计算机网络10章习题及参考答案(20080724)

第10章网络设备和建网

1．端系统ES（End System）连网，需要解决哪些问题？

答案：

一台计算机作为端系统ES连网，需要解决两方面的问题：第一，它首先要加入一个局域网；其次，为了能与远方的端系统通信，还必须解决它所在的局域网与别的网络互连的问题。

2．网络互连所需的设备称为中继（Relay）系统RS，主要的RS有哪些？

答案：

根据中继系统所在的层次，可以有以下几种中继系统：

第一层（物理层）中继系统，即转发器或集线器（Repeater或Hub），在介质段上逐个复制二进制位；第二层（数据链路层）中继系统，即网桥或交换机（Bridge或Switch），在局域网间存储转发帧；第三层（网络层）中继系统，即路由器（Router），在网络间存储转发分组；网络层以上的中继系统，称为网关（Gateway），也称为网间连接器、信关或联网机。用网关连接两个不兼容的网络，需要在高层进行协议的转换。

3．简述调制解调器的工作原理。

答案：

连续振荡的信号比其它信号传播得更远，因此，绝大多数远程通信系统发送连续的振荡信号，通常为正弦波，称为载波（Carrier）。为了使载波能携带信息，必须对载波的某些参数进行修改，这就是调制。无论使用什么传输介质（例如导线、光纤、微波或无线电频率），几乎所有的长距离数据传输都采用类似的工作原理：即发送装置产生一个连续振荡的载波信号，并用待发送的数据信号对载波进行调制，远方的接收装置则从到达的载波中检取出调制信号，并恢复原始数据。

4．以太网卡主要分为哪些类型? 在网卡选型上应考虑哪些问题?

答案：

按网卡支持的计算机总线类型有ISA、EISA、PCI和PCMCIA网卡等。按网卡支持的传输速率分为10Mbps网卡、100Mbps网卡、10／100Mbps自适应网卡和1000Mbps网卡4类。按网卡所支持的传输介质类型分为双绞线网卡、粗缆网卡、细缆网卡和光纤网卡4类。

在网卡选型应注意以下几个问题：一是组网使用的传输介质类型，二是计算机支持的扩展槽类型。针对不同的传输介质，网卡提供了相应的接口。适用粗缆的网卡提供AUI接口，适用细缆的网卡提供BNC接口，适用于非屏蔽双绞线的网卡提供RJ-45接口，适用于光纤的网卡应提供光纤接口。很多网卡是将几种类型的接口集成在一块卡上。

5．集线器主要分为哪些类型?在集线器选型上应考虑哪些问题?

答案：

按集线器支持的传输速率分为10Mbps集线器、100Mbps集线器和10／100Mbps自适应集线器3类。按集线器是否能够堆叠分为普通集线器和可堆叠式集线器两类。按集线器是否支持网管功能分为简单集线器和带网管功能的智能集线器两类。

在集线器选型应注意以下几个问题：一是选择普通集线器还是堆叠式集线器，二是选择普通集线器还是智能集线器，三是集线器的端口数量与端口支持的接口类型。普通集线器只能支持小型局域网，堆叠式集线器可以支持规模较大的局域网。普通集线器不能进行网络工作状态的监测与管理，因此不能用于大型的局域网系统。以太网传输介质可以是非屏蔽双绞线、粗同轴

电缆与细同轴电缆，因此设计局域网结构与所使用的传输介质类型时，一定要考虑到集线器所提供的端口类型，看它是否支持RJ—45、AUI或BNC接口。

6．请说明使用双绞线与集线器组网的基本方法。

答案：

在双绞线组网方式中，集线器是以太网的中心连接设备。使用非屏蔽双绞线组网时需要的硬件设备有5类非屏蔽双绞线、带有RJ—45接口的以太网卡、集线器、RJ—45连接头等。

双绞线组网方法分为单一集线器结构、多集线器级联结构、堆叠式集线器结构3种。单一集线器结构适用于结构简单的以太网。如果连网的结点数超过单一集线器的端口数，通常采用多集线器的级联结构，利用集线器向上连接端口级联扩大局域网覆盖范围。堆叠式集线器结构适用于中小型企业网环境。

7．网桥可以分为哪两种类型？它们各有什么特点？

答案：

网桥可以分为两种类型：透明网桥和源路选网桥。

（1）透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网中的结点不负责进行路由选择。透明网桥的最大优点是容易安装。

