第二章 以太网

第2章习题及解答

选择题：

( 1 ) 以下关于以太网络的说法中错误的是（ A ）。

( A ) 关于 Ethernet-II 的规范是 IEEE 802.3 ( B ) 以太网的媒体访问控制方式是 CSMA/CD ( C ) 以太网采用了曼彻斯特编码技术

( D ) 以太网交换机的出现标志着以太网已从共享时代进入到了交换时代

( 2 ) 在以太网中，媒体访问控制采用（ D ）。 ( A ) 非坚持 CSMA ( B ) 半－坚持 CSMA

( C ) p －坚持 CSMA ( D ) 1 －坚持 CSMA

( 3 ) 对传统的以太网而言，限制网络跨距的最根本因素是（ B ）。 ( A ) 节点发送的信号会随着传输距离的增大而衰减

( B ) 节点是边发送边检测冲突的 ( C ) 跨距太大将不利于载波帧听

( D ) 跨距太大会造成“退避时间”过长

( 4 ) 以下关于 802.3 帧格式的说法中正确的是（ C ）。 ( A ) 802.3 帧即 Ethernet-II 帧 ( B ) 前导码为 8 字节

( C ) 有一个长度字段 ( D ) 有一个类型字段

( 5 ) 10Mb/s 以太网不支持的媒体是（ B ）。

( A ) 粗同轴电缆 ( B ) 单模光纤 ( C ) 多模光纤 ( D ) 非屏蔽双绞线 UTP

( 6 ) （ C ）相当于一个多端口网桥。 ( A ) 网关 ( B ) 路由器 ( C ) 以太网交换机 ( D ) 中继器

( 7 ) 在工程中，组建总线型 10Mb/s 以太网应遵循（ B ）规则。 ( A ) 6-5-4-3-2-1 ( B ) 5-4-3 -2-1 ( C ) 4-3-2 -1 ( D ) 3-2-1

( 8 ) 1000BASE-T 中采用（ A ）编码。

( A ) 卷积编码 ( B ) 差分曼彻斯特编码 ( C ) 4B5B 码 ( D ) 5B6B 码

( 9 ) 生成树协议的作用是（ D ）。

(A) 确定任意两个节点间的最短路径

(B) 寻找一个源节点到多个目标节点间的多播路由 (C) 确定虚拟局域网 VLAN 的构成

(D) 查找并消除循环冗余链路，并能在工作链路出现故障时自动启用备用链路来维持数据通信

( 10 ) （ A ）不属于 VLAN 的划分方式。

(A) 基于应用层 (B) 基于网络层 (C) 基于 MAC 地址 (D) 基于端口

( 11 ) 在管理 VLAN 成员端口时，端口的输出规则一般是（ D ）。 (A) Tag (B) Untag (C) Unchange (D) 以上都有可能

( 12 ) 802.11 媒体访问协议定义了（ B ）种不同的帧间隙。 (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6

简答题：

1. 比较以太网 MAC 帧结构与 IEEE802.3 帧结构的区别，并解释为什么两种不同格式的帧可出现在一个网络上。 简答：

不同之处有三点：其一， IEEE802.3 帧中以长度字段取代， Ethernet- Ⅱ帧的类型字段 ；其二， Ethernet- Ⅱ帧 的前导码为 8 个字节，而 IEEE802.3 帧的前导码为 7 个字节，另一个字节用作帧首定界符 ；其三， IEEE802.3 帧中 DA字段除了最高位外还定义了次高位，次高位为“0”表示全局管理地址，为“1”表示局部管理地址。

为了使两种帧能兼容，通常采用一种能够处理类型和长度的机制。该方法是：当长度字段值大于最大帧长（1518B，实际采用0600H）时，就认为该帧采用 Ethernet-Ⅱ帧格式，该字段表示类型，否则就认为该帧是IEEE802.3帧。

2. 使用中继器为什么可以扩展网络长度？有无限制条件？ 简答：

因为中继器可对信号进行放大、整形，一定程度上抵抗信号的衰减和失真。中继器无法无线扩展网络长度，因为以太网的网络长度受冲突时间的限制。

3. 堆叠式集线器的级联电缆的作用是什么？比较堆叠式集线器与普通集线器的优劣，指出适用场合。 简答：

起到扩展集线器底板总线的作用。

普通的独立式集线器能以较低价格支持共享型以太网的连接，不需要进行管理；但在组网时遵循 5-4-3 -2-1 ，一个网络中最多只能使用 4 个集线器，即集线器对网络规模存在约束。它适合于一些站点数较少的环境。

