計算機網絡謝希仁數據鏈路層
計算機網絡謝希仁第七版 課后答案
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3-01數據鏈路(即邏輯鏈路)與鏈路(即物理鏈路)有何區別? “電路接通了”與”數據鏈路接通了”的區別何在?
答案：數據鏈路與鏈路的區別在於數據鏈路出鏈路外，還必須有一些必要的規程來控制數據的傳輸，因此，數據鏈路比鏈路多了實現通信規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，數據傳輸並不可靠，在物理連接基礎上，再建立數據鏈路連接，才是“數據鏈路接通了”，此后，由於數據鏈路連接具有檢測、確認和重傳功能，才使不太可靠的物理鏈路變成可靠的數據鏈路，進行可靠的數據傳輸當數據鏈路斷開連接時，物理電路連接不一定跟着斷開連接。
3-02數據鏈路層中的鏈路控制包括哪些功能?試討論數據鏈路層做成可靠的鏈路層有哪些優點和缺點. 答案：鏈路管理幀定界流量控制 差錯控制將數據和控制信息區分開透明傳輸尋址可靠的鏈路層的優點和缺點取決於所應用的環境：對於干擾嚴重的信道，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；對於優質信
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?
答案：適配器（即網卡）來實現數據鏈路層和物理層這兩層的協議的硬件和軟件網絡適配器工作在TCP/IP協議中的網絡接口層（OSI中的數據鏈里層和物理層）
3-04數據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？
答案：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據幀浪費后續路由上的傳輸和處理資源
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3-05如果在數據鏈路層不進行幀定界，會發生什么問題？
答案：無法區分分組與分組無法確定分組的控制域和數據域無法將差錯更正的范圍限定在確切的局部
3-06PPP協議的主要特點是什么？為什么PPP不使用幀的編號？PPP適用於什么情況？為什么PPP協議不能使數據鏈路層實現可靠傳輸？
答案：簡單，提供不可靠的數據報服務，檢錯，無糾錯 不使用序號和確認機制地址字段A 只置為 0xFF。地址字段實際上並不起作用。控制字段 C 通常置為 0x03。PPP 是面向字節的當 PPP 用在同步傳輸鏈路時，協議規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適用於線路質量不太差的情況下、PPP沒有編碼和確認機制
3-07要發送的數據為1101011011。采用CRC的生成多項式是P（X）=X4+X+1。試求應添加在數據后面的余數。數據在傳輸過程中最后一個1變成了0，問接收端能否發現？若數據在傳輸過程中最后兩個1都變成了0，問接收端能否發現？采用CRC檢驗后，數據鏈路層的傳輸是否就變成了可靠的傳輸？
答案：作二進制除法，1101011011 0000 10011 得余數1110 ，添加的檢驗序列是1110.作二進制除法，兩種錯誤均可發展僅僅采用了CRC檢驗，缺重傳機制，數據鏈路層的傳輸還不是可靠的傳輸。
3-08要發送的數據為101110。采用CRCD 生成多項式是P（X）=X3+1。試求應添加在數據后面的余數。
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答案：作二進制除法，101110 000 10011 添加在數據后面的余數是011
3-09一個PPP幀的數據部分（用十六進制寫出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。試問真正的數據是什么（用十六進制寫出）？
答案：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E 7E FE 27 7D 7D 65 7D
3-10PPP協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幀的數據部分是0001110111110111110110，問刪除發送端加入的零比特后變成怎樣的比特串？
答案：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。
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3-12PPP協議的工作狀態有哪幾種？當用戶要使用PPP協議和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？答案：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，多個系統連接到一個共享的通信媒體上。（2） 地理范圍有限，用戶個數有限。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築群內，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）低層協議簡單（2） 不單獨設立網絡層，局域網的體系結構僅相當於相當與OSI/RM的最低兩層（3）采用兩種媒體訪問控制技術，由於采用共享廣播信道，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，但現在卻改為使用星形拓撲結構？
答案：星形網，總線網，環形網，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故障，而現在專用的ASIC芯片的使用可以講星形結構的集線器做的非常可靠，因此現在的以太網一般都使用星形結構的拓撲。
3-15什么叫做傳統以太網？以太網有哪兩個主要標准？
答案：DIX Ethernet V2 標准的局域網DIX Ethernet V2 標准與 IEEE 的 802.3 標准
3-16數據率為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？
答案：碼元傳輸速率即為波特率，以太網使用曼徹斯特編碼，這就意味着發送的每一位都有兩個信號周期。標准以太網的數據速率是10MB/s，因此波特率是數據率的兩倍，即20M波特
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3-17為什么LLC子層的標准已制定出來了但現在卻很少使用？
答案：由於 TCP/IP 體系經常使用的局域網是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 標准中的幾種局域網，因此現在 802 委員會制定的邏輯鏈路控制子層 LLC（即 802.2 標准）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。
答案：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協議是以爭用方式接入到共享信道。這與傳統的時分復用TDM相比優缺點如何？
答案：傳統的時分復用TDM是靜態時隙分配，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。
