计算机网络第八版——第三章课后题答案（超详细）

第三章

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第一章 答案

第二章 答案

【3-01】数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？"链路接通了"与"数据链路接通了"的区别何在？

解答：所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。链路接通了，表示物理链路接通了。
数据链路则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用网络适配器（如拨号上网使用拨号适配器，以及通过以太网上网使用局域网适配器）来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
也有人采用另外的术语。这就是把链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是上面所说的链路，而逻辑链路就是上面的数据链路，是物理链路加上必要的通信协议。

【3-02】数据链路层中的链路控制包括哪些功能？试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。

解答：链路控制的主要功能有三个：(1）封装成帧；(2）透明传输；(3）差错检测。
数据链路层做成可靠的链路层，就表示从源主机到目的主机的整个通信路径中的每一段链路的通信都是可靠的。这样做的优点是可以使网络中的某个节点及早发现传输中出了差错，因而可以通过数据链路层的重传来纠正这个差错。如果数据链路层不做成可靠的链路层，那么当网络中的某个节点发现收到的帧有差错时（不管数据链路层是否做成可靠的，这个检查差错的步骤总是要有的），就仅仅丢弃有差错的帧，而并不通知发送节点重传出现差错的帧。只有当目的主机的高层协议（例如，运输层协议 TCP ）发现了这个错误时，才通知源主机重传出现差错的数据。但这时已经较迟了，可能要重传较多的数据（包括没有出差错的数据），对网络资源有些浪费。
但是，有时高层协议使用的是不可靠的传输协议 UDP 。 UDP 并不要求重传有差错的数据。在这种情况下，如果数据链路层做成可靠的链路层，那么在某些情况下并不会带来更多的好处（例如，当高层传送实时音频或视频信号时）。换言之，增加了可靠性，牺牲了实时性，有时反而是不合适的。

【3-03】网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？

解答：适配器又称为网络接口卡或简称为"网卡"。在适配器上面装有处理器和存储器（包括 RAM 和 ROM )。适配器和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的，而适配器和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的1/O总线以并行传输方式进行的。因此，适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在适配器中必须装有对数据进行缓存的存储器。若在主板上插入适配器时，还必须把管理该适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。这个驱动程序以后就会告诉适配器，应当从存储器的什么位置把多长的数据块发送到局域网，或者应当在存储器的什么位置把局域网传送过来的数据块存储下来。适配器还要能够实现以太网协议。
适配器接收和发送各种帧时不使用计算机的 CPU 。这时 CPU 可以处理其他任务。当适配器收到有差错的帧时，就把这个帧丢弃而不必通知计算机。当适配器收到正确的帧时，它就使用中断来通知该计算机并交付协议栈中的网络层。当计算机要发送 IP 数据报时，就由协议栈把 IP 数据报向下交给适配器，组装成帧后发送到局域网。

【3-04】数据链路层的三个基本问题（封装成帧、透明传输和差错检测）为什么都必须加以解决？

解答：封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部（在首部和尾部里面有许多必要的控制信息），这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
所谓"透明传输"就是上层交下来的数据，不管是什么形式的比特组合，都必须能够正确传送。由于帧的开始和结束标记使用专门指明的控制字符，因此，所传输的数据中的任何比特组合一定不允许和用作帧定界的控制字符的比特编码一样，否则就会出现帧定界的错误。数据链路层不应当对要传送的数据提出限制，即不应当规定某种形式的比特组合不能够传送。
如果数据链路层没有差错检测，那么当目的主机收到其他主机发送来的数据时，在交给高层后，如果应用程序要求收到的数据必须正确无误，那么目的主机的高层软件可以对收到的数据进行差错检测。如果发现数据中有差错，就可以请求源主机重传这些数据。这样做就可以达到正确接收数据的目的。但这种工作方式有一个很大的缺点，就是一些在传输过程中出现了错误的数据（请注意，这些已经是没有用处的数据）还会继续在网络中传送，这样就浪费了网络的资源。例如，源主机到目的主机的路径中共有20个节点。在传送数据时，第一个节点就检测出了差错。如果数据链路层有差错检测的功能，就可以把这个有差错的帧丢弃，以后就不再传送了。否则这个没有用处的帧还要在网络上继续传送，还要陆续通过后面的19个节点，这就造成了网络资源的浪费。

【3-05】如果在数据链路层不进行封装成帧，会发生什么问题？

解答：如果在数据链路层不进行封装成帧，那么数据链路层在收到些数据时，就无法知道对方传送的数据中哪些是数据，哪些是控制信息，甚至数据中有没有差错也不清楚（因为无法进行差错检测）。数据链路层也无法知道数据传送结束了没有，因此不知道应当在什么时候把收到的数据交给上一层。

