第8章 局域网技术

1、计算机网络原理（4741）第八章 局域网技术本章主要内容 介质访问控制子层 IEEE802标准与局域网 高速局域网 无线局域网技术 移动Ad Hoc网络 局域网操作系统一、串讲1、局域网的特点：（覆盖范围小）（传输速率高）（通信延迟小）（误码率低）（P156） 2、 从传输技术上，计算机网络分为（广播网）和（点到点网）两大类（P156）3、广播信道的分配策略主要包括静态分配策略和动态分配策略。 （P156）4、广播信道信道分配策略比较（P157） 静态适用：节点少而固定，数据量大 频分多路复用同步时分多路 动态使用：节点多不固定 ， 随机访问 （异步时分多路）， 控制访问 （轮转/预约） 5、

2、介质访问控制协议可划分为 （争用）、（无冲突）和（有限争用）协议3 类（P157） 6、吞吐量：成功发送新产生帧的平均数量；网络负载：发送所 帧的平均数量（P159）6、CSMA（载波监听多路访问）P161 （1）1-坚持CSMA：要发送数据时，首先监听信道，如果信道空闲就立即发送数据；如果信道忙则等待，同时继续监听信道直到空闲；如果发生冲突，则随机等待一段时间后重新监听信道。（2）非坚持CSMA：与1-坚持CSMA不同的是如果信道忙就等待，同时不见监听，随机等待一段时间再监听。（3）p-坚持CSMA：用于时分信道，在1-坚持CSMA基础上，如果信道空闲则以p概率发送数据，以1-p概率推迟到下

3、一时隙。（4）带有冲突检测的CSMA：在1-坚持CSMA基础上，发送数据后继续监听，如果有冲突就停止发送，随机等待一段时间再尝试发送数据。7、将争用时隙的长度确定为网络中最大传播延迟的2倍。 P1648、Slot Time（时隙时间） = 2S（距离）/0.7C（光速）+2Tphy（物理层处理延迟）; Lmin（最小帧长）=Slot Time x R（传输速率） P1649、CSMA/CD 总线网限制一段无分支电缆的最大长度为（500m）（P165）10、二进制指数退避算法：1，对每一个数据帧，第一次发生冲突时L=2，2，退避间隔取1L个时间片的随机数，1个时间片等于两点间最大传播时延的两倍，

4、3，再次发生冲突L加倍，4，设置最大传输次数，超过次数不再重传，报告错误。按先进后出LIFO次序控制。 P16411、有限争用协议：分组，一次允许一个组来争用。 P16712、IEEE（美国电气电子工程师学会） P16814、OSI/RM 数据链路层，局域网参考模型中被分成（介质访问控制MAC ）和（逻辑链路控制LLC ）两子层（P168） 15、局域网的数据链路层必须设置（介质访问控制）功能 （P168） 16、 LLC 子层中规定了 （无确认无连接）、（确认无连接）和 （面向连接）3 种类型的链路服务 （P169） 17、 LLC 子层的功能主要 （差错控制）、（流量控制）和（保证数据的可

5、靠传输）（P170） 18、 MAC 子层的功能主要 （数据封装）和（介质访问）两方面（P174） 19、（逻辑环中断）故障可使用令牌传递算法解决 （P176） 20、 环网上最严重的两种差错是（令牌丢失）和（数据帧无法撤销）（P178） 21、IEEE802.5 令牌环网MAC 帧 两种格式：（令牌帧）和 （数据帧）（P179） 22、令牌环MAC 功能 （帧发送）（令牌发送）（帧接收）（优先权操作）（P180）23、IEEE 802.2：逻辑链路控制子层24、IEEE 802.3：CSMA/CD，采用二进制指数退避和1-坚持CSMA/CD协议的基带总线局域网25、IEEE 802.4：令牌

6、总线（Token Bus）26、IEEE 802.5：令牌环（Token Ring）27、IEEE 802.6：分布队列双总线（DQDB）P170 图8-1228、FDDI（光纤分布数据接口），100Mbps （P184） 29、FDDI协议规定发送站发送完帧后，可立即发送新的令牌帧，而802.5规定当发送出去的帧前沿回送至发送站时，才发送新的令牌帧。 （P187） 30、光纤分布数据接口FDDI 是以（光纤）为传输介质的高性能令牌环网，拓扑结构是（逻辑计数循环环） （P184） 31、FDDI 性能：数据速率100Mbps，编码4B/5B，信号速率125Mbaud，环长200km，节点100

