计算机网络 第四章 课后题答案

英文版教材第四章 6,11,13,14,15,16,17,18,20,22,23,24,38,39,41,42）

6. 下列情况下，求 CSMA/CD 的竞争时隙：
   （a）一个 2km 长的平行双芯电缆（单向的传播速率是真空中光速的 82%）
   （b）一个 40km 的多模光纤线路（单个的传播速率是真空中光速的65%）
   解：（a）信息的传播速度$=0.82\times 3\times 10^8=2.46\times 10^{8}m/s$，则传播延时$\tau =2km/(2.46\times 10^{8}m/s)=8.13\times 10^{(}-3)ms$，则竞争时隙2τ=1.63×10^(-2) ms=16.3μs
   （b）信息的传播速度=0.65×3×10^8=1.95×108 m/s，则传播延时τ=40km/(1.95×10^8 m/s)=2.05×10^(-2) ms，则竞争时隙$2\tau =4.1\times 10^{-2}ms=410\mu s$

7. 6个站点（从 A 到 F）使用 MACA 协议通信，是否存在可能同时发生两个传输？给出你的解释。
   答：可能。考虑以下情况：当A给B传输数据时，B的作用范围内只有A和C，根据MACA协议，C会被禁止发送；同时E给F发送数据，E的作用范围只有D和F，因此D会被禁止发送数据。AB 之间与 EF 之间不会相互影响

8. 标准的 10Mbps 以太网的波特率是多少？
   答：以太网采用曼彻斯特编码，2 Baud 表示 1 位信息，则波特率$=2\times 10Mbps=20MBaud$

9. 画出位流 0001110101 的曼彻斯特编码。

   考点：曼彻斯特编码

   答：
   

10. 一个使用 CSMA/CD（非 IEEE802.3）的 LAN，电缆长度为 1 公里，带宽为 10Mbps，传播速度为 200米/微秒，网络中不允许使用中继器。数据帧长 256 位，其中包括帧头、校验码和其他开销共 32 位。成功发送之后的第一个位时隙保留给接收站，以捕获信道并发送 32 位确认帧。假定没有冲突，信道的有效数据率是多少？

    考点：有效数据率=有效数据长度/传送 1 帧的总时间

    解：传播时延$T_d=\frac{1km}{200m/\mu s}=5\mu s$，帧的发送时延$T_f=\frac{256bit}{10Mbps}=25.6\mu s$，ack发送时延$T_{ack}=\frac{32bit}{10Mbps}=3.2\mu s$，1个位时隙占用的时间$2\tau =2\times 5\mu s=10\mu s$。则有效数据率$=\frac{256-32bit}{2T_d+T_f+T_{ack}+2\tau }=4.59Mbps$

11. 在一个 1 公里长的电缆上，不使用中继器的情况下，考虑构建一个速率在 1Gbps 的 CSMA/CD 网络。在电缆上的信号传播速率是 200,000 km/sec。最小帧的长度是多少？

    考点：最小帧长

    答：传播时延$T_d=\frac{1km}{200000km/s}=5\times 10^{-6}s,2T_d=10\times 10^{-6}s$ ，保证帧的发送时间不少于 $2\tau$，以便发送站点能够在发送完毕之前检测到冲突，则最小帧长$=2T_d\times 1Gbps=1\times 10^{4}bit$，即 1250B.

12. 一个长度为 60 字节的IP包（包含了头部）将通过一个以太网进行传输。如果没有使用LLC，则在以太网中传输需要填充字节吗？如果需要，填充多少？

    考点：最小帧长

    答：IP 包工作在网络层。因为没有使用LLC，使用的是以太网 V2，则最小帧长为46字节，无需填充。

13. 以太网帧必须在64字节以上，这样做的理由是：当电缆的另一端发生冲突的时候，传送方仍然还在发送过程中。快速以太网也有同样的 64 字节最小帧的限制，但它可以以快10倍的速度发送数据。请问它如何维持同样的最小帧长度限制的？

    考点：保持最小帧长

    答：使用 100Base-T，提高传输速度；或者可以缩短电缆长度为原来的 $\frac{1}{10}$，但网络规模无法扩大。

14. 千兆以太网每秒钟能够处理多少帧？请仔细想一下：并考虑所有有关的情形。提示：请考虑千兆以太网的实质。

    考点：最小帧长

    解：若使用半双工方式，有两种解决方法。
    若使用载波延伸方法，最短帧长为 64 字节，争用期增大为 512 字节。则千兆以太网每秒处理帧数$=\frac{1000Mbps\times 1s}{512\times 8}=2.5\times 10^5$
    若使用帧串的方法，将短帧拼接为长帧，最小长度仍为 512 字节，则千兆以太网每秒处理帧数$=\frac{1000Mbps\times 1s}{64\times 8}=2\times 10^6$
    针对发送最大帧的情况，最大帧长为 1518 字节，则千兆以太网每秒处理帧数$=\frac{1000Mbps\times 1s}{1518\times 8}=82345$

15. 在图4-27中（即下图）显示了4个站点A、B、C和D。你认为后两个站点中（C和D）哪一个最接近A？为什么？
    
    考点：网络分配向量 NAV 概念的理解

    答：C 离 A 最近。当 A 发送 RTS 时，C 站点先接收到信号并通过 NAV 做出响应。而 D 没有收到 RTS 帧，即 D 在 A 的无线信号覆盖范围之外。