堆叠式集线器的主要优点是可以在逻辑上看成一个集线器，即堆叠起来的集线器上的任何两个端口之间的延迟时间是一个集线器的延迟时间，这样随着堆叠式集线器的增加端口数自然也就增加了，起到了扩大网络规模的作用。堆叠起来的集线器上的各个端口享有相同的权力，可以用一种软件管理工具对全网进行管理，也可加入备份电源，提供可靠的有源连接。其缺点是全网共享有限的带宽，处于一个冲突域内。集线器上连接的网站越多，每站所享有的平均带宽越小，发生冲突的几率越大。堆叠式集线器主要用在站点集中、数量多，而带宽要求不高的场合。

4. 简述千兆以太网采用的帧突发技术和帧扩展技术。 简答：

媒体长度和数据传输率之积与最短帧长度成正比，当传输速率提高到 1Gb/s 时，最短帧长如果保持 64B 不变，所允许的媒体长度将影响网络的实用性，为此，千兆以太网采用

了帧扩展技术，以达到在不改变 802.3 标准所规定的最小帧长度、保持兼容性的条件下，仍有较好的网络跨距的目的。帧扩展技术在发送帧时检查帧的长度，当发送帧长小于 512B 时，发送站在发送完帧候再继续发送载波扩充位，一直到帧和载波扩充位的总长度达到 512B 。载波扩充位由一些非“ 0 ”非“ 1 ”的特殊符号组成。 帧扩展技术解决了网络跨距问题，但也可能影响短帧的传输性能，因为载波扩充位实际上占用了网络带宽。为此， IEEE802.3z 中增加了一种称为帧突发技术的机制进行弥补，以提高网络带宽的利用率。利用帧突发机制，当一个站点需要发送几个短帧时，先按照 CSMA/CD 协议发送第一个帧，该帧可能已附加了载波扩充位。一旦第一个帧发送成功，该站点就能够继续发送其他帧，直到总长度达到 65536b 为止。为了在帧突发过程中能始终占用媒体，站点必须用载波扩充位填充帧与帧之间的间隔，时其他站点看到线路总是处在“忙”状态而不会发送帧。

5. 假设光速C=3×108m/s，物理层延迟Tphy=0.15×10-5，电信号在电缆种的传播速度为0.7C，最小帧长Lmin=64B。在无中继器和集线器的情况下，请计算快速以太网跨距的近似值。 简答：

S=0.35C(Lmin/R-2Tphy)=0.35C×3×108×(64×8/108-2×0.15×10-5) =222.6(m)

6. 比较全双工以太网和半双工以太网的区别。 简答：

由于在总线方式下采用 CSMA/CD 技术，传统以太网一直工作在半双工方式下，任何情况下总线上只能有一个站点发送数据，否则数据将发生冲突。 采用交换机连接网络以后，交换机的每个端口通常只连接一个工作站。交换机的端口和工作站都分别使用一对线路进行发送，而从另一对线路上接收，这样即使交换机和工作站同时发送数据也不会产生冲突，因此能够使用全双工方式进行通信。

在网络结构和连线不变的情况下，以全双工方式进行工作，网络的带宽可以提高一倍。另外全双工以太网技术的使用也可拓宽以太网的覆盖范围。

7. 共享型以太网有哪些弱点？交换型以太网是如何弥补这些弱点的？ 简答：

由于受到 CSMA/CD 访问控制技术的制约，整个共享型以太网处在一个冲突域范围，使整个网络中所有服务器和工作站只能共享网络的带宽，这样随着网络节点数的增加，每个节点所能够获得的平均带宽将越来越小，无法满足网络应用对带宽的要求。 以太网交换技术的出现，为解决共享型以太网的带宽问题提供了有效的方法，该技术为终端用户提供了专用点对点连接，即把它们连接到一个高速背板总线上，为每个用户提供一条交换通道，所有连接在端口中的设备都可以获得全部带宽。

8. 描述以太网交换机的逻辑机理。 简答：

以太网交换机的每个端口均可看作一个网桥，网桥的一端作为交换机的端口连接独立的网络，而另一端在交换机内部通过高速的背板总线相互连接在一起，可以实现各端口之间数据帧的高速转发。交换机所承担的工作就是从一个端口接收到帧后，根据帧所包含的目的 MAC 地址选择目的端口进行转发。

