第三章 數(shù)據(jù)鏈路層

　　3-01 數(shù)據(jù)鏈路(即邏輯鏈路)與鏈路(即物理鏈路)有何區(qū)別? “電路接通了”與”數(shù)據(jù)鏈路接通了”的區(qū)別何在?

　　答：數(shù)據(jù)鏈路與鏈路的區(qū)別在于數(shù)據(jù)鏈路出鏈路外，還必須有一些必要的規(guī)程來控制數(shù)據(jù)的傳輸，因此，數(shù)據(jù)鏈路比鏈路多了實現(xiàn)通信規(guī)程所需要的硬件和軟件。

　　“電路接通了”表示鏈路兩端的結點交換機已經開機，物理連接已經能夠傳送比特流了，但是，數(shù)據(jù)傳輸并不可靠，在物理連接基礎上，再建立數(shù)據(jù)鏈路連接，才是“數(shù)據(jù)鏈路接通了”，此后，由于數(shù)據(jù)鏈路連接具有檢測、確認和重傳功能，才使不太可靠的物理鏈路變成可靠的數(shù)據(jù)鏈路，進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸當數(shù)據(jù)鏈路斷開連接時，物理電路連接不一定跟著斷開連接。

　　3-02 數(shù)據(jù)鏈路層中的鏈路控制包括哪些功能?試討論數(shù)據(jù)鏈路層做成可靠的鏈路層有哪些優(yōu)點和缺點.

　　答：鏈路管理

　　幀定界

　　流量控制

　　差錯控制

　　將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開

　　透明傳輸

　　尋址

　　可靠的鏈路層的優(yōu)點和缺點取決于所應用的環(huán)境：對于干擾嚴重的信道，可靠的鏈路層可以將重傳范圍約束在局部鏈路，防止全網絡的傳輸效率受損;對于優(yōu)質信道，采用可靠的鏈路層會增大資源開銷，影響傳輸效率。

　　3-03 網絡適配器的作用是什么?網絡適配器工作在哪一層?

　　答：適配器(即網卡)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這兩層的協(xié)議的硬件和軟件

　　網絡適配器工作在TCP/IP協(xié)議中的網絡接口層(OSI中的數(shù)據(jù)鏈里層和物理層)

　　3-04 數(shù)據(jù)鏈路層的三個基本問題(幀定界、透明傳輸和差錯檢測)為什么都必須加以解決?

　　答：幀定界是分組交換的必然要求

　　透明傳輸避免消息符號與幀定界符號相混淆

　　差錯檢測防止合差錯的無效數(shù)據(jù)幀浪費后續(xù)路由上的傳輸和處理資源

　　3-05 如果在數(shù)據(jù)鏈路層不進行幀定界，會發(fā)生什么問題?

　　答：無法區(qū)分分組與分組

　　無法確定分組的控制域和數(shù)據(jù)域

　　無法將差錯更正的范圍限定在確切的局部

　　3-06 PPP協(xié)議的主要特點是什么?為什么PPP不使用幀的編號?PPP適用于什么情況?為什么PPP協(xié)議不能使數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)可靠傳輸?

　　答：簡單，提供不可靠的數(shù)據(jù)報服務，檢錯，無糾錯

　　不使用序號和確認機制

　　地址字段A 只置為 0xFF。地址字段實際上并不起作用。

　　控制字段 C 通常置為 0x03。

　　PPP 是面向字節(jié)的

　　當 PPP 用在同步傳輸鏈路時，協(xié)議規(guī)定采用硬件來完成比特填充(和 HDLC 的做法一樣)，當 PPP 用在異步傳輸時，就使用一種特殊的字符填充法

　　PPP適用于線路質量不太差的情況下、PPP沒有編碼和確認機制

　　3-07 要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011。采用CRC的生成多項式是P(X)=X4+X+1。試求應添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后一個1變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)?若數(shù)據(jù)在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，問接收端能否發(fā)現(xiàn)?采用CRC檢驗后，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸?

　　答：作二進制除法，1101011011 0000 10011 得余數(shù)1110 ，添加的檢驗序列是1110.

