第四章局域网4-03、一个7层楼，每层有一排共15间办公室。

每个办公室的楼上设有一个插座，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。

设任意两个插座之间都允许连上电缆（垂直、水平、斜线……均可）。

现要用电缆将它们连成（1）集线器在中央的星形网；（2）总线式以太网。

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层楼编号为1-7层。

按楼层高4米计算。

在星形网中，集线器放在4层中间位置（第8间房）。

电缆总程度等于：7 154 ΣΣ √（i-4）2+（j-8）2=1832（m）i=1 j=1（2）对于总线式以太网（如10BASE2），每层需4×14=56（m）水平电缆，垂直电缆需4×6=24（m），所以总长度等于7×56+24=416（m）4-04数据率为10Mbit/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少波特？答：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。

4-06试说明10BASE5，10BASE2，10BASE-T，1BASE-5，10BROAD36和FOMAU所代表的意思。

答：10BASE5，10BASE2，10BASE-T分别表示以太网的三种不同的物理层。

10表示数据率是10Mb/s，BASE表示电缆上的信号是基带信号，采用曼彻斯特编码。

5表示粗缆，每一段电缆的最大长度是500米。

2代表细缆，每一段电缆的最大长度是185米。

T表示双绞线。

10BROAD36：“10”表示数据率为10Mbit/s，“BROAD”表示电缆上的信号是宽带信号，“36”表示网络的最大跨度是3600m。

FOMAU : (Fiber Optic Medium Attachment Unit) 光纤媒介附属单元。

4-07 10Mbit/s以太网升级到100Mbit/s和1Gbit/s甚至10Gbit/s时，需要解决哪些技术问题？在帧的长度方面需要有什么改变？为什么？传输媒体应当有什么改变？答：以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按比例缩短，这样会影响冲突的检测。

所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，使参数a 保持为较小的值，才能有效地检测冲突。

在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3标准规定的以太网最小最大帧长，使不同速率的以太网之间可方便地通信。

100bit/s的以太网采用保持最短帧长（64byte）不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m，同时将帧间间隔时间由原来的9.6μs，改为0.96μs。

1Gbit/s以太网采用保持网段的最大长度为100m的方法，用“载波延伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64字节，同时将争用字节增大为512字节。

传输媒体方面，10Mbit/s以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而100Mbit/s和1Gbit/s以太网支持双绞线和光纤，10Gbit/s以太网只支持光纤。

4-08有10个站连接在以太网上。

试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

（1）10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器。

（2）10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器。

（3）10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。

答：（1）10个站共享10Mb/s。

（1）10个站共享100Mb/s。

（3）每个站独占10Mb/s。

4-09 100个站分布在4km长的总线上。

协议采用CSMA/CD。

总线速率为5Mb/s，帧的平均长度为1000bit。

试估算每个站每秒钟发送的平均帧数的最大值。

传播时延为5µs/km。

解：发送一个帧所需的平均时间为：Tav=2τNR+T0+τ，其中NR=(1-A)/A，A是某个站发送成功的概率，，N＝100时，Amax=0.369,总线上每秒发送成功的最大帧数：，则得每个站每秒发送的平均帧数为3400/100=34.74-10在以下条件下，分别重新计算上题，并解释所得结果。

（1）总线长度减小到1km。

（2）总线速度加倍。

（3）帧长变为10000bit。

答：设a与上题意义相同（1）a1=a/4=0.025，Smax1=0.9000每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=45总线长度减小，端到端时延就减小，以时间为单位的信道长度与帧长的比也减小,信道给比特填充得更满,信道利用率更高，所以每站每秒发送的帧更多。

（2）a2=2a=0.2，Smax2=0.5296每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=53总线速度加倍，以时间为单位的信道长度与帧长的比也加倍，信道利用率减小（但仍比原来的1/2大），所以最终每站每秒发送的帧比原来多。