【3-06】 PPP 协议的主要特点是什么？为什么 PPP 不使用帧的编号？ PPP 适用于什么情况？为什么 PPP 协议不能使数据链路层实现可靠传输？

解答： PPP 协议具有以下特点。
(1）简单： PPP 协议很简单。接收方每收到一个帧，就进行 CRC 检验。如 CRC 检验正确，就收下这个帧；反之，就丢弃这个帧，其他什么也不做。(2）封装成帧： PPP 协议规定了特殊的字符作为帧定界符，以便使接收端能从收到的比特流中准确地找出帧的开始和结束位置。
(3）透明性： PPP 协议能够保证数据传输的透明性。如果数据中碰巧出现了和帧定界符一样的比特组合， PPP 规定了一些措施来解决这个问题
(4）支持多种网络层协议： PPP 协议支持多种网络层协议（如 IP 和 IPX 等）在同一条物理链路上的运行。当点对点链路所连接的是局域网或路由器时， PPP 协议必须同时支持在链路所连接的局域网或路由器上运行的各种网络层协议。
(5）支持多种类型链路： PPP 能够在多种类型的链路上运行。例如，串行的（一次只发送一个比特）或并行的（一次并行地发送多个比特），同步的或异步的，低速的或高速的，电的或光的，交换的（动态的）或非交换的（静态的）点对点链路。
PPP 不使用帧的编号，因为帧的编号是为了出错时可以有效地重传，而 PPP 并不需要实现可靠传输。
PPP 适用于线路质量不太差的情况。如果通信线路质量太差，传输就会频频出错。但 PPP 又没有编号和确认机制，这样就必须靠上层的协议（有编号和重传机制）才能保证数据传输正确无误。这样就会使数据的传输效率降低。

【3-07】要发送的数据为1101011011。采用 CRC 的生成多项式是 P ( X )= X + X +1。试求应添加在数据后面的余数。若要发送的数据在传输过程中最后一个1变成了0，即变成了1101011010，问接收端能否发现？若要发送的数据在传输过程中最后两个1都变成了0，即变成了1101011000，问接收端能否发现？采用 CRC 检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

解答：采用 CRC 的生成多项式是 P ( X )= X *+ X +1，用二进制表示就是 P =10011。
现在除数是5位，因此在数据后面添加4个0就得出被除数（如图 T -3-07( a ）所示）。
除法运算得出的余数 R 就是应当添加在数据后面的检验序列：1110。
现在要发送的数据在传输过程中最后一个1变成了0，即1101011010。把检验序列1110接在数据1101011010的后面，下一步就是进行 CRC 检验（如图 T -3-07( b ）所示）。
从图 T -3-07( b ）可看出，余数 R 不为零，因此判定所接收的数据有差错。可见，这里的 CRC 检验可以发现这个差错。
若要发送的数据在传输过程中最后两个1都变成了0，即1101011000。把检验序列1110接在数据1101011000的后面，下一步就是进行 CRC 检验（如图 T -3-07( c ）所示)。
现在余数 R 不为零，因此判定所接收的数据有差错。可见，这里的 CRC 检验可以发现这个差错。
采用 CRC 检验后，数据链路层的传输并非变成了可靠的传输。当接收方进行 CRC 检验时，如果发现有差错，就简单地丢弃这个帧。数据链路层并不能保证接收方接收到的和发送方发送的完全一样。

【3-08】要发送的数据为101110。采用 CRC 的生成多项式是 P ( X )= X +1。试求应添加在数据后面的余数。

解答： CRC 的生成多项式是 P ( X )=X3+1，因此用二进制表示的除数 P =1001。除数是4位，在数据后面要添加3个0。
进行 CRC 运算后，得出余数 R =011（如图 T -3-08所示)。

图1-3-48计算 CRC 检验的朵数

【3-09】一个 PPP 帧的数据部分（用十六进制写出）是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）?

