计网 | 【三数据链路层】知识点及例题二、例题三、408例题

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我是靠谱客的博主虚心热狗，最近开发中收集的这篇文章主要介绍计网 | 【三数据链路层】知识点及例题二、例题三、408例题，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

1、

结点：主机、路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。
数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。帧:链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。
数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
组帧即定义数据格式。

2、

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。
当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

3、

数据链路层编码和物理层的数据编码与调制不同。
物理层编码针对的是单个比特，解决传输过程中比特的同步等问题，如曼彻斯特编码。
而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程是否出现了差错。

4、

在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收，即“凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。接收端丢弃的帧虽然曾收到了，但是最终还是因为有差错被丢弃。
因此默认“凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”。
“可靠传输”：数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。
链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

5、数据链路层的差错控制

6、

数据链路层的流量控制是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。
数据链路层流量控制手段：接收方收不下就不回复确认。
传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告。

7、

可靠传输：发送端发啥，接收端收啥。
流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧。
滑动窗口解决：
1、可靠传输（发送方自动重传) 2、流量控制(收不下就不给确认，想发也发不了)

8、停止-等待协议

1、为什么要有停止-等待协议?
除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。
丢包：物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等原因,会导致数据包的丢失。
为了实现流量控制。
2、研究停等协议的前提?
虽然现在常用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方)，一方接收数据(接收方)。
因为是在讨论可靠传输的原理，所以并不考虑数据是在哪一个层次上传送的。“停止-等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。
3、停等协议有几种应用情况?
无差错情况&有差错情况
信道利用率

9、后退N帧协议（GBN）

GBN发送方必须响应的三件事
1、上层的调用
上层要发送数据时，发送方先检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并将其发送;如果窗口已满，发送方只需将数据返回给上层，暗示上层窗口已满。上层等一会再发送。(实际实现中，发送方可以缓存这些数据，窗口不满时再发送帧）。
2、收到了一个ACK
GBN协议中，对n号帧的确认采用累积确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧。
3、超时事件
协议的名字为后退N帧/回退N帧，来源于出现丢失和时延过长帧时发送方的行为。就像在停等协议中一样，定时器将再次用于恢复数据帧或确认帧的丢失。如果出现超时，发送方重传所有己发送但未被确认的帧。
GBN接收方要做的事
如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层。
其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息:expectedseqnum(下一个按序接收的帧序号）。

10、选择重传协议（SR）

SR发送方必须响应的三件事
1、上层的调用
从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧;否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。
2、收到了一个ACK
如果收到ACK，加入该帧序号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号)，则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。
3、超时事件
每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。
SR接收方要做的事
来者不拒(窗口内的帧)
SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧【收谁确认谁】，直到所有帧(即序号更小的帧）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。
如果收到了窗口序号外(小于窗口下界)的帧，就返回一个ACK。其他情况，就忽略该帧。

11、计算问题

大小为n的滑动窗口，最多有n-1个发送窗口，即最多有n-1帧已发送没确认。
ARQ协议中，发送窗口的大小≤窗口总数-1
发送窗口＋接收窗口 ≤ 帧序号
效率最高时∶发送窗口=接收窗口

12、传输数据使用的两种链路

点对点链路：两个相邻节点通过一个链路相连，没有第三者。
应用：PPP协议，常用于广域网。（电话）
广播式链路所有主机共享通信介质。
应用：早期的总线以太网、无线局域网，常用于局域网。典型拓扑结构：总线型、星型（逻辑总线型)（对讲机）

13、介质访问控制

信道划分介质访问控制（MAC Multiple Access Control)协议：

基于多路复用技术划分资源。
牺牲速度，保证绝对不碰撞︰TDM/FDM/WDM/CDM
网络负载重：共享信道效率高，且公平
网络负载轻：共享信道效率低

随机访问MAC协议：冲突

用户根据意愿随机发送信息，发送信息时可独占信道带宽。
保持速度，但有碰撞可能︰ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA
网络负载重：产生冲突开销
网络负载轻：共享信道效率高，单个结点可利用信道全部带宽

轮询访问MAC协议 / 轮流协议 / 轮转访问MAC协议：

既要不产生冲突，又要发送时占全部带宽。
1、轮询协议
2、令牌传递协议

1、TDM A(Time-Division Multiplexing)∶

时分复用将时间分成大小相同的时隙片，轮流给信号使用（同步时分多路复用）

STDM（时隙可变)（又称统计时分复用/异步时分多路复用）

2、FDM A(Frequency-Division Multiplexing)

