第五章局域网

第五章局域网5－01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的最低两层。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，一个通信子网只有最低的三层。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。5－02ieee802局域网参考模型与OSI参考模型有何异同之处？答：局域网的体系结构与OSI的体系结构有很大的差异。它的体系结构只有OSI的下三层，而没有第四层以上的层次。即使是下三层，也由于局域网是共享广播信道，且产品的种类繁多，涉及到种种媒体访问方法，所以两者存在着明显的差别。在局域网中，物理层负责物理连接和在媒体上传输比特流，其主要任务是描述传输媒体接口的一些特性。这与OSI参考模型的物理层相同。但由于局域网可以采用多种传输媒体，各种媒体的差异很大，所以局域网中的物理层的处理过程更复杂。通常，大多数局域网的物理层分为两个子层：一个子层描述与传输媒体有关的物理特性，另一子层描述与传输媒体无关的物理特性。在局域网中，数据链路层的主要作用是通过一些数据链路层协议，在不太可靠的传输信道上实现可靠的数据传输，负责帧的传送与控制。这与OSI参考模型的数据链路层相同。但局域网中，由于各站共享网络公共信道，由此必须解决信道如何分配，如何避免或解决信道争用，即数据链路层必须具有媒体访问控制功能。有由于局域网采用的拓扑结构与传输媒体多种多样，相应的媒体访问控制方法也有多种，因此在数据链路功能中应该将与传输媒体有关的部分和无关的部分分开。这样，IEEE802局域网参考模型中的数据链路层划分为两个子层：媒体访问控制MAC子层和逻辑链路控制LLC子层。在IEEE802局域网参考模型中没有网络层。这是因为局域网的拓扑结构非常简单，且各个站点共享传输信道，在任意两个结点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，所以在局域网中不单独设置网络层。这与OSI参考模型是不同的。但从OSI的观点看，网络设备应连接到网络层的服务访问点SAP上。因此，在局域网中虽不设置网络层，但将网络层的服务访问点SAP设在LLC子层与高层协议的交界面上。从上面的分析可知，局域网的参考模型只相当于OSI参考模型的最低两层，且两者的物理层和数据链路层之间也有很大差别。在IEEE802系列标准中各个子标准的物理层和媒体访问控制MAC子层是有区别的，而逻辑链路控制LLC子层是相同的，也就是说，LLC子层实际上是高层协议与任何一种MAC子层之间的标准接口。5-03一个7层楼，每层有一排15间办公室。每个办公室的楼上有一个插座。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，插座间垂直和水平间隔都是4米。设任意两个插座之间都允许连上电缆（垂直，水平，斜线，…均可）。先要用电缆把它们连成：（1）集线器在中央的星形网；（2）以太网；（3）令牌环形网。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层楼分别编号为1～7层。在星形网中，路由器放在4层中间位置。到达7×15－1=104个场点中的每一个场点都需要有电缆。因此电缆的总长度等于：mjiij1832)8()4(47115122（2）对于以太网（10BASE5），每一层都需要56m水平电缆，再加上24m（=4×6）垂直方向电缆，所以总长度等于：56×7＋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+221244=466m图中有错，粗线右端应连接到第4层右起第4个站点5-04数据率为10Mb/s的以太网的码元传输速率是多少？答：码元传输速率即为波特率。10Mb/s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，因此波特率是数据率的两倍，即20M波特。5-05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]10,min[,)5.0(ikPki第一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。5-06试说明10BASE5，10BASE2，10BASE-T，10BASE-F、1BASE5，10BROAD36、和FOMAU所代表的意思。答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最大长度分别为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（FiberOptic）的媒体接入单元MAU（MediaAccessUnit），用以连接扩展以太网的转发器之间的光纤链路FOIRL（FiberOpticInter-RepeaterLink）。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。5-0710Mb/s以太网升级到100Mb/s和1Gb/s时，需要解决哪些技术问题？答：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最大电缆长度减小到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5-08100VG局域网有哪些特点？和以太网相比，优缺点各有哪些？5-09FDDI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IEEE802．5令牌环标准的令牌传递MAC协议；②使用802．2LLC协议，因而与IEEE802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最大站间距离为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分组长度最大为4500字节。和以太网相比，FDDI的优缺点与令牌类似。5-10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）5-11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s61052000001，即5µs，来回路程传播时间为10µs。为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10µs。以1Gb/s速率工作，10µs可以发送的比特数等于10000101101096，因此，最短帧长10000比特或1250八比特组。5-12网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器有何异同？答网桥从端口接收网段上传送的各种帧。每当收到一个帧时，就先存放在其缓存中，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，则通过查找网桥中生成的站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。否则，就丢弃该帧。使用网桥可带来这样一些好处：扩大局域网物理范围；过滤通信量，将扩展的局域网各网段隔离为不同冲突域，减轻局域网上的负载；因网段间信号上隔离，提高了整个网路的可靠性；可互连不同的物理层。网桥也带来一些负面影响：转发前需先缓存并查找站表，增加了时延；无流量控制，以致产生丢帧；连接不同MAC子层的网段时需耗时修改某些字段内容；当网桥连接的用户过多时易产生较大广播风暴。网桥与转发器相比，主要有以下异同点：（1）都能扩大局域网物理范围，但转发器的数目受限，而网桥从理论上讲，扩展的局域网范围是无限制的；（2）都能实现网段的互连，但转发器只通过按比特转发信号实现各网段物理层的互连，网桥在MAC层转发数据帧实现数据链路层的互连，而且网桥能互连不同物理层甚至不同MAC子层的网段；（3）互连的各网段都在同一广播域，但网桥将网段隔离为不同的冲突域，而转发器则无隔离信号作用。5-13有4个局域网L1~L4和6个网桥B1~B6。网络拓扑如下：B1和B2连通L1和L2（即B1和B2是并联的），B3连通L2和L3，B4连通L1和L3，B5连通L3和L4，B6连通L2和L4。主机H1和H2分别连接在L1和L3上。现在H1要与H2通信。（3）试画出互连网的拓扑。（4）若网桥为透明网桥，所有网桥中的站表都是空的。试找出生成树。答：（1）（2）可以生成多个不同的生成树，通常是按照最小路径花费计算（可参阅Stallings《