　　作二進制除法，兩種錯誤均可發(fā)展

　　僅僅采用了CRC檢驗，缺重傳機制，數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸還不是可靠的傳輸。

　　3-08 要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101110。采用CRCD 生成多項式是P(X)=X3+1。試求應添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)。

　　答：作二進制除法，101110 000 10011 添加在數(shù)據(jù)后面的余數(shù)是011

　　3-09 一個PPP幀的數(shù)據(jù)部分(用十六進制寫出)是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。試問真正的數(shù)據(jù)是什么(用十六進制寫出)?

　　答：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E

　　7E FE 27 7D 7D 65 7D

　　3-10 PPP協(xié)議使用同步傳輸技術傳送比特串0110111111111100。試問經過零比特填充后變成怎樣的比特串?若接收端收到的PPP幀的數(shù)據(jù)部分是0001110111110111110110，問刪除發(fā)送端加入的零比特后變成怎樣的比特串?

　　答：011011111 11111 00

　　011011111011111000

　　0001110111110111110110

　　000111011111 11111 110

　　3-11 試分別討論一下各種情況在什么條件下是透明傳輸，在什么條件下不是透明傳輸。(提示：請弄清什么是“透明傳輸”，然后考慮能否滿足其條件。)

　　(1)普通的電話通信。

　　(2)電信局提供的公用電報通信。

　　(3)因特網提供的電子郵件服務。

　　3-12 PPP協(xié)議的工作狀態(tài)有哪幾種?當用戶要使用PPP協(xié)議和ISP建立連接進行通信需要建立哪幾種連接?每一種連接解決什么問題?

　　3-13 局域網的主要特點是什么?為什么局域網采用廣播通信方式而廣域網不采用呢?

　　答：局域網LAN是指在較小的地理范圍內，將有限的通信設備互聯(lián)起來的計算機通信網絡

　　從功能的角度來看，局域網具有以下幾個特點：

　　(1) 共享傳輸信道，在局域網中，多個系統(tǒng)連接到一個共享的通信媒體上。

　　(2) 地理范圍有限，用戶個數(shù)有限。通常局域網僅為一個單位服務，只在一個相對獨立的局部范圍內連網，如一座樓或集中的建筑群內，一般來說，局域網的覆蓋范圍越位10m~10km內或更大一些。

　　從網絡的體系結構和傳輸檢測提醒來看，局域網也有自己的特點：

　　(1) 低層協(xié)議簡單

　　(2) 不單獨設立網絡層，局域網的體系結構僅相當于相當與OSI/RM的最低兩層

　　(3) 采用兩種媒體訪問控制技術，由于采用共享廣播信道，而信道又可用不同的傳輸媒體，所以局域網面對的問題是多源，多目的的連連管理，由此引發(fā)出多中媒體訪問控制技術

　　在局域網中各站通常共享通信媒體，采用廣播通信方式是天然合適的，廣域網通常采站點間直接構成格狀網。

　　3-14 常用的局域網的網絡拓撲有哪些種類?現(xiàn)在最流行的是哪種結構?為什么早期的以太網選擇總線拓撲結構而不是星形拓撲結構，但現(xiàn)在卻改為使用星形拓撲結構?

　　答：星形網，總線網，環(huán)形網，樹形網

　　當時很可靠的星形拓撲結構較貴，人們都認為無源的總線結構更加可靠，但實踐證明，連接有大量站點的總線式以太網很容易出現(xiàn)故障，而現(xiàn)在專用的ASIC芯片的使用可以講星形結構的集線器做的非?？煽浚虼爽F(xiàn)在的以太網一般都使用星形結構的拓撲。

　　3-15 什么叫做傳統(tǒng)以太網?以太網有哪兩個主要標準?

　　答：DIX Ethernet V2 標準的局域網

　　DIX Ethernet V2 標準與 IEEE 的 802.3 標準

　　3-16 數(shù)據(jù)率為10Mb/s的以太網在物理媒體上的碼元傳輸速率是多少碼元/秒?

