第四章 局域网（P135） 1、局域网的主要特点是什么？为什么说局域网是一个通信网？ 答：局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络。 从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：①共享传输信道。在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上。②地理范围有限，用户个数有限。通常局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，如一座楼或集中的建筑群内。一般来说，局域网的覆盖范围约为10m～10km内或更大一些。③传输速率高。局域网的数据传输速率一般为1～100Mbps，能支持计算机之间的高速通信，所以时延较低。④误码率低。因近距离传输，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。在局域网中各站是平等关系而不是主从关系，可以进行广播或组播。 从网络的体系结构和传输控制规程来看，局域网也有自己的特点：①低层协议简单。在局域网中，由于距离短、时延小、成本低、传输速率高、可靠性高，因此信道利用率已不是人们考虑的主要因素，所以低层协议较简单。②不单独设立网络层。局域网的拓扑结构多采用总线型、环型和星型等共享信道，网内一般不需要中间转接，流量控制和路由选择功能大为简化，通常在局域网不单独设立网络层。因此，局域网的体系结构仅相当与OSI/RM的{zd1}两层。③采用多种媒体访问控制技术。由于采用共享广播信道，而信道又可用不同的传输媒体，所以局域网面对的问题是多源、多目的的链路管理。由此引发出多种媒体访问控制技术。在OSI的体系结构中，一个通信子网只有{zd1}的三层。而局域网的体系结构也只有OSI的下三层，没有第四层以上的层次。所以说局域网只是一种通信网。 3、一个7层楼，每层有一排共15间办公室。每个办公室的楼上设有一个插座，所有的插座在一个垂直面上构成一个正方形栅格组成的网的结点。设任意两个插座之间都允许连上电缆（垂直、水平、斜线……均可）。现要用电缆将它们连成（1）集线器在中央的星形网；（2）总线式以太网。试计算每种情况下所需的电缆长度。 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 15 4 Σ Σ √（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4×14=56（m）水平电缆，垂直电缆需4×6=24（m），所以总长度等于 7×56+24=416（m） （3）一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+36+40+48+56+20+12+4+8+16+24+ =466m 图中有错，粗线右端应连接到第4层右起第4个站点 4、数据率为10Mbit/s的以太网的码元传输速率是多少波特？ 答：以太网使用曼彻斯特编码，这就意味着发送的每一位都有两个信号周期。标准以太网的数据速率是10Mb/s，因此波特率是数据率的两倍，即20M波特。 5、 假定一个以太网上只有两个站，它们同时发送数据，产生了冲突。于是按二进制指数类型退避算法进行重传。重传次数记为i，i=1,2,3,…。试计算第1次重传失败的概率、第2次重传失败的概率、第3次重传失败的概率，以及一个站成功发送数据之前的平均重传次数I。 答：将第i次重传成功的概率记为Pi，显然 {dy}次重传失败的概率为0.5，第2次重传失败的概率为0.25，第3次重传失败的概率为0.125。平均重传次数I＝1.637。 6、试说明10BASE5，10BASE2，10BASE-T，和10BROAD36和 FOMAU 所代表的意思。 答：10BASE5：“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是基带信号， “5”表示每一段电缆的{zd0}长度是500m。 10BASE2：“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是基 带信号， “2”表示每一段电缆的{zd0}长度是185m。 10BASE-T：“10”表示数据率为10Mbit/s，“BASE”表示电缆上的信号是 基带信号， “T”表示使用双绞线作为传输媒体。 10BROAD36：“10”表示数据率为10Mbit/s，“BROAD”表示电缆上的信 号是宽带信号，“36”表示网络的{zd0}跨度是3600m。 FOMAU : (Fiber Optic Medium Attachment Unit) 光纤媒介附属单元。 10和1代表网络数据传输速率分别为10Mbps和1Mbps，BASE和BROAD分别表示基带和频分多路复用的宽带。5、2和36分别表示传输媒体线缆段{zd0}长度分别为500米、185（约200）米和3600米；T表示是采用双绞线；F表示光纤。10BASE5是50欧同轴粗缆；10BASE2是50欧同轴细缆；10BASE-T为一种物理星状拓扑而逻辑上为总线结构的以太网；1BASE5指AT&T公司的StarLAN的物理媒体规范，使用和10BASE-T一样的双绞线，可通过一种称为菊花链的机制进行扩展；10BASE-F又分为适用于以星状拓扑连接站和转发器的无源系统10BASE-FP、点对点连接站或转发器的光纤链路10BASE-FL、以及点对点主干光纤链路10BASE-FB；10BROAD36采用75欧的CATV同轴电缆。FOMAU是采用光纤（Fiber Optic）的媒体接入单元MAU（Media Access Unit），用以连接扩展以太网的转发器之间的光纤链路FOIRL（Fiber Optic Inter-Repeater Link）。 请自行解释100BASE-T、100BASE-X、100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T4、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX、1000BASE-T、10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-SW、10GBASE-LW、10GBASE-EW、10GBASE-LX4的含义。 