16. 举例说明在 802.11 协议中的 RTS/CTS 与 MACA 协议中的 RTS/CTS 的区别。

    考点：

    答：在 802.11协议中，每个听到 RTS 和 CTS 的站点都会延时等待，直到 ack 无冲突的返回。这不能解决暴露站的问题，只能解决隐蔽站问题。
    当 B 给 A 传数据时，B 发送 RTS，根据 NAV，C 接收到 RTS 则不会发送帧，则 CD 之间无法通信，从而造成了暴露站问题。
    在 MACA 协议中，只有听到 CTS 帧的站点会延时等待避免冲突，AB 和 CD 都可相互通信，同时解决了暴露站和隐蔽站问题。

17. 某带 AP 的无线 LAN 有 10 个站点，其中 4 个站点的数据率为 6Mbps，4 个站点的数据率为 18Mbps，另外 2 个站点的数据率为 54Mbps。如果 10 个站点同时发送数据，在下列情况下，每个站点得到的数据率分别是多少？
    (a)不使用 TXOP
    (b)使用 TXOP

    考点：共享信道

    解：（a）不使用 TXOP，每个站点发送帧长相同，假设为 1。则每个站点平均数据率相同$=\frac{1}{4/6+4/18+2/54}=1.08Mbps$（4 个站点共享 $6Mbps$ 的速率）

    （b）使用 TXOP，每个站点的发送时间相同，则每个站点的速率变为原来的 $\frac{1}{10}$。对于数据率$=6Mbps$ 的 4 个站点，每个站点的数据率$=\frac{6Mbps}{10}=0.6Mbps$；同理数据率$=18Mbps$的 4 个站点，每个站点的数据率$=1.8Mbps$；数据率$=54Mbps$的 2 个站点，每个站点的数据率$=5.4Mbps$

18. 如书图4-41（b）（即下图）所示，使用网桥B1和B2扩展局域网。假设两个网桥的初始转发表（Hash Table）都是空的。请按照下列发送顺序，给出每个帧所经过的网桥及其端口。
    (a) A发送一个包给C
    (b) E 发送一个包给F.
    (c ) F 发送一个包给 E.
    (d) G发送一个包给E.
    (e) D发送一个包给A.
    (f) B 发送一个包给F.
    

解：（a）此时B1转发表为空，帧向其他2、3、4端口进行扩散。B1逆向学习后转发表变为：
站地址 端口
A 1
帧到达B2后，B2转发表为空，帧向其他1、2、3端口扩散。此时B2转发表经过学习后变为：
站地址 端口
A 4
则B1将A转发到端口2、3、4；B2将A转发到1、2、3
（b）E直接通过Hub发送给F，并且发送到B2，查表后找不到F，则进行扩散，此时B2转发表变为：
站地址 端口
A 4
E 2
E进入B1后查不到F，则进行扩散，此时B1转发表变为
站地址 端口
A 1
E 4
则B1将A转发到1、2、3；B2将E转发到端口1、3、4
（c）F经过Hub直接发送给E，F进入B2后查到E在2端口，此时B2转发表变为：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
则B2不转发，B1不会收到。
（d）G进入B2，查到E在端口2，进行转发，此时B2转发表变为：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
则B2将G转发到端口2，B1不会收到
（e）D进入B2，查到A在4端口，进行转发，此时B2转发表变为：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
D 1
D进入B1后查到A在1端口，进行转发，此时B1转发表变为：
站地址 端口
A 1
E 4
D 4
则B2将D转发到端口4，B1将D转发到端口1.
（f）B进入B1，查不到F，进行扩散，此时B1转发表变为：
站地址 端口
A 1
E 4
D 4
B 2
B进入B2，查到F在端口2，进行转发，此时B2转发表变为：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
D 1
B 4
则B1将B转发到端口1、3、4，B2转发到端口2.

21. 从损坏帧的角度看，存储－转发型交换机比直通型交换机更有优势。请说明这种优势。

    考点：路由器的转发方式

    答：直通型交换机只处理 MAC 帧头，而不管帧尾部的CRC校验，若帧出错，照样会进行转发。而存储转发型交换机则存储整个帧，完成 CRC 校验后才决定转发问题。若帧出错则丢弃，不进行转发。

22. 为了使用 VLANs，需要在网桥中配置转发表。如图4-47所使用的 VLAN 中，如果使用集线器替代交换机会产生什么样的变化？此时，集线器需要配置表吗？原因是什么？
    
    考点：网桥、集线器的作用

    答：若用集线器替代交换机，则独享信道将变为共享信道。集线器不需要配置表，因为集线器相当于BUS型信道，帧会广播式的发送给所有站点，没有选择端口的功能。

23. 在图4-48（即下图）中，在右侧的传统域中的交换机（即B5）是一个支持VLAN的交换机，有可能使用传统的交换机吗？如果可能，请问将如何工作？如果不可能，原因是什么？
    
    考点：VLAN

    答：可以使用。传统帧进入主干域中，通过第一个支持 VLAN 的交换机标记 tag，可通过 MAC 地址或 IP 地址实现；在出站时，连接 VLAN 域和传统域的主干交换机必须把输出帧中的 tag 扔掉。若 B5 改为传统交换机，则改变标签的工作可交给 B3 完成。