计算机网络原理第4章习题课课件

计算机网络第4章习题课计算机网络第4章习题课4-01．局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？[解析]局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互连起来的计算机通信网络。广域网是由一些结点交换机以及连接这些结点交换机的链路组成，它的覆盖范围比较大。此题要求对局域网的特点和通信方式有明确的把握，同时对广域网也要有一定的了解。首先，局域网的特点应该从功能和体系结构以及传输规程等方面进行充分的把握。第二问就要从局域网和广域网的区别来分析，这里主要是考虑二者规模上的差异。4-01．局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方[解答]（1）局域网的主要特点是：从功能的角度来看，局域网具有如下几个特点：①共享传输信道。在LAN中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上；②地理覆盖范围有限，连接用户个数有限。通常LAN为一个单位所有，覆盖范围约为10m～10km内或更大些；③传输速率高。LAN的传输速率一般为1～100Mb/s，能支持计算机之间的高速通信，所以时延较低；④误码率低。传输距离近，所以误码率很低，一般在10-8～10-11之间。⑤多采用分布式控制和广播式通信。[解答]（1）局域网的主要特点是：(2)局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一条物理线路，所有主机的数据传输都经过这条链路，采用的通信方式是将主机要发送的数据送到公用链路上，发送至所有的主机，接收端通过地址对比，接收发往自己的数据，并丢弃其他数据的发式。广域网是由更大的地理空间，更多的主机构成的，若要将广播用于广域网，可能会导致网络无法运行。首先，主机间发送数据时，将会独占通信链路，降低了网络的使用率；另外，主机A向主机B发送数据时，是向网络中所有的主机发送数据，当主机数目非常多时，将严重消耗主机的处理能力。同时也造成了数据的无效流动；再次，极易产生广播风暴，使网络无法运行。(2)局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一条物4-07．有10个站连接到以太网。试计算一下三种情况下每一个站所能得到的带宽。（1）10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器；（2）10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器；（3）10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。[解析]此题考查集线器和交换机在带宽方面的区别。从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一个带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待。同时集线器只能工作在半双工模式下。因此对于集线器来说，使所有连接在这个集线器上的站点共享信道；而对于交换机来说，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时不影响其他端口的工作。同时交换机不但可以工作在半双工方式，也可以工作在全双工模式下，因此连接在交换上的站实际上是独占信道的。[解答]（1）10个站共享10Mb/s；（2）10个站共享100Mb/s；（3）每一个站独占10Mb/s。4-07．有10个站连接到以太网。试计算一下三种情况下每一个4-08.100个站分布在4km长的总线上，协议采用CSMA/CD，总线速率为5Mb/s，帧平均长度为1000bit。试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。传播时延为5us/km。[解析]此题欲求每秒发送的平均帧数，因此怎样得到此总线的信道利用率是关键。已知站点数较多时的信道利用率为Smax=1/（1+4.44a），a=