7、0 （P184） 32、FDDI中，为得到信号同 步，可采用 （二级）编码方法 （P185） 33、FDDI中，5比特编码的32种组合中，实际只适用了24种，其中16种用作数据符号，8种用作控制符号（P185） 34、在FDDI 环网中，可采用（弹性缓冲 ）来消除时钟偏移现象 （P185） 35、FDDI 物理层中数据是以（4）位为单位传输的（P186） 36、FDDI 新令牌是在 （发送后）产生的（P187） 37、千兆以太网MAC 子层的主要功能 数据帧的装卸、寻址识别、收发、差错控制和链路管理、协议维护38、千兆以太网对介质的访问，全双工适用（点-点）连接，半双工使用（共享介质）连接（P

8、189） 39、千兆以太网采用（载波扩展）和 （数据包分组）两种技术进行数据传输（P189） 40、常用的无线接入技术 （IEEE802.11 无线局域网）、（红外端口）和（蓝牙）技术等（P192） 41、无线局域网的数据传输速率至少在 （1Mbps ）以上（P192） 42、IEEE802.16 是按照 （物理）层、（数据链路）层和（会聚）层3 层结构体系组织的（P195） 43、IEEE802.16 物理层对于从用户到基站的通信，使用的是（按需分配多路寻址）技术；MAC 层上是会聚层44、（蓝牙）实质上要建立通用无线电空中接口及其控制软件的公开标准（P196） 45、蓝牙标准 两个文件组成

9、：核心部分规定 （设计标准），协议子集部分规定 （运作性准则）（P196） 46、蓝牙的核心协议包括 基带B、链路管理LMP 、逻辑链路控制LLC和适应协议SDP 4 部分47、IrDA 标准包括三个基本规范和协议：（物理层）规范、（链接建立）协议和 （链接管理）协议 （P197） 48、无线应用协议WAP 主要包括3 部分：（客户）、（网关）和（WWW 服务 ），与服务 通过（HTTP）通信49、Ad Hoc 无线网络的拓扑结构可分为（对等时平面）结构和（分级）结构，分级结构网络是以簇簇为子网Ad Hoc 无线网络的路由协议可分为 （先验）式、（反应）式和（混合）式3 种 （P201） 50

10、、先验式时延小，但需大量的路由控制报文路由，协议的开销大 51、全局状态路由协议GSR 采用 （链路状态）路由算法（P202）52、IEEE 802.3u：快速以太网，100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T453、无线局域网的硬件设备：1，无线网卡，2，无线AP，3，无线天线54、WAP（无线应用协议）包括3部分：客户、网关、WWW服务器55、局域网操作系统的基本服务功能：文件服务，打印服务，数据库服务，通信服务 信息服务，分布式服务56、对等结构局域网操作系统可提供共享（CPU 、屏幕、打印机、硬盘）和（电子邮件） 57、局域网操作系统最重要最基本的功能是文件服务。5

11、8、信息服务：可向用户提供电子邮件服务，也可提供数据同传输服务 。 59、（NetWare）网络操作系统开创了（工作站/服务 ）的结构（P206）； 60、Windows NT 是（客户/服务 ）工作模式（P208）1、令牌环数据传输速率及比特长度 （P176） （1） 计算4 个传输时延 数据传输时延、信号传播时延、站点引入位时延、令牌帧发送时延 （2） 是否考虑帧长度开销 （3） 环的比特长度=信号传播时延数据传输速率+接口延迟位数 2、 CSMA/CD 基带总线网（P164） （1） 最大网络时延即信号传播时延Ts （2） 最长检测冲突时间为2Ts，两点同时发送检测冲突时间为Ts （3）

