计算机网络数据链路层复习框架及易错题

概念

在物理层所提供服务的基础上向网络层提供服务。即：将原始的，有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路。

基本服务

无确认的无连接服务、有确认的无连接服务、有确认的有连接服务

功能

• 链路管理：负责数据链路的建立、维持和释放，主要用于面向连接服务。
• 帧同步：接收方确定收到的比特流中一帧的开始位置和结束位置。
• 差错控制：用于使接收方确定收到的数据就是由发送方发送的数据。
• 透明传输：

组帧

• 字符计数法：一个特殊字符表示一帧的开始；一个计数字段（提供的字节数包含自身所占的一个字节）表示该帧包含的字节数。
• 字节填充的首尾界符法：首部SOH（start of header）十六进制数为01，尾部EOT（end of transmission）十六进制数为04，当中间的数据部分出现首字符SOH转变为ESC x，出现尾字符EOT转变为ESC y，出现转义符ESC转变为ESC z。
• 比特填充的首尾标志法：开始结束标志均为01111110，当数据部分出现开始结束标志时，发送方在每5个连续的1后添一个0，接收方在每5个连续的1后删除一个0。
• 物理编码违例法：利用物理介质上编码的违法标志来区分帧的开始与结束。

差错控制

• 检错编码：1.奇偶校验码；2. 循环冗余码：具有r检测位的多项式能够检测出所有小于或等于r的突发错误。
• 纠错编码：海明码

流量控制

• 目的：控制发送方发送数据的速率，使接收方来得及接收。
• 方法：由接收方控制给发送方的数据流
• 方式：
  -停止等待流量控制：每次只发送一帧，传输效率低。发送方发出一帧，等待应答信号到达再发送下一帧；接收方每收到一帧后，返回一个应答信号，接收方不返回应答发送方一直等待。
  滑动窗口流量控制：发送窗口存放两类帧：一类是已经被发送但还未确认的帧；另一类是可以发送的帧。发送端每收到一个帧的确认，发送窗口就向前滑动一个帧的位置。接收窗口：收到的数据帧落入接收窗口内，将窗口前移一个位置，否则丢弃。

可靠传输机制

• 传输差错分类：比特差错：通过CRC来检测；传输差错：帧丢失、帧重复、帧失序。
• 方式：
  停止等待协议：发送窗口大小=接收窗口大小=1;重传计时器
  后退N帧（GBN）协议：发送窗口大小>接收窗口大小=1；采用n个比特对帧进行编号（发送窗口1 选择重传（SR）协议：发送窗口大小>1，接收窗口大小>1;采用n个比特对帧进行编号（发送窗口w<=2^(n-1)），若一帧出错，则其后续帧先存入接收方的缓冲区中，同时要求发送方重传出错帧，一旦收到重传帧后，就和原存在缓冲区的其余帧一起按正确的顺序送至主机。

介质访问控制

静态分配信道方法：信道划分介质访问控制分为：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。
动态分配信道方法：
1.随机访问介质访问控制：

• ALOHA协议：任意网络节点需发数据，可不进行检测，如果一段时间内未收到确认则认为该节点发生冲突，发生冲突节点需等待一段随机时间再发 数据，直到发送成功为止。
• CSMA协议（载波侦听多路访问）：当发送节点监听到信道空闲时：
  1–坚持CSMA，立即发送数据，否则继续监听；
  P–坚持CSMA以概率P发送数据，以1–P延迟一段时间并重新监听；
  非坚持CSMA，立即发送数据，否则延迟一段随机的时间再重新监听。
• CSMA/CD协议（带冲突检测的载波侦听多路访问）：先听后发，边听边发（二进制指数类型退避算法），冲突停发，随机重发，争用期2ε
• CSMA/CA协议：（带冲突避免的载波侦听多路访问）：先听后发，发送节点在发送完一个帧后，必须等待一段时间（称帧间隔），检查接收方是否发回帧的确认，若收到确认，则无冲突发生，若未收到，则出现冲突，重发该帧。

2.轮询访问介质访问控制：令牌传递协议

局域网

概念：一个较小范围内的通信设备，通过双绞线等连接介质互连起来，以达到资源和信息共享目的的互联网络
特点：

• 为一个单位拥有
• 地理范围和站点数目有限
• 具有较高的数据率，较低的时延和较小的误码率

优点：

• 便于系统的扩展和演变
• 提高了系统的可靠性、可用性
• 各站为平等关系

技术要素：

• 网络拓扑结构：星型网、环形网、总线型网、树形网
• 传输介质：铜缆、光纤、双绞线（主要）
• 介质访问控制方法：CSMA/CD、令牌总线、令牌环

以太网

以太网相当于802.3局域网：采用总线拓扑结构，信息以广播域发送，使用CSMA/CD技术

使通信简便的措施：

• 无连接的工作方式
• 不对发送的数据帧进行编号，不要求对发送方发送确认

以太网的MAC帧：

高速以太网

• 100Base-T以太网（Base为基带，T为双绞线）：采用星型拓扑结构，在全双工方式下工作无冲突，在半双工方式下仍需要使用CSMA/CD协议
• 千兆以太网
• 10吉比特以太网：光纤作为传输介质，只工作在全双工方式下