频分复用将物理信道的总带宽分割成若干个子信道

TDM与FDM区别：

3、 WDM A(Wave-Division Multiplexing)︰波分复用

将光信号按照波长分解

4、CDM A(Code-Division Multiplexing Access)∶码分复用（掌握计算）

原理:向量的正交性

在一个大房间里同时进行多对的会话，不同对的人分别用不同的语言进行交谈

2、CSMA协议

3、CSMA/CD协议

载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection)
CS：载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA：多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。——总线型网络
CD：碰撞检测（冲突检测），“边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。——半双工网络
先听后发为什么还会冲突?
因为电磁波在总线上总是以有限的速率传播的。
最快多久知道产生了碰撞？一个τ
最慢多久知道产生了碰撞？两个τ（争议期：信号在最远两个端点之间往返传输的时间）
注：信号从线路一端传输到另一端的时间为一个τ
注：从发送开始到收到应答的时间 2τ或0
截断二进制指数规避算法：考虑了网络负载对冲突的影响。
为了确保发送站在发送数据的同时能检测到可能存在的冲突，需要在发送完帧之前就能收到自己发送出去的数据，即帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延，
所以CSMA/CD总线网中的所有数据帧都必须要大于一个最小帧长。任何站点收到帧长小于最小帧长的帧就把它当做无效帧立即丢弃。
只有在CSMA/CD协议下才对帧长有限制
1、只有在CSMA/CD协议下才对帧长有限制(可能是出其不意的小坑坑)
2、最小帧长的计算公式，注意区分∶信号传播速度、数据速率(用单位区分，信号m/s，数据b/s )

CSMA/CA协议【collision Avoidance碰撞避免】

1、二进制指数退避算法

2、预约信道

发送方在发送数据的同时向其他站点通知自己传输数据需要的时间长度，以便让其他站点在这段时间内不发送数据。

3、ACK帧

收到则返回ACK帧（确认帧），否则不采取任何行动，发送方重发数据帧，直到收到ACK帧或达到规定重发次数为止。

4、RTS/CTS帧解决无线网中的“隐蔽站”问题。(可选)

令牌传递协议

令牌：一个特殊格式的MAC控制帧,不含任何信息。控制信道的使用，确保同一时刻只有一个结点独占信道。

令牌环网无碰撞。

每个结点都可以在一定的时间内(令牌持有时间)获得发送数据的权利，并不是无限制地持有令牌。

问题：1.令牌开销 2.等待延迟 3.单点故障

应用于令牌环网(物理星型拓扑，逻辑环形拓扑）。

采用令牌传送方式的网络常用于负载较重、通信量较大的网络中。

14、局域网基本概念与体系结构

局域网（Local Area Network)：简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。

局域网的分类

1、以太网：以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10Mbps)、快速以太网（100Mbps)千兆以太网(1000 Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD。
逻辑拓扑——总线型，物理拓扑——星形或拓展星形
在以太网中，如果一个结点要发送数据，它将以“广播”方式把数据通过作为公共传输介质的总线发送出去，连在总线上的所有结点(包括发送结点)都能“收听”到发送结点发送的数据信号。
为了通信方便, 以太网采用两种措施︰1.采用无连接的工作方式∶传输数据之前不用建立连接。⒉对发送的帧不进行编号，也不要求发确认帧﹐以太网提供的是无连接不可靠的服务，尽最大努力交付。理由:局域网的信道质量非常好，因为信道质量产生的错误的概率非常小。差错纠正由高层完成。
每收到一个MAC帧，就先用硬件检查MAC帧中的MAC地址，如果是发往本站的就收下，否则丢弃。
2、令牌环网物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。已是“明日黄花”。
3、FDD网(Flbser Dlstrlbuted Data Interlace)物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。
4、ATM同(Aaynchronous Transler Mode)较新型的单元交换技术,使用53字节固定长度的单元进行交换。
5、无线局域网（Wireless Local Anea Network;wLAN）采用IEEE 802.11标准。

IEEE 802标准

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定的局域网、城域网技术标准（1980年2月成立)。其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等。这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责。
IEEE 802.11是无线局域网通用的标准，它是由IEEE所定义的无线网络通信的标准。
LLC子层的主要功能是︰建立和释放数据链路层的逻辑连接、提供与高层的接口、差错控制、给帧加序号。与传输媒体无关
向网络层提供服务，LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时，应对数据包做何处理。
MAC子层的主要功能是∶组帧和拆帧、比特差错检测、寻址、竞争处理。与传输媒体有关

