計算機網絡 第四章 課後題答案

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. 下列情況下，求 CSMA/CD 的競爭時隙：
   （a）一個 2km 長的平行雙芯電纜（單向的傳播速率是真空中光速的 82%）
   （b）一個 40km 的多模光纖線路（單個的傳播速率是真空中光速的65%）
   解：（a）信息的傳播速度$=0.82×3×10^8=2.46×10^8 m/s$，則傳播延時$τ=2km/(2.46×10^8 m/s)=8.13×10^(-3) ms$，則競爭時隙2τ=1.63×10^(-2) ms=16.3μs
   （b）信息的傳播速度=0.65×3×10^8=1.95×108 m/s，則傳播延時τ=40km/(1.95×10^8 m/s)=2.05×10^(-2) ms，則競爭時隙$2τ=4.1×10^{-2} ms=410μs$

7. 6個站點（從 A 到 F）使用 MACA 協議通信，是否存在可能同時發生兩個傳輸？給出你的解釋。
   答：可能。考慮以下情況：當A給B傳輸數據時，B的作用範圍內只有A和C，根據MACA協議，C會被禁止發送；同時E給F發送數據，E的作用範圍只有D和F，因此D會被禁止發送數據。AB 之間與 EF 之間不會相互影響

8. 標準的 10Mbps 以太網的波特率是多少？
   答：以太網採用曼徹斯特編碼，2 Baud 表示 1 位信息，則波特率$=2×10Mbps=20MBaud$

9. 畫出位流 0001110101 的曼徹斯特編碼。

   考點：曼徹斯特編碼

   答：
   

10. 一個使用 CSMA/CD（非 IEEE802.3）的 LAN，電纜長度爲 1 公里，帶寬爲 10Mbps，傳播速度爲 200米/微秒，網絡中不允許使用中繼器。數據幀長 256 位，其中包括幀頭、校驗碼和其他開銷共 32 位。成功發送之後的第一個位時隙保留給接收站，以捕獲信道併發送 32 位確認幀。假定沒有衝突，信道的有效數據率是多少？

    考點：有效數據率=有效數據長度/傳送 1 幀的總時間

    解：傳播時延$T_d=\frac{1km}{200m/μs}=5μs$，幀的發送時延$T_f=\frac{256bit}{10Mbps}=25.6μs$，ack發送時延$T_{ack}=\frac{32bit}{10Mbps}=3.2μs$，1個位時隙佔用的時間$2τ=2×5μs=10μs$。則有效數據率$=\frac{256-32bit}{2T_d+T_f+T_{ack}+2τ}=4.59Mbps$

11. 在一個 1 公里長的電纜上，不使用中繼器的情況下，考慮構建一個速率在 1Gbps 的 CSMA/CD 網絡。在電纜上的信號傳播速率是 200,000 km/sec。最小幀的長度是多少？

    考點：最小幀長

    答：傳播時延$T_d=\frac{1km}{200000km/s}=5×10^{-6} s,2T_d=10×10^{-6}s$ ，保證幀的發送時間不少於 $2τ$，以便發送站點能夠在發送完畢之前檢測到衝突，則最小幀長$=2T_d×1Gbps=1×10^4 bit$，即 1250B.

12. 一個長度爲 60 字節的IP包（包含了頭部）將通過一個以太網進行傳輸。如果沒有使用LLC，則在以太網中傳輸需要填充字節嗎？如果需要，填充多少？

    考點：最小幀長

    答：IP 包工作在網絡層。因爲沒有使用LLC，使用的是以太網 V2，則最小幀長爲46字節，無需填充。

13. 以太網幀必須在64字節以上，這樣做的理由是：當電纜的另一端發生衝突的時候，傳送方仍然還在發送過程中。快速以太網也有同樣的 64 字節最小幀的限制，但它可以以快10倍的速度發送數據。請問它如何維持同樣的最小幀長度限制的？

    考點：保持最小幀長

    答：使用 100Base-T，提高傳輸速度；或者可以縮短電纜長度爲原來的 $\frac{1}{10}$，但網絡規模無法擴大。

14. 千兆以太網每秒鐘能夠處理多少幀？請仔細想一下：並考慮所有有關的情形。提示：請考慮千兆以太網的實質。

    考點：最小幀長

    解：若使用半雙工方式，有兩種解決方法。
    若使用載波延伸方法，最短幀長爲 64 字節，爭用期增大爲 512 字節。則千兆以太網每秒處理幀數$=\frac{1000Mbps×1s}{512×8}=2.5×10^5$
    若使用幀串的方法，將短幀拼接爲長幀，最小長度仍爲 512 字節，則千兆以太網每秒處理幀數$=\frac{1000Mbps×1s}{64×8}=2×10^6$
    針對發送最大幀的情況，最大幀長爲 1518 字節，則千兆以太網每秒處理幀數$=\frac{1000Mbps×1s}{1518×8}=82345$

15. 在圖4-27中（即下圖）顯示了4個站點A、B、C和D。你認爲後兩個站點中（C和D）哪一個最接近A？爲什麼？
    
    考點：網絡分配向量 NAV 概念的理解

    答：C 離 A 最近。當 A 發送 RTS 時，C 站點先接收到信號並通過 NAV 做出響應。而 D 沒有收到 RTS 幀，即 D 在 A 的無線信號覆蓋範圍之外。