（2）源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择，假定每个结点在发送帧时都已知道到目的结点的路由，源结点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧首部。

8．3个以太网段，经两个透明桥接器连接成1个线形网络。有一个管理员注意到网络的两个端头没有连接，随即订购了一个新的透明桥接器，把两个敞开的头都连到桥上，形成一个闭合环。这样做之后会发生什么现象？

答案：

不会出现什么特别的现象。新的桥接器在网上宣告自己的存在，生成树算法为新的配置计算一个生成树。新的拓扑会把其中的一个桥接器设置成备用方式，它将在其他桥接器失效的情况下投入工作。这种类型的配置以附加的代价提供附加的可靠性，但井非不正常。它不会引起任何问题，因为无论连接多少个桥接器，网络总是以生成树的形式运行。

9．网桥在哪一层实现不同网络的互连？网桥具有什么样的特点？

答案：

网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，通过网桥来实现数据链路层上的互连时，允许互连网络的数据链路层与物理层协议不同。

网桥具有的主要特点是：网桥用来互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同协议；网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。

10．设想有2 个LAN网桥，都连着一对IEEE 802.3网络，第1个网桥每秒收到1 000个要转发的512 B的帧，第2个网桥每秒收到200个要转发的2 560B的帧，哪一个网桥需要更快的CPU？

答案：

第1个网桥需要更快的CPU。

11．交换式局域网与共享介质局域网有什么区别？

答案：

对于传统的共享介质以太网来说，当连接到集线器中的一个结点发送数据时，它将用广播方式将数据传送到集线器的每个端口。交换式局域网从根本上改变了共享介质的工作方式，通过局域网交换机建立交换机端口结点之间的多个并发连接，可以实现多结点之间数据的并发传输。

12．请说明局域网交换机的基本工作原理。

答案：

交换式局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机的“端口号/MAC地址映射表”根据端口号与结点MAC地址的对应关系建立。交换机根据“端口号/MAC地址映射表”找出对应帧目的地址的输出端口，这种端口之间的连接可以根据需要同时建立多条。

13．请说明网桥产生广播风暴的基本工作原理。

答案：

网桥要确定传输到目的结点的数据帧通过哪个端口转发，就必须保存一张端口－结点地址表来记录端口与结点地址的关系。随着网络规模的扩大与用户结点数的增加，会不断出现端口－结点地址表中没有的结点地址。网桥通过广播方式来解决结点位置不明确的问题，从而造成网络中重复、无目的发送的数据帧急剧增加，给网络带来了通信负荷急剧增大的问题，这就是常说的网桥的广播风暴问题。

14．以太网交换机主要分为哪些类型?在以太网交换机选型上应考虑哪些问题?

答案：

交换机可以分为简单的10Mbps交换机、10／100Mbps自适应交换机和大型局域网交换机3类。简单的10Mbps交换机只能提供固定数量的端口，用来连接10Mbps以太网结点或10Mbps集线器。10／100Mbps自适应交换机是一种小型以太网交换机，可以自动检测端口连接设备的传输速率与工作方式。大型局域网交换机是一种箱式结构，在机箱中可以灵活地插入各种模块，通过它可以构成大型局域网的主干网。

在交换机选型应注意以下几个问题：一是选择交换机的类型，这要由组建局域网的网络规模来决定；二是交换机支持的端口数量，这要由组建局域网的结点数量来决定；三是交换机支持的端口类型，全双工端口提供的网络带宽可比半双工端口增大一倍。

15．考虑图10-25中相互连接的LAN。

图10-25 相互连接的LAN

假设主机a和b在LAN1上，主机c在LAN2上，主机d在LAN8上。刚开始的时候，所有的网桥内部的散列表（网桥中的Hash表即端口网站地址对照表）都是空的，并且使用了图10-25 (b)中所示的生成树。在下面给出的每一个事件发生以后（首先(a)，然后(b)，然后(c)，依此类推），不同的网桥中的散列表将如何变化。

（a）a向d发送帧。

（b）c向a发送帧。

（c）d向c发送帧。

（d）d移动到LAN6上。

（e）d向a发送帧。

答案：

第一帧（a向d发送帧）会被每一个网桥转发。传输完后，每个网桥在其Hash表中将会有一个带合适端口的到目的地a的表项。例如，D的Hash表就有一个表项用来把目的地为a的帧转发到LAN2上。