12、 帧发送完成时间=信号传播时延+数据传输时延 （4） 最小帧长=2 信号传播时延Ts 数据传输速率R （5） 开销中要考虑是否回发帧确认，回发时延=回发信号传播时延+回发数据传输时延简答二、本章主要填空题1、_是各个网络节点首先声明自己有数据要发送，然后根据声明的顺序依次获得信道的使用权来发送数据。(预约)2、_是在局域网低层提供的数据传输能力的基础上，为高层网络用户提供共享资源管理和其它网络服务功能的局域网系统软件。(局域网操作系统)3、千兆以太网采用了_和数据包分组两种技术。(载波扩展)4、_是指在单位帧时内系统发送的所有数据帧的平均数量，包括成功发送的帧和因冲突而重发的帧。(网络负载G)

13、5、_是指单位帧时内系统成功发送新产生的数据帧的平均数量。(吞吐量)6、_分配策略适用于节点数量多而且不固定，随时可能会有节点加入或退出网络的情况。(动态)7、从传输技术上，计算机网络分为广播网和_两大类。(点到点网)8、_编码技术是每次对4 位数据进行编码，每4 位数据编码成5 位符号，用光的存在和不存在表示5 位符号中每一位是1 还是0。(4B/5B)9、在FDDI 环网中，可以采用_来消除时钟偏移现象。(弹性缓冲器)10、_是网络操作系统是一个可使PC 机网络取代小型机系统的多任务网络操作系统，它开创了工作站/服务器的结构。(Novell Netware)11、冲突检测的方法有很多，通常

14、以硬件技术实现，最简单的方法是比较接收到的信号的_大小。(电压)三、本章课后作业及答案 1、在局域网体系结构中，为什么要将数据链 路层分为介质访问控制（MAC）子层和逻辑链路控制（LLC）子层？答：局域网中的多个设备一般共享公共传输介质,在设备之间传输数据时,首先要解决由哪些设备占有介质的问题。所以局域网的数据链路层必须设置介质访问控制功能。由于局域网采用的介质有我种，对应的介质访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于所采用的物理介质和介质访问控制方法，IEEE802标准特意把LLC 独立出来形成一个单独子层，使LLC 子层与介质无关，仅让MAC 子层依赖于物理介质。 2、IEEE802

15、 局域网参考模型与ISO/OSI 参考模型有何异同？（1）IEEE802 参考模型包括了SI/RM 最低两层(物理层和链种层)的功能，也包括网间互连的高层功能和管理功能。SI/RM 的数据链路层功能在局域网参考模型中被分成介质访问控制和逻辑链路控制LLC 两个子层。（2）在SI/RM 中，物理层、数据链路层和网络层使计算机网络具有报文分组转换的功能。对于局域网来说，物理层是必需的，它负责体现机械、电气和规程方面的特性，以建立、维持和拆除物理链路；（3）数据链路层也是必须的，它负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制和帧确认技术。（4）由于穿越局域网的链路只

16、有一条，不需要设立路由选择和流量控制功能，因此局域网中可以不单独设置网络层。当局限于一个局域网时，物理层和链路层就完成报文分组转换的功能。但当涉及到物理层互连时，报文分组就必须经过多条链路才能到达目的地，此时就必须专门设置一个层次来完成网络层的功能，在IEEE802 标准中这一层被称为互连层。3、局域网的信道分配策略有哪些？各有什么特点？答：()静态分配策略： 包括频分多种复用和同步时分多路复用，这种分配策略是预先将频带或时隙固定地分配给各个网络节点，各节点都有自己专用的频带或时隙，彼此之间不会产生干扰。静态分配策略适用于网络节点数目少而固定，且每个节点都有大量数据要发送的场合，此时采用静态分

17、配策略不仅控制协议简单，而且信道利用率较高。（）动态分配策略 a.动态分配策略包括随机访问和控制访问，本质上属于异步时分多路复用。各站点当有数据需要发送时，才占用信道进行数据传输。 b.随机访问又称争用，各个网络节点在发送前不需要申请信道的使用权，有数据就发送，发生碰撞之后再采取措施解决。随机访问适用于负载较轻的网络，其信道的利用率一般不高，但网络延迟时间较短； c.控制访问有两种方法：轮转和预约，无论是轮转还是预约，都是使发送节点首先获是信道的使用权，然后再发送数据，因而不会出现碰撞和冲突。当网络负载较重时，采用控制访问，可以获得很高的信道利用率。 4、纯ALOHA 和时分ALOHA 相比较