解答：把由转义符7D开始的2字节序列用下画线标出：
7D 5E FE 27 7D 5D7D 5D 65 7D 5E
7D 5E应当还原成为7E。
7D 5D应当还原成为7D。
因此，真正的数据部分是：7E FE 27 7D 7D 65 7E

【3-10】 PPP 协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的 PPP 帧的数据部分是0001110111110111110110,试问删除发送端加入的零比特后会变成怎样的比特串？

解答：第一个比特串0110111111111100:
零比特填充就是在一连5个1之后必须插入一个0。
经过零比特填充后变成011011111011111000（加下画线的0是填充的）另一个比特串0001110111110111110110:
删除发送端加入的零比特，就是把一连5个1后面的0删除。因此，删除发送端加入的零比特后就得出：000111011111-11111-110（连字符表示删除了0)。

【3-11】试分别讨论以下各种情况在什么条件下是透明传输，在什么条件下不是透明传输。（提示：请弄清什么是"透明传输"，然后考虑能否满足其条件。)

(1）普通的电话通信。
(2）互联网提供的电子邮件服务。
解答：两种情况分析如下。
(1）由于电话系统的带宽有限，而且还有失真，因此电话机两端的输入声波和输出声波是有差异的。从"传送声波"这个意义上讲，普通的电话通信并不是透明传输。但从"听懂说话的意思"来讲，则基本上是透明传输。但有时个别语音也会听错，如单个数字1和7在电话中区别甚小。如果通话的一方说"1"，而另一方听成是"7"，那么这就不能算是透明传输。
(2）一般说来，电子邮件是透明传输。但有时不是。因为国外有些邮件服务器为了防止垃圾邮件，将来自某些域名（如． cn ）的邮件一律阻拦掉。这就不是透明传输。有些邮件的附件在收件人的电脑上打不开。这也不是透明传输。

【3-12】 PPP 协议的工作状态有哪几种？当用户要使用 PPP 协议和 ISP 建立连接进行通信时，需要建立哪几种连接？每一种连接解决什么问题？

解答： PPP 协议的工作状态有六种，这几个状态图之间的关系如图 T -3-12所示。
当用户要使用 PPP 协议和 ISP 建立连接进行通信时，需要建立两种连接。
第一种连接是物理层连接，见图 T -3-12中从"链路静止"到"链路建立"的这一过程。我们知道，只有建立了物理层连接（即物理层链路），上面的数据链路层连接才能建立。
第二种连接是数据链路层连接，即建立 LCP 链路。这时，用户 PC 向 ISP 发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧），以便建立 LCP 连接。这时 LCP 开始协商一些配置选项， LCP 配置选项包括链路上的最大帧长、所使用的鉴别协议的规约（如果有的话），以及不使用 PPP 帧中的地址和控制字段（因为这两个字段的值是固定的，没有任何信息量，可以在 PPP 帧的首部中省略)。协商结束后双方就建立立了 LCP 链路,接着就进入“鉴别”状态,发起通信的一方发送身份标识符和口令(系统可允许午用户重试若干次)。若鉴别成功,则进入入“网络层协议”
状态。在“网络层协议”状态, PPPP 链路两端的网络控制协议 NCP 根根据网络层的不同协议互相交换网络层特定的网络控制分组。 PPPP 协议两端的网络层可以运行不同的网络层层协议,但仍然可使用同一个 PPP 协议进行通信。如果在 PE PPP 链路上运行的是 IP 协议,则对 PPP 链路路的每一端配置 IP 协议模块(如分配 IP 地址)时,就要使用 NCP 中支持 IP 的协议义- IP 控制协议
IPCP 。 IPCP 分组也封装成 PPP 帧,在 PPP 链路上传送。在低速链路上运行时,双方还可以协商使用压缩的 TCP 和 IP 首部邗,以减小在链路上发送的比特特。
当网络层配置完毕后,链路就进入入可进行数据通信的“链路打开””状态。链路的两个 PPP 端点可以彼此向对方发送分组。

【3-13】局域网的主要特点是什么么?为什么局域网采用广播通信方方式而广域网不采用呢?

解答:局域网最主要的特点是:网络为为一个位所拥有,且地理范围和站点数数目均有限。
局域网刚刚出现时,比广域网具有更高的数数据率、更低的时延和更小的误码率。但随随着光纤技术在广域网中的普遍使用,现在广域网也具有很高的数据率和很低的误码率。
局域网的地理范围较小,且为一个单单位所拥有,采用广播通信方式十分分简单方便。但广域网的地理范围很大,如果采用广播播通信方式势必造成通信资源的极极大浪费,因此广域网不采用广播通信方式

【3-14】常用的局域网的网络拓扑有有哪些种类?现在最流行的是哪种结构构?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,但现在却改为使用用星形拓扑结构呢?