网桥B、D和A会看到第二个消息（c向a发送帧）。这些网桥会为去往c的帧而将新的表项添加到它们的Hash表中。例如，网桥D的Hash表现在就会有另一个表项（用来把目的地为c的帧转发到LAN2上）。

网桥H、D、A和B会看见第三个消息（d向c发送帧）。这些网桥会为为去往d的帧而将新的表项添加到它们的Hahs表中。

网桥E、C、B、D和A会看见第五个消息（d向a发送帧）。网桥E和C会为去往d的帧而将新的入口添加到它们的Hash表中，同时网桥D、B和A会为目的地d升级（d已移动到LAN6上了）它们的Hash表。

16．假设交换机上的线卡有4条输入线路，下面的情形将频繁发生：在一个线卡的某一条线路上到达的帧必须在同一线卡的另一条线路上送出。作为这种情况的一个结果，交换机的设计者要面对什么样的选择：

答案：

最简单的选择是不做任何特殊的处理。每个到来的帧被送往底板，再次发送到目标卡，该卡可能就是源卡。在这种情况下，卡间的通信在交换机底板上进行。

另一个选择是承认这种情况并作为特例处理，直接将帧发送出去，不经过底板。

17．一个专门为了用于快速以太网而设计的交换机有一块可以传送10Gbps的底板。请问在最差情况下，它每秒钟可以处理多少帧？

答案：

最坏的情况是64字节（512-bit）帧的无限流。如果底板可以处理10 9 bps，那么它可以处理的帧数就是10 9/ 512。即1,953,125 帧/s。

18．简略描述一下存储－转发型交换机和直通型交换机的区别。

答案：

一个存储－转发交换机存储每个到来的完整的帧，然后检查并转发出去。

只要帧的目的地址一进入，直通型交换机就可以开始转发。即在一个帧完全到达之前，直通型交换机就开始转发该进入帧了。

19．从损坏帧的角度而言，存储－转发型交换机比起直通型交换机更有优势。请说明这种优势是什么。

答案：

存储-转发型交换机在转发帧前存储完整的帧。一帧到来后，校验和就会被核实。如果该帧损坏了，就会被立即丢弃。

在直通方式的情况下，损坏的帧不能被交换机丢掉，因为错误被检测出来的时候，帧已经转发出去了。试图解决这个问题的努力就如同要收回决堤的洪水一样。

20．画出RIP路由器从邻站收到路由信息时的操作流程图。

答案：

操作流程图如图10-26所示：

图10-26 RIP路由器从邻站收到路由信息时的操作流程图

21．分析水平分裂和触发更新技术不能根本解决“对坏消息反应迟钝”问题的情况。

答案：

毒性逆转（poison reverse）和水平分裂（split horizon）采用的技术是类似的，要么到某个目的地的距离不向实际通向该目的地的邻结点通告，或者是用无穷大告诉邻结点。但当网络拓扑中有三个或三个以上结点构成的环时，这两种技术就无能为力了。

触发更新技术采用的方法是，网络中只要发生了变化，不必等例如30秒的周期计满再通知邻站，而是立即通知。但这种技术不能处理路由器出故障造成的问题。

22．OSPF的优点是什么？

答案：

OSPF直接用IP数据报在各网关之间频繁地交换信息来建立链路状态数据库，并维持这个数据库在全网范围内的一致性。只要网络拓扑发生任何变化，各网关的链路状态数据库就能很

快得到更新，各个网关就能重新计算出新的路由表。由于链路状态信息数据量小，而且仅在链路状态发生变化时才需传输，因而这种更新报文产生的负载很小。

网关的链路状态只涉及到与相邻的网关的连通状态，与整个互联网的规模无关。因此当互联网规模很大时，OSPF协议比矢量距离协议RIP性能好。根据统计，OSPF响应网络变化的时间小于100ms。

OSPF还有其它一些突出优点。例如，OSPF可根据用户自己希望的费用标准，计算一条具有最小费用的通过Internet的路由；用户可以把路由费用设置成延迟、吞吐量或可靠性（见IP 首部服务类型字段）的函数；OSPF还可以把用户的负载分摊到多个具有同样费用的路由中，即当有多个相同费用路径存在时，不必都用同一条路径来传输所有通信量；OSPF路由器之间进行链路状态更新时，都要经过认证，因而安全性更好；OSPF还可以按层次结构构造自治系统，从而实现在自治系统中的层次路由选择。