为了让以太网交换机摆脱 CSMA/CD 媒体访问控制方式的约束，交换机中同时存在着

若干数据通道，不同端口的数据通道之间存在一种受控的连接关系，在逻辑上可以认为是一个受控制的多端口开关矩阵。交换机各端口的信息流是受控的，控制的依据是流入端口的帧所包含的目的 MAC 地址以及各端口所包含的 MAC 地址列表。

9. 比较存储转发与直通两种交换方式的优缺点。 简答：

存储转发交换方式的缺点是帧在交换机中的延迟时间较长；优点是帧转发的可靠性较好，某种程度上节省了端口的带宽。

直通交换方式的缺点是，若接收的帧是错误的，交换机将无法识别只能任其转发，直至接收到帧尾部的循环冗余校验和之后才能判别该帧是错误的，但此时已浪费了输出端口的带宽，因此在网络出错概率较大的情况下这种交换方式的转发效率将低于存储转发交换方式；优点是减少了帧在交换机中的滞留时间，缩短了帧的转发延迟时间，提高了交换性能。

10. 无线局域网的 CSMA/CA 协议与以太网的 CSMA/CD 协议主要区别在哪里？为什么在无线局域网中不能使用 CSMA/CD 协议？ 简答：

退避机制是 CSMA/CA 的重要部分，以太网中的退避是在发生冲突以后才进行，而 CSMA/CA 则在发送数据之前使用退避，以减小发生冲突的可能。为了保证这种媒体访问协议的健壮性，使偶尔还可能发生的碰撞不会破坏协议的工作， CSMA/CA 设置了专门的 ACK 应答帧，用来指示碰撞的发生。

在无线网卡中实现碰撞检测十分困难，要检测一个碰撞，无线网卡必须能够在发射的同时进行检测，这在高频电子电路中实现非常昂贵，是不实际的。因此无线局域网中不能使用 CSMA/CD 协议。

11. 无线局域网有几种建网方式？分别适用于哪些应用场合？ 简答：

802.11 支持 DCF 和 PCF 两种组网方式。前者是最基本的媒体访问控制方式，绝大多数应用都使用 DCF 提供的有竞争传送服务来传送数据。而后者作为集中访问机制，由控制节点集中控制其他工作站无竞争地对媒体进行访问，提供无竞争数据传输服务。后者建立在前者基础之上，仅限用于 Infrastructure 网络中。

12. 无线局域网使用哪些技术解决安全问题？ 简答：

802.11 定义了用户认证机制和用户数据保密的安全机制 WEP ，但它的安全强度较弱。 802.11i 采用了端口访问控制协议 802.1x 和可扩展的认证协议 EAP 进行用户认证，并采用新的使用动态密钥的数据加密机制替代 WEP ，以保证数据的机密性和完整性。

13. 无线局域网由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 简答：

802.11 无线局域网有 4 个主要部件：

① 工作站 STA ，通常是指各种具备无线网络接口的移动数字设备，提供用户界面； ② 接入点即 AP ，具有包括提高工作站到分发系统的接入、完成无线网的帧与用作分发系统的网络的帧之间的格式转换、实现桥接功能、进行功率管理、接入控制等作用。

③ 分发系统 DS ，用于连接各个基本服务集，另外通常还能将整个无线局域网与其他有线

网络连通起来；

④ 无线介质 WM ，指无线局域网使用的自由空间。

14. 何谓基本服务集？何谓延伸服务集？何谓分发系统？ 简答：

基本服务集是一群相互通信的工作站，是无线局域网的基本组织单位。

若干基本服务集的 AP 通过分发系统互连起来，满足了任意大小、复杂度高的大范围网络覆盖的要求，这种包括若干基本服务集的集合称为延伸服务集。 分发系统用于连接各个基本服务集（AP），目前多为有线网络。同时，整个无线局域网还可通过分发系统与其他有线网络连通。

15 说明接入点（AP）在无线局域网中的作用。 简答：

AP 具有许多作用，包括：提高工作站到分发系统的接入；完成无线网的帧与用作分发系统的网络的帧之间的格式转换；实现桥接功能；进行功率管理、接入控制等。

16. 组建一个有 3 个 AP 的无线局域网，这三个 AP 分别接在 3 个不同的 IP 子网上。这样的一个无线局域网，运行时会出现什么样的现象？ 简答：

移动节点将无法正常地从一个无线局域网漫游到另一个无线局域网。

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