解答:最初局域网的网络拓扑有星形网、环形网(最典型的就是令牌环形网)和总线网。
但现在最流行的是星形网,其他两种已很少见了。
在局域网发展的早期,人们都认为为有源器件比较容易出故障,因而而无源的总线结构一定会
更加可靠。星形拓扑结构的中心使使用了有源器件,人们就认为这比比容易出故障,而要使这个
有源器件少出故障,必须使用非常昂贵贵的有源器件。然而实践证明,连接有大大量站点的总线型
以太网,由于接插件的接口较多多,反而很容易出现故障。现在 E 使用专用的 ASIC 芯片可以把星
形结构的集线器做得非常可靠,因此现在的 E 的以太网一般都使用星形结构的拓扑。

【3-15】什么叫作传统以太网?以以太网有哪两个主要标准?

解答:传统以太网就是最早流行的10 MMbit ＇ s 速率的以太网。
以太网有两个标准,即 DIX Ethernet V22标准和 IEEE 802.3标准。
1980年9月, DEC 公司、英特尔( Intel )公司司和施乐公司( Xerox )联合提出了10 Mbits 以 s 以太
网规约的第一个版本DIXV1( DIX 是这三个公司名称的缩写).1982年又修改为第二版规约(实
际上也就是最后的版本),即 DIX Etherernet V2,它成为世界上第一个局域网产产品的规约。符合
这个标准的局域网称为以太。
在此基础上, IEEE 802委员会的802.3工工作组于1983年制定了第一个 IEEE 的局局域网标准 IEEE 802.3（这个标准更准确的名字是 IEEE 802.3 CSMA / CD )，数据率为10 Mbit / s 。802.3局域网对以太网标准中的帧格式做了很小的一点改动，但允许基于这两种标准的硬件在同一个局域网上互操作。符合这个标准的局域网称为802.3局域网。
DIX Ethernet V2标准与 IEEE 802.3标准只有很小的差别，因此很多人也常把802.3局域网称为"以太网"或"基于 DIX Ethernet 技术的类以太网（ Ethernet like ）的系统"。

【3-16】数据率为10 Mbit / s 的以太网在物理媒体上的码元传输速率（即码元／秒）是多少？

解答：以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号（如图 T -3-16所示）。
从图 T -3-16可以看出，数据率为10 Mbit / s 的以太网就表明，在以太网适配器中，在进行曼彻斯特编码之前，基带信号每秒发送10x10个码元。但是经过曼彻斯特编码之后，原来的信号源的每一个码元都变成了两个码元。因此，最后经过网络适配器发送到线路上的码元速率是每秒20x10个码元，即速率是每秒20兆码元。
请注意，也有的曼彻斯特编码出现电平转换的规定正好与图 T -3-16所示的相反，也就是说，1对应于曼彻斯特编码的负跳变，而0对应于曼彻斯特编码的正跳变。

【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？

解答：当 IEEE 在1983年制定802.3标准时，已经流行了几种不同的局域网。因此802委员会决定把局域网的数据链路层协议再划分为两个子层，一个是媒体接入控制 MAC 子层，另一个是与具体的媒体无关的逻辑链路控制 LLC 子层。然而到现在，过去曾流行过的令牌环形网、令牌总线局域网以及光纤分布式数据接口 FDDI 局域网，都已经在市场上消失了。因此，在现在只剩下一种局域网（以太网）的情况下， LLC 子层显然没有存在的价值了。现在 IP 数据报都是直接放入到以太网中作为以太网的数据部分的。

【3-18】试说明10BASE- T 中的"10"" BASE “和” T "所代表的意思。

解答："10"代表这种以太网具有10 Mbit / s 的数据率， BASE 表示连接线上的信号是基带信号， T 代表双绞线（ Twisted - pair )。

【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的，这与传统的时分复用 TDM 相比有何优缺点？

解答：应当说， CSMA / CD 协议与传统的时分复用 TDM 各有优缺点。
网络上的负荷较轻时， CSMA / CD 协议很灵活，哪个站想发送就可以发送，而且发生碰撞的概率很小。如使用时分复用 TDM ,效率就比较低。当很多站没有信息要发发送时,分配到的
时隙也浪费了。但网络负荷很重时, CSMA / C / CD 协议引起的碰撞很多,重传经常发生,因因而效率大大降低。这时, TDM 的效率就就很高。
这好比在一个墟市中的交叉路路口的红绿灯系统。当车辆很小小时,红绿灯可能会产生一些不必要的红灯等待。但车辆的流量很大时,使用红月红绿灯系统就是非常必要的,可以使车辆的通行行有条不紊。

【3-20】假定1 km 长的 CSMA / CCD 网络的数据率为1 Gbits 。设信信号在网络上的传播速率为200000 km ＇ s 。求能够使用此协议的的最短帧长。

解答:1 km 长的 CSMACD 网络各的端到端传播时延で=(1 km )/(20200000 km / s )=5uS。
2r=10uS,在此时间内要发送(1 Gbitss )×(10us)=10000 bit 。
只有经过这样一段时间后,发发送端才能收到碰撞的信息((如果发生碰撞的话),也才能指检测到碰的发生。
因此,最短帧长为10000 bit ,或1250字节。

【3-21】什么叫作比特时间?使用这种时间间单位有什么好处?100比特时间是多少微微秒?

