《计算机网络》第6章课后习题

本文格式为Word版，下载可任意编辑——《计算机网络》第6章课后习题1.与广域网相比，局域网有哪些特点？参考答案：

1)较小的地域范围。2)传输速率高，误码率低。

3)寻常为一个单位所建，并自行管理和使用。4)可使用的传输介质较丰富。5)较简单的网络拓扑结构。6)有限的站点数量。

2.局域网的3个关键技术是什么？试分析10BASE-T以太网所采用的技术。参考答案：

局域网的三个关键技术是拓扑结构、数据传输形式及介质访问控制方法。10BASE-T以太网的物理拓扑结构为星型（规律拓扑结构为总线型），采用基带传输，使用CSMA/CD的介质访问控制方法。3．以太网与总线网这两个概念有什么关系？参考答案：

总线网是指拓扑结构为总线的网络，而以太网是指采用CSMA/CD介质访问控制方法的局域网，早期以太网的物理拓扑结构采用了总线型拓扑，也属于总线型网络，但现在的以太网大多为星型拓扑。

4．以太网与IEEE802.3网络的一致点有哪些？不同点有哪些？参考答案：

二者都采用了总线型拓扑结构和基带传输方法，并且都使用CSMA/CD的介质访问控制方法。不同之处主要有：

1）帧结构有些微弱的区别：帧首部的第13-14位的定义不同，IEEE802.3定义为数据字段的长度，而DIXEthernetII定义为网络层协议类型；

2）介质稍有不同，IEEE802.3标准定义了同轴电缆、双绞线和光纤三种介质，而DIXEthernetII只使用同轴电缆。5．IEEE802标准规定了哪些层次？参考答案：

IEEE802标准规定了物理层和数据链路层两个层次。其中又把数据链路层分为

规律链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）两个功能子层。6．试分析CSMA/CD介质访问控制技术的工作原理。参考答案：

CSMA/CD介质访问控制技术被广泛应用于以太网中。CSMA/CD的工作原理是：当某个站点要发送数据时，它首先监听介质：①假使介质是空闲的，则发送；

②假使介质是忙的，则继续监听，一旦发现介质空闲，就马上发送；

③站点在发送帧的同时需要继续监听是否发生冲突（碰撞），若在帧发送期间检测到冲突，就马上中止发送，并向介质发送一串阻塞信号以加强冲突，保证让总线上的其他站点都知道已发生了冲突；

④发送了阻塞信号后，等待一段随机时间，返回步骤①重试。

7．在10Mb/s以太网中，某一工作站在发送时由于冲突前两次都发送失败，那么它最多等待多长时间就可以开始下一次重传过程？参考答案：

根据截断二进制指数退避算法，在第2次重传时，k＝2，r＝0，1，2，3。因此重传推迟的时间是在0，T，2T和3T这四个数之间随机地选取一个。由此可知，它最多等待3T时间就可以开始下一次重传过程。由于在10Mb/s以太网中，T=51.2μs，所以3T=51.2μs×3=153.6μs，即最多等待153.6μs。

8．假使10BASE2以太网中有一台工作站的网卡出现故障，它始终不停地发送帧。试分析一下，这个网络会出现什么现象？若这时从网络中任何其他一台正常的工作站上发送数据，会成功吗？将会发生什么事情?参考答案：

根据CSMA/CD的工作原理可知这个网络将不能工作。由于出现故障的网卡不停地发送帧，其它站点将检测到介质始终处于忙状态，于是不会发送任何数据，也就无法通信。

9．在IEEE802.3以太网中，小于64字节的帧被称为_________帧。参考答案：

小于64字节的帧被称为碎片帧。这主要是冲突造成的不完全帧。

10．在传统以太网中，为什么要有最小帧长度和最大帧长度的限制？参考答案：

限制最小帧长度的目的是保证发送数据的站点在发送帧的过程中能够检测到冲突（假使有的话）；限制最大帧长度的目的是防止一个站点长时间地占用传输介质。

11．在提高以太网速度的过程中，人们主要解决的问题有哪些（分10Mb/s到100Mb/s，100Mb/s到1000Mb/s分别论述）？升级到万兆以太网时，又有哪些问题需要解决？参考答案：

需要解决的共通问题是保证使用一致的以太网帧格式。

速率从10Mb/s提高到100Mb/s时解决的问题包括：传输速率的提高所造成的RFI/EMI辐射增大和网络跨距缩小，同一网络中同时兼容10Mb/s和100Mb/s设备，在半双工方式下保证CAMA/CD协议继续有效。

