计算机网络 第八章 局域网(习题)

第 8 章 局域网

8-1 填空题

1. 局域网中常见的拓扑结构有（ 星型 ）、（ 环型 ）和（ 总线型 ）3 种。

2. 局域网涉及 OSI 参考模型中的（ 数据链路）层和（ 物理 ）层。

3. MAC 地址共有（ 48 ）比特。

4. 以太网使用（CSMA/CD ）协议来解决总线使用权的问题。

5. 对于 10Mbps 的以太网，争用期为（ 51.2μs ），最短帧长是（ 64 字节 ）。

6. 10Base-2 使用的传输介质是（ 细同轴电缆 ）。

7. 10Base-5 使用的传输介质是（ 粗同轴电缆 ）。

8. 10Base-T 使用的传输介质是（ 双绞线 ）。

9. 以太网交换机是按照（ MAC ）地址进行转发的。

10. 交换机在其转发表中一般登记三个信息：（ MAC 地址 ）、端口号和时间。

11. IEEE802 局域网协议将链路层分为（ 逻辑链路控制 ）子层和（ 媒体访问控制 ）子层。

12. 10BASE5 Ethernet 表示使用粗同轴电缆的以太网络，其中“10”代表（ 传输速率为 10M ），“BASE”代表（ 基带传输 ），“5”代表（ 最大传输距离为 500M ）。

8-2 选择题

1. 在以太网中，MAC 帧中的源地址字段是（ A ）。
   A．发送方的物理地址 B．前一个站点的物理地址
   C．下一个站点的物理地址 D．接收方的物理地址

2. 在以太网中，MAC 帧中的目的地址字段是（ D ）。
   A．发送方的物理地址 B．前一个站点的物理地址
   C．下一个站点的物理地址 D．接收方的物理地址

3. （ C ）使用星型拓扑。
   A．10Base-5 B．10Base-2
   C．10Base-T D．以上都不对

4. 10Mbps 以太网帧的最短长度为（ C ）字节。
   A．46 B．18 C．64 D．1 518

5. 交换机通过将数据帧中的（ A ）和自己地址表中的信息进行比较，实现数据帧的转发。
   A．目的 MAC 地址 B．源 MAC 地址
   C．目的 IP 地址 D．源 IP 地址

6. 集线器工作在（ A ）。
   A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．运输层

7. 交换机工作在（ B ）。
   A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．运输层

8. 有关 CSMA/CD 协议正确的说法是（ C ）。
   A．如果有数据要发送，那么主机就立刻发送
   B．如果发生了碰撞，则碰撞双方等待一个固定的时间，再继续发送
   C．如果过了争用期后都没有检测到碰撞，那么就肯定不会有碰撞了
   D．站点在发送完帧之后再对冲突进行检测

9. 组建局域网可以用集线器，也可以用交换机。用集线器连接的一组工作站（ B ），用交换机连接的一组工作站（ C ）。（各空分别选择答案）
   A．同属一个冲突域，但不属一个广播域
   B．同属一个冲突域，也同属一个广播域
   C．不属一个冲突域，但同属一个广播域
   D．不属一个冲突域，也不属一个广播域

10. 如果一个网络采用一个具有 24 个 100M b/s 端口的交换机作为连接设备，每个连接结点平均获得的带宽为（ D ）。
    A．0.417 M b/s B．4.17 M b/s C．10 M b/s D．100 M b/s

11. 如果一个网络采用一个具有 24 个 10M b/s 端口的集线器作为连接设备，每个连接结点平均获得的带宽为（ A ）。
    A．0.417 M b/s B．4.17 M b/s C．10 M b/s D．100 M b/s

12. IEEE 802 项目组将数据链路层划分为两个子层，其中最下面的子层为（ B ）。
    A．LLC B．MAC C．PDU D．HDLC

13．关于 VLAN 下面说法错误的是（ A ）。
A．一个 VLAN 等于一个冲突域
B．一个 VLAN 等于一个广播域
C．将物理网段分成多个逻辑网段
D．VLAN 能跨越多个交换机