23．简述计算机网络中路由选择的特点。

答案：

考虑一个广域网（即按照网络层协议存储转发分组的物理网，例如X.25网）。在这种情况下，路由选择算法的特点是：

寻径目标：目的主机，也是一个结点。

网络拓扑：由结点（主机、包交换机）和链路（连接结点的信道）组成。

寻径算法[在一个物理网络中各结点间交换路由信息，从而修改路由表的算法，以及为每个分组寻径（确定下一跳路由器）的算法]]：在各结点上执行。

24．简述Internet路由选择的一般原理。

答案：

对Internet的路由选择，是把互联的各个物理网看成链路，把连接各个物理网的路由器看成结点，按照这个观点简化了Internet，寻径的目标是Internet中的结点（并由目标结点最终把分组送交目标主机）。

Internet中的寻径由两个层次构成，一个是间接寻径，一个是直接寻径。间接寻径在整个Internet范围进行，目的是在不同路由器间作出选择，选择IP数据报传输过程中的下一个路由器。通过查路由表找到下一个结点（下一跳）的IP地址。直接寻径是在物理网上的寻径，它根据下一站的IP地址，找到它的物理地址。例如在以太网上，可用ARP协议找到它的物理地址（例如MAC地址）。每次间接寻径和直接寻径均局限在一个物理网中。于是，IP数据报就通过一次又一次的间接寻径和直接寻径，从而跨越一个个子网（物理网），最终到达目的主机。

25．简述Internet中路由选择的具体实施方法。

答案：

由于Internet采用的是一种层次型的核心结构，主干网和各个网点都是自治系统（AS），各AS内部使用内部网关协议（IGP）在路由器间交换路由信息，AS间使用外部网关协议（EGP）在特权网关和核心网关之间交换路由信息。

在一个AS内，通过多次间接寻径（每次都伴随一次直接寻径），IP数据报最终到达本AS 中能够将它转交给目的主机的那个路由器（Internet中又称网关）。当目的主机在别的AS中时，IP数据报将到达与本AS相连的主干网的一个核心网关（随后再由主干网继续转发）。这是一种分级路由选择的策略。

矢量距离路由选择算法在Internet环境下的具体实现是，寻径的目标为目的主机所在的网

络。仍然把互联的各个物理网看成链路（注意，把目标结点所在的网络看成一个盲端，相当于OSPF中的中断，即看成该网络对应的链路和相应结点的组合），把连接各个物理网的路由器看成结点，按照这个观点简化了互联网。根据路由表就可为每个IP数据报寻径（确定下一跳路由器，即间接寻径）。

OSPF 则是把网络简化成一个有向图，看待网络拓扑的观点与矢量距离路由选择算法本质上是相同的，每个结点则根据链路状态数据库求解以自己为根的最小生成树，从而得到自己的路由表。

26．请说明各种网络设备在网络中所处的位置及发挥的作用。

答案：

物理层中继系统，即转发器或集线器（Repeater/Hub）在介质段上逐个复制二进制位，故不能隔离以太网的冲突域。

第二层（数据链路层）中继系统，即网桥或交换机（Bridge/Switch），在局域网间按MAC 地址存储转发帧，因而能分隔以太网的冲突域。当网桥或交换机不知道MAC帧的目的MAC地址连在哪个端口时，或MAC帧的目的MAC地址是广播地址时（例如ARP和RARP请求报文），网桥或交换机就把该MAC帧向来路之外的所有端口转发出去（即广播），因而不能隔离以太网的广播域。

第三层（网络层）中继系统，即网关或路由器（Gateway/Router），在网络间按IP地址存储转发IP数据报，于是就把MAC子层的广播帧隔开了，因而网关或路由器可以分隔以太网的广播域。

27．请说明虚拟局域网的基本工作原理。

答案：

虚拟局域网在功能、操作上与传统局域网基本相同，主要区别在于虚拟局域网的组网方法不同。虚拟局域网的一组结点可以位于不同的物理网段上，但它们并不受结点所在物理位置的限制，相互之间通信就像在同一个局域网中一样。虚拟局域网可以跟踪结点位置的变化，当结点的物理位置发生改变时，不需要通过人工来进行重新配置。