　　答：碼元傳輸速率即為波特率，以太網使用曼徹斯特編碼，這就意味著發(fā)送的每一位都有兩個信號周期。標準以太網的數(shù)據(jù)速率是10MB/s，因此波特率是數(shù)據(jù)率的兩倍，即20M波特

　　3-17 為什么LLC子層的標準已制定出來了但現(xiàn)在卻很少使用?

　　答：由于 TCP/IP 體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標準中的幾種局域網，因此現(xiàn)在 802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC(即 802.2 標準)的作用已經不大了。

　　3-18 試說明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

　　答：10BASE-T中的“10”表示信號在電纜上的傳輸速率為10MB/s，“BASE”表示電纜上的信號是基帶信號，“T”代表雙絞線星形網，但10BASE-T的通信距離稍短，每個站到集線器的距離不超過100m。

　　3-19 以太網使用的CSMA/CD協(xié)議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統(tǒng)的時分復用TDM相比優(yōu)缺點如何?

　　答：傳統(tǒng)的時分復用TDM是靜態(tài)時隙分配，均勻高負荷時信道利用率高，低負荷或符合不均勻時資源浪費較大，CSMA/CD課動態(tài)使用空閑新到資源，低負荷時信道利用率高，但控制復雜，高負荷時信道沖突大。

　　3-20 假定1km長的CSMA/CD網絡的數(shù)據(jù)率為1Gb/s。設信號在網絡上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協(xié)議的最短幀長。

　　答：對于1km電纜，單程傳播時間為1/200000=5為微秒，來回路程傳播時間為10微秒，為了能夠按照CSMA/CD工作，最小幀的發(fā)射時間不能小于10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以發(fā)送的比特數(shù)等于10*10^-6/1*10^-9=10000,因此，最短幀是10000位或1250字節(jié)長

　　3-21 什么叫做比特時間?使用這種時間單位有什么好處?100比特時間是多少微秒?

　　答：比特時間是發(fā)送一比特多需的時間，它是傳信率的倒數(shù)，便于建立信息長度與發(fā)送延遲的關系

　　“比特時間”換算成“微秒”必須先知道數(shù)據(jù)率是多少，如數(shù)據(jù)率是10Mb/s，則100比特時間等于10微秒。

　　3-22 假定在使用CSMA/CD協(xié)議的10Mb/s以太網中某個站在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到碰撞，執(zhí)行退避算法時選擇了隨機數(shù)r=100。試問這個站需要等待多長時間后才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)?如果是100Mb/s的以太網呢?

　　答：對于10mb/s的以太網，以太網把爭用期定為51.2微秒，要退后100個爭用期，等待時間是51.2(微秒)*100=5.12ms

　　對于100mb/s的以太網，以太網把爭用期定為5.12微秒，要退后100個爭用期，等待時間是5.12(微秒)*100=512微秒

　　3-23 公式(3-3)表示，以太網的極限信道利用率與連接在以太網上的站點數(shù)無關。能否由此推論出：以太網的利用率也與連接在以太網的站點數(shù)無關?請說明你的理由。

　　答：實際的以太網各給發(fā)送數(shù)據(jù)的時刻是隨即的，而以太網的極限信道利用率的得出是假定以太網使用了特殊的調度方法(已經不再是CSMA/CD了)，使各結點的發(fā)送不發(fā)生碰撞。

　　3-24 假定站點A和B在同一個10Mb/s以太網網段上。這兩個站點之間的傳播時延為225比特時間?，F(xiàn)假定A開始發(fā)送一幀，并且在A發(fā)送結束之前B也發(fā)送一幀。如果A發(fā)送的是以太網所容許的最短的幀，那么A在檢測到和B發(fā)生碰撞之前能否把自己的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢?換言之，如果A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A所發(fā)送的幀不會和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞?(提示：在計算時應當考慮到每一個以太網幀在發(fā)送到信道上時，在MAC幀前面還要增加若干字節(jié)的前同步碼和幀定界符)