18、，哪一个时延更小？为什么？答：纯ALOHA 的时延更小。因为纯ALOHA 系统中，任何用户有数据需要发送时就可以发送，而时分ALOHA 系统中用户有数据需要发送时不论帧在何时产生都必须到下一个时隙开始时才能发送。5、1 万个站点正在竟争使用一时分ALOHA 信道，信道时隙为125us。如果每个站点平均每小时发出18 次请求，试计算机总的信道载荷G。解： 每个终端每200（=3600/18=200）秒做一次请求，总共有10000个终端。 因此，总负载是200秒做10000次请求，平均每秒50次请求。 每秒8000个（=1/125 us）时隙，所以平均每个时隙发送次数是G=508000=1/160

19、=0.00625。6、N 个站点共享56Kbps 纯ALOHA 信道，各站点平均每100 秒送出一个长度为1000 比特的数据帧，而不管前一个数据帧是否已经发送出去（假设站点有发送缓冲区）。试计算机N 的最大值。解：对于纯解：对于纯ALOHA，可用的带宽是，可用的带宽是0.18456Kb/s=10.304b/s； 每个站都需要的带宽是每个站都需要的带宽是1000100=10b/s。 因此因此N=10304101030。 所以，最多可以有所以，最多可以有1030个站，即个站，即N的最大值是的最大值是1030。7、某个局域网采用二进制计数法的信道分配策略，在某一时刻，10 个站点的虚站号为8，2，

20、4，5，1，7，3，6，9，0。接下来要进行数据发送的是4，3，9 三个站点。当三个站点全部完成发送后，各站点的新的虚站号是什么？答：见P166（1）在二进制倒计数法中，每个想要使用信道的站点首先将其地址以二进制位串的形式按照由高到低的顺序进行广播，并且假定所有地址的长度相同。为了避免冲突，必须进行仲裁：如果某站发现其地址中原本为0 的高位被置换为1，那么它便放弃发送。对于次高位进行同样的信道竞争操作，直到最后只有一个站赢得信道为止。一个站点在赢得信道竞争后便可发送一帧，然后另一个信道竞争周期又将开始。（2）什么是Mok 和Ward 版本的二进制倒计数法。Mok 和Ward 提出了二进制倒计数

21、法的一个变种。该方法采用了并行接口而不是串行接口：还使用虚拟站号，在每次传输之后对站重新编号，从0开始，已成功传送的站被排在最后。如果总共有N 个站，那么最大的虚拟站号是N-1。（3）本题中，当4 站发送时，它的号码变为0，而0、1、2 和3 号站的号码都增1，10 个站点的虚站号变为8，3，0，5，2，7，4，6，9，1当3 站发送时，它的号码变为0，而0、1 和2 站的号码都增1，10 个站点的虚站号变为：8，0，1，5，3，7，4，6，9，2 最后，当9 站发送时，它变成0，所有其他站都增1，结果是：9，1，2，6，4，8，5，7，0，3。8、N 个站点采用适应树搜索协议来仲裁对一条共享

22、信道的访问。在某一时刻，其中两个站点准备发送。设，试分别计算搜索该树的最小、最大和平均时隙。解答：解答：2 n个站点对应个站点对应n+1 级，其中级，其中0 级有级有1 个节点，个节点，1 级有级有2 个节点，个节点， n 有有2 n个节点。在个节点。在i 级的每个节点下面所包括的站级的每个节点下面所包括的站的个数等于总站数的的个数等于总站数的1/2 i。本题中所需要的时隙数取决于为了到达准备好发送的两个站的共同先辈点必须往回走多少级。先计算这两个站具有本题中所需要的时隙数取决于为了到达准备好发送的两个站的共同先辈点必须往回走多少级。先计算这两个站具有共同的父节点的概率共同的父节点的概率p1。