14. 下列网络设备能隔离广播域的是（ A ）。
    A．路由器 B．交换机 C．集线器 D．中继器

15. 划分 VLAN 的方法有很多种，不包括的是（ B ）。
    A．根据端口划分 B．根据路由设备划分
    C．根据 MAC 地址划分 D．根据 IP 地址划分

16. 下列那个不是局域网的特点（ C ）。
    A.为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限
    B.所有的站点共享较高的总带宽
    C.安全性和保密性好
    D.各站点为平等关系

17. 以太网中，当数据传输速率提高时，帧的发送时间会相应的变短，这样会影响冲突检测。
    为了更有效地检测冲突，解决方法有（ B ）。
    A.减少电缆介质的长度或减少最短有效帧长
    B.减少电缆介质的长度或增加最短有效帧长
    C.增加电缆介质的长度或减少最短有效帧长
    D.增加电缆介质的长度或增加最短有效帧长

18. 在以太网中，有 A、B、C、D 一共 4 台 PC 机，若 A 向 B 发送数据，则（ A ）。
    A. 只有 B 可以接收到数据
    B. 4 台 PC 机都能接收到数据
    C. 只有 B、C、D 可以接收到数据
    D. 4 台 PC 机都不能接收到数据

19. 下列以太网中，只能工作在全双工模式下的是（ D ）。
    A. 10BASE-T 以太网 B. 100BASE-T 以太网
    C. 吉比特以太网 D. 10Gbit 以太网

20. 快速以太网仍然使用 CSMA/CD 协议，它采用（ C ）。而将最大电缆长度减少到 100m
    的方法，使以太网的数据传输速率提高至 100Mb/s。
    A. 改变最短帧长 B. 改变最长帧长
    C. 保持最短帧长不变 D. 保持最长帧长不变

8-3 判断题

1. MAC 地址中前 2 个字节由 IEEE 统一分配，后 4 个字节由厂商自行分配。 ×

2. IEEE 802.3 标准帧格式与以太网 DIX v2 帧格式不能兼容。 ×

3. CSMA/CD 协议定义的争用期指的是信号在最远两个端点之间往返传输的时间。√

4. 当在同一局域网的两个设备具有相同的 MAC 地址时，会导致它们不能正确通信。√

5. 吉比特以太网不可以同时支持全双工模式和半双工模式。 ×

6. 百兆以太网的物理拓扑是总线型结构。 ×

7. ARP 协议的作用范围仅限于一个局域网内部。 √

8. 在点对点的网络中，也需要使用 ARP 协议来完成 IP 地址和物理地址的映射。 ×

8-4 简答题

1. 简述 ALOHA 协议的工作原理。
   答：
   ? ?? ?纯 ALOHA 协议的工作原理：站点只要产生帧，就立即发送到信道上；规定时间内
   若收到应答，表示发送成功，否则重发。
   ? ?? ?时隙 ALOHA 协议的工作原理：把信道时间分成离散的时间槽，槽长为一个帧所需的发送时间。每个站点只能在时槽开始时才允许发送。其他过程与纯 ALOHA 协议相同。

2. 简述令牌环的工作原理。
   答：
   ? ?? ?（1）首先进行环的初始化（建立一逻辑环），然后产生一空令牌，在环上流动。
   ? ?? ?（2）希望发送帧的站必须等待，直到它检测到空令牌的到来。
   ? ?? ?（3）想发送的站拿到空令牌后，首先将其置为忙状态，该站紧接着向令牌的后面发送一个数据帧。
   ? ?? ?（4）当令牌忙时，由于网上无空令牌，所有想发送数据帧的站必须等待。

3. 简述 MAC 地址的分类。
   答：
   ? ?? ?MAC 地址分为三类，分别是单播地址、广播地址和组播地址。
   ? ?? ?（1） 单播地址：一对一的通信称为单播，单播地址用来唯一地确定网络中的一台主机，每个网卡在出厂时都被分配唯一的一个单播地址。
   ? ?? ?（2） 广播地址：一台主机向网络中的所有主机发送数据，称为广播。一份广播帧，要使用一个广播地址作为目的地址，广播地址的 48 比特全为 1，即 FF-FF-FFFF-FF-FF。
   ? ?? ?（3） 组播地址：组播是要把帧发送给一组主机，既不是全部主机也不是一个主机。组播的目的 MAC 地址的特征是第一个字节的最低位是 1， MAC 组播地址空间是除去全 1 的 47 位地址空间。