7、10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s时，需要解决哪些技术问题？在帧的长度方面需要有什么改变？为什么？传输媒体应当有什么改变？ 答：以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按比例缩短，这样会影响冲突的检测。所以需要减小{zd0}电缆长度或增大帧的最小长度，使参数a保持为较小的值，才能有效地检测冲突。在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3标准规定的以太网最小{zd0}帧长，使不同速率的以太网之间可方便地通信。100bit/s的以太网采用保持最短帧长（64byte）不变的方法，而将一个网段的{zd0}电缆长度减小到100m，同时将帧间间隔时间由原来的9.6μs，改为0.96μs。1Gbit/s以太网采用保持网段的{zd0}长度为100m的方法，用“载波延伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64字节，同时将争用字节增大为512字节。传输媒体方面，10Mbit/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mbit/s和1Gbit/s以太网支持双绞线和光纤，10Gbit/s以太网只支持光纤。 欲保持10M，100M，1G的MAC协议兼容，要求最小帧长的发送时间大于最长的冲突检测时间，因而千兆以太网采用载波扩充方法。而且为了避免由此带来的额外开销过大，当连续发送多个短帧时采用帧突发技术。而100M以太网采用的则是保持帧长不变但将{zd0}电缆长度减小到100m。 其它技术改进： （1）采用专用的交换集线器，缩小冲突域 （2）发送、接收、冲突检测传输线路独立，降低对媒体带宽要求 （3）为使用光纤、双绞线媒体，采用新的信号编码技术。 8、有10个站连接到以太网上，试计算以下三种情况下每一个站所能得到带宽。 （1）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网集线器； （2）10站点连接到一个100Mbit/s以太网集线器； （3）10个站点连接到一个10Mbit/s以太网交换机。 答：（1）10个站共享10Mbit/s； （2）10个站共享100Mbit/s； （3）每一个站独占10Mbit/s。 9、100个站分布在4km长的总线上，协议采用CSMA/CD。总线速率为5Mbit/s，帧平均长度为1000bit。试估算每个站每秒种发送的平均帧数的{zd0}值。传播时延为5μs/km。 答：a=τ/T0=τC/L=5μs/km×4km×5Mbit/s÷1000bit=0.1 当站点数较大时，信道利用率{zd0}值Smax接近=1/（1+4.44a）=0.6925 信道上每秒发送的帧的{zd0}值= Smax×C/L=0.6925×5Mbit/s/1000bit=3462 每个站每秒种发送的平均帧数的{zd0}值=3462/100=34 10、在以下条件下，分别重新计算上题，并解释所得结果。 （1）总线长度减小到1km。（2）总线速度加倍。（3）帧长变为10000bit。 答：设a与上题意义相同 （1） a1=a/4=0.025，Smax1=0.9000 每个站每秒种发送的平均帧数的{zd0}值=45 总线长度减小，端到端时延就减小，以时间为单位的信道长度与帧长的比也减小,信道给比特填充得更满,信道利用率更高，所以每站每秒发送的帧更多。 （2） a2=2a=0.2，Smax2=0.5296 每个站每秒种发送的平均帧数的{zd0}值=53 总线速度加倍，以时间为单位的信道长度与帧长的比也加倍，信道利用率 减小（但仍比原来的1/2大），所以最终每站每秒发送的帧比原来多。 （3）a3=a/10=0.01，Smax3=0.9574 每个站每秒种发送的平均帧数的{zd0}值=4.8 帧长加长10倍，信道利用率增加，每秒在信道上传输的比特增加（但没有10倍），所以最终每站每秒发送的帧比原来少。 11、假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。 答：对于1km电缆，单程端到端传播时延为：τ=1÷200000=5×10-6s=5μs， 端到端往返时延为： 2τ=10μs 为了能按照CSMA/CD工作，最小帧的发送时延不能小于10μs，以1Gb/s速率工作，10μs可发送的比特数等于：10×10-6×1×109=10000bit=1250字节。 12、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和2500m，发送速率为10Mbit/s或10Gbit/s。这样就有4种不同的组合。试利用公式（5-9）分别计算4种不同情况下a的数值，并进行简单讨论。 答：a=τ/T0=τC/L=d÷（2.5×108）×C÷（12500×8）=4×10-14 d C d=25m d=2500m C=10Mbit/s C=10Gbit/s C=10Mbit/s C=10Gbit/s a 10-5 10-2 10-3 1 a越小，信道利用率越大 1、 站点到集线器距离一定的情况下，数据发送率越高，信道利用率越低。 2、 数据发送率相同的情况下，站点到集线器的距离越短，信道利用率越高。 15、假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。另一个以太网的情况则反过来。这两个以太网一个使用以太网集线器，另一个使用以太网交换机。你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上。 答：以太网交换机用在这样的网络，其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网。 16、以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？ 答：CSMA/CD是一种动态的媒体随机接入共享信道方式，而传统的时分复用TDM是一种静态的划分信道，所以对信道的利用，CSMA/CD是用户共享信道，更灵活，可提高信道的利用率，不像TDM，为用户按时隙固定分配信道，即使当用户没有数据要传送时，信道在用户时隙也是浪费的；也因为CSMA/CD是用户共享信道，所以当同时有用户需要使用信道时会发生碰撞，就降低信道的利用率，而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。