　　答：設在t=0時A開始發(fā)送，在t=(64+8)*8=576比特時間，A應當發(fā)送完畢。t=225比特時間，B就檢測出A的信號。只要B在t=224比特時間之前發(fā)送數(shù)據(jù)，A在發(fā)送完畢之前就一定檢測到碰撞，就能夠肯定以后也不會再發(fā)送碰撞了

　　如果A在發(fā)送完畢之前并沒有檢測到碰撞，那么就能夠肯定A所發(fā)送的幀不會和B發(fā)送的幀發(fā)生碰撞(當然也不會和其他站點發(fā)生碰撞)。

　　3-25 在上題中的站點A和B在t=0時同時發(fā)送了數(shù)據(jù)幀。當t=255比特時間，A和B同時檢測到發(fā)生了碰撞，并且在t=255+48=273比特時間完成了干擾信號的傳輸。A和B在CSMA/CD算法中選擇不同的r值退避。假定A和B選擇的隨機數(shù)分別是rA=0和rB=1。試問A和B各在什么時間開始重傳其數(shù)據(jù)幀?A重傳的數(shù)據(jù)幀在什么時間到達B?A重傳的數(shù)據(jù)會不會和B重傳的數(shù)據(jù)再次發(fā)生碰撞?B會不會在預定的重傳時間停止發(fā)送數(shù)據(jù)?

　　答：t=0時，A和B開始發(fā)送數(shù)據(jù)

　　T1=225比特時間,A和B都檢測到碰撞(tau)

　　T2=273比特時間,A和B結束干擾信號的傳輸(T1+48)

　　T3=594比特時間,A 開始發(fā)送(T2+Tau+rA*Tau+96)

　　T4=785比特時間，B再次檢測信道。(T4+T2+Tau+Rb*Tau)如空閑，則B在T5=881比特時間發(fā)送數(shù)據(jù)、否則再退避。(T5=T4+96)

　　A重傳的數(shù)據(jù)在819比特時間到達B，B先檢測到信道忙，因此B在預定的881比特時間停止發(fā)送

　　3-26 以太網上只有兩個站，它們同時發(fā)送數(shù)據(jù)，產生了碰撞。于是按截斷二進制指數(shù)退避算法進行重傳。重傳次數(shù)記為i，i=1，2，3,…..。試計算第1次重傳失敗的概率、第2次重傳的概率、第3次重傳失敗的概率，以及一個站成功發(fā)送數(shù)據(jù)之前的平均重傳次數(shù)I。

　　答：將第i次重傳成功的概率記為pi。顯然

　　第一次重傳失敗的概率為0.5，第二次重傳失敗的概率為0.25，第三次重傳失敗的概率為0.125.平均重傳次數(shù)I=1.637

　　3-27 假定一個以太網上的通信量中的80%是在本局域網上進行的，而其余的20%的通信量是在本局域網和因特網之間進行的。另一個以太網的情況則反過來。這兩個以太網一個使用以太網集線器，而另一個使用以太網交換機。你認為以太網交換機應當用在哪一個網絡?

　　答：集線器為物理層設備，模擬了總線這一共享媒介共爭用，成為局域網通信容量的瓶頸。

　　交換機則為鏈路層設備，可實現(xiàn)透明交換

　　局域網通過路由器與因特網相連

　　當本局域網和因特網之間的通信量占主要成份時，形成集中面向路由器的數(shù)據(jù)流，使用集線器沖突較大，采用交換機能得到改善。

　　當本局域網內通信量占主要成份時，采用交換機改善對外流量不明顯

　　3-28 有10個站連接到以太網上。試計算一下三種情況下每一個站所能得到的帶寬。

　　(1)10個站都連接到一個10Mb/s以太網集線器;

　　(2)10個站都連接到一個100Mb/s以太網集線器;

　　(3)10個站都連接到一個10Mb/s以太網交換機。

　　答:(1)10個站都連接到一個10Mb/s以太網集線器：10mbs

　　(2)10個站都連接到一個100mb/s以太網集線器：100mbs

　　(3)10個站都連接到一個10mb/s以太網交換機：10mbs

　　3-29 10Mb/s以太網升級到100Mb/s、1Gb/S和10Gb/s時，都需要解決哪些技術問題?為什么以太網能夠在發(fā)展的過程中淘汰掉自己的競爭對手，并使自己的應用范圍從局域網一直擴展到城域網和廣域網?