解答:比特时间就是发送1比特所需的时间,而不管数据率是多少。需要要注意的是,发送
1比特的时间长短显然与数据率密切相相关。
采用比特时间的好处是方便。如果不不采用比特时间,那么当我们讨论某个个站发送数据时,
若所发送的数据共有6400比特,那么发送这6400比特所需的时间就是64000除以发送速率。
例如,若发送速率是10 Mbits ,则发送送这6400比特所需的时间是:
6400/10000000=640x10s=640 us
但如果以“比特时间”为单位,那么不管发送速率是多少,发送640000比特所需的时间一
定是6400比特时间。这显然要方方便得多。
要把“比特时间”换算成“秒”或“微秒秒”,就必须先知道数据率是多少。因此,要回答
“100比特时间是多少微秒?”这样的问问题,不给出数据率是无法回答的。

【3-22】假定在使用 CSMACD 协协议的10 Mbit ＇ s 以太网中某个站古在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数 rr =100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mbbits的以太网呢?

解答:对于10 Mbit / s 的以太网,争用期是512比特时间。现在严==100,因此退避时间是
S1200比特时间。
这个站需要等待的时间是51200//10=5120uIs=5.12 ms
对于100 Mbits 的以太网,争用期仍然是5512比特时间,退避时间是51200比特时间间。
因此,这个站需要等待的时间是511200/100=512S。

【3-23】教材上的公式(3-3)表示,以以太网的极限信道利用率与连接在以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与连接在以太网上的站点数无关?请说明你的理由。

解答：以太网的利用率应当与连接在以太网上的站点数有关。我们知道，以太网各站发送数据的时刻应当是随机的。但公式（3-3）表述的以太网的极限信道利用率基于这样的假定：这个以太网使用了特殊的调度方法，一个站发送完数据后，另一个站就接着发送。结果是各站点的发送都不会发生碰撞。这样就使以太网的利用率达到最大值。但我们注意到，这已经不再是采用 CSMA / CD 协议的以太网了。

【3-24】假定站点 A 和 B 在同一个10 Mbit / s 以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为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 所发送的帧不会和 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。)

解答：设在 t =0时 A 开始发送。 A 发送的最短帧长是64字节=512 bit 。实际上在信道上传送的还有8字节（=64 bit ）的前同步码和帧开始定界符，因此，如果不发生碰撞，那么在 t =512+64=576比特时间时， A 应当发送完毕。
B 越晚发送就越容易和 A 发送的帧发生碰撞。在 t =225比特时间后， B 就收到了 A 发送的比特。因此，现在假定 B 在 t =224比特时间时发送了数据，看是否发送碰撞。
在 t =225比特时间时， B 检测出碰撞（如图 T -3-24所示）。
因此，在 t =225比特时间以后 B 就终止发送数据了。接着， B 发送48 bit 的干扰信号。 B 在 t =224比特时间时发送的第一个比特将在 t =224+225=449比特时间时到达 A ，因此，在 t=224+225=449比特时间时， A 检测到碰撞，终止发送数据，并发送48 bit 的干扰信号。
A 在检测到和 B 发送的数据发生碰撞之前显然还没有发送完毕（因为449小于上面算出的576)。因此， A 在检测到和 B 发生碰撞之前，不能把自己的数据发送完毕。
但如果 A 在发送完毕之前（即在 t =512+64=576比特时间之前）没有检测到碰撞，那么就能表明：这个以太网上没有其他站点在发送数据，当然 A 所发送的帧不会和其他站点以后再发送的数据发生碰撞。

【3-25】上题中的站点 A 和 B 在 t =0时同时发送了数据帧。当 t =225比特时间时， A 和 B 同时检测到发生了碰撞，并且在 t =225+48=273比特时间时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 重传的数据再次发生碰撞？ B 会不会在预定的重传时间停止发送数据？

