数据链路层

1、一个信道的链路层采用停-等协议传输数据，传播延迟是30ms，数据帧长度为2500B，确认帧长度不计。若该信道利用率为25%，则其数据传输速率为？（B）

A. 10Mb/s

B. 1Mb/s

C. 100b/s

D. 125b/s

分析：

设发送时间为x

25% = 1/4 = A/(2*30ms + A)，得A=20ms

数据传输速率 = 2500B / 20ms = 20000b / 20ms = 1000b/ms = 1000 000b/s = 1Mb/s

2、以下哪点不是链路层需要解决的问题（B）

A. 成帧

B. 安全性

C. 差错控制

D. 流量控制

3、为了避免传输过程中帧的丢失，数据链路层采用的方法是？（D）

A. 帧编号机制

B. 循环冗余校验码

C. 汉明码

D. 计时器超时重发

4、PPP协议用什么特殊的字节模式来标识PPP帧的开始和结束？（D）

A. 01111111

B. 01111100

C. 01111101

D. 01111110

5、接收窗口和发送窗口都等于1的协议是？（A）

A. 停止等待协议

B. 连续ARQ协议

C. PPP协议

D. 连续重传ARQ协议

分析：

当发送窗口和接收窗口的大小都等于 1时，就是停止等待协议。

当发送窗口大于1，接收窗口等于1时，就是回退N步协议。

当发送窗口和接收窗口的大小均大于1时，就是选择重发协议

6、在简单的停止等待协议中，当帧丢失时，发送端会永远等待下去，解决这种死锁现象的办法是？（D）

A 差错校验

B 帧序号

C NAK机制

D 超时机制

7、为了纠正3比特的错误，编码的海明距离应该为？（D）

A 3

B 4

C 6

D 7

分析：

检测e个错码，要求编码的海明距离d >= e+1

纠正t个错码，要求编码的海明距离d >= 2t+1

检测e个错码，并纠正t个错码，要求编码的海明距离d >= e+t+1（e > t）

8、在滑动窗口机制中，发送窗口的大小可以不等于接收窗口的大小。（对）

9、距离越长，帧越短，传输效率越低；距离越短，链路利用率越高。（对）

10、PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

答：

经过填充的比特串为：0110 1111 1011 1110 00 经过删除的比特串为：0001 1101 1111 1111 1110

零比特填充法是当进行扫描的时候，每遇到5个连续的1，即插入一个0；读取的时候，每扫描到5个连续的1，即删除后面接着的一个0。

11、给定某个至多出现3位错的传输信道，如果要具备检出3个错码，同时能纠正一个错码的能力。试问编码所用的码集汉明距离应该为？（5）

分析：

检测e个错码，并纠正t个错码，要求编码的海明距离d >= e+t+1（e > t）

e = 3，t = 1，d >= 3+1+1 = 5

12、在CRC循环冗余计算中，可以将一个二进制位串与一个只含有0或1两个系数的一元多项式建立对应关系。例如，与多项式为x5+x4+x+1对应的二进制数串应为（110011）

13、要发送的数据为101110。采用CRCD生成多项式是P(X)=X\^3+1。试求应添加在数据后面的余数

答：

多项式P(x)=x\^3+1对应的二进制串为1001。除数是4位，在数据后面要添加3个0。

101011

1001|101110000

1001

1010

1001

1100

1001

1010

1001

011

14、数据链路层采用回退-N帧协议，发送方已经发送了编号为0-7的帧。当计时器超时时，若发送方只收到0,2,4号帧的确认，则发送方需要重发的帧数是？（3）

15、一个信道的比特速率为4Mb/s，传导延迟是20ms，帧的大小在什么范围内，停-等协议才有至少50%的效率。

答：

当发送一帧的时间等于信道的传播延迟的2倍时，信道的利用率是50%。或者说，当发送一帧的时间等于来回路程的传播延迟时，效率将是50%。

20ms*2 = 40ms

现在发送的速率是每秒4000bit，即发送一位需0.25ms

40ms/0.25ms/bit = 160bit

所以当帧大于160位，停-等协议才有至少50%的效率。

另：

根据信道利用率公式有：

50% = L/(L+2BD)

