局域网技术和局域网组建课后习题参考答案.docx
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局域网技术和局域网组建课后习题参考答案
第1章参考答案
1.什么是计算机网络?
答:
为了实现计算机之间的通信、资源共享和协同工作,利用传输介质、网络通信设备,将地理位置分散的、在功能上独立的一组计算机按照某种结构联系起来,并通过网络操作系统和网络通信协议对这组互连的计算机进行管理,这就是计算机网络。
2.计算机网络的主要功能有哪些?
答:
(1)资源的共享。
计算机的资源包括硬件资源、软件资源、数据与信息资源。
(2)交互通信。
实现计算机之间及计算机用户之间的数据通信。
(3)协同工作。
连网的计算机之间或用户之间可以为完成某一任务而协调一致地工作。
3.计算机网络的主要组成有哪些?
答:
计算机网络由各种硬件组件和软件组件组成。
硬件组件包括:
包含网卡的计算机和服务器,打印机、绘图仪、Modem等各种外部设备;中继器、集线器、交换机、网桥、路由器、无线AP或无线路由等中间设备;同轴电缆、双绞线、光纤、卫星天线等传输介质。
软件组件包括:
网络操作系统、网络和通信协议、各种应用软件等。
4.从网络的作用范围来看,网络有几种分类?
答:
按通信方式分:
交换网和广播网;
从网络的使用者分:
公众网和专用网;
按传输介质分:
有线网和无线网;
按服务方式分:
客户机/服务器网络和对等网络;
从网络的作用范围来分:
接入网、局域网、城域网和广域网;
对分组交换网,又分为通信子网、资源子网。
5.试简述网络的拓扑结构和工作过程。
答:
网络中的计算机及设备等各结点要实现互连,就需要以一定的结构方式进行连接,这种网络中各结点间相互连接的方式叫做“拓扑结构”。
网络拓扑结构是指用传输介质互连各种网络设备的物理布局。
网络拓扑图给出了网络中各结点相互间的连接图。
网络拓扑的基本结构有星型结构、总线型结构、环型结构;此外还有混合型拓扑结构、树型拓扑结构、网状拓扑结构、蜂窝拓扑结构等。
总线型拓扑结构信息发送的过程为:
网络中的各个计算机在发送数据之前,首先要进行载波监听,当网络空闲时,开始发送数据,所有的计算机都能侦听到数据,但只有目标地址相同的计算机才会接收,其他计算机放弃。
当两个以上的计算机同时监听到网络空闲并同时发送数据时,就会产生冲突现象,发送随即宣告失败。
然后这两个计算机随机等待一段时间后,再重新争用网络,重发未完成的数据。
星型拓扑结构信息发送的过程为:
某一工作站有信息发送时,将向中心结点申请,中心结点响应此工作站,并将该工作站与目的工作站或服务器建立会话。
此时,就可以进行无延时的会话。
环型拓扑结构中,数据发送的过程为:
一般情况下,环型拓扑结构采用令牌环(TokenRing)的介质访问控制,网络上的各个计算机均可以请求发送信息,请求一旦被批准(拿到空令牌),该计算机就可以向网络发送数据,并采用单向传输。
只有当传送信息的目的地址与网络上某台计算机的地址相符合时,才被该计算机的环接口所接受,否则,信息将传至下一台计算机的环接口。
当目标计算机收到数据后,做好标记,并继续下传,直至源发送计算机为止,在判断发送正确后才被丢弃,并产生新的令牌下传。
6.OSI分为哪七层,其主要功能是什么?