4. 简述 CSMA/CD 协议的原理。
   答：
   ? ?? ?每个节点都共享网络传输信道，在每个站要发送数据之前，都会检测信道是否空闲，如果空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，则对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。
   ? ?? ?简单说：先听后发，边发边听，冲突停止，稍后重发。

5. 什么是争用期？争用期如何计算？争用期同最短帧长有什么关系？
   答：
   ? ?? ?在以太网中，节点发出数据帧后的一段时间内可能会遇到冲突，这段时间称为争用期，即以太网端到端往返时间 2τ，又称为碰撞窗口。争用期过后，就不会有冲突产生了。
   ? ?? ?争用期＝2 倍总线长度/信号的传播速度。
   ? ?? ?最短帧长＝争用期*数据发送速率（带宽）。

6. 什么是广播域？什么是冲突域？两者有什么联系和区别？
   答：
   ? ?? ?广播域是一个广播帧能够到达的最大范围。
   ? ?? ?冲突域是指局域网中的某个区域内，如果两台主机同时发送数据，就会产生冲突，这样的一个区域就称为冲突域。
   ? ?? ?一个广播域可能包括一个或多个冲突域。在集线器连接的网络中，冲突域和广播域是重合的。在交换机连接的网络中，一个交换机就是一个广播域，而交换机的每一个端口是一个冲突域。

7. 简述集线器和交换机的区别。
   答：
   ? ?? ?集线器是工作在物理层的设备。集线器会将从一个端口收到的信号，向其他所有的端口转发，因此集线器发挥的实际上是一个总线的作用，一个集线器就是一个冲突域。
   ? ?? ?交换机是工作在数据链路层的设备，它能够识别数据帧，能够根据自学习算法，在交换机内建立端口和 MAC 地址的对应关系。根据数据帧中目的 MAC 地址将数据帧转发到对应的端口，而不是广播到所有的其他端口，因此交换机每个端口是一个冲突域。使用交换机能够有效地减小冲突，提供数据包的发送效率。

8. 简述二层交换机与三层交换机的区别。
   答：
   ? ?? ?（1）工作层级不同：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作在网络层。
   ? ?? ?（2）功能不同：二层交换机基于 MAC 地址访问，只做数据的转发，而三层交换机将二层交换技术和三层转发功能结合在一起，也就是说三层交换机在二层交换机的基础上增加了路由功能，可配置不同 VLAN 的 IP 地址，VLAN 之间可通过三层路由实现不同 VLAN 之间通讯。

9. 什么是 VLAN？为什么要划分 VLAN？
   答：
   ? ?? ?VLAN 是指虚拟局域网技术，是为解决以太网的广播风暴问题和安全性而提出的一种技术。
   ? ?? ?一个局域网就是一个广播域。随着局域网的范围不断扩大，广播域也在不断地扩大，随之会带来“广播风暴”的问题。利用 VLAN 可以有效地在交换机上分割广播域，动态地管理网络。

10. 简述路由器和交换机的区别。
    答：
    ? ?? ?（1） 路由器工作在网络层，依赖路由表来转发数据，对数据包解封装到网络层，查看 IP 地址。路由器隔离广播域；
    ? ?? ?（2） 交换机工作在数据链路层，依赖 MAC 地址表转发数据，对数据包解封装到数据链路层查看 MAC 地址。交换机转发速度极高。