解答：图 T -3-25给出了在几个主要时间所发生的事件。所有的时间单位都是"比特时间"。 t =0时， A 和 B 开始发送数据。
t =225比特时间时， A 和 B 都检测到碰撞。
1=273比特时间时， A 和 B 结束干扰信号的传输。 A 和 B 都马上执行退避算法。
因为 ra =0和 rB =1，所以 A 可以立即发送数据。但根据协议，发送前必须检测信道，遇到忙则必须等待，要等到信道空闲才能发送。而 B 要推迟512比特时间后才检测信道。
也就是说， A 在 t =273比特时间时就开始检测信道，但 B 要等到 t =785比特时间时才检测信道。
当 t =273+225=498比特时间时， B 的干扰信号中的最后一个比特到达 A : A 检测到信道空闲。但 A 还不能马上发送数据，必须等待96比特时间后才能发送数据（我们应当注意到，以太网的帧间最小间隔就是9.6μ s ，相当于96比特时间）。
这样，当 t =498+96=594比特时间时， A 开始发送数据。
再看一下 B 什么时候可以发送数据。当 t =273+512=785比特时间（ B 从273比特时间算起，经过1个争用期512比特时间）时，再次检测信道。如空闲，则 B 在96比特时间后，即在 t =785+96=881比特时间时发送数据。请注意，只有从785比特时间一直到881比特时间 B 一直检测到信道是空闲的， B 才能在881比特时间时发送数据。当1=594+225=819比特时间时, A 在5944比特时间时发送的数据达 B 。
可见从785比特时间算起,才经过了34比特时间间, B 就检测到信道忙,因此 B 在预定的881比特时间时不能发送数据。

【3-26】以太网上只有两个站,它们同时发送数据据,产生了碰撞。于是按截断二进制指数退避算法进行重传。重传次数记为 i , i =1,2,2,3,……。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 。

解答:将第 i 次重传失败的概率记为 P ,显然
P =(0.s), k = min [ i ,10
故第1次重传失败的概率 P =0.5,
第2次重传失败的概率 P =0.5=0.25
第3次重传失败的概率 P =0.s=0.125。
P [传送 i 次才成功= P 第1次传送失败]· P 第2次次传送失败]…· P 第 i -1次传送失败]·
P 第 i 次传送成功]
P [传送1次成功=0.s
P 传送2次才成功= P [第1次传送失败]· P [第第2次传送成功
= P [第1次传送失败](1- P 第2次传送失败 D )=)=0.5(0.75)=0.375
P 传送3次才成功= P 第1次传送失败]· P 第2次传欠传送失败]· P 第3次传送成功
= P [第1次传送失败]· P 第2次传送失败](1- PP 第3次传送失败])
=0.5(0.25)(1-0.125)=0.5(0.25)(0.875)=0.101094
P 传送4次才成功]=0.S(0.25)(0.125)(1-0.0625))=0.5(0.25)(0.125)(0.9375)=0.0146
求 P 传送 i 次オ成功]的统计平均值,得出平均重传次数= I (0.5)+2(0.375)+3(0.1094)+4+4(0.0146)+…
=0.5+0.7S+0.3282+0.0S86+……=1.64s

【3-27】有10个站连接到以太网上。试计算以下下三种情况下毎一个站所能得到的带宽。

(1)10个站都连接到一个10 Mbit ’ s 以太网集线器。
(2)10个站都连接到一个100 Mbits 以太网集线线器。
(3)10个站都连接到一个10 Mbits 以太网交换机。
解答:每一个站所能得到的带宽如下:
(1)假定以太网的利用率基本上达到100%,那么10个站共享10 Mbits ,即平均每一个站可得到 I Mbits 的带宽。
(2)假定以太网的利用率基本上达到100%,那那么10个站共享100 Mbits ,即平均毎一个站可得到10 Mbivs 的带宽。
(3)每一个站独占交换机的一个接口的带宽10 MbiVsiVs .这里我们假定这个交换机的总带宽不小于100 Mbits .

【3-28】10 Mbit / s 以太网升级到100 Mbit / s ,1 Gbit / s 和10 Gbit / s 时，都需要解决哪些技术问题？为什么以太网能够在发展的过程中淘汰掉自己的竞争对手，并使自己的应用范围从局域网一直扩展到城域网和广域网？