D=20ms，B=4Mb/s

=> L=160bit

16、数据链路层进行差错控制的方法是什么？

答：

数据链路层的差错控制包括①发现错误和②重传出错的帧两部分。通常的错误可分为位错和帧错。

位错是指帧中某些位出现了差错。通常采用编码技术来发现位错，编码技术又分为检错编码和纠错编码。常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码（CRC），常见的纠错编码如海明码。对于位错，通常主要的差错控制方法有两类：自动重传请求（ARQ）和前向纠错（FEC）。在ARQ方式中，接收端检测出差错时，就设法通知发送端重发，直到接收到正确的码字为止。在FEC方式中，接收端不但能发现差错，而且能确定二进制数码的错误位置，从而加以纠正。比如采用CRC方式发现位错，通过ARQ方式来重传出错的帧的具体做法是：让发送方将要发送的数据帧附加一定的CRC冗余检错码一并发送，接收方则根据检错码对数据帧进行错误检测，若发现错误则丢弃，发送方超时重传数据帧。

帧错是指帧的丢失、重复或失序等错误。数据链路层通过引入定时器和编号机制，保证每一帧最终都能有且仅有一次正确地交付接收方。

17、数据链路层的无限制单工协议在现实网络中是否可行？为什么？

答：

数据链路层的无限制单工协议在现实网络中不可行，因为无限制单工协议有非常理想化的假设前提：

①单工传输

②发送方无休止工作（要发送的信息无限多）

③接收方无休止工作（缓冲区无限大或无处理时间）

④通信线路（信道）不损坏或丢失信息帧

即链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差错也不会丢失；不管发方以多快的速率发送数据，收方总是来得及收下，并及时上交主机（接收端向主机交付数据的速率永远不会低于发送端发送数据的速率）。

现实网络中是不能满足这些前提假设的。

18、要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P(X)=X\^4+X+1。试求应添加在数据后面的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

答：

采用CRC的生成多项式是P(X)=X\^4+X+1，因此对应的二进制串为10011。因此除数是5位，在数据后面要添加4个0。

1100001010

10011|11010110110000

10011

000010110

10011

10100

10011

1110

余数为1110（检验序列）。

（1）若数据在传输过程中最后一个1变成了0，即1101011010，然后把检验序列1110接在数据1101011010的后面。下一步进行CRC检验：

1100001011

10011|11010110101110

10011

010101

10011

11011

10011

10000

10011

0011

余数为0011，不为0，因此接收端可以发现接收的数据有差错。

（2）若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，即1101011000，同理将检验序列1110接在它的后面，然后进行CRC检验：

1100001001

10011|11010110001110

10011

010001

10011

10110

10011

0101

余数为0101，不为0，因此接收端可以发现接收的数据有错。

（3）采用CRC检验后，数据链路层的传输并非变成了可靠的传输。当接收方进行CRC检验时，如果发现有差错，就简单地丢弃这个帧。数据链路层并不能保证接收方接收到的和发送方发送的完全一样。

19、为什么数据链路层必须成帧？

答：

封装成帧是在一段数据的前后分别添加首部和尾部（在首部和尾部里面有许多必要的控制信息），这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，能够根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

如果在数据链路层不进行封装成帧，那么数据链路层在收到一些数据时，就无法知道对方传送的数据中哪些是数据，哪些是控制信息，甚至数据中有没有差错也不清楚（因为无法进行差错检测）。数据链路层也无法知道数据传送结束了没有，因此不知道应当在什么时候把收到的数据交给上一层。

20、某信道的数据传输速率是64kbps，传输延迟是200ms，帧长度是64字节。使用后退N帧的ARQ协议。如果想有效地利用信道，那么序列号应是多少位。

21、简述数据链路层的功能。

答：

数据链路层的主要设计目的是在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务。因此数据链路层最基本的功能是向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务。

数据链路层主要解决三个基本问题：封装成帧、透明传输和差错检测。封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部（首部和尾部中有许多必要的控制信息），使得接收端在收到物理层上交的比特流后，能根据首尾标记识别帧的开始和结束。透明传输是指上层交下来的数据，不管是什么形式的比特组合，都必须能正确传送。差错检测就是发现传输中出现的错误并加以纠正。