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3-20 假定1km長的CSMA/CD網絡的數據率為1Gb/s。設信號在網絡上的傳播速率為200000km/s。求能夠使用此協議的最短幀長。答案：對於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，最小幀的發射時間不能小於10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以發送的比特數等於10*10^-6/1*10^-9=10000,因此，最短幀是10000位或1250字節長
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？答案：比特時間是發送一比特多需的時間，它是傳信率的倒數，便於建立信息長度與發送延遲的關系“比特時間”換算成“微秒”必須先知道數據率是多少，如數據率是10Mb/s，則100比特時間等於10微秒。
3-22假定在使用CSMA/CD協議的10Mb/s以太網中某個站在發送數據時檢測到碰撞，執行退避算法時選擇了隨機數r=100。試問這個站需要等待多長時間后才能再次發送數據？如果是100Mb/s的以太網呢？
答案：對於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對於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
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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無關？請說明你的理由。答案：實際的以太網各給發送數據的時刻是隨即的，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），使各結點的發送不發生碰撞。
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。現假定A開始發送一幀，並且在A發送結束之前B也發送一幀。如果A發送的是以太網所容許的最短的幀，那么A在檢測到和B發生碰撞之前能否把自己的數據發送完畢？換言之，如果A在發送完畢之前並沒有檢測到碰撞，那么能否肯定A所發送的幀不
會和B發送的幀發生碰撞？（提示：在計算時應當考慮到每一個以太網幀在發送到信道上時，在MAC幀前面還要增加若干字節的前同步碼和幀定界符）答案：設在t=0時A開始發送，在t=（64+8）*8=576比特時間，A應當發送完畢。t=225比特時間，B就檢測出A的信號。只要B在t=224比特時間之前發送數據，A在發送完畢之前就
一定檢測到碰撞，就能夠肯定以后也不會再發送碰撞了如果A在發送完畢之前並沒有檢測到碰撞，那么就能夠肯定A所發送的幀不會
和B發送的幀發生碰撞（當然也不會和其他站點發生碰撞）。
3-25在上題中的站點A和B在t=0時同時發送了數據幀。當t=255比特時間，A和B同時檢測到發生了碰撞，並且在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據幀？A重傳的數據幀在什么時間到達B？A重傳的數據會不會和B重傳的數據再次發生碰撞？B會不會在預定的重傳時間停止發送數據？答案：t=0時，A和B開始發送數據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比特時間發送數據、否則再退避。（T5=T4+96）A重傳的數據在819比特時間到達B，B先檢測到信道忙，因此B在預定的881比特時間停止發送
3-26以太網上只有兩個站，它們同時發送數據，產生了碰撞。於是按截斷二進制指數退避算法進行重傳。重傳次數記為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，以及一個站成功發送數據之前的平均重傳次數I。答案：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？
答案：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據流，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。答案:（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展的過程中淘汰掉自己的競爭對手，並使自己的應用范圍從局域網一直擴展到城域網和廣域網？
答案：技術問題：使參數a保持為較小的數值，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（這樣可以保持兼容性）、同時將爭用時間增大為512字節。並使用“分組突發”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准規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。由於數據率很高，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？
答案：以太網交換機則為鏈路層設備，可實現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。虛擬局域網協議允許在以太網的幀格式中插入一個 4 字節的標識符，稱為 VLAN 標記 (tag)，用來指明發送該幀的工作站屬於哪一個虛擬局域網。
3-31 網橋的工作原理和特點是什么？網橋與轉發器以及以太網交換機有何異同？答案：網橋工作在數據鏈路層，它根據 MAC 幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時，並不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的 MAC 地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口轉發器工作在物理層，它僅簡單地轉發信號，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，並且用網橋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，兩個網橋中的轉發表都是空的。以后有以下各站向其他的站發送了數據幀：A發送給E，C發送給B，D發送給C，B發送給A。試把有關數據填寫在表3-2中。發送的幀 B1的轉發表 B2的轉發表 B1的處理（轉發？丟棄？登記？） B2的處理（轉發？丟棄？登記？） 地址 接口 地址 接口 A→E A 1 A 1 轉發，寫入轉發表 轉發，寫入轉發表C→B C 2 C 1 轉發，寫入轉發表 轉發，寫入轉發表D→C D 2 D 2 寫入轉發表，丟棄不轉發 轉發，寫入轉發表B→A B 1 寫入轉發表，丟棄不轉發 接收不到這個幀
3-33網橋中的轉發表是用自學習算法建立的。如果有的站點總是不發送數據而僅僅接受數據，那么在轉發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送數據幀，那么網橋能夠把數據幀正確轉發到目的地址嗎？答案：沒有與這樣的站點相對應的項目;網橋能夠利用廣播把數據幀正確轉發到目的地址