Компьютерные сети. 6-е изд.

Вопросы и задачи

1. Для решения задачи используйте формулу, приведенную в данной главе, записав ее в общем виде. Фреймы для передачи произвольно приходят на 100-мегабитный канал. Если канал занят, фрейм ставится в очередь. Длина фрейма распределяется по экспоненциальному закону с математическим ожиданием, равным 10 000 бит/фрейм. Для каждой из приведенных ниже скоростей получения фреймов вычислите задержку (включая время ожидания в очереди и время передачи) фрейма средней длины:

а) 90 фреймов/с;

б) 900 фреймов/с;

в) 9000 фреймов/с.

2. N станций совместно используют канал чистой системы ALOHA, работающий со скоростью 56 Кбит/с. Каждая станция передает 1000-битный фрейм в среднем каждые 100 с, даже если предыдущий фрейм еще не был передан (например, станции могут буферизовать исходящие фреймы). Каково максимальное значение N?

3. Десять тысяч систем бронирования авиабилетов конкурируют за доступ к каналу дискретной системы ALOHA. В среднем, каждая станция делает 18 запросов в час. Каждый слот составляет 125 мкс. Приблизительно оцените общую нагрузку канала.

4. Оценка загруженности канала дискретной системы ALOHA с бесконечным количеством пользователей показала, что 10 % слотов не используется.

а) Какова при этом нагрузка канала G?

б) Какова пропускная способность?

в) Канал недогружен или перегружен?

5. Самая низкая максимальная пропускная способность достигается при использовании чистой системы ALOHA, а самая высокая — при использовании CSMA с настойчивостью 0,01 (см. илл. 4.4). Для ее повышения каждый протокол идет на некоторые компромиссы, например обеспечивает расширенную аппаратную поддержку или увеличивает время ожидания. Расскажите, на какие компромиссы идут протоколы, представленные на илл. 4.4.

6. Какова длина слота конкуренции в CSMA/CD для:

а) 2-километрового двухпроводного кабеля (скорость распространения сигнала составляет 82 % скорости распространения сигнала в вакууме);

б) 40-километрового многомодового оптоволоконного кабеля (скорость распространения сигнала составляет 65 % скорости распространения сигнала в вакууме)?

7. Как долго станция s должна ждать начала передачи в худшем случае, если в LAN применяется базовый протокол битовой карты?

8. Объясните, как станция с более низким номером может лишиться возможности отправки пакета в протоколе двоичного отсчета.

9. Посмотрите на илл. 4.10. Допустим, что станции знают, что к передаче готовы станции B, D, G и H. Как протокол адаптивного прохода по дереву будет обходить этот граф, чтобы каждая из этих четырех станций могла отправить свой фрейм? Сколько дополнительных коллизий произойдет, если поиск будет начат с корня дерева?

10. Компания друзей собралась, чтобы поиграть в видеоигры с высокой степенью интерактивности и большой нагрузкой на процессор и сеть. Друзья играют по беспроводной сети с высокой пропускной способностью. Беспроводной сигнал не может проходить сквозь стены, но все они находятся в одной комнате. Какой протокол лучше использовать при такой конфигурации: ненастойчивый протокол CSMA или протокол маркерного кольца? Обоснуйте свой ответ.

11. Группа из 2n станций осуществляет арбитраж доступа к общему кабелю, используя протокол адаптивного прохода по дереву. В определенный момент две из них готовы к передаче. Назовите минимальное, максимальное и среднее количество слотов, необходимых для обхода дерева, если 2n >> 1?

12. Рассмотренные нами беспроводные LAN используют протоколы CSMA/CA и RTS/CTS вместо CSMA/CD. При каких условиях, если таковые имеются, можно использовать протокол CSMA/CD?

13. Шесть станций, обозначенных буквами A–F, взаимодействуют друг с другом по протоколу MACA. Могут ли одновременно произойти две передачи данных? Обоснуйте свой ответ.

14. В семиэтажном офисном здании на каждом этаже расположено по 15 офисов. В каждом офисе на стене установлен разъем для подключения терминала, так что в вертикальной плоскости эти разъемы образуют прямоугольную сетку с расстоянием по 4 м между гнездами, как по горизонтали, так и по вертикали. Предполагая, что можно проложить кабель по прямой между любой парой гнезд, по горизонтали, вертикали или диагонали, сосчитайте, сколько метров кабеля потребуется для соединения всех гнезд при помощи:

а) звездообразной конфигурации с одним маршрутизатором посередине;

б) классической LAN стандарта 802.3.

15. Чему равна скорость в бодах классической 10-мегабитной сети Ethernet?

16. Как будет выглядеть манчестерский код для классической сети Ethernet при следующей двоичной последовательности: 0001110101?

17. В 10-мегабитной LAN длиной 1 км с протоколом CSMA/CD (не 802.3) скорость распространения сигнала составляет 200 м/мкс. Повторителей в этой системе нет. Длина фреймов данных равна 256 бит, включая 32 бита заголовка, контрольную сумму и другие накладные расходы. Первый слот после успешной передачи резервируется получателем, чтобы отправить 32-битный фрейм с подтверждением. Какова эффективная скорость передачи данных без учета накладных расходов, если при этом не возникает коллизий?