22、若用户数据中包含下列字符段，为达到透明传输的目的，采用字符填充技术。写出填充后的输出是什么。

DLE，STX，A，DLE，B，DLE，ETX

答：

填充后的输出是：DLE, DLE, DLE, STX, A, DLE, DLE, B, DLE, DLE, DLE, ETX

1、在总线型局域网中，由于总线作为公共传输介质被多个结点共享，因此在工作过程中需要解决的问题是？（D）

A. 拥塞

B. 交换

C. 互联

D. 冲突

2、虚拟局域网的技术基础是？（C）

A. 路由技术

B. 带宽分配

C. 交换技术

D. 冲突检测

3、决定局域网与城域网特性的三个主要的技术要素是？（C）

A 应用软件、通信机制与安全机制

B 协议类型、层次结构与传输速率

C 网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法

D 传输速率、误码率与覆盖范围

4、典型的局域网交换机允许 10Mb/s和 100Mb/s 两种网卡共存，它采用的技术是 10/100Mb/s的（B）

A 线路交换

B 自动侦测

C 令牌控制

D 速率变换

5、交换式局域网的核心设备是？（B）

A 中继器

B 交换机

C 集线器

D 路由器

6、在共享介质的局域网中，无论采用什么样的介质访问控制方法，多节点“冲突”的现象是不可避免的。（错）

7、网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质和不同传输速率的网络。（对）

8、局域网的基本拓扑类型分为哪三类？

答：

局域网的基本拓扑构型主要分为：星型结构、环形结构、总线型结构三类。

（1）总线型的特点：

①总线型局域网的介质访问控制方法采用的是“共享介质”方式；

②所有结点都连接到一条作为公共传输介质的总线上；

③总线传输介质通常采用同轴电缆或双绞线；

④所有结点都可以通过总线传输介质以“广播”方式发送或接收数据，出现“冲突（collision）”是不可避免的，“冲突”会造成传输失败；

⑤必须解决多个结点访问总线的介质访问控制（MAC，medium access control）问题。

（2）环型的特点：

①结点使用点—点线路连接，构成闭合的物理环型结构；

②环中数据沿着一个方向绕环逐站传输；

③在环形拓扑中，多个结点共享一条环通路；

④实现环的建立、维护、结点的插入与撤出。

（3）星型：

由中心节点和其它从节点组成，中心节点可直接与从节点通信，而从节点间必须通过中心节点才能通信。在星型网络中中心节点通常由一种称为集线器或交换机的设备充当，因此网络上的计算机之间是通过集线器或交换机来相互通信的，是现在局域网最常见的方式。

9、请解释为什么802.3规定有效帧中从目的地址到校验和字段的最短长度为64字节。

答：

在极限条件下，802.3局域网中发送方和接收方间允许接有4个中继器，最大距离为2500 m，往返5000 m，在传输速率为10M bps 条件下，如果在信号传播过程的尽头发生冲突，往返的时间大约需要50µs，再考虑一些安全余量以及2的整次幂的因素，所以通常取51.2 µs为争用时隙的时间长度（51.2µs即传输512 bit，即64字节所耗费的时间），所以帧的长度至少为64个字节。

10、请解释为什么要引入MAC子层。

答：

由于网络链路分为点对点链路和广播链路两大类，在点对点链路中，目的节点是唯一的，不需要寻址，发送站点和接收站点之间的通讯也只在彼此之间产生，不会有其他用户占用这个传输介质。而在广播链路中，采用共享介质连接所有站点，发送站点通过广播方式发送数据并占用整个带宽，如果有多个站点同时发送信息，就会产生冲突。因此，为了解决广播链路中的信道争用问题，IEEE把这种访问共享介质的功能专门划分出了一个子层，引入了MAC子层。