28．考虑图10-27中的网络，每种颜色（例如G代表灰色，W代表白色）代表一个VLAN。网桥端口的标记G，表示经该端口可访问灰色VLAN；网桥端口的标记W，则表示经该端口可访问白色VLAN。网桥端口标记为GW，则表示经该端口既可访问灰色VLAN，也可访问白色VLAN。如果机器J 突然变成白色的话，图中的标记需要做相应的变化吗？如果需要的话，该怎么变？

图10-27 由两个网桥连接的VLAN

答案：

B1到LAN3的端口需要重新标记为GW。

29．为了使得VLAN可以工作，在交换机和网桥内需要有相应的配置表。如果图10-5中的VLAN使用集线器而不是多分支的电缆，那会怎么样呢？集线器也需要配置表吗？为什么需要，或者为什么不需要？

答案：

不需要。

Hub只是从电信号的角度将所有的输入线路连接起来。这里没有配置的问题。在hub中也没有路由问题。每一个进入hub的帧都转发到所有别的线路上。

30．图10-28中，在右侧的传统终端域中的交换机是一个可理解VLAN的交换机。

图10-28 在传统终端域中使用可理解VLAN的交换机或传统的交换机

在右侧的传统终端域中有可能使用传统的交换机吗？如果可能，请问它将如何工作？

如果不可能，请问为什么不可能？

答案：

在右侧的传统终端域中可以使用传统的交换机。

进入核心区域的帧都是合法帧，核心区域的第一个核心交换机就会为该帧贴上标签（代表不同的 VLAN），通过使用MAC地址或IP地址就可以办到。

类似地，在核心区域通往传统终端域的出路上，核心交换机将必需去掉外出帧的标签。

31．综合布线系统分为哪几个个子系统？

答案：工作区、水平布线、管理、垂直干线、设备间、建筑群

32．网络规模扩大与结点增多为什么会影响网络性能？为了解决网络规模与网络性能之间的矛盾，对共享介质局域网，有哪些改善局域网性能的方案？

答案：

传统的局域网技术建立在共享介质的基础上，网中所有结点共享一条公共通信传输介质。如果局域网中共有N个结点，则每个结点平均能分到的带宽为“总带宽/N”。随着局域网规模扩大与结点数不断增加，每个结点平均能分到的带宽将越来越少。当网络结点数增多与网络负荷加重时，冲突和重发现象将大量发生，网络效率与服务质量将会急剧下降。

改善局域网性能的方案主要有以下几种：

（1）提高局域网的数据传输速率，将传输速率从10Mbps提高到100Mbps甚至1Gbps，这就

导致了高速局域网技术的发展，这种方法不改变局域网的介质访问控制方法。

（2）将大型局域网划分成多个用网桥或路由器互联的子网，网桥与路由器可以隔离子网之间的交通量，使每个子网作为一个独立的小型局域网。通过减少每个子网内部结点数N的方法，使每个子网的网络性能得到改善，这种方法不改变局域网的介质访问控制方法。

（3）将局域网从共享介质方式改为交换方式，交换局域网的核心设备是局域网交换机，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。

33．为一个单位建网时，需要考虑哪些主要问题？

答案：

1）对要建设的计算机网络系统进行需求分析

要明确系统建设的目标，包括系统要提供何种服务，具有多大的处理能力，服务的质量要求，需连接的地理范围（楼宇），用户工作站的数目，地理分布，现有的计算机软硬件设备与通信资源。系统建设成后，可能产生的社会经济效益。投资的可能性。技术条件能否保证等。

2）网络总体设计

在需求分析和可行性分析得到肯定的情况下，可以进行网络系统的总体设计。包括主干网的拓扑选择，各楼连网方式的选择，分期实施的计划，包括时间安排、投资计划、人力需求等。

3）网络建设的实施

在总体设计方案的基础上分步实施。实施过程中要做好的工作主要有：网络布线的设计和工程实施；网络与Internet的连接；设备的选择和建设，包括主服务器、连接Internet的路由器、中心和区域中心主干交换设备、拨号上网设备、各建筑物内的LAN交换机、网管工作站和网管软件、网络系统软件和应用软件；系统安装调试；人员培训，包括网络系统管理员、系统运行操作人员以及对用户的使用培训等。

34．画出一个有主机、路由器、集线器、网桥等设备的互联网环境，给出每种设备使用的协议栈，将MAC地址、IP地址、端口号等寻址信息分布到各设备的适当位置。

答案：

如图10-29所示:

图10-29 互联网环境及寻址信息