802.11的MAC帧头格式

15、网络接口板/网卡/网络适配器/网络接口卡

网卡功能︰帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存等
设备功能的实现，需要本层及以下层
工作在数据链路层的组件，将计算机连接到计算机网络中。

16、PPP协议

17、多路复用技术及相关设备

多路复用：充分利用通信信道的容量，而使多路数据信息共享一路信道。
多路复用器：接收多个输入信号，按每个输入信号可恢复方式合成单个输出信号
数模转换器(D/A转换器)：执行模/数转换
移位寄存器：执行串行/并行转换

18、虚拟局域网

虚拟局域网是建立在局域网交换技术基础上的
虚拟局域网可以将局域网上的结点划分成若干个「逻辑工作组/广播域/子网」，那么一个逻辑工作组就是一个虚拟网络
逻辑工作组的结点组成不受物理位置的限制

19、10Base-T

20、通信设备

放大器：对信号不加处理的放大
中继器：连接线路、对信号整形放大
集线器：多端口中继器
网桥：连接网段、存储转发帧、隔离冲突域
交换机：多端口网桥
路由器：连接网络、路由选择、隔离广播域

各层设备的传输时延

集线器的每个端口都具有收发功能，当某个端口收到信号时，立即向所有其他端口转发，因此其传输时延最小。

从数量级上看，局域网交换机为几十us，那么网桥为几百us，而路由器为几千us。

各层设备对不同区域的分割

网段：
一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质,中继器,集线器等)能够直接通讯的那一部分。
冲突域：
在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
同一物理网段上所有节点的集合or以太网上竞争同—带宽的节点集合。
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
接收同样广播消息的节点的集合。

为什么交换机可以隔离冲突域？
交换机在数据链路层，作用是转发数据报文
交换机可以隔离冲突域，但是不可以隔离广播域
交换机具有地址学习的能力，它会记录连接的主机的MAC地址，形成MAC地址表；
当需要转发数据帧时，交换机会查看MAC地址表，根据数据帧的目的MAC转发到指定的端口，不会转发到其它端口，这样每一台主机都只会收到跟自己有关的数据，不会相互影响；
假如数据帧的目的MAC地址不在交换机MAC地址表里时，交换机会把数据帧转发到除接收端口外的其它所有端口，此时交换机就是hub，不能起到隔离冲突域的作用。
所以，交换机之所以能够隔离冲突域，是因为交换机有地址学习（生成MAC地址表）的能力，并且按照MAC地址表转发数据。

21、三种网络相关地址

22、同轴电缆（第二章物理层）

23、一个例子

二、例题

当在同一局域网的两个设备具有相同的静态MAC地址时，会发生()。

A．首次引导的设备排他地使用该地址，第二个设备不能通信

B．最后引导的设备排他地使用该地址，另一个设备不能通信

C．在网络上的这两个设备都不能正确通信

D．两个设备都可以通信，因为它们能读分组的整个内容，知道哪些分组是发给它们的，而不是发给其他站的

【解析】

每一块网络适配器（网卡）都有一个地址MAC地址/物理地址6B

由于总线上使用的是广播通信，每收到一个MAC帧,就先用硬件检查MAC帧中的MAC地址，如果是发往本站的就收下，否则丢弃。

相同静态MAC地址，不能正确通信

1、目的MAC地址等于本机MAC地址的帧是不会被发送到网络上去的；

2、其他设备的用户发送给A的帧也会被B接收，B必须处理不属于本设备的帧，浪费了资源;

3、正确实现的ARP软件都会禁止把同一个MAC地址绑定到两个不同的IP地址，防止A和B在会话时都时断时续。

MAC地址和IP地址一样全球唯一吗？

否。

IP地址的分配是基于网络拓扑, MAC地址的分配是基于制造商。

MAC地址一般存放在EPROM/EEPROM里，这种ROM是可修改的，存在这种可擦除ROM里的MAC可能会被修改。

同一个局域网中不能有两个相同的MAC地址，而不同的局域网中可以有相同的MAC地址。

如果一个网络采用一个具有24个10Mb/s端口的半双工交换机作为连接设备，每个连接点平均获得的带宽为( )，该交换机的总容量为()。

【解析】

1）在采用交换机作为连接设备的交换式局域网中，交换机能同时连通许多对端口，使每对相互通信的计算机都能像独占该通信媒体一样，进行无冲突的数据传输。

另外，交换机的端口还可设计成支持两种工作模式，即半双工模式和全双工模式。

对于10Mbs的端口，半双工端口带宽为10Mb/s，而全双工端口带宽为20Mb/s。

2）拥有N对10Mb/s端口的交换机可同时支持N对结点同时进行半双工通信，所以它的总容量为N×10Mb/s，本题中N=24/2=12，因此交换机总容量为120Mbs。