对局域网来说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较宽，如果使用TDM方式，用户在自己的时隙内没有数据发送的情况会更多，不利于信道的充分利用。 对计算机通信来说，突发式的数据更不利于使用TDM方式。 17、使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100m，信号在线路上传播速率为2×108m/s。数据的发送速率为1Gbit/s。试计算帧长度为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。 答：a=τ/T0=τC/L=100÷（2×108）×1×109/L=500/L， 信道{zd0}利用率Smax =1/（1+4.44a），{zd0}吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s 帧长512字节时，a=500/（512×8）=0.122， Smax =0.6486，Tmax=648.6 Mbit/s 帧长1500字节时，a=500/（1500×8）=0.0417，Smax =0.8438 ，Tmax=843.8 Mbit/s 帧长64000字节时,a=500/（64000×8）=0.000977,Smax =0.9957，Tmax=995.7 Mbit/s 可见，在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下，帧长度越大，信道利用率越大，信道的{zd0}吞吐量月越大。 18、 以太网交换机有何特点？用它怎样组成虚拟局域网？ 答：特点：以太网交换机实质就是一个多端口的的网桥，它工作在数据链路层上。每一个端口都直接与一个主机或一个集线器相连，并且是全双工工作。它能同时连通多对端口，使每一对通信能进行无碰撞地传输数据。在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽。 以太网交换机支持存储转发方式，而有些交换机还支持直通方式。但要应当注意的是：用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段（减少了冲突域），但同一台交换机的各个网段仍属于同一个广播域。因此，在需要时，应采用具VLAN能力的交换机划分虚拟网，以减少广播域（802.1q协议）。 19、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？ 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，就先暂存在其缓冲中。若此帧未出现差错，且欲发往的目的站MAC地址属于另一网段，则通过查找站表，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。 网桥与转发器不同，（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；（2）网桥不像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；（3）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；（4）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MAC子层和不同速率局域网的作用。 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，而以太网的每个接口都直接与主机相连，交换机允许多对计算机间能同时通信，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像连到网桥的一个局域网段上。网桥采用存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转发。以太网交换机采用了专用的交换机构芯片，转发速度比网桥快。 21、 FDDI的主要特点有哪些？和以太网相比，优缺点各有哪些？ 答：FDDI的主要特点有：①使用基于IEEE 802．5令牌环标准的令牌传递MAC协议；②使用802．2LLC协议，因而与IEEE 802局域网兼容；③利用多模光纤进行传输，并使用有容错能力的双环拓扑；④数据率为100Mb／s，光信号码元传输速率为125MBaud；⑤1000个物理连接(若都是双连接站，则为500个站)；⑥{zd0}站间距离为2km(使用多模光纤)，环路长度为100km，即光纤总长度为200km；⑦具有动态分配带宽的能力，故能同时提供同步和异步数据服务；⑧分组长度{zd0}为4500字节。 和以太网相比，FDD I的优缺点与令牌类似。 23、现有5个站分别连接在三个局域网上，并且用两个网桥连接起来（下图）。每一个网桥的两个端口号都标明在图上。在一开始，两个网桥中的转发表都是空的。以后有以下各站向其他的站发送了数据帧，即H1发送给H5，H3发送给H2，H4发送给H3，H2发送给H1。试将有关数据填入下表中。 答： 发送的帧 网桥1的转发表 网桥2的转发表 网桥1的处理的 (转发?丢弃?登记?) 网桥2的处理的 (转发?丢弃?登记?) 站地址 端口 站地址 端口 H1 →H5 MAC1 1 MAC1 1 转发，写入转发表 转发，写入转发表 H3→H2 MAC3 2 MAC3 1 转发，写入转发表 转发，写入转发表 H4→H3 MAC4 2 MAC4 2 写入转发表，丢弃不转发 转发，写入转发表 H2→H1 MAC2 1 写入转发表，丢弃不转发 接收不到这个帧 26、 IEEE802.11标准的MAC协议中的SIFS、PIFS和DIFS的作用是什么？ 答 SIFS是一种最短的帧间间隔，用于PCF中对轮询的响应帧、CSMA/CA协议中预约信道的RTS帧和CTS帧、目的站收到自己的数据帧后给发送站的确认帧等短帧的场合。PIFS是中等的帧间间隔，用于PCF方式中轮询。DIFS是最长的帧间间隔，用于DCF方式中所有普通的通信量。 |
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