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,所以局域网面对的是多源、多目的链路管理的问题。由此引发出多种媒体访问控制技术。(2)局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一条物理线路,所有主机的数据传输都经过这条链路,采用的通信方式是将主机要发送的数据送到公用链路上,发送至所有的主机,接收端通过地址对比,接收法网自己的数据,并丢弃其他数据的方式。广域网是由更大的的地理空间、更多的主机构成的,若要将广播用于广域网,可能会导致网络无法运行。首先,主机间发送数据时,将会独自占用通信链路,降低了网络的使用率;另一方面,主机A向主机B发送数据时,是想网络中所有的主机发送数据,当主机数目非常多时,将严重消耗主机的处理能力。同时也造成了数据的无效流动;再次,极易产生广播风暴,是网络无法运行。3-14 常用的局域网的网络拓扑有哪些种类?现在最流行的是哪种结构?为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构,但现在却改为使用星形拓扑结构?答:常用的局域网的网络拓扑有(1)总线网 (2)星形网 (3)环形网 (4)树形网。现在最流行的是星形网。当时很可靠的星形拓扑结构较贵。人们都认为无源的总线结构更加可靠,但是实践证明,连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障,而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星形结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都是用星形结构的拓扑结构。3-15 什么叫做传统以太网?以太网有哪两个主要标准?答:以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,组建于七十年代早期。Ethernet(以太网)是一种传输速率为10Mbps的常用局域网(LAN)标准。在以太网中,所有计算机被连接一条同轴电缆上,采用具有冲突检测的载波感应多处访问(CSMA/CD)方法,采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上,以太网由共享传输媒体,如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中,集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。有DIX Ethernet V2标准和802.3标准。3-16 数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒?答:码元传输速率即为波特率。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。3-17 为什么LLC子层的标准已制定出来了但现在却很少使用?答:为了是数据链路层能更好的使用多种局域网标准,802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层,即逻辑链路控制LLC子层和媒体介入控制MAC子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,而LLC子层则与传输媒体无关,不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。由于现在TCP/IP体系经常是用的局域网是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网。因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层的作用已经不大了,很多厂商生产的网卡上都仅装有MAC协议而没有LLC协议。所以LLC子层的标准现在已经很少使用了。3-18 试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。答:10BASE-T:“10”表示数据率为10Mb/s,“BASE”表示电缆上的信号是基带信号,“T”表示使用双绞线的最大长度是500m。3-19 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。3-20 假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/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,单程传播时间为1÷200000=5×10-6s,即5us,来回路程传播时间为10us。为了能够按照CSMA/CD工作,最短帧的发射时间不能小于10us。以1Gb/s速率工作,10us可以发送的比特数等于:因此,最短帧是10000位或1250字节长。3-21 什么叫做比特时间?使用这种时间单位有什么好处?100比特时间是多少微秒?答:比特时间是指传输1bit所需要的时间。种时间单位与数据率密切相关,用它来计量时延可以将时间与数据量联系起来。“比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少。如数据率是100Mb/s,则100比特时间等于10us。3-22 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数 r=100.试问这个站需要等多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mb/s的以太网呢?答:对于10Mb/s的以太网,等待时间是5.12毫秒对于100Mb/s的以太网,等待时间是512微妙。3-23 公式(3-3)表示,以太网的极限信道利用率与链接在以太网上的站点数无关。能否由此推论出:以太网的利用率也与链接在以太网上的站点数无关?请说明理由。答:实际的以太网各站发送数据的时刻是随机的,而以太网的极限信道利用率的得出是假定 以太网使用了特殊的调度方法(已经不再是CSMA/CD了),使各站点的发送不发生碰撞。3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞?(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)答:设在t=0时A开始发送。在t=576比特时间,A应当发送完毕。t=225比特时间,B就检测出A的信号。只要B在t=224比特时间之前发送数据,A在 发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发送碰撞了。如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他的站点发送碰撞)。3-25 在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=255比特时间,A和B同时检测到发送了碰撞,并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA=0和rB=1.。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧?A重传的数据帧在什么时间到达B?A重传的数据会不会和B重传的数据再次发送碰撞?B会不会在预定的重传时间停止发送数据?答:t=0时,A和B开始发送数据。t=255比特时间,A和B都检测到碰撞。t=273比特时间,A和B结束干扰信号的传输。t=594比特时间,A开始发送t=785比特时间,B再次检测信道。如空闲,则B在881比特时间发送数据。否则再退避。A. 重传的数据在819比特时间到达 B. ,B先检测到信道忙,因此B在预定的881比特时间停止发送数据。
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,所以局域网面对的是多源、多目的链路管理的问题。由此引发出多种媒体访问控制技术。
(2)局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一条物理线路,所有主机的数据传输都经过这条链路,采用的通信方式是将主机要发送的数据送到公用链路上,发送至所有的主机,接收端通过地址对比,接收法网自己的数据,并丢弃其他数据的方式。广域网是由更大的的地理空间、更多的主机构成的,若要将广播用于广域网,可能会导致网络无法运行。首先,主机间发送数据时,将会独自占用通信链路,降低了网络的使用率;另一方面,主机A向主机B发送数据时,是想网络中所有的主机发送数据,当主机数目非常多时,将严重消耗主机的处理能力。同时也造成了数据的无效流动;再次,极易产生广播风暴,是网络无法运行。
3-14 常用的局域网的网络拓扑有哪些种类?现在最流行的是哪种结构?为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构,但现在却改为使用星形拓扑结构?