速率从100Mb/s提高到1000Mb/s时解决的问题包括：网络跨距缩小和短帧较多时网络效率降低。同一网络中同时兼容10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s设备，在半双工方式下保证CAMA/CD协议继续有效。

速率从1000Mb/s提高到10000Mb/s时解决的问题主要是网络跨距的严重缩小以及如何有效地限制成本和功耗。

12．考虑一个使用CSMA/CD介质访问控制技术的100Mb/s局域网，若该网络跨距为1km，则理论上其最小帧长度至少应为多少？参考答案：

假定电磁波在铜介质中的传播速率约为0.7c，则：电磁波在网络中的一个来回的距离为2×103m，共需2×103/0.7c=9.5238μs；当网络传输速率为100Mb/s时，9.5238μs可传输的位数为9.5238μs×100Mb/s≈952位。即理论上的最小帧长度为952位。

13．在以太网中，全双工操作为什么能够增加网络跨距？在哪些介质上能采用全双工操作方式？参考答案：

以太网中全双工操作时将不再使用CSMA/CD介质访问控制方法，因此不受最小帧

长度的限制，这意味着在允许的信号衰减范围内网络跨距不再受限制。采用全双工操作时需要使用双绞线或光纤介质。

14．一个令牌环网的介质长度为1km，传输速率为16Mb/s，网中共有20台工作站。若要求每个工作站在发送数据前的等待时间不能超过10ms，问此令牌环网能否满足要求？参考答案：

该令牌环上可容纳的比特位数Br＝传播时延（5μs/km）×介质长度×数据速率＋∑中继器延迟＝5μs/km×1km×16Mb/s＋20＝100位＝12.5字节。

在最坏状况下，20台工作站在某一时刻都要发送数据，且数据帧长度都是令牌环的最大帧长度4521字节（此值远大于该令牌环上可容纳的比特位数100位，所以按最大帧长度计算总延迟）。

每帧（4521字节）的发送时间为2.2605ms，假使采用早期令牌释放技术，第5个站的发送等待时间就已超过10ms，所以此令牌环网不能满足要求。需要注意的是，这只是理论计算结果，在大多数状况下，网络负载率与上述的最坏状况并不相符。例如，当每个帧的长度不超过100字节时，该令牌环网是可以满足要求的。

15．千兆以太网是如何解决冲突域收缩问题的？这与传统以太网中数据长度不足46B时要进行填充有哪些一致之处？有哪些不同之处？参考答案：

解决方法是将时间槽长度扩展到512字节。假使发送的帧长度小于512字节，那么物理层在发送完帧后紧接着再发送一个特别的“载波扩展〞符号序列，将整个发送长度扩展到512字节。

这与传统以太网中的数据填充有类似之处，即都用特别数据填充帧以满足帧长的特别要求，填充数据的处理对上层来说是透明的。但在本质上两者有很大的区别：传统以太网中的数据填充表达在帧内部（即它是帧的一部分），由MAC子层处理，而千兆位以太网的载波扩展表达在帧外部，由物理层处理。

16．在半双工千兆以太网中，短帧过多会出现什么问题？千兆以太网是如何解决这个问题的？参考答案：

短帧过多将使网络效率大大降低，由于（额外的）帧扩展部分将占用大部分的网络流量。千兆位以太网解决这个问题主要采用了帧突发技术，即允许一次可以发送多个短帧。

17.半双工千兆以太网中，若要发送一个100字节的帧，从把第一个字节发送到物理介质上开始，需要用多长时间才能把它发送完？若要发送10个100个字节的帧，又需要多长时间？参考答案：

半双工千兆以太网中，发完一个100字节的帧共需100×8÷1000Mb/s＝0.8μs。若要发送10个100个字节的帧，则需8μs。

18．某以太网交换机除具有24个10Mbps的端口外，还拥有2个100Mbps快速以太网端口。请问，为什么该交换机要配置快速以太网端口？该端口的用途是什么？请用该交换机构造一个星状交互式局域网，需要连接的设备有：20台工作站，1台服务器。另外，这个局域网需要通过100Mbps的以太网链路与校园网相连。请画出网络拓扑结构图。参考答案：