（3）a3=a/10=0.01，Smax3=0.9574每个站每秒种发送的平均帧数的最大值=4.8帧长加长10倍，信道利用率增加，每秒在信道上传输的比特增加（但没有10倍），所以最终每站每秒发送的帧比原来少。

4-11假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/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，单程端到端传播时延为：τ=1÷200000=5×10-6s=5μs，端到端往返时延为：2τ=10μs为了能按照CSMA/CD工作，最小帧的发送时延不能小于10μs，以1Gb/s速率工作，10μs可发送的比特数等于：10×10-6×1×109=10000b it=1250字节。

4-12有一个使用集线器的以太网，每个站到集线器的距离为d，数据发送速率为C，帧长为12500字节，信号在线路上的传播速率为，距离d为25m或2500m，发送速率为10Mb/s或10Gb/s。

这样就有四种不同的组合。

试利用公式（4-9）分别计算这4种不同情况下参数的数值，并作简单讨论。

解：公式（4-9）为：其中为传播时延，为数据帧的发送时间。

计算结果：距离 d=25m d=2500m发送速率 C=10Mb/s C=10Gb/s C=10Mb/s C=10Gb/s讨论：越大，信道利用率就越小。

4-15假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行的，而其余的20%的通信量是在本局域网和因特网之间进行的。

另一个以太网的情况则反过来。

这两个以太网一个使用以太网集线器，另一个使用以太网交换机。

你认为以太网交换机应当用在哪一个网络上？答：以太网交换机用在这样的网络，其20%通信量在本局域网而80%的通信量到因特网。

4-16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。

4-17使用CSMA/CD协议时，若线路长度为100m，信号在线路上传播速率为2×108m/s。

数据的发送速率为1Gbit/s。

试计算帧长度为512字节、1500字节和64000字节时的参数a的数值，并进行简单讨论。

答：a=τ/T0=τC/L=100÷（2×108）×1×109/L=500/L，信道最大利用率Smax =1/（1+4.44a），最大吞吐量Tmax=Smax×1Gbit/s帧长512字节时，a=500/（512×8）=0.122， Smax =0.6486，Tmax=648.6 Mbit/s 帧长1500字节时，a=500/（1500×8）=0.0417，Smax =0.8438 ，Tmax=843.8 Mbit/s 帧长64000字节时,a=500/（64000×8）=0.000977,Smax =0.9957，Tmax=995.7 Mbit/s可见，在端到端传播时延和数据发送率一定的情况下，帧长度越大，信道利用率越大，信道的最大吞吐量就越大。

4-18以太网交换机有何特点？它与集线器有何区别？答：以太网交换机实质上是一个多端口网桥。

工作在数据链路层。

以太网交换机的每个端口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般工作在全双工方式。

交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样，进行无碰撞地传输数据。

通信完成后就断开连接。

区别：以太网交换机工作数据链路层，集线器工作在物理层。

集线器只对端口上进来的比特流进行复制转发，不能支持多端口的并发连接。

4-19网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？答：网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传送的各种帧。

每当收到一个帧时，就先暂存在其缓冲中。

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，则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。

若该帧出现差错，则丢弃此帧。

网桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。

但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太大的局域网不适合。

网桥与转发器不同，（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作在物理层；（2）网桥不像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于另一网络的帧或广播帧；（3）转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须执行CSMA/CD算法；（4）网桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效率并连接不同MAC子层和不同速率局域网的作用。

以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2-4个端口；它们都工作在数据链路层；网桥的端口一般连接到局域网，而以太网的每个接口都直接与主机相连，交换机允许多对计算机间能同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。

所以实质上以太网交换机是一个多端口的网桥，连到交换机上的每台计算机就像连到网桥的一个局域网段上。

网桥采用存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转发。

以太网交换机采用了专用的交换机构芯片，转发速度比网桥快。

4-23现有五个站分别连接在三个局域网上，并且用两个透明网桥连接起来，如下图所示。