答:常用的局域网的网络拓扑有(1)总线网 (2)星形网 (3)环形网 (4)树形网。
现在最流行的是星形网。
当时很可靠的星形拓扑结构较贵。人们都认为无源的总线结构更加可靠,但是实践证明,连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障,而现在专用的ASIC芯片的使用可以将星形结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都是用星形结构的拓扑结构。
3-15 什么叫做传统以太网?以太网有哪两个主要标准?
答:以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,组建于七十年代早期。Ethernet(以太网)是一种传输速率为10Mbps的常用局域网(LAN)标准。在以太网中,所有计算机被连接一条同轴电缆上,采用具有冲突检测的载波感应多处访问(CSMA/CD)方法,采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上,以太网由共享传输媒体,如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中,集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。
有DIX Ethernet V2标准和802.3标准。
3-16 数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒?
答:码元传输速率即为波特率。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。
3-17 为什么LLC子层的标准已制定出来了但现在却很少使用?
答:为了是数据链路层能更好的使用多种局域网标准,802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层,即逻辑链路控制LLC子层和媒体介入控制MAC子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,而LLC子层则与传输媒体无关,不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。
由于现在TCP/IP体系经常是用的局域网是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网。因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层的作用已经不大了,很多厂商生产的网卡上都仅装有MAC协议而没有LLC协议。所以LLC子层的标准现在已经很少使用了。
3-18 试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。
答:10BASE-T:“10”表示数据率为10Mb/s,“BASE”表示电缆上的信号是基带信号,“T”表示使用双绞线的最大长度是500m。
3-19 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。
3-20 假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/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,单程传播时间为1÷200000=5×10-6s,即5us,来回路程传播时间为10us。为了能够按照CSMA/CD工作,最短帧的发射时间不能小于10us。以1Gb/s速率工作,10us可以发送的比特数等于:
因此,最短帧是10000位或1250字节长。
3-21 什么叫做比特时间?使用这种时间单位有什么好处?100比特时间是多少微秒?
答:比特时间是指传输1bit所需要的时间。种时间单位与数据率密切相关,用它来计量时延可以将时间与数据量联系起来。
“比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少。如数据率是100Mb/s,则100比特时间等于10us。
3-22 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数 r=100.试问这个站需要等多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mb/s的以太网呢?
答:对于10Mb/s的以太网,等待时间是5.12毫秒
对于100Mb/s的以太网,等待时间是512微妙。
3-23 公式(3-3)表示,以太网的极限信道利用率与链接在以太网上的站点数无关。能否由此推论出:以太网的利用率也与链接在以太网上的站点数无关?请说明理由。
答:实际的以太网各站发送数据的时刻是随机的,而以太网的极限信道利用率的得出是假定 以太网使用了特殊的调度方法(已经不再是CSMA/CD了),使各站点的发送不发生碰撞。
3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞?(提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)
答:设在t=0时A开始发送。在t=576比特时间,A应当发送完毕。
t=225比特时间,B就检测出A的信号。只要B在t=224比特时间之前发送数据,A在 发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发送碰撞了。
如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定A所发送到帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他的站点发送碰撞)。
3-25 在上题中的站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=255比特时间,A和B同时检测到发送了碰撞,并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA=0和rB=1.。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧?A重传的数据帧在什么时间到达B?A重传的数据会不会和B重传的数据再次发送碰撞?B会不会在预定的重传时间停止发送数据?