【答案】 10Mb/s 120Mb/s

三、408例题

【2012年计算机联考真题】

两台主机之间的数据链路层采用后退N帧协议（GBN)传输数据，数据传输速率为16 kbps，单向传播时延为270ms，数据帧长度范围是128~512字节，接收方总是以与数据帧等长的帧进行确认。为使信道利用率达到最高，帧序列的比特数至少为( )。

A . 5 B.4 C . 3 D . 2

【解析】

在这里选取的数据帧长度为128B，其原因是这样的，若要使信道利用率最高，自然是不能让信道空闲下来，即不停的发信息。所以信道利用率看起来和数据帧长度是无关的。然而事实情况却不是这样的。在这里主要有以下两个原因：

1.由于发送窗口的限制，发送方不可能无限制地发送数据，若要使发送方尽可能多地发送数据，应当尽量扩大发送窗口，但是为了区分新旧帧，要保证发送窗口<=2^m-1,(其中m为帧序号比特数)，由此可见，要想多发数据应尽量使帧序号比特数大一些。

例如，当发送大小相同的一组数据时，数据帧为512B的最大帧序号数小于数据帧为128B的最大帧序号数，即分组为512B的发送窗口小于128B的发送窗口，所以使得512B的数据帧可发送数据帧数减少，占用信道的时间减少，信道利用率下降。故要提高信道利用率应当选择数据帧较小的。

（在这里有的小伙伴可能有误区，信道利用率和发送数据大小无关，只和占用信道时间有关。在本题中，两种帧长度下所发送的总数据是相等的，但是占用的信道时间不同，所以利用率不同。

举个栗子：一个数据帧就相当于一辆车，现有两种车，一种车可以乘512人，另一种可以乘128人；在总人数相同的情况下，小车型的就得多跑两趟，大车型就少跑两趟，而信道利用率只看车在高速公路上跑的时间，它不管你乘的多少人。由于小车型跑的次数多，他当然在路上花的时间也就多，所以信道利用率高。）

2.请思考分组交换相对于报文交换的一个优点：由于缩短了数据报的长度，从而减少了单个“报文”的出错率。

回到信道利用率的定义：对发送方而言，一个发送周期时间内，发送有效数据所占的时间占整个发送周期的比率。请注意这里是指有效数据，所以，要想少做“无用功”应当尽量减少数据帧的长度，尽量“稳如狗”。所以应当选择数据帧较小的。

两台主机之间的数据链路层采用后退N帧协议(GBN)传输数据，数据传输速率为16kbps，单向传播时延为270ms，数据帧长度范围是128～512字节，接收方总是以与数据帧等长的帧进行确认。_★飞翔的企鹅★的博客-CSDN博客_两台主机之间的数据链路层

关于信道利用率的总结与一道习题的最终解释_DrCrypto的博客-CSDN博客_信道利用率定义

【2014年计算机联考真题】

站点 A、B、C 通过CDMA 共享链路，A、B、C 的码片序列(chipping sequence)分别是(1,1,1,1)、(1,-1,1,-1)和(1,1,-1,-1)。若 C 从链路上收到的序列是(2,0,2,0,0,-2,0,-2,0,2,0,2)，则 C 收到A 发送的数据是______
A．000 B．101 C．110 D．111

【解析】C接收到的是A，B发送过来的叠加码片，C想要看A发送的数据，就将接收到的叠加码片与A的码片序列进行规格化内积操作：

（2，0，2，0；0，-2，0，-2；0，2，0，2）每四位与（1，1，1，1）进行规格化内积，

（2*1+0*1+2*1+0*1)/4=1;

（0*1+-2*1+0*1+-2*1)/4=-1，-1即0;

（0*1+2*1+0*1+2*1)/4=1;可以得到结果101（注：如果内积为0表示没有发送数据）