解答： IEEE 802.3u的10 Mbit / s 以太网标准未包括对同轴电缆的支持。这意味着想从10 Mbit / s 细缆以太网升级到100 Mbit / s 快速以太网的用户必须重新布线。现在10 Mbit / s 以太网和／100 Mbit / s 以太网多使用无屏蔽双绞线布线。
在100 Mbit / s 以太网中，保持最短帧长不变，把一个网段的最大电缆长度减小到100 m 。但最短帧长仍为64字节，即512比特。因此100 Mbit / s 以太网的争用期是5.12μ s ，帧间最小间隔现在是0.96μ s ，都是10 Mbit / s 以太网的1/10。
100 Mbit / s 以太网的新标准还规定了以下三种不同的物理层标准。
(1)100BASE- TX ：使用两对 UTP 5类线或屏蔽双绞线 STP ，其中一对用于发送，另一对用于接收。(2)100BASE- FX ：使用两根光纤，其中一根用于发送，另一根用于接收。在标准中把上述的100BASE- TX 和100BASE- FX 合在一起称为100BASE- X 。
(3)100BASE-T4：使用4对 UTP 3类线或5类线，这是为已使用UTP3类线的大量用户而设计的。它使用3对线同时传送数据（每一对线以33Mbit/ s 的速率传送数据），用1对线作为碰撞检测的接收信道。
吉比特以太网（1 Gbit / s 的速率）的标准是 IEEE 802.3z，它有以下几个特点：
(1）允许在1 Gbit / s 下以全双工和半双工两种方式工作。(2）使用 IEEE 802.3协议规定的帧格式。
(3）在半双工方式下使用 CSMA / CD 协议（全双工方式不需要使用 CSMA / CD 协议）。
(4）与10BASE- T 和100BASE- T 技术向后兼容。
吉比特以太网可用作现有网络的主干网，也可在高带宽（高速率）的应用场合中（如医疗图像或 CAD 的图形等）用来连接工作站和服务器。
吉比特以太网的物理层使用两种成熟的技术：一种来自现有的以太网，另一种则是 ANSI 制定的光纤通道 FC ( Fibre Channel )。采用成熟技术能大大缩短吉比特以太网标准的开发时间。
吉比特以太网的物理层有以下两个标准：
(1)1000BASE- X ( IEEE 802.3z标准）。
(2)1000BASE- T -(802.3ab标准）。
吉比特以太网工作在半双工方式时，必须进行碰撞检测。吉比特以太网仍然保持一个网段的最大长度为100 m ，但采用了"载波延伸"的办法，使最短帧长仍为64字节（这样可以保持兼容性），同时将争用期增大为512字节。凡发送的 MAC 帧长不足512字节，就用一些特殊字符填充在帧的后面，使 MAC 帧的发送长度增加到512字节，这对有效载荷并无影响。接收端在收到以太网的 MAC 帧后，要把所填充的特殊字符删除后再向高层交付。当原来仅64字节长的短帧填充到512字节时，所填充的448字节就造成了很大的开销。
吉比特以太网还增加了分组突发的功能。当很多短帧要发送时，第一个短帧要采用上面所说的载波延伸的方法进行填充。但随后的一些短帧则可一个接一个地发送，它们之间只需留有必要的帧间最小间隔即可。这样就形成一串分组的突发，直到达到1500字节或稍多一些为止。当吉比特以太网工作在全双工方式时，不使用载波延伸和分组突发。10吉比特以太网简称为10GbE，其正式标准是 IEEE 802.3ae，它的帧格式不变。10GbE还保留了802.3标准规定的以太网最小和最大帧长。这就使用户在对其已有的以太网进行升级时，仍能和较低速率的以太网很方便地通信。
由于数据率很高，10GbE不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。它使用长距离（超过40km）的光收发器与单模光纤接口，以便能够工作在广域网和城域网的范围。10GbE也可使用较便宜的多模光纤，但传输距离为65~300 me
10GbE只工作在全双工方式，因此不存在争用问题，也不使用 CSMA / CD 协议。这就使得10GE的传输距离不再受进行碰撞检测的限制而大大提高了。
10GbE的物理层则是新开发的。10GbE有以下两种不同的物理层：
(1）局域网物理层 LAN PHY 。局域网物理层的数据率是10.000 Gbit / s （这表示是精确的
10 Gbit / s )，因此一个10GbE交换机正好可以支持10个吉比特以太网接口。
(2）可选的广域网物理层 WAN PHY 。为了使10GbE的帧能够插入到 OC -192/STM-64帧的有效载荷中，这种广域网物理层的数据率为9.95328 Gbit / s 。
以太网能从10 Mbit / s 演进到10 Gbit / s ，是因为以太网具有以下的一些优点：
(1）可扩展（从10 Mbit / s 到10 Gbit / s )。(2）灵活（多种媒体、全／半双工、共享／交换）。
(3）易于安装。
(4）稳健性好。