　　答：技術問題：使參數(shù)a保持為較小的數(shù)值，可通過減小最大電纜長度或增大幀的最小長度

　　在100mb/s的以太網中采用的方法是保持最短幀長不變，但將一個網段的最大電纜的度減小到100m，幀間時間間隔從原來9.6微秒改為現(xiàn)在的0.96微秒

　　吉比特以太網仍保持一個網段的最大長度為100m，但采用了“載波延伸”的方法，使最短幀長仍為64字節(jié)(這樣可以保持兼容性)、同時將爭用時間增大為512字節(jié)。并使用“分組突發(fā)”減小開銷

　　10吉比特以太網的幀格式與10mb/s，100mb/s和1Gb/s以太網的幀格式完全相同

　　吉比特以太網還保留標準規(guī)定的以太網最小和最大幀長，這就使用戶在將其已有的以太網進行升級時，仍能和較低速率的以太網很方便地通信。

　　由于數(shù)據(jù)率很高，吉比特以太網不再使用銅線而只使用光纖作為傳輸媒體，它使用長距離(超過km)的光收發(fā)器與單模光纖接口，以便能夠工作在廣

　　3-30 以太網交換機有何特點?用它怎樣組成虛擬局域網?

　　答：以太網交換機則為鏈路層設備，可實現(xiàn)透明交換

　　虛擬局域網 VLAN 是由一些局域網網段構成的與物理位置無關的邏輯組。

　　這些網段具有某些共同的需求。

　　虛擬局域網協(xié)議允許在以太網的幀格式中插入一個 4 字節(jié)的標識符，稱為 VLAN 標記(tag)，用來指明發(fā)送該幀的工作站屬于哪一個虛擬局域網。

　　3-31 網橋的工作原理和特點是什么?網橋與轉發(fā)器以及以太網交換機有何異同?

　　答：網橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它根據(jù) MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發(fā)。

　　網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，并不是向所有的接口轉發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉發(fā)到哪一個接口

　　轉發(fā)器工作在物理層，它僅簡單地轉發(fā)信號，沒有過濾能力

　　以太網交換機則為鏈路層設備，可視為多端口網橋

　　3-32 圖3-35表示有五個站點分別連接在三個局域網上，并且用網橋B1和B2連接起來。每一個網橋都有兩個接口(1和2)。在一開始，兩個網橋中的轉發(fā)表都是空的。以后有以下各站向其他的站發(fā)送了數(shù)據(jù)幀：A發(fā)送給E，C發(fā)送給B，D發(fā)送給C，B發(fā)送給A。試把有關數(shù)據(jù)填寫在表3-2中。

　　發(fā)送的幀B1的轉發(fā)表B2的轉發(fā)表B1的處理

　　(轉發(fā)?丟棄?登記?)B2的處理

　　(轉發(fā)?丟棄?登記?)

　　地址接口地址接口

　　A→EA1A1轉發(fā)，寫入轉發(fā)表轉發(fā)，寫入轉發(fā)表

　　C→BC2C1轉發(fā)，寫入轉發(fā)表轉發(fā)，寫入轉發(fā)表

　　D→CD2D2寫入轉發(fā)表，丟棄不轉發(fā)轉發(fā)，寫入轉發(fā)表

　　B→AB1寫入轉發(fā)表，丟棄不轉發(fā)接收不到這個幀

　　3-33 網橋中的轉發(fā)表是用自學習算法建立的。如果有的站點總是不發(fā)送數(shù)據(jù)而僅僅接受數(shù)據(jù)，那么在轉發(fā)表中是否就沒有與這樣的站點相對應的項目?如果要向這個站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀，那么網橋能夠把數(shù)據(jù)幀正確轉發(fā)到目的地址嗎?

　　答：沒有與這樣的站點相對應的項目;

　　網橋能夠利用廣播把數(shù)據(jù)幀正確轉發(fā)到目的地址