答:
OSI分层结构从低到高依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
应用层的主要功能如下:
在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。
服务分为两类:
公共应用服务和特定应用服务。
公共应用服务提供最基本的服务,主要为应用进程通信、分布系统实现提供基本的控制机制。
特定应用服务则要满足一些特定服务,如文件传送、访问管理、作业传送、银行事务、订单输入等。
这些将涉及到虚拟终端、作业传送与操作、文件传送及访问管理、打印服务、报文服务、目录服务、网络管理、远程数据库访问、图形核心系统、开放系统互连管理等。
表示层的主要功能如下。
表示层保证了通信设备之间的互操作性。
该层的功能使得两台内部数据表示结构都不同的计算机能实现通信。
它提供了一种对不同控制码、字符集和图形字符等的解释,而这种解释是使两台设备都能以相同方式理解相同的传输内容所必需的。
表示层还为数据安全性提供加密与解密措施,为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等。
会话层的主要功能如下:
建立和维持两端之间的会话、使会话同步,并负责数据的传送。
例如:
两结点在正式通信前,需要协商好双方所使用的通信协议、通信方式(全双工或半双工)、如何纠错和复原,以及如何结束通信等内容,面向会话是大多数主机通信的标准(会话控制在局域网中不常用,因为局域网被认为是高可靠的)。
会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信(这种能力对于传送大的文件极为重要)。
传输层的主要功能如下:
采用分流/合流、复用/分时复用技术来调节不同的通信子网之间的差异,提供性能恒定的界面给会话层。
传输层还要具备差错恢复,流量控制等功能,以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异。
传输层面对的数据对象不是网络地址和主机地址,而是与会话层的界面端口。
网络层的主要功能如下。
路由选择和中继。
静态路由:
固定路径;动态路由:
根据网络负载选择路由。
激活、终止网络连接。
在一条数据链路上复用多条网络连接,采取分时复用技术。
差错检测与恢复。
排序,流量控制,防止拥塞。
服务选择。
网络管理。
链路层的主要功能如下:
链路连接的建立,拆除,分离。
将比特流分组组成帧,加上帧同步、帧定界和检错码。
链路层的数据传输单元是帧。
协议不同,帧的长短和字段也有差别。
但无论如何,必须对帧进行定界。
顺序控制:
指对帧的收发顺序的控制。
流量控制:
防止发送方过快以致接收方来不及处理。
差错检测和恢复,链路标识,流量控制等。
差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码,而帧丢失等用序号检测。
各种错误的恢复则靠反馈重发技术来完成。
物理层的主要功能如下:
在物理传输介质上传输数据比特流。
在物理传输介质上建立、维持和终止传输比特流的物理连接。
编码即用什么样的脉冲信号来表示数字“0”和“1”。
规定脉冲的宽度。
传输方式是双工还是单工。
通信如何建立和结束。
物理接插口的各项机械、电气和光学性能等。
7.什么是TCP/IP?
列举每个层次有哪些协议,并将TCP/IP与OSI进行比较。
答:
TCP/IP是一组不同层次上的多个协议的集合,它能实现不同机器、不同网络之间的互连。
8.数据编码技术有哪些?
答:
1.数字数据的数字传输(基带传输)
常用的编码方式有如下几种。
(1)不归零制码(NRZ)。
(2)曼彻斯特码。
(3)差分曼彻斯特码。
(4)逢“1”变化的NRZ码。
(5)逢“0”变化的NRZ码。
(6)4B/5B编码。
2.数字数据的模拟传输(频带传输)
将数字数据调制为模拟信号有3种方式:
振幅键控(ASK);移频键控(FSK);移相键控(PSK)。
3.模拟数据数字传输(PCM)
PCM(脉冲编码调制)技术就是在发送端通过对发送信号进行取样、量化和编码3个步骤,将模拟信号转换为数字信号的技术。
4.宽带传输
9.什么是多路复用技术?
有几类?
答:
多路复用技术就是将多个信道的信号以一定方式组合在一条物理线路上传送的技术。
一般可分为以下几类,即频分、码分、波分和时分多路复用。
10.什么是单工和双工传输方式?
什么是同步和异步传输方式?
