计算机网络原理第4章习题课

[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。
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。
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4-10. 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200 000km/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)=10 000bit=1250B 因此，最短帧长是10000bit或1250B。
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[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。
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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。
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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
计算机网络
第 4章 习题课
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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。
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[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
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[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200 000km/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 输速率是多少（不考虑以太网的前导码）？
[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。
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4-17．网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以 太网交换机有何异同？
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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
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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。
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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200 000km/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160m B.增加80m C.减少160m D.减少80m
[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。
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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。
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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。
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。
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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。