23、在。在2n个站中，要发送的两个站共享一个指定的父节点的概率是个站中，要发送的两个站共享一个指定的父节点的概率是1/C2 2n=1/2 n -1(2 n-1)总共总共2 n -1个父节点，所以，个父节点，所以， p1=1/2 n -1(2 n-1)* 2 n -1=1/(2 n-1)因为因为 2n 1 所以所以p12- n 在共享父节点的条件下遍历树，从第二级开始每一级访问两个节点，这样遍历树所走过的节点总数在共享父节点的条件下遍历树，从第二级开始每一级访问两个节点，这样遍历树所走过的节点总数n1=1+2+2+2=1+2n，接下来，我们考察两个发送站共享祖父节点的概率接下来，我们考察两个发送站共

24、享祖父节点的概率p2和遍历树所走过的节点总数和遍历树所走过的节点总数n2。此时在每个父节点下面仅可能。此时在每个父节点下面仅可能有一个站发送。两个发送站共享一个指定的祖父节点的概率是有一个站发送。两个发送站共享一个指定的祖父节点的概率是1/C 2 2n-1。 共有共有2 n -2个祖父节点个祖父节点p2=2 n -2/ C 2 2n-1=1/2 n -1-1=2-n+1遍历树比遍历树比1 n 减少两个节点，即减少两个节点，即N2=1+2n-2=2n-1通过类似的分析和计算，可以得到，两个发送站共享曾祖父节点（属通过类似的分析和计算，可以得到，两个发送站共享曾祖父节点（属n-3级祖先节点级祖先节

25、点 ）的概率是）的概率是p3= 2-n+ 2 遍历树所经过的节点总数比遍历树所经过的节点总数比n2又少两个节点，又少两个节点， N3=2n-1-2=2n-3Pi+1=2-(n-i)Ni+1=2n+1-2i因此，最坏的情形是因此，最坏的情形是2n+1 个时隙（共享父节点），对应于个时隙（共享父节点），对应于i=0；最好的情形是最好的情形是3 个时隙，对应于个时隙，对应于i=n-1 （两个发送站分别位于左半树和右半树），所以平均时隙数等于（两个发送站分别位于左半树和右半树），所以平均时隙数等于 n-1M= 2-(n-i)(2n+1-2i) i=09、一栋7 层的办公楼，每层有15 间办公室，每间办

26、公室的墙上设有一个终端插座，所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格，相邻插座间的垂直和水平距离均为4 米。假定任意两个插座间都允许连上电缆（垂直、水平、斜线连接均可）。试计算在下面3 种情况下连接所有插座所需的电缆长度： (1)采用集线器的星形网；（2）采用总线以太网；（3）采用令牌环网（不设线路中心）解答：（1）假定从下往上把7层楼编号为1-7层。按楼层高4米计算。在星形网中，集线器放在4层中间位置（第8间房）。电缆总程度等于： 7 154 （i-4）2+（j-8）2=1832（m） i=1 j=1（2）对于总线式以太网（如10BASE2），每层需414=56（m）水平电缆，垂直电缆需4

27、6=24（m），所以总长度等于 756+24=416（m） （3）图见黑板这种方案是采用螺旋结构，线缆经过（1,1）、（15,1）、（15,7）、（1,7）、（1,2）和（14,2）等，总长度等于：56+52+48+56+20+12+4+8+16+24+442+122=466（m） 10、标准10Mbps802.3LAN 的波特率率是多少?解：标准10MBPS802。3LAN采用曼彻斯特编码 即 数据传输率只有调制速率的1/2R=1/2B B=2*10MBPS=20波特。11、一个1km 长的10Mbps 的局域网(不是IEEE802.3)，其信号传播速度为200m/us。数据帧长度为比特，其

28、中包括32 比特首部、校验收以及其它开销。传输成功后的第一个时隙被留给接收方，用来使接收方捕获信道并发送一个比特的确认帧。假定没有冲突，试计算该局域网的有效数据传输速率（不包括开销）。解法1:仅以成功的发送与传播计算：发送数据帧256位所需时间= 256bit/10Mbps=25.6us数据帧在信道上的传播时间= 1000m/(200m/us)=5us共用时间= 25.6us+5us=30.6us故有效数据传输速率为：(256-32)b/30.6us=7.3Mbps 解法2:从发送至接收确认全程计算（依题意是这种计法）：1)发送数据帧256位所需时间= 256bit/10Mbps=25.6us