数据链路层易错题

1.在OSI参考模型中，下面哪些是数据链路层的功能？（）
a.帧同步
b.差错控制
c.流量控制
d.拥塞控制
A.abc
B.abd
C.acd
D.bcd
解析A. OSI参考模型中，数据链路层具有流量控制、差错控制。在TCP/IP模型中流量控制、差错控制在传输层，拥塞控制是传输层的

2.对于信道比较可靠并且对通信实时性要求高的网络，采用（）数据链路层服务比较合适。
A. 无确认的无连接服务
B. 有确认的无连接服务
C.有确认的面向连接服务
D.无确认的面向连接服务
解析：A. 无确认的无连接服务是指源机器向目标机器发送独立的帧，目标机器并不对这些帧进行确认。事先不建立逻辑连接，事后也不用释放逻辑连接。这类服务对数据迟到比数据损坏更加不好的实时通信非常适合。

3.假设物理信道的传输功率是95%，而平均一个网络层的分组需要10个数据链路层的帧来发送。如果数据链路层采用了无确认的无连接服务，那么发送网络层分组的成功率是（）
解析：要成功发送一个网络层的分组，需要成功发送10个数据链路层帧。成功发送10个数据链路层帧的概率是0.95^10=0.6

4.在可靠传输机制中，发送窗口的位置由窗口前沿和后沿的位置共同确定，经过一段时间，发送窗口后沿的变化情况可能是（）
a.原地不动
b.向前移动
c.向后移动
A. ab
B. ac
C.bc
D.abc
解析：A窗口不动数据动，蛋白质的合成过程

5.链路层采用后退N帧协议，如果发送窗口的大小是32，那么至少需要（）位的帧序号才能保证协议不出错。
解析：6在后退N帧协议中，帧号>=发送窗口+1，所以此题帧的最大号码数为32（从0开始共33个）。因为2^5<33<26,所以至少需要6为的帧序号才能达到要求

6.为了检测5比特的错误，编码的海明距应该为（）
A. 4
B.6
C.3
D.5
解析：B 检测d位错，需要码距为d+1的编码方案

7.为了纠正2比特的错误，编码的海明距应该为（）
A.2
B.3
C.4
D.5
解析：D 纠错d位错，需要码距为2d+1的编码方案

8.使用海明码进行前向纠错，如果冗余位为4位，那么信息位最多可以用到（）位,假定码字为a_6 a_5 a_4 a_3 a_2 a_1 a_0,并且有下面的监督关系式子s_2=a_2+a_4+a_5+a_6, s_1=a_1+a_3+a_5+a_6, s_0=a_0+a_3+a_4+a_6,若s_2 s_1 s_0=110,则表示出错位是（）
解析：11、a_5. 若有n个数据位和k个冗余校验位那么满足2^k-1≥k+n，所以数据位n最大为11，由于s_2 s_1 s_0=110，所以s_2 s_1出错，即a_5 a_6可能出错，因为s_0未出错所以出错位为a_5
9.流量控制是为防止（）所需要的
A.位错误
B.发送方缓冲区溢出
C.接收方缓冲区溢出
D.接收方与发送方间冲突
解析：C.流量控制就是要控制发送方发送数据的速率，使接收方来得及接收，目的是防止接收方缓冲区溢出

10.信道速率为4kbit/s，采用停止等待协议。传播时延t=20ms,确认帧长度和处理时间均可忽略。问帧长（）才能使信道的利用率达到至少50%
解析：信道利用率=发送时间/（发送时间+2传播时延）>=50%,所以发送时间是40ms,所以帧长为信道速率为4kbit/s发送时间40ms=16bit

11.在下列多路复用技术中，（）具有动态分配时隙的功能
A.同步时分多路复用
B.码分多路复用
C.统计时分多路复用
D.频分多路复用
解析：C. 异步时分多路复用采用动态分配时间片（时隙）的方法，又称为统计时分多路复用。
12.多路复用器的主要功能是（）
A.执行数/模转换
B.结合来自多条线路的传输
C.执行串/并转换
D.减少主机的通信处理强度
解析：B. 多路复用的主要功能是要结合来自多条线路的传输，从而提高线路的使用率。

13.根据CSMA/CD协议的工作原理，需要提高最短帧长度的是（）
A网络传输速率不变，冲突域的最大距离变短
B上层协议使用TCP的概率增加
C在冲突域不变的情况下减少线路的中继器数量
D冲突域的最大距离不变，网络传输速率提高
解析：D 以太网的最短帧长度是为了检测冲突的，其基本思想是发送一帧的时间需要大于或等于信号沿着信道来回一趟的时间。所以在冲突域最大距离不变的情况下，如果网络传输速率提高，说明发送一帧需要更短的时间。那么在这种情况下就应该提高最短帧长度来保证发送一帧的时间大于或等于信号沿信道来回一趟的时间

14.同一局域网上的两个设备有相同的MAC地址，其结果是（）
A首次引导的设备使用该地址，第二个设备不能通信
B最后引导的设备使用该地址，第一个设备不能通信
C这两个设备都能正常通信
D这两个设备都不能正常通信
解析：D.在使用静态地址的系统上，如果有重复的硬件地址，那么这两个设备都不能通信，在局域网上，每个设备必须有一个唯一的硬件地址

15.全双工以太网传输技术的特点是（）
a能同时发送和接收帧
b不受CSMA/CD限制
c不能同时发送和接收帧
d受CSMA/CD限制
Ab
Ac
Bc
Cd
解析：A.因为全双工既有接收数据的通道又有发送数据的通道，所以能同时发送和接收帧CSMA/CD协议是防止发送和接收冲突的协议，而全双工根本不存在冲突，所以不受CSMA/CD的限制

16.下列关于令牌环网络的描述中，错误的是（）
A令牌环网络存在冲突
B同一时刻，环上只有一个数据在传输
C网上所有节点共享网络带宽
D数据从一个节点到另一个节点的时间可以计算
解析：A.令牌环网的拓扑结构为环形，存在一个令牌不停地在环中流动，只有获得了令牌的主机才能够发送数据，因此是不存在冲突的

17.一个通过以太网传送的IP分组有60B长，其中包括所有头部。若没有使用LLC则以太网帧中需要（）填充字节
解析：以太网最小帧长度为64B，首部18B加上IP分组60B已经大于64B所以无需填充字节。

18.网卡实现的主要功能（）
A物理层与数据链路层的功能
B数据链路层与网络层的功能
C物理层与网络层的功能
D数据链路层与应用层的功能
解析：A.网卡是用来实现以太网协议的，所以网卡主要实现了物理层和数据链路层的功能

19.通过交换机连接的一组工作站（）
A组成一个冲突域，但不是一个广播域
B组成一个广播域，但不是一个冲突域
C即使一个冲突域又是一个广播域
D都不是
解析：B.交换机隔离冲突域但不能隔离广播域

20.在使用以太网交换机的局域网中，正确的是（）
A局域网只包含一个冲突域
B交换机的多个端口可以并行传输
C交换机可以隔离广播域
D交换机根据LLC目的地址转发
解析：B.LLC是逻辑链路控制，他在MAC层之上，用于向网络层提供一个接口以隐藏各种802网络之间的差异，交换机是按照MAC地址转发的

21.决定局域网特性有三个主要技术，他们是（）
A传输介质、差错检测方法和网络操作系统
B通信方式、同步传输和拓扑结构
C传输介质、拓扑结构和介质访问控制方法
D数据编码技术、介质访问控制方法和数据交换技术
解析：C

22.在连续ARQ协议中，当滑动窗口序号位数为n时则发送窗口最大尺寸为
A.2^(n-1)
B.2^n-1
C.2n
D.2^n
解析：A连续ARQ协议包括后退N帧和选择重传两种协议，对与后退N帧协议，当帧序号位数为n时发送窗口大小有1<发送窗口<=2^{n-1，接收窗口为1；对于选择重传协议，当帧序号位数为n时发送窗口大小<=2}(n-1)，发送窗口取最大值时，接收窗口为2^(n-1)

23.下列关于CSMA/CD协议的叙述中，错误的是（）
A边发送数据帧，边检测是否发送冲突
B适用于无线网络，以实现无线链路共享
C需要根据网络跨距和数据传输速率限定最小帧长
D当信号传播延迟趋近0时，信道利用率趋近100%
解析：B CSMA/CD适用于有线网络；CSMA/CA广泛应用于无线局域网

24.主机甲通过128kbit/s卫星链路，采用滑动窗口协议向主机乙发送数据，链路单向传输延迟为250ms,帧长为1000字节。不考虑确认帧的开销，为使链路利用率不小于80%，帧序号的比特数至少是（）
解析：信道利用率=n发送时延/（发送时延+2传输延迟），发送时延=帧长/链路速率,帧序号的比特数满足2^k>=n+1,所以代入数据k=4。

25.对于100Mbit/s的以太网交换机，当输出端口无排队，以直通交换方式转发一个以太网帧（不包括前导码）时，引入的转发延迟至少是（）
解析：直通交换方式是指以太网交换机可以在各端口间交换数据。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该报的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处连通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能通常情况下，直通方式只检查数据包的包头即前14个字节，由于不需要考虑前导码，只需检测目的地址的6B，所以最短的传输延迟是6B/100Mbit/s=0.48us

数据链路层复习思维导图