18. Представьте сеть CSMA/CD, которая работает со скоростью 1 Гбит/с в кабеле длиной 1 км без повторителей. Скорость сигнала составляет 200 000 км/с. Чему равен минимальный размер фрейма?

19. IP-пакет необходимо передать по сети Ethernet. Длина пакета — 60 байт, включая все служебные поля. Если не используется LLC, требуется ли заполнение Ethernet-фрейма? Если да, сколько байтов нужно добавить?

20. Фреймы Ethernet должны быть не короче 64 байт, чтобы в случае коллизии на дальнем конце провода передатчик продолжал передачу. В сетях типа Fast Ethernet минимальный размер фрейма также равен 64 байтам, однако биты могут выдаваться в 10 раз чаще, чем в классическом варианте Ethernet. Каким образом в системе удалось сохранить прежний минимальный размер фрейма?

21. Согласно спецификации 1000Base-SX, генератор синхронизирующего сигнала должен работать с частотой 1250 МГц, хотя гигабитный Ethernet обеспечивает максимальную скорость передачи, равную только 1 Гбит/с. Используется ли эта более высокая скорость для того, чтобы обеспечить дополнительный запас безопасности? Если нет, то зачем она нужна?

22. Сколько фреймов в секунду может обрабатывать Gigabit Ethernet? Хорошо подумайте перед тем, как отвечать. Подсказка: имеет значение тот факт, что это именно Gigabit Ethernet.

23. Назовите сетевую технологию, позволяющую паковать фреймы друг за другом. Чем выгодно такое свойство?

24. На илл. 4.27 показаны четыре станции: A, B, C и D. Какая из двух последних станций находится ближе к станции A и почему?

25. Приведите пример, показывающий, что RTS/CTS в протоколе 802.11 немного отличается от RTS/CTS в протоколе MACA.

26. Взгляните на илл. 4.33 (б). Допустим, что все станции, мосты и концентраторы, показанные на этом рисунке, являются беспроводными, а соединения между станциями показывают, что они находятся в пределах досягаемости друг от друга. Если B2 передает данные D, в то время как B1 хочет начать передачу для A и H1 хочет начать передачу для F, какие пары станций являются скрытыми, а какие — засвеченными?

27. В беспроводной LAN с одной точкой доступа есть 10 клиентских станций. У четырех из них скорость передачи данных составляет 6 Мбит/с, еще у четырех — 18 Мбит/с и у оставшихся двух — 54 Мбит/с. Какова скорость передачи каждой станции, когда все 10 станций отправляют данные одновременно и при этом

а) не используется TXOP;

б) используется TXOP?

28. Пусть по 11-мегабитной локальной сети 802.11b передаются друг за другом по радиоканалу 64-байтные фреймы с вероятностью ошибки 10–7 на бит. Сколько фреймов в секунду в среднем будет искажаться при передаче?

29. Два устройства подключены к одной и той же сети стандарта 802.11, и оба загружают из интернета большие файлы. Объясните, каким образом одно устройство может получить более высокую скорость передачи данных по сравнению со вторым за счет использования (некорректного) предоставляемого стандартом 802.11 механизма QoS.

30. На илл. 4.28 показано, как в стандарте 802.11 используется разное время ожидания для фреймов с разными приоритетами. Этот подход исключает замедление такого высокоприоритетного трафика, как передача фреймов с данными реального времени, из-за передачи обычного трафика. В чем состоит недостаток данного подхода?

31. Назовите две причины, по которым в сетях могут использоваться корректирующие коды вместо кодов для обнаружения ошибок и повторной передачи.

32. Почему режим PCF лучше подходит для версий стандарта 802.11, работающих на более высоких частотах?

33. Недостатком профилей Bluetooth является то, что они существенно усложняют протокол. В каких ситуациях эти профили могут рассматриваться как преимущество с точки зрения приложений?

34. Представьте сеть, в которой станции обмениваются данными с помощью лазерных лучей, как показано на илл. 2.11. Объясните, в чем состоит ее сходство и отличие от Ethernet и 802.11 и как это учесть при проектировании протоколов канального уровня и подуровня MAC для этой сети.

35. На илл. 4.30 видно, что устройство Bluetooth может находиться одновременно в двух пикосетях. Почему одно и то же устройство не может являться главным сразу в обеих пикосетях?

36. Каков максимальный размер поля данных для фрейма Bluetooth с тремя слотами на базовой скорости? Обоснуйте свой ответ.

37. Bluetooth поддерживает два типа соединений между главным и подчиненным узлами. Что это за соединения и для чего они предназначены?

38. Как было упомянуто выше, эффективность однослотового фрейма с кодированием повторения составляет приблизительно 13 % на базовой скорости данных. Какова будет эффективность при использовании пятислотового фрейма?

39. Фреймы-«маяки» в версии стандарта 802.11 с методом частотных скачков содержат время задержки. Как вы думаете, аналогичные фреймы-«маяки» в Bluetooth также содержат время задержки? Поясните свой ответ.