11、欲建造一个CSMA/CD网，其速率为1Gb/s，电缆长1km，并且无中继器。信号在电缆中的速度为200000km/s。帧的最小长度为多少？

答：

1km长的CSMA/CD网络的端到端传播时延τ=(1km) / (200000km/s) = 5 µs

2τ= 10µs，在此时间内要发送(1 Gbit/s)(10 µs)=10000bit

只有经过这样的一段时间之后发送端才能收到碰撞的信息（如果发生碰撞的话），也能检测到碰撞的发生。

因此，最短帧长为10000bit。

12、一条2km长的10Mb/s的CSMA/CD LAN（不是802.3），其传播速度为200m/μs。数据帧的长度为256比特，它包括32比特帧头、验和以及其他开销。传输成功后的第一个时隙被留给接收方，用来使接收方捕获信息并发送一个32比特的确认帧。假定没有冲突，有效数据传输速率为多少（不包括开销）？

答：

从全过程耗费的时间进行计算：

①发送数据256bit的时间=(256bit)/(10Mb/s)=25.6µs

②发送数据在信道上的传输时间=(2km)/(200m/µs)=10µs

③发送确认32bit的时间=(32bit)/(10Mb/s)=3.2µs

④确认数据在信道传输的时间=(2km)/(200m/µs)=10µs

因此，全过程共用25.6+10+3.2+10=48.8µs，而实际传输有效数据=256bit-32bit=224bit

因此有效数据率=(224bit)/(48.8µs)=4.59Mbps

标答：

线路上的双向延迟为 2×2km/200m/μs = 20μs，发送256+32比特所需时间 = （256+32）/10Mb/s = 28.8μs，发送256+32比特中有效数据为256-32比特，所以有效数据传输速率 = （256-32）/(28.8+20) μs = 5Mb/s

13、请说明ALOHA协议与CSMA协议都是为解决什么问题提出的，它们的主要区别是什么？

答：

ALOHA协议与CSMA协议都是为了解决信道争用问题而提出的。

它们的主要区别是：ALOHA协议是非载波侦听的，CSMA协议是载波侦听的。比如：在纯ALOHA协议中，网络中的任何一个站点需要发数据时，可以不进行任何检测就发送数据。在1-坚持CSMA中，一个站点在发送数据时，首先要侦听信道，如果信道空闲才发送数据；如果信道忙，就等待并继续侦听直至信道空闲。

14、请说明CSMA协议为什么有时不适用于无线LAN？

答：

CSMA协议的特点与无线LAN上的协议需要具有的特点存在差异：

在CSMA协议中，在电缆上，信号传播给所有站点；CSMA只判断本发送站点周围是否有活跃发送站点；冲突被发送站点发现；某一时刻，信道上只能有一个有效数据帧。

 在无线LAN中，信号只能被发送站点周围一定范围内的站点接收；MAC子层协议需要尽量保证接收站点周围一定范围内只有一个发送站点；冲突被接收站点发现；某一时刻，信道上可以有多个有效数据帧。

（2）具体来说，不适用于无线LAN的CSMA协议主要是指CSMA/CD协议，原因是CD（碰撞检测）在无线LAN中不能应用，理由如下：

①“碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道。一旦检测到碰撞，就立即停止发送。但由于无线信道的传输条件特殊，其信号强度的动态范围非常大。在无线局域网的适配器上，接收信号的强度往往会小于发送信号的强度，因此若要实现碰撞检测，那么在硬件上需要的花费就会过大。

②由于无线电波能够向所有的方向传播，且当电磁波在传播过程中遇到障碍物时，其传播距离会受到限制，由此引发了隐藏站点问题（侦听不到）和暴露站点问题（侦听无关通讯）。也就是无线LAN可能出现检测错误的情况：检测到信道空闲，其实并不空闲；而检测到信道忙，其实并不忙。

15、请说明10Base-T表示什么含义

答：

“10”代表这种以太网具有10Mbit/s的数据率，“BASE”代表连接线上的信号是基带信号，“T”代表双绞线。

16、一个速率为4Mb/s，环周长为1km，50个等距站点的令牌环网，信号传播速度为200m/μs,令牌长30比特，在50个站点全部正常接入的情况下，令牌绕环一周需要多长时间。如果其中48个站点关机将会出现什么情况，怎么解决？