16. 舉例說明在 802.11 協議中的 RTS/CTS 與 MACA 協議中的 RTS/CTS 的區別。

    考點：

    答：在 802.11協議中，每個聽到 RTS 和 CTS 的站點都會延時等待，直到 ack 無衝突的返回。這不能解決暴露站的問題，只能解決隱蔽站問題。
    當 B 給 A 傳數據時，B 發送 RTS，根據 NAV，C 接收到 RTS 則不會發送幀，則 CD 之間無法通信，從而造成了暴露站問題。
    在 MACA 協議中，只有聽到 CTS 幀的站點會延時等待避免衝突，AB 和 CD 都可相互通信，同時解決了暴露站和隱蔽站問題。

17. 某帶 AP 的無線 LAN 有 10 個站點，其中 4 個站點的數據率爲 6Mbps，4 個站點的數據率爲 18Mbps，另外 2 個站點的數據率爲 54Mbps。如果 10 個站點同時發送數據，在下列情況下，每個站點得到的數據率分別是多少？
    (a)不使用 TXOP
    (b)使用 TXOP

    考點：共享信道

    解：（a）不使用 TXOP，每個站點發送幀長相同，假設爲 1。則每個站點平均數據率相同$=\frac{1}{4/6+4/18+2/54}=1.08Mbps$（4 個站點共享 $6Mbps$ 的速率）

    （b）使用 TXOP，每個站點的發送時間相同，則每個站點的速率變爲原來的 $\frac{1}{10}$。對於數據率$=6Mbps$ 的 4 個站點，每個站點的數據率$=\frac{6Mbps}{10}=0.6Mbps$；同理數據率$=18Mbps$的 4 個站點，每個站點的數據率$=1.8Mbps$；數據率$=54Mbps$的 2 個站點，每個站點的數據率$=5.4Mbps$

18. 如書圖4-41（b）（即下圖）所示，使用網橋B1和B2擴展局域網。假設兩個網橋的初始轉發表（Hash Table）都是空的。請按照下列發送順序，給出每個幀所經過的網橋及其端口。
    (a) A發送一個包給C
    (b) E 發送一個包給F.
    (c ) F 發送一個包給 E.
    (d) G發送一個包給E.
    (e) D發送一個包給A.
    (f) B 發送一個包給F.
    

解：（a）此時B1轉發表爲空，幀向其他2、3、4端口進行擴散。B1逆向學習後轉發表變爲：
站地址 端口
A 1
幀到達B2後，B2轉發表爲空，幀向其他1、2、3端口擴散。此時B2轉發表經過學習後變爲：
站地址 端口
A 4
則B1將A轉發到端口2、3、4；B2將A轉發到1、2、3
（b）E直接通過Hub發送給F，並且發送到B2，查表後找不到F，則進行擴散，此時B2轉發表變爲：
站地址 端口
A 4
E 2
E進入B1後查不到F，則進行擴散，此時B1轉發表變爲
站地址 端口
A 1
E 4
則B1將A轉發到1、2、3；B2將E轉發到端口1、3、4
（c）F經過Hub直接發送給E，F進入B2後查到E在2端口，此時B2轉發表變爲：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
則B2不轉發，B1不會收到。
（d）G進入B2，查到E在端口2，進行轉發，此時B2轉發表變爲：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
則B2將G轉發到端口2，B1不會收到
（e）D進入B2，查到A在4端口，進行轉發，此時B2轉發表變爲：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
D 1
D進入B1後查到A在1端口，進行轉發，此時B1轉發表變爲：
站地址 端口
A 1
E 4
D 4
則B2將D轉發到端口4，B1將D轉發到端口1.
（f）B進入B1，查不到F，進行擴散，此時B1轉發表變爲：
站地址 端口
A 1
E 4
D 4
B 2
B進入B2，查到F在端口2，進行轉發，此時B2轉發表變爲：
站地址 端口
A 4
E 2
F 2
G 3
D 1
B 4
則B1將B轉發到端口1、3、4，B2轉發到端口2.

21. 從損壞幀的角度看，存儲－轉發型交換機比直通型交換機更有優勢。請說明這種優勢。

    考點：路由器的轉發方式

    答：直通型交換機只處理 MAC 幀頭，而不管幀尾部的CRC校驗，若幀出錯，照樣會進行轉發。而存儲轉發型交換機則存儲整個幀，完成 CRC 校驗後才決定轉發問題。若幀出錯則丟棄，不進行轉發。

22. 爲了使用 VLANs，需要在網橋中配置轉發表。如圖4-47所使用的 VLAN 中，如果使用集線器替代交換機會產生什麼樣的變化？此時，集線器需要配置表嗎？原因是什麼？
    
    考點：網橋、集線器的作用

    答：若用集線器替代交換機，則獨享信道將變爲共享信道。集線器不需要配置表，因爲集線器相當於BUS型信道，幀會廣播式的發送給所有站點，沒有選擇端口的功能。

23. 在圖4-48（即下圖）中，在右側的傳統域中的交換機（即B5）是一個支持VLAN的交換機，有可能使用傳統的交換機嗎？如果可能，請問將如何工作？如果不可能，原因是什麼？
    
    考點：VLAN

    答：可以使用。傳統幀進入主幹域中，通過第一個支持 VLAN 的交換機標記 tag，可通過 MAC 地址或 IP 地址實現；在出站時，連接 VLAN 域和傳統域的主幹交換機必須把輸出幀中的 tag 扔掉。若 B5 改爲傳統交換機，則改變標籤的工作可交給 B3 完成。