该交换机的2个快速以太网端口用于：主干连接以及服务器、工作站等需要高传输带宽的场合。以该交换机为核心的局域网拓扑图如下：

19．一个10BASE-T的部门局域网需要进行升级，有哪些可选择的方案？试分析其各自的优缺点。参考答案：

方案1：升级为100BASE-T快速局域网，网卡、集线器、双绞线都需要兼容100BASE-T标准，可能都需要进行更换，升级成本较高。

方案2：升级为10BASE-T交换式以太网，需要将集线器更换为网络交换机，但网卡和双绞线都不需要更新，简单易行。

方案3：升级为100BASE-T交换式以太网，网卡、集线器、双绞线都需要兼容100BASE-T标准，可能都需要进行更换，升级成本较高，但网络性能可以得到明显的提升。

*20.某公司需要安装一个局域网，需要连网的计算机有150台，分布在3座办公楼中，1号楼有60台计算机，2号楼有40台计算机，3号楼有50台计算机。另外，公司还需购置2台新的服务器。每座楼的高度不超过15m，水平跨距不超过50m。3座楼之间的距离不超过50m。请起草一个网络设计方案，包括网络的拓扑结构图、电缆类型、网络协议类型、所采用的局域网技术、所需的网络设备和器材清单等。参考答案：网络拓扑图：

电缆类型：5类UTP铜质电缆

网络协议：TCP/IP局域网技术：星型拓扑设备清单：一、网络设备：

1号楼：1台48口百兆带2个千兆电口+1台16/24口百兆带2个千兆电口(楼内交换机之间通过千兆级联)

2号楼：1台48口百兆带4个千兆电口

3号楼：1台48口百兆带2个千兆电口+1台16/24口百兆带2个千兆电口(楼内交换机之间通过千兆级联)二、网络线

1）2米网络跳线150根

2）100米网络中继线2跟（根据实际状况而定长度）

3）2/10米网络跳线2根，用于连接服务器（根据实际状况而定长度）4）RJ-45水晶头200个（冗余一点）

5）1米网络跳线2根，用于楼内交换机互联（根据实际状况而定长度）21．简述802.11使用的CSMA/CA与802.3使用的CSMA/CD之间的区别。参考答案：

CSMA/CA协议的关键在于冲突避免，它与CSMA/CD中的冲突检测有着本质上的区别。CSMA/CA不是在发送过程中去监听是否发生了冲突，而是事先就要设法避免冲突的发生。采用这种方法的原因是由于无线信道的特别性质而使得在无线网络中检测信道是否存在冲突比较困难：

?要检测冲突，设备必需能够在发送数据的同时接收数据，以便检测是否发生冲突，这对于无线网络设备是十分难以实现的。

?无线介质上的信号强度的动态范围很大，因此发送站无法用信号强度的变化来检测是否发生了冲突。

CSMA/CA协议中发送过程的“载波检测多路访问〞部分是在两个层次上进行的，一个是物理层次，另一个是虚拟层次。

物理层次上的载波检测机制与802.3以太网使用的载波侦听基本一致。要发送数据的站点首先要侦听介质上有无信号，假使信道处于“空闲〞状态，它就可以开

始发送数据。假使信道上有信号传播，它就推迟自己的传输而继续监听直到信道空闲。任何站点当检测到信道由忙变闲时，都必需通过退避算法与其他站点一起竞争信道的访问权，而不是直接访问信道。

虚拟层次上的载波检测是通过接收到其他站点要占用介质的通告而主动推迟本站的发送来实现的，其效果相当于“检测〞到信道忙而延迟发送。虚拟载波检测利用了802.11帧中的“传输持续时间〞字段。每一站点的MAC层将检查接收到的帧中的“传输持续时间〞字段，假使发现该字段的值大于当前本站点的网络分派矢量NAV的值，就用该字段的值更新本站点的NAV。站点要发送数据时，NAV从设定的值开始不断减1，当NAV的值减为0，且物理层报告信道空闲时，它就可以开始发送数据。

22．CSMA/CA是如何实现“冲突避免〞的？参考答案：

采用三种机制来实现：预约信道、正向确认和RTS/CTS机制。

（1）预约信道。发送站点利用“传输持续时间〞字段向所有其他无线站点通告本站点将要占用信道多长时间，以便让其它站在这段时间内不要发送数据，以避免冲突。

（2）正向确认机制。802.11规定接收站点若正确收到以它为目的地的数据帧时，就应向发送数据帧的站