/T0，它是总线的单程传播时延与帧的发送时延之比。[解答]a=/T0=C/L=5us/km×4km×5Mb/s÷1000bit=0.1当站点数较大时，信道利用率最大值Smax=1/（1+4.44×0.1）=0.6925信道上每秒发送的帧数的最大值=0.6925×5Mb/s÷1000bit=3462每个站每秒种发送的平均帧数的最大值为3462÷100≈34。4-08.100个站分布在4km长的总线上，协议采用CSMA4-10.假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。设信号在网络上传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。[解析]CSMA/CD是总线局域网带有冲突检测的载波监听多路访问协议。数据在总线上传输存在传播时延，即使发送数据前监听到信道为“空闲”，仍有可能在发送数据一段时间内发生碰撞。当一个站在发送数据后，最迟要经过两倍的端到端的传播时延，才能知道自己发送的数据是否和其他站发送的数据发生了碰撞。局域网按最坏情况计算总线两端的两个站之间的传播时延为端到端的传播时延。因此，帧的发送时延应该大于等于端到端往返传播时延才能检测得到冲突。[解答]对于1km电缆，单程端到端传播时延为=1km÷200000km/s=5×10-6s=5us，端到端往返时延为：2=10us按照CSMA/CD工作，数据帧的发送时延不能小于10us，以1Gb/s速率工作，10us可发送的比特数等于：(10×10-6s)×(1.0×109b/s)=10000bit=1250B因此，最短帧长是10000bit或1250B。4-10.假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb4-11．有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d，数据发送速率为C，帧长为12500字节，信号在线路上的传播速率为2.5×108m/s。距离d为25m或2500m，发送速率为10Mb/s或10Gb/s。这样就有4种不同的组合。试利用公式（4-5）分别计算这四种不同情况下参数a的数值，并进行简单的讨论。[解析]公式4-5指的是信道利用率定量分析中的参数a的计算方法，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，根据d和C的四种不同组合来讨论a的值，结果如下表所示。4-11．有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d4-17．网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？[解答]网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先暂存在缓冲中。若此帧未出错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找网桥站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去；若该帧出现差错，则丢弃此帧。网桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太大的局域网不适合。4-17．网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网网桥与转发器的异同，体现在：网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；网桥不像转发器转发所有的帧，而只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法；网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效率并连接不同的MAC子层和不同速率的局域网。以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2～4个端口；它们都工作在数据链路层；网桥的端口一般连接到局域网，而以太网交换机的每个接口可直接与主机相连，交换允许多对主机间同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥，连到交换机上的每台计算机就象连到网桥的一个局域网段上。网桥与转发器的异同，体现在：4-20．无线局域网的MAC协议有哪些特点？为什么在无线局域网中不能使用CSMA/CD协议？结合隐蔽站问题和暴露站问题说明RTS帧和CTS帧的作用。[解析]无线局域网同以太网的差别是导致不能使用CSMA/CD的主要原因。隐蔽站和暴露站问题实在CSMA/CA协议中解决的问题，RTS帧和CTS帧是为了实现对信道的预约。[解答]无线局域网的MAC层在物理层上面，包括有两个子层，分别是分布协调功能DCF子层和点协调功能PCF子层。通过协调功能来确定在基本服务集BSS中移动站发送数据或者接收数据的时间。为了避免碰撞，规定所有的站点发送完一帧数据后，必须再等待一段时间才能发送下一帧数据。4-20．无线局域网的MAC协议有哪些特点？为什么在无线局域CSMA/CD协议不能用于无线局域网的原因主要有：CSMA/CD协议要求一个站点在发送数据的同时还必须不间断地检测信道，以便发现是否有其他的站也在发送数据，这样才能实现“碰撞检测”的功能。但在无线局域网的设备中要实现这种功能花费过大。即使能够实现碰撞检测的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲得，在接收端仍然有可能发生碰撞。即碰撞检测对无线局域网没有什么用处。无线信道还由于传输条件特殊，造成信号强度的动态范围非常大，致使发送站无法使用碰撞检测的方法来确定是否发生了碰撞。因此，无线局域网不能使用CSMA/CD，而只能使用改进的CSMA/CA协议。CSMA/CD协议不能用于无线局域网的原因主要有：隐蔽站问题：当A和C都检测不到无线信号时，以为B是空闲的，向B发送数据，结果B同时收到A和C同时发送的数据，发生碰撞，这就是隐蔽站问题。使用RTS和CTS帧后，B处在A的传输范围，可以收到A发送的RTS帧，当请求允许后，B将会向其余站点发送CTS帧。当C收到B的CTS帧后，在A和B通信过程中就不会发送数据，保证了A和B的正常通信。暴露站问题：当站点B向A发送数据，而C想和D通信时，由于C检测到了媒体上有信号，于是就不能向D发送数据。这就是暴露站问题。使用RTS和CTS帧后，在A和B通信的时间内，C能收到B的RTS帧，但收不到A的CTS帧，所以C可以发送自己的数据给D而不会干扰B向A发送数据。隐蔽站问题：当A和C都检测不到无线信号时，以为B是空闲的，向4-21．为什么无线局域网上发送数据帧后要对方发回确认帧，而以太网就不需要对方发回确认帧？[解析]无线局域网与以太网相比，最大的差别就是传输介质不同所导致的传输差错的增多，这也是无线局域网制定协议时主要考虑的问题，可以从这个方面着手回答。[解答]无线局域网发送数据必须发回确认帧是保证在MAC层对帧丢失予以检测并重新发送，且进一步避免碰撞的发生。在以太网上不要求对方发回确认帧，理由是局域网信道的质量很好，信道通信质量产生差错的概率很小，这样做可以提高传输的效率。4-21．为什么无线局域网上发送数据帧后要对方发回确认帧，而本章重点掌握局域网的基本概念与体系结构；掌握以太网的工作原理，包括CSMA/CD协议、以太网的连接、MAC层的地址及MAC帧格式；理解以太网最短与最大帧长及其相关计算；以太网的扩展方法；掌握网桥、交换机的工作原理；虚拟局域网的概念及组网方式；了解各种高速局域网技术的技术特点；掌握无线局域网的基本概念及IEEE802.11标准、CAMA/CA协议；理解无线局域网隐蔽站和暴露站问题及CSMA/CA协议是如何解决这两个问题的。本章重点掌握局域网的基本概念与体系结构；例题[2009年]在一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，传输速率为1Gbit/s，电缆中的信号传播速度是200000km/s。若最小数据帧长度减少800bit，则最远的两个站点之间的距离至少需要（）。A.增加160mB.增加80mC.减少160mD.减少80m

例题[2009年]在一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输[2009]以太网交换机进行转发决策时使用的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]以太网交换机进行转发决策时使用的PDU地址是（[2010年]某局域网采用CSMA/CD协议实现介质访问控制，数据传输速率为10Mbit/s，主机甲和主机乙之间的距离是2km，信号传播速度是200000km/s。请回答下列问题，要求说明理由或写出计算过程。1）若主机甲和主机乙发送数据时发生冲突，则从开始发送数据的时刻起，到两台主机均检测到冲突为止，最短需要经过多长时间？最长需要经过多长时间？（假设主机甲和主机乙发送数据过程中，其他主机不发送数据）。2）若网络不存在冲突与差错，主机甲总是以标准的最长以太网数据帧（1518B）向主机乙发送数据，主机乙每成功收到一个数据帧后立即向主机甲发送一个64B的确认帧，主机甲收到确认帧后方可发送下一个数据帧。此时主机甲的有效数据传输速