時主機甲的有效數據傳輸速