11. 如下图所示。主机 A 和主机 B 分别位于不同的网络，通过路由器 R 相连，IP 地址和
    MAC 地址如上所示。主机 A 向主机 B 发送 IP 数据报。
    （1）在整个通信过程中，涉及到的协议都有哪些？
    （2）如果主机和路由器的 ARP 缓存都有相关的映射，IP 数据报从主机 A 到主机 B，总共需要发送几个帧？每个帧中的物理地址和 IP 地址分别是什么？
    （3）如果主机和路由器的 ARP 缓存中都为空，与（2）相比，发送帧的数目和帧的内容有什么不同？
    答：
    ? ?? ?（1） ARP、IP，以太网
    ? ?? ?（2） 两个帧。第一个帧从 A 到 R，第二帧从 R 到 B。A 的网络层要首先为 IP 数据报（源 IP 172.16.1.2，目的 IP 172.16.2.3）选路，选择的下一站是 172.16.1.1（R 的左侧接口）。由于主机 A 的 ARP 缓存中有172.16.1.1 所对应的 MAC 地址，所以 IP 数据报直接封装成帧（下表中的第 1个帧）后，发送给路由器 R。
    ? ?? ?路由器 R 从左侧接口收到帧后，去掉帧的首部和尾部，IP 数据报上传到 R 的网络层，网络层为 IP 数据报选路，转发接口为 R 的右侧接口，下一站就是目的地主机 B（172.16.2.3）。由于路由器 R 的 ARP 缓存中有 172.16.2.3 所对应的MAC 地址，所以 IP 数据报再次被封装成帧（下表中的第 2 个帧），发送给主机 B。

帧	帧发送方	帧接收方	源 MAC	目的 MAC	封装报文	源 IP	目的 IP
1	A	R 左侧接口	74-29-9C-E8-FF-55	E6-E9-00-17-BB-4B	IP 数据报	172.16.1.2	172.16.2.3
2	R 右侧接口	B	1A-23-F9-CD06-9B	49-BD-D2-C7-56-2A	IP 数据报	172.16.1.2	172.16.2.3

? ?? ? ? ?? ?（3）因为所有设备的 ARP 表是空表，所以当 A 为 IP 数据报找到下一站 172.16.1.1 时，需要发送 ARP 广播来得到 172.16.1.1 所对应的 MAC 地址。类似，当路由器把 IP 数据报转发到 B 时，也需要发送 ARP 广播来获取主机 B 的 MAC 地址。所以，与（2）相比，从 A到 R，会多 ARP 的请求报文和应答报文，从 R 到 B，也会多ARP 请求报文和应答报文。
总共会发送 5 个帧，如下表

帧	帧发送方	帧接收方	源 MAC	目的 MAC	封装报文	源 IP	目的 IP
1	A	172.16.1.0 网络中所有主机和路由器	74-29-9C-E8-FF-55	FF-FF-FF-FF-FF	ARP 请求（询问172.16.1.1 的 MAC地址）	无	无
2	R左侧接口	A	E6-E9-00-17-BB-4B	74-29-9C-E8-FF-55	ARP 应答（含有172.16.1.1 对应MAC 地址）	无	无
3	A	R 左侧接口	74-29-9C-E8-FF-55	E6-E9-00-17-BB-4B	IP 数据报	172.16.1.2	172.16.2.3
5	主机B	R 右侧接口	49-BD-D2-C7-56-2A	1A-23-F9-CD-06-9B	ARP 应答（含有172.16.2.3 对应MAC 地址）	无	无
6	R右侧接口	B	1A-23-F9-CD-06-9B	49-BD-D2-C7-56-2A	IP 数据报	172.16.1.2	172.16.2.3

8-5 计算题

1. 假定有 2km 长的 CSMA/CD 网络的数据率为 10Mbps。设信号在网络上传输的速率为 2×10⁵ km/s，分别求能够使用此协议的争用期和最短有效帧长。
   答：
   ? ?? ?争用期=2 倍传播时延=2 倍总线长度/信号的传播速率
   ? ?? ?所以，争用期=2×2km/ 2×10⁵ km/s =2×10^-5 s=20μs
   ? ?? ?最短有效帧长=争用期×带宽=2×10^-5×10×10⁶=200bit

2. 若构造一个 CSMA/CD 总线网，速率 100Mbps，信号在电缆中传播速率为 2×10⁵ km/s，数据帧的最小长度为 125 字节。试求总线电缆的最大长度（假设总线电缆中无中继器）。
   答：
   ? ?? ?争用期=2 倍传播时延=2 倍总线长度/信号的传播速率
   ? ?? ?设总线电缆的最大长度为 L，则 125×8/ 100×10⁶=2×L/2×10⁵ km 推算出 L=1000m