【3-29】以太网交换机有何特点？用它怎样组成虚拟局域网？

解答：以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，它与工作在物理层的转发器和集线器有很大的差别。此外，以太网交换机的每个接口都直接与一个主机或集线器相连，并且一般都工作在全双工方式。当主机需要通信时，交换机能同时连通许多对接口，使每一对相互通信的主机都能像独占传输媒体那样，无碰撞地传输数据。以太网交换机和透明网桥一样，也是一种即插即用设备，其内部的帧转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。当两个站通信完成后就断开连接。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，交换速率较高。
对于普通10Mbit/ s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽（10Mbit/ s ）的 N 分之一。在使用以太网交换机时，虽然每个接口到主机的带宽还是10 Mbit / s ，但由于一个用户在通信时独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此拥有 N 对接口的交换机的总容量为Nx10 Mbit / s 。这正是交换机的最大优点。
以太网交换机一般都具有多种速率的接口，例如具有10 Mbit / s ,100 Mbit / s 和1 Gbit / s 的接口的各种组合，大大方便了各种不同情况的用户。
有一些交换机采用直通的交换方式，可以在接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。
利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLAN 。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，并不是一种新型局域网。
虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的、与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个虚拟局域网的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。1988年 IEEE 批准了802.3ac标准，这个标准定义了以太网的帧格式的扩展，以便支持虚拟局域网。虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为 VLAN 标记，用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。如果还使用原来的以太网帧格式，显然就无法划分虚拟局域网。
在一个用多个交换机连接起来的较大的局域网中，可以灵活地划分虚拟局域网，不受地理位置的限制。一个虚拟局域网的范围可以跨越不同的交换机。当然，所使用的交换机必须能够识别和处理虚拟局域网。在图 T -3-29中，在另外一层楼的交换机＃2连接了5台计算机，并与交换机＃1相连接。交换机＃2中的两台计算机加入到 VLAN -10，而另外3台加入到 VLAN -20。这两个虚拟局域网虽然都跨越了两个交换机，但各自是一个广播域。
连接两个交换机端口之间的链路称为汇聚链路（ trunk link )或干线链路。
现在假定 A 向 B 发送帧。由于交换机＃1能够根据帧首部的目的 MAC 地址，识别 B 属于本交换机管理的 VLAN -10，因此就像在普通以太网中那样直接进行帧的转发，不需要使用 VLAN 标签。这是最简单的情况。
现在假定 A 向 E 发送帧。交换机＃1查到 E 并没有连接到本交换机，因此必须从汇聚链路把帧转发到交换机＃2，但在转发之前，要插入 VLAN 标签。不插入 VLAN 标签，交换机＃2就不知道应把帧转发给哪一个 VLAN 。因此，在汇聚链路传送的帧是802.1Q帧。交换机＃2在向 E 转发帧之前，要拿走已插入的 VLAN 标签，因此 E 收到的帧就是 A 发送的标准以太网帧，而不是802.1Q帧。

【3-30】在图 T -3-30中，某学院的以太网交换机有三个接口分别和学院三个系的以太网相连，另外三个接口分别和电子邮件服务器、万维网服务器以及一个连接互联网的路由器相连。图中的 A , B 和 C 都是100 Mbit / s 以太网交换机。假定所有链路的速率都是100 Mbit / s ，并且图中的9台主机中的任何一台都可以和任何一台服务器或主机通信。试计算这9台主机和两台服务器产生的总的吞吐量的最大值。

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解答：这里的9台主机和两台服务器都工作时的总吞吐量是900+200=1100 Mbit / s 。3个系各有一台主机分别访问两台服务器和通过路由器上网。其他主机在系内通信。

【3-31】假定在图 T -3-30中的所有链路的速率仍然为100 Mbit / s ，但三个系的以太网交换机都换成100 Mbit / s 的集线器。试计算这9台主机和两台服务器产生的总的吞吐量的最大值。

解答：这里的每个系是一个碰撞域，其最大吞吐量为100 Mbit / s 。加上每台服务器100Mbit/ s 的吞吐量，得出总的最大吞吐量为500 Mbit / s 。

【3-32】假定在图 T -3-30中的所有链路的速率仍然为100 Mbit / s ，但所有的以太网交换机都换成100 Mbit / s 的集线器。试计算这9台主机和两台服务器产生的总的吞吐量的最大值。

解答：现在整个系统是一个碰撞域，因此最大吞吐量为100 Mbit / s 。

【3-33】在图 T -3-33中，以太网交换机有6个接口，分别接到5台主机和一个路由器。