29、数据帧在信道上的传播时间= 1000m/(200m/us)=5us共用时间= 25.6us+5us=30.6us2)回发确认帧32位所需时间= 32bit/10Mbps=3.2us确认帧在信道上的传播时间= 1000m/(200m/us)=5us共用时间= 3.2us+5us=8.2us故有效数据传输速率为：(256-32)b/(30.6+8.2)us=5.77Mbps12、为什么CSMA/CD 有最短帧长的要求？ 为使CSMA/CD 协议正常操作，需要维持一个最短帧长度，必要时可在数据字段之后、帧校验序列FCS 之前以字节为单位添加填充字符。这是因为下在发送时产生冲突而中断的帧都是很短的帧，

30、为了能方便地区分出这些无效帧，EEE802.3 规定了合法的MAC 帧的最短帧长。13、简述非坚持、1-坚持及P-坚持算法的特点？ 非坚持CSMA 的基本思想是：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲就立即发送数据；如果信道忙则放弃监听、随机等待一段时间，再开始监听信道，在监听信道忙后将放弃监听，这样就减少了多个节点等待信道空闲后同时发送数据导致冲突的概率。非坚持CSMA 也使得数据在网络中的平均延迟时间增加了。 1坚持CSMA 的基本思想是：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲就立即发送数据；如果信道忙则等待，同时继续监听直至信道空闲；如果发生冲突，则随机等待一段时

31、间后，再重新开始监听信道。当监听到信道忙后，继续坚持监听信道；当监听到信道空闲后，其发送数据的概率为，即立即发送数据。信号传输延迟对1坚持CSMA 协议的性能影响很大，即使不考虑传输延迟，1坚持CSMA 协议也可能产生冲突。 P坚持CSMA 用于时分信道，其基本思想是，当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道忙则坚持监听到下一个时隙；如果信道空闲，使以概率发送数据，以概率1-P 推迟到下一个时隙；如果下一个时隙信道仍然空闲，则仍然以概率发送数据，以概率1-P 推迟到下一个时隙；这种过程一直持续下去，直到数据被发送出去，或因其它节点发送而检测到信道忙为止，若是后者，则等待一段随机的时间后重

32、新开始监听。P坚持CSMA 的性能依赖于概率的选取。14、长1km、10Mbps 的基带总线，信号传播速度为200m/us，计算一个1000 比特的帧从发送开始到接收结束的最大时间是多少？若两相距最远的站点在同一时刻发送数据，则经过多长时间两站发现冲突。 1000比特的帧从发送开始到接收结束的最大时间是多少?若两相距最远的站点在同一时刻发送数据,则经过多长时间两站发现冲突?解答：两站点从发送开始到接收结束的总时间=数据传输时延+信号传播时延=1000bit/10Mbps + 1000m/200m/us =100us+5us=105us同时发送数据的两站点发现冲突的时间=信号传播时延=1000m

33、/200m/us=5us(注:若非同时发送数据,两站点发现冲突的最大时间=2*信号传播时延)15、100 个站点的时槽环，任意两站间的平均距离为10m，数据传输速率为10Mmps，信号传播速度为200m/us ，若每个站引入1 位延迟，试计算：（1）两站点间链路的位长度为多少位？（2）整个环路的有效位长度为多少位？（3）此环上最多允许有几个37 位长的时槽？解答：见P177公式 环的比特长度=信号传播时延*数据传输速率+接口延迟位数两站间链路的位长度为：10m/200m/us * 10Mbps=0.5bit(不计1位延迟)总环路的有效位长度为：100(0.5bit+1bit)=150bit时槽数为：150bit/37bit=4.05(个)5(个)16、当数据传输速率为5Mbps，传播速度为200m/us 时，令牌环接口中的一个比特时延等价于多少米的电缆？解答：在5Mbps数据传输速率下，一个位时等于200us（=1/5*106），在200us时间内信号可以传播的距离=200*10-3*200=40米 因此：一个比特时延等价于40米的电缆。17、长1km、10Mbps、50 个站点的令牌环，每个站点引入1 位延迟，信号传播速度为200m/us。令牌长8位，数据帧长度为256 位（包括32 位开销），确认在数据帧捎带，问