40. Коммутатор, предназначенный для работы с Fast Ethernet, имеет системную плату, которая может передавать данные со скоростью 10 Гбит/с. Сколько фреймов в секунду может обработать такой коммутатор?

41. Рассмотрите расширенную LAN с мостами B1 и B2, показанную на илл. 4.33 (б). Допустим, что хеш-таблицы обоих мостов пусты. Как будет выглядеть хеш-таблица моста B2 после следующей последовательности передач:

а) станция B отправляет фрейм станции E;

б) станция F отправляет фрейм станции A;

в) станция A отправляет фрейм станции B;

г) станция G отправляет фрейм станции E;

д) станция D отправляет фрейм станции C;

е) станция C отправляет фрейм станции A.

Предполагается, что каждый фрейм отправляется после получения предыдущего фрейма.

42. Рассмотрите расширенную LAN с мостами B1 и B2, показанную на илл. 4.33 (б). Допустим, что хеш-таблицы обоих мостов пусты. Какие из этих передач приведут к широковещательной рассылке:

а) станция A отправляет фрейм станции C;

б) станция B отправляет фрейм станции E;

в) станция C отправляет фрейм станции B;

г) станция G отправляет фрейм станции C;

д) станция E отправляет фрейм станции F;

е) станция D отправляет фрейм станции C?

Предполагается, что каждый фрейм отправляется после получения предыдущего фрейма.

43. Рассмотрите расширенную LAN с мостами B1 и B2, показанную на илл. 4.33 (б). Допустим, что хеш-таблицы обоих мостов пусты. Перечислите все порты, в которые будет отправлен пакет при следующей последовательности передач:

а) станция A отправляет пакет станции C;

б) станция E отправляет пакет станции F;

в) станция F отправляет пакет станции E;

г) станция G отправляет пакет станции E;

д) станция D отправляет пакет станции A;

е) станция B отправляет пакет станции F.

44. Взгляните на илл. 4.36. Допустим, что к мостам B4 и B5 будет подключен дополнительный мост B0. Нарисуйте новое связующее дерево для этой топологии.

45. Рассмотрите сеть, изображенную на илл. 4.39. Если станция, подключенная к мосту B1, внезапно станет белой, нужно ли будет менять какие-либо метки? Если да, то какие?

46. Имеется локальная сеть Ethernet с семью мостами. Мост 0 подключен к мостам 1 и 2. Мосты 3, 4, 5 и 6 подключены и к мосту 1, и к мосту 2. Допустим, подавляющее большинство фреймов передается станциям, подключенным к мосту 2. Нарисуйте связующее дерево для протокола Ethernet, а затем — альтернативный вариант такого дерева, позволяющий уменьшить среднюю задержку фрейма.

47. Имеются две сети Ethernet. В сети 1 станции подключены к концентратору с помощью дуплексных кабелей. В сети 2 станции подключены к коммутатору с помощью полудуплексных кабелей. Почему в первом и втором случае следует (или нет) использовать протокол CSMA/CD?

48. Коммутаторы с ожиданием имеют преимущество перед сквозными коммутаторами при обработке поврежденных фреймов. Объясните почему.

49. В разделе 4.8.3 упоминалось, что некоторые мосты могут не входить в связующее дерево. Опишите в общих чертах ситуацию, при которой это возможно.

50. Чтобы VLAN заработала, мостам и коммутаторам нужны конфигурационные таблицы. А что, если в сетях, показанных на илл. 4.39, использовать концентраторы вместо коммутаторов? Понадобятся ли им конфигурационные таблицы? Ответ поясните.

51. На илл. 4.40 коммутатор обычного оконечного домена (справа) является VLAN-совместимым. Можно было бы поставить здесь обычный коммутатор? Если да, то как должна работать система? Если нет, то почему?

52. Перехватите трассировку сообщений вашего компьютера, несколько раз запустив на несколько минут неизбирательный режим. Создайте симулятор одного канала связи и реализуйте протоколы CSMA/CD. Оцените их эффективность, используя собственную трассировку для представления нескольких станций, конкурирующих за доступ к каналу. Насколько эта трассировка отражает загруженность канального уровня?

53. Напишите программу, симулирующую поведение протокола CSMA/CD в системе Ethernet с N станциями, готовыми к передаче во время отправки фрейма по каналу. Программа должна выдавать уведомление каждый раз, когда одна из станций успешно начинает передачу своего фрейма. Пусть такт системных часов совпадает с началом каждого слота (51,2 мкс), а обнаружение коллизии с отправкой преднамеренных помех занимает один слот. Все фреймы имеют максимально допустимую длину.

54. Скачайте программу Wireshark с сайта www.wireshark.org. Это бесплатная программа с открытым исходным кодом, позволяющая отслеживать состояние сетей и детально просматривать, что именно происходит в трафике. Научитесь ее использовать, просмотрев одно из множества обучающих видео на YouTube. В интернете есть немало ресурсов с описанием того, какие эксперименты можно осуществить с помощью этой программы. Это позволит вам получить хороший практический опыт при работе с сетями.