答：

不考虑每个环上每个站点引入的延迟，令牌绕环一周需要的时间=令牌的传播时延+发送时延

传播时延：1km / (200m/μs) = 5μs

发送时延：30bit / (4Mb/s) = 7.5μs

因此令牌绕环一周需要的时间为5μs+7.5μs=12.5μs

如果其中第48个站点关机，则会发生令牌丢失。解决方法如下：

在802.4中在第47个站将令牌传出之后，它就观察第48个站是否传出一帧或者交出令牌。发现两者均未发生，那么第47个站将再次传出令牌。发现第二次仍失败，第47个站就发送WHO_FOLLOWS帧，该帧中标明了后继站的地址。当第49个站看到WHO_FOLLOWS帧中给出的地址是自己的前站地址，它就发送SET_SUCCESSOR帧给第47个站作为响应，声明自己将成为新的后继站。这样，关机的第48个站点就从环中移去。

标答：

(30+50) / (4Mb/s) = 20μs

1km / (200m/μs) = 5μs

当只剩下两个站点时，一比特的环绕时延为4Mb/s*(1km/200m/μs) + 2bit = 22bit

而令牌的长度为30bit，所以必须向环中至少插入8bit的人工时延，以保证环能够容纳令牌。

17、令牌总线系统的工作方式为：当令牌到达一个站点时，某个计时器便复位为0。然后，该站点开始发磅优先级为6的帧，直到计时器达到T6为止。随后，它开始发送优先级为4的帧，直到计时器计到T4为止。对于优先级为2和0的帧，也重复此算法。如果所有站点T6到T0的计时值分别为50ms，80ms，90ms，100ms。请问，预留给各优先级的带宽分别为总带宽的百分之几？

答：

4个优先级分别获得50ms、30ms、10ms和10ms

因此，预留给优先级6的带宽是总带宽的50%，预留给优先级4的是总带宽的30%，预留给优先级2的是总带宽的10%，预留给优先级0的是总带宽的10%。

18、请描述P-持续CSMA协议的工作过程

答：

p-持续CSMA适用于分槽信道，它的工作过程如下：

①若站点有数据发送，先监听信道：

②若站点发现信道空闲，则以概率p发送数据，以概率 q =1- p 延迟至下一个时槽发送。若下一个时槽仍空闲，重复此过程，直至数据发出或时槽被其他站点所占用。

③若信道忙，则等待下一个时槽，重新开始发送。

④若产生冲突，等待一随机时间，然后重新开始发送。

19、无限分隙ALOHA用户每秒产生50次请求，包括初始请求和重传请求，时隙为30ms，请问吞吐率为多大？信道是过载还是载荷不足？

答：

载荷G = 50 / (1 / (30*10\^(-3))) = 1.5 > 1，因此信道过载

吞吐率S = G*e\^(-G) = 1.5*e\^(-1.5) = 0.3347

20、一个LAN采用Datakit二进制倒计数法。现站点0011、1010、1101、0010、0101都想使用信道，请说明它们争用信道的过程。

答：

在第一位的时间中，站点0011、1010、1101、0010、0101分别传送0、1、1、0、0。它们被OR在一起，得到1。站点0011、0010和0101看到了1，它们立即明白有高序的站也在竞争信道，所以它们放弃这一轮竞争。站点1010和1101继续竞争信道。

接下来的第二位的时间中，站点1010和1101分别传送0和1，它们OR的结果为1，因此站点1010放弃，最后的胜者是1101，站点1101现在赢得竞争可以传输一帧，之后又开始新一轮竞争。

0 0 1 1 0 _ _

1 0 1 0 1 0 _

1 1 0 1 1 1 0

0 0 1 0 0 _ _

0 1 0 1 0 _ _

21、在一个4Mb/s的令牌环中，令牌持有时间为10ms。可在此环上发送的最大帧有多长？

答：

可发送的最大帧长就是站点在握有令牌后连续发送的数据帧的长度，因此最大帧长为4Mb/s*10ms=(4*10\^6bit/s)*(10*10\^(-3)s)=40000bit=5000B