答:
(1)单工通信。
从一台设备传输信息到另一台设备,它们在发送方和接收方之间有明确的方向性,称为单工通信(SimplexCommunication),如图1-18(a)所示。
(2)全双工通信(Full-DuplexCommunication)。
在这种方式下,收发双方同时工作,接收和发送可同时进行。
由串行通信的要求可知,在这种通信方式下需要两条信道,如图1-18(b)所示。
这样的设备可以同时进行发送和接收。
当设备在一条线路上发送数据时,它可能会收到其他的数据。
(3)半双工通信(Half-DuplexCommunication)。
通信的每一方既可以是发送方也可以是接收方,但在任一时刻只能一方执行一个功能,或是发送或是接收,不能同时执行两个功能。
可以在一条信道上执行通信过程而无须另加硬件,如图1-18(c)所示。
这样的设备可以发送和接收,但必须轮流进行。
异步传输(AsynchronousTransmission)指比特被划分成小组独立传送。
发送方可以在任何时刻发送这些比特组,而接收方从不知道它们会在什么时候到达。
同步传输(SynchronousTransmission)的比特分组要大得多,它不是独立地发送每个字符,使每个字符都有自己的开始位和停止位,而是把很多字符组合起来一起发送,称这种组合为数据帧,简称为帧。
11.有哪些通信交换技术?
答:
数据经编码后在通信信道上进行传输,交换网络完成数据交换的方法有3种:
电路交换(CircuitSwitching)、报文交换和分组交换(BdetSwitching)。
12.什么是差错控制?
答:
为减少传输差错,提高传输质量,可以采取以下措施:
改善通信线路的质量,降低误码率;采用差错控制技术检测错误,纠正错误,把差错限制在尽可能小的允许范围内。
13.试述IPv4的表示形式和分类。
答:
用户大多使用的是32位的IPv4地址,它由两部分组成:
网络号和主机号。
寻址时路由器先按IP地址中的网络号Net-ID找到网络;当找到目的网络后,再按IP地址中的主机号Host-ID找到主机。
IP地址采用点分十进制记法:
每8位用一个十进制数表示,中间用“.”分隔,例如118.100.2.1。
Internet的IP地址分为5大类,即A~E类。
14.试述子网掩码及其作用。
答:
子网掩码是一个32位的地址,它由左边一连串的“1”和右边一连串的“0”组成。
“1”按位对应于IP地址中网络号和子网号字段,而“0”按位对应于IP地址中主机号字段。
利用子网掩码,可以区分IP地址中网络标识和主机标识,以说明该IP地址是属于哪个网络,其主机是多少。
15.什么是CIDR?
答:
CIDR(ClasslessInterDomainRouting)是无类别域际路由选择的意思,现行的IPv4的地址将耗尽,这是一种为解决地址耗尽而提出的一种措施。
它是将好几个IP网络结合在一起,使用一种无类别的域际路由选择算法,可以减少由核心路由器运载的路由选择信息的数量。
CIDR是一个在Internet上创建附加地址的方法,这些地址提供给服务提供商(ISP),再由ISP分配给客户。
CIDR将路由集中起来,使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址,从而减轻Internet路由器的负担。
所有发送到这些地址的信息包都被送到如MCI或Sprint等ISP。
1990年,Internet上约有2000个路由。
五年后,Internet上有3万多个路由。
如果没有CIDR,路由器就不能支持Internet网站的增多。
CIDR采用13~27位可变网络ID,而不是A-B-C类网络ID所用的固定的7、14和21位。
例如,CIDR地址204.12.01.42/24表示前24位用作网络ID。
16.一个C类地址217.11.20.0,网内可有254台主机。
为了管理需要,要将该网分成3个子网。
试给出子网掩码和对应的地址空间划分。
答:
三个子网平分254个地址,每个子网最多不能超过84个,选择2的次幂,最接近的是64,因此主机位就至少要有6位(26=64)。
所以子网掩码位数为32-6=26,表示为:
255.255.255.192。
所以子网0的地址范围为:
217.11.20.1--217.11.20.62;子网1的地址范围为:
217.11.20.65--217.11.20.126;子网2的地址范围为:
217.11.20.129--217.11.20.190。
17.一个主机的IP地址是172.17.14.137,子网掩码是255.255.224.0,要求计算这个主机所在网络的网络地址和广播地址。
答:
把主机地址172.17.14.137写成二进制数10101100.00010001.00001110.10001001,也把子网掩码写成二进制数11111111.11111111.11111111.11100000,两数相与的结果为10101100.00010001.00000000.00000000。
可见其网络地址为172.17.0.0:
,而广播地址为172.17.31.255(10101100.00010001.00011111.11111111)。
18.试述IPv6的表示形式和分类。
答:
一个IPv6的IP地址由8个地址段组成,每个地址段包含16个地址位,用4个十六进制数表示,共128位的地址空间,地址段与地址段之间用冒号分隔,其格式为X:
X:
X:
X:
X:
X:
X:
X,其中X是4个16位地址段的十六进制值。
在RFC1884中定义了3种类型的IPv6地址。
单点传送地址:
这种类型的地址是单个接口的地址。
发送到一个单点传送地址的信息包只会送到该地址的接口。
也称之为单播地址。
多点传送地址:
这种类型的地址是一组接口的地址,发送到一个多点传送地址的信息包会发送到属于这个组的全部接口。
多点传送地址相当于IPv4中的广播地址,也称之为组播地址。
任意点传送地址:
这种类型的地址是一组接口的地址,发送到一个任意点传送地址的信息包只会发送到这组地址中的一个接口,也称之为泛播地址。
19.试述可聚集全局单播地址的结构。
答:
由格式前缀FP=001标识的可聚集全局单播地址,等价于公用IPv4地址。
在IPv6Internet上,它们是全局可路由和可达的。
可聚集的全局单播地址也称为全局地址。
IPv4是平滑路由和分层路由的混合,IPv6不同于IPv4,它采用分层寻址和路由。
其分层结构如图1-28所示。
开头3个地址位是地址类型前缀,为001,用于区别其他地址类型。
其后的13位TLAID、8位Res、24位NLAID、16位SLAID和64位主机接口ID,分别用于标识分级结构中自顶向下排列的TLA(TopLevelAggregator,顶级聚合体)、NLA(NextLevelAggregator,下级聚合体)、SLA(SiteLevelAggregator,位置级聚合体)和主机接口。
20.列举一些IPv6的地址和特殊地址。
答:
IPv6的特殊地址包括:
未指定地址和环回地址。
(1)未指定地址。
未指定的地址(0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
0或:
:
)仅用于指示缺少的地址。
它等价于IPv4未指定地址0.0.0.0。
未指定地址通常被用作尝试验证暂定地址唯一性数据包的源地址。
未指定地址永远不会指派给某个接口或用作目标地址。
(2)环回地址。
环回地址(0:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
1或:
:
1)用于标识环回接口,允许结点将数据包发送给自己。
它等价于IPv4环回地址127.0.0.1。
发送到环回地址的数据包永远不会发送给某个链路,也永远不会通过IPv6路由器转发。
第2章参考答案
1.概括IEEE802.3以太网协议族。
答:
2.什么是CSMA/CD机制,什么是广播域和冲突域?
答:
在局域网中,一个站点在发送数据前,首先侦听网络上是否存在载波(即检测是否有其他站点正在发送数据),这就叫载波侦听协议(CarrierSenseProtocol)。
载波侦听多路访问/冲突检测(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection,CSMA/CD)协议是对ALOHA协议(一种基于地面无线广播通信而创建、适用于无协调关系的多用户竞争单信道使用权的系统)的改进,CSMA/CD保证在侦听到信道忙时不再有新站点开始发送数据;而且任一站点在检测到冲突时就立即取消传送,以太网采用的是CSMA/CD协议。
当计算机A向计算机B发送数据时,其送出的信号并不会自动流向计算机B。
而会通过传输介质(或称媒体,总线结构中为同轴电缆)广播传输到B、C、D这3台计算机。
广播所到达的范围称为广播域。
计算机C和计算机D将数据复制下来后,检查此数据是否是发给自己的,若不是,则放弃,计算机B将接收数据。
由于以太网上的任意一个主机传输的数据都能够到达所有其他主机,因而这些主机都竞争访问同一条数据链路,称它们处在同一个冲突域(CollisionDomain)中。
3.阐述以太网的帧结构。
答:
(1)PA(前导码):
在定界符之前发送,以使信号电路达到稳定的同步状态。
PA为持续7个字节的10101010比特信号。
(2)SFD(帧定界符):
它表示有效帧的开始,其代码为10101011,只有一个字节。
(3)DA,SA(目的地址,源地址):
均为6个字节,48位,DA可以是一个唯一的地址,即单址——表示单个站,多址——代表一组站,全地址——代表局域网上所有的站。
当目的地址出现多址时,即表示该帧被一组站同时接收,称“组播”。
当目的地址出现全地址时,即表示该帧被局域网上所有站同时接收,称“广播”。
SA说明的是发送该帧站的地址。
以DA的最高位来判断是否单址,若最高位为“0”则表示单址,“1”表示多址或全地址。
且全地址还必须为全“1”代码。
(4)对IEEE802.3帧结构来说,这两个字节表示长度:
指出紧跟其后的数据字段有多少字节。
它受最小帧长度的限制,即最少必须有46字节,若不到,则用填充符进行填充到46字节。
对以太网帧结构来说,这两个字节表示类型(TYPE):
它说明了高层所使用的协议,例如可能是IP,也可能是NOVELL的IPX协议。
4.简述以太网各模块的主要功能。
答:
由于物理层只透明地传输比特流,并不考虑信息的意义和结构,不能解决数据传输和控制。
数据从哪里(源地址)传输到哪里(目标地址),如何进行流量控制和校验等都是数据链路层的任务。
数据链路层把高层给的数据按帧进行封装(含有源地址、目标地址、及校验码),然后发出,而在接收方,又将收到的数据帧解封(去掉源地址、目标地址、及校验码等),将数据取出,交给高层。
在发送过程中,高层将数据包给MAC子层后,由MAC子层的数据封装和解封模块把数据打包形成数据帧,经过MAC子层的媒体(传输介质)访问控制协议(CSMA/CD)侦听到传输介质空闲时,将数据帧发出(若不空闲,则随机等待一段时间后再试,直到传输介质空闲为止,即按CSMA/CD协议进行媒体(传输介质)访问控制),含有同步码的数据帧传到物理层后,由编码和译码模块对数据帧进行数据编码(将二进制码翻译成曼切斯特码),通过传输介质连接单元(收发器)模块发送曼切斯特码到传输介质上。
当一站点要发送数据时,CPU通知网卡要发送数据,网卡将数据封装成帧后,侦听传输介质是否空闲,若空闲立即传输数据帧,而不必与其他网卡协商什么时候发送。
发送完毕后,监听一段时间(时间的长度取网络上最大可能来回传播时延再加上一个很小的固定时间增量)。
如果在此时间内该网卡收到一个确认,则发送成功,否则,网卡将重新发送该帧,如果该网卡在重复发送后仍没有受到确认,将放弃发送,宣布失败。
在接收过程中,传输介质连接单元(收发器)模块接收到传输介质上传输的所有数据帧(模拟信号或数字信号),但只有以下数据帧才真正被接受。
发送到自己的MAC地址的帧;
广播地址的帧;
多点播送地址的帧,如果适配器在监听那个地址。
编码和译码模块对上述接受的数据帧进行数据译码,将曼切斯特码翻译成二进制码,再通过媒体(传输介质)访问控制模块(CSMA/CD)接收控制后,经帧的解封模块分解出数据包转到上层(主机)。
5.阐述以太网网卡的工作过程。
答:
当PC有数据要发送时,先中断微处理器,并将数据存储在微处理器的RAM芯片中,微处理器首先将来自PC的数据转换为数据帧,再放回到RAM芯片中,这些数据帧通过CSMA/CD链路控制发送给PHY。
微处理器根据有无信号到达以便断定网络媒体是否空闲,通过访问CSMA/CD链路控制,来监视整个发送过程,以确定发送是否成功。
网卡发出的比特,几乎同时会收回。
如果碰巧网络上另一工作站同时向网络发送,电缆上便产生一种混合信号。
在这种情况下,收回的信号肯定与发送的信号不一致,于是断定有碰撞存在。
停止发送,进入退避阶段。
另一方面,微处理器确定网络传输介质传来的信号是否为有效的曼彻斯特编码,若是,检查外来的帧,抽取出目标MAC地址。
如果与网卡的MAC地址相符,便接受帧的其余部分。
对接收的数据帧做CRC校验,如果没有错误,就把帧头去掉,把数据包拿出来,通过PCI总线传递给驱动和上层的协议栈,最终给应用程序。
在接收有效信号期间,不允许网卡将数据发送给收发器。
如果有数据要发送,只能推迟一段时间。
PC准备好从网络上接收帧时,首先中断微处理器,并通知它能进行帧的接收。
微处理器通过命令CSMA/CD链路控制开始接收帧来响应,并对帧的接收过程进行监视,如果微处理器检测到违背了曼彻斯特编码规律,就可断定有两个或两个以上的工作站同时发送,网络电缆上存在碰撞。
如果该工作站正忙于接收帧时突然收到碰撞信号,则立即放弃帧的接收。
直到接收的帧由CSMA/CD链路控制处理结束,微处理器便中断PC,将接收的数据传给PC。
PC将数据发送给微处理器时,总是以并行方式逐字节地传送,经微处理器封装成帧后,在CSMA/CD链路控制下,发送数据以串行的方式传给“NRZ到曼彻斯特转换器”,对PHY来说,没有帧的概念,不管是地址、数据还是CRC都一样是数据,每4bit就增加1bit的检错码,然后把并行数据转化为串行数据,按照物理层的编码规则(10Base-T的NRZ编码或100Base-T的曼彻斯特编码)对数据进行编码,再变为模拟信号或数字信号,把这些信号通过发送器发送给传输介质。
当从网络上接收到曼彻斯特编码时,接收器将其传给“曼彻斯特到NRZ转换器”,反转换为NRZ信号,这种过程也称为时钟恢复,它要求很高的时钟恢复精确度。
发送和发送控制部分负责帧的发送。
接收和接收控制部分负责帧的接收。
6.阐述100Base-TX的技术规范。
答:
7.画出千兆以太网模块结构图
答:
8.列出4种类型的千兆以太网之间的性能比较。
答:
9.给出10Git/s以太网分层结构。
答:
第3章参考答案
1.简述网桥的工作机制。
答:
下面用图解的方法了解网桥的工作机制。
图3-3所示为网桥连接两个集线器Hub1及Hub2,假设4台主机的子网掩码都为255.255.255.0,主机1的MAC地址为1111.1111.1111,IP地址为192.168.1.10;主机2的MAC地址为2222.2222.2222,IP地址为192.168.1.11,显然主机1、主机2在一个网段内并连接到Hub1;主机3的MAC地址为3333.3333.3333,IP地址为192.168.2.20;主机4的MAC地址为4444.4444.4444,IP地址为192.168.2.22,同样主机3、主机4连接Hub2在另一个网段内。
图3-3网桥连接的共享式以太网
当主机1向主机2发送数据时,先检测Hub1是否空闲,若空闲则发送数据,否则等待。
发送后,Hub1将向除主机1相连端口之外的所有其他端口发送数据帧。
当此数据帧到达主机2时,被主机2接收。
同时此数据帧到达网桥,网桥查看自己的MAC地址与端口的对照表,从中发现主机2和主机1都在自己的同一个端口上(源端口与目标端口相同),随即将此帧丢弃(此过程称为过滤,以减少网络流量)。
因此Hub2不会收到此数据帧。
当主机1向主机3发送数据时,其数据传输过程与前述
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- 局域网 技术 组建 课后 习题 参考答案