答:t=0时,A和B开始发送数据。
t=255比特时间,A和B都检测到碰撞。
t=273比特时间,A和B结束干扰信号的传输。
t=594比特时间,A开始发送
t=785比特时间,B再次检测信道。如空闲,则B在881比特时间发送数据。否则再退避。
A. 重传的数据在819比特时间到达B. ,B先检测到信道忙,因此B在预定的881比特时间停止发送数据。
题目解答
答案
虚电路服务和数据报服务。
虚电路的优点:虚电路服务是面向连接的,网络能够保证分组总是按照发送顺序到达目的站,且不丢失、不重复,提供可靠的端到端数据传输;目的站地址仅在连接建立阶段使用,每个分组使用短的虚电路号,使分组的控制信息部分的比特数减少,减少了额外开销;端到端的差错处理和流量控制可以由分组交换网负责,也可以由用户机负责。虚电路服务适用于通信信息量大、速率要求高、传输可靠性要求高的场合。
虚电路的缺点:虚电路服务必须建立连接;属于同一条虚电路的分组总是按照同一路由进行转发;当结点发生故障时,所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作。
数据报的优点:数据报服务不需要建立连接;每个分组独立选择路由进行转发,当某个结点发生故障时,后续的分组可以另选路由,因而提高了通信的可靠性。数据报服务的灵活性好,适用于传输可靠性要求不高、通信子网负载不均衡、需要选择最佳路径的场合。
数据报的缺点:数据报服务是面向无连接的,到达目的站时不一定按发送顺序,传输中的分组可能丢失和重复,提供面向无连接的、不可靠的数据传输;每个分组都要有目的站的全地址;当网络发生故障是,出故障的结点可能会丢失数据,一些路由可能会发生变化;端到端的差错处理和流量控制只由主机负责。
4-02网络互连有何实际意义?进行网络互连时,有哪些共同的问题需要解决?
网络互连暗含了相互连接的计算机进行通信,也就是说从功能上和逻辑上看,这些相互连接的计算机网络组成了一个大型的计算机网络。网络互连可以使处于不同地理位置的计算机进行通信,方便了信息交流,促成了当今的信息世界。
存在问题有:不同的寻址方案;不同的最大分组长度;不同的网络介入机制;不同的超时控制;不同的差错恢复方法;不同的状态报告方法;不同的路由选择技术;不同的用户接入控制;不同的服务(面向连接服务和无连接服务);不同的管理与控制方式;等等。
注:网络互连使不同结构的网络、不同类型的机器之间互相连通,实现更大范围和更广泛意义上的资源共享。
4-03作为中间系统,转发器、网桥、路由器和网关都有何区别?
1)转发器、网桥、路由器、和网关所在的层次不同。
转发器是物理层的中继系统。
网桥是数据链路层的中继系统。
路由器是网络层的中继系统。
在网络层以上的中继系统为网关。
2)当中继系统是转发器或网桥时,一般并不称之为网络互连,因为仍然是一个网络。
路由器其实是一台专用计算机,用来在互连网中进行路由选择。一般讨论的互连网都是指用路由器进行互连的互连网络。
4-04试简单说明IP、ARP、RARP 和 ICMP 协议的作用。
答:IP:网际协议,它是 TCP/IP 体系中两个最重要的协议之一,IP 使互连起来的许多计算机网络能够进行通信。无连接的数据报传输. 数据报路由。
ARP(地址解析协议),实现地址转换:将IP 地址转换成物理地址。
RARP(逆向地址解析协议), 将物理地址转换成IP地址。
ICMP:Internet 控制消息协议,进行差错控制和传输控制,减少分组的丢失。
注:ICMP 协议帮助主机完成某些网络参数测试,允许主机或路由器报告差错和提供有关异常情况报告,但它没有办法减少分组丢失,这是高层协议应该完成的事情。IP 协议只是尽最大可能交付,至于交付是否成功,它自己无法控制。
4-05 IP 地址分为几类?各如何表示? IP 地址的主要特点是什么?
目前的IP地址(IPv4:IP第四版本)由32个二进制位表示,每8位二进制数为一个整数,中间由小数点间隔,如159.226.41.98,整个IP地址空间有4组8位二进制数,表示主机所在网络的地址(类似部队的编号)以及主机在该网络中的标识(如同士兵在该部队的编号)共同组成。
为了便于寻址和层次化的构造网络,IP地址被分为A、B、C、D、E五类,商业应用中只用到A、B、C三类。
A类地址:A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示,网络中的主机标识占3组8位二进制数,A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为“0”。不难算出,A类地址允许有126个网段,每个网络大约允许有1 670万台主机,通常分配给拥有大量主机的网络(如主干网)。
B类地址:B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示,网络中的主机标识占两组8位二进制数,B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为“10”。B类地址允许有16 384个网段,每个网络允许有65 533台主机,适用于结点比较多的网络(如区域网)。
C类地址:C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示,网络中的主机标识占1组8位二进制数,C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为“110”。具有C类地址的网络允许有254台主机,使用于结点比较少的网络(如校园网)。
为了便于记忆,通常习惯采用4个十进制数来表示一个IP地址,十进制数之间采用句点“.”予以分隔。这种IP地址的表示方法也被陈伟点分十进制法。如以这种方式表示,A类网络的IP地址范围为1.0.0.1-127.255.255.254;B类网络的IP地址范围为:128.1.0.1-191.255.255.254;C类网络的IP地址范围为:192.0.1.1-223.255.255.254.
IP地址共分5类,分类情况如题4-05解图所示:
题4-05解图
IP 地址是32 位地址,其中分为netid(网络号),和hostid(主机号)。特点如下: