王道计算机网络课代表 - 考研计算机 第三章 数据链路层 究极精华总结笔记

本篇博客是考研期间学习王道课程 传送门 的笔记，以及一整年里对 计算机网络 知识点的理解的总结。希望对新一届的计算机考研人提供帮助！！！
 
关于对 数据链路层 章节知识点总结的十分全面，涵括了《计算机网络》课程里的全部要点（本人来来回回过了三遍视频），其中还陆陆续续补充了许多内容，所以读者可以相信本篇博客对于考研计算机网络 “数据链路层” 章节知识点的正确性与全面性；
但如果还有自主命题的学校，还需额外读者自行再观看对应学校的自主命题材料。
 
计算机网络 笔记导航

1. 第一章 计算机网络体系结构
2. 第二章 物理层
3. 第三章 数据链路层 ⇦当前位置
4. 第四章 网络层
5. 第五章 传输层
6. 第六章 应用层
7. 计算机网络 复试精简笔记 (未完成)
8. 408 全套初复试笔记汇总 传送门 ‍‍‍
    

如果本篇文章对大家起到帮助的话，跪求各位帅哥美女们，求赞 、求收藏 、求关注！
你必考上研究生！我说的，耶稣来了也拦不住！

 

食用说明书：
第一遍学习王道课程时，我的笔记只有标题和截图，后来复习发现看只看图片，并不能很快的了解截图中要重点表达的知识点。
在第二遍复习中，我给每一张截图中 标记了重点，以及 每张图片上方总结了该图片 对应的知识点 以及自己的 思考 。
最后第三遍，查漏补缺。
所以 ，我把目录放在博客的前面，就是希望读者可以结合目录结构去更好的学习知识点，之后冲刺复习阶段脑海里可以浮现出该知识结构，做到对每一个知识点熟稔于心！
请读者放心！目录展示的知识点结构是十分合理的，可以放心使用该结构去记忆学习！
注意(⊙o⊙)！，每张图片上面的文字，都是该图对应的知识点总结，方便读者更快理解图片内容。

 

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《计算机网络》第3章 数据链路层

【考纲内容】 王道 P78
 
(一) 数据链路层的功能
 
(二) 组帧
 
(三) 差错控制

• 检错编码；
• 纠错编码；
   

(四) 流量控制与可靠传输机制

• 流量控制、可靠传输 与 滑动窗口机制；
• 停止-等待协议；
• 后退N帧协议（GBN）；
• 选择重传协议（SR）；
   

(五) 介质访问控制

• 信道划分 ：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理；
• 随机访问 ：ALOHA 协议；CSMA协议；CSMA/CD 协议；CSMA/CA协议；
• 令牌传递协议；
   

(六) 局域网

• 局域网的基本概念与体系结构；
• 以太网 与 IEEE 802.3；
• IEEE 802.11无线局域网；
• VLAN基本概念与基本原理；
   

(七) 广域网

• 广域网的基本概念；
• PPP协议；
   

(八) 数据链路层设备

• 局域网交换机及其工作原理；
   

【复习提示】
 
​ 本章是历年考试中考查的重点；
 
​ 要求在了解数据链路层基本概念和功能的基础上，重点掌握：

• 滑动窗口机制；
• 三种可靠传输协议、各种MAC协议、HDLC协议和PPP 协议，特别是CSMA/CD协议和以太网帧格式；
• 局域网的争用期；
• 最小帧长的概念；
• 二进制指数退避算法；
• 中继器、网卡、集线器、网桥和局域网交换机的原理及区别；

知识点	网课耗时	复习耗时
数据链路层的功能	0.5 h
组帧	0.5 h
差错控制	1 h
流量控制与可靠传输机制	1.5 h
介质访问控制	2 h
局域网	1 h
广域网	0.5 h
数据链路层设备	0.5 h
	总耗时：7.5 h

 

本章节的思维导图

 

3.1 数据链路层的功能概述

​ 本章的学习抓住 各端的数据链路层之间 如何通信；

1. 数据链路层基本概念

​ 了解几个名词：结点、链路、数据链路、帧 ；

 

2. 数据链路层功能概述

​ 物理层（实习生）可能犯错，数据链路层（秘书）就要想办法，使得可以把正确的数据交付给网络层（老板）；

 

数据链路层的五大功能

(1) 为网络层提供服务（三种服务）

• 无确定的无连接服务；
• 有确定的无连接服务；
• 有确定的面向连接服务（有连接必要确认）；

(2) 链路管理

​ 链路的建立、维持和释放；

(3) 组帧

​ 网络层交付下来的 数据包 叫做 分组 ，数据链路层需要对 分组 封装成帧 ，帧是数据量链路层传输的基本单位；

​ 封装的具体过程将在 3.2.3 组帧 介绍；

(4) 流量控制

​ 发送方、接收方之间传输速率和接收速率的差异较大，需要先找发送方；

(5) 差错控制

​ 帧在传输过程中出现错误，有 位错 和 帧错；

​ 简单理解就是，差错控制就是负责发现错误，解决错误；

 

3.2 封装成帧 与 透明传输

 

3.2.1 封装成帧

​ 数据链路层之所以要把 比特组 合成 帧 为单位传输，是为了在出错时只需重发出错的帧，而不必重发全部数据；

 

(1) 将 比特组 封装成 帧 需要遵循规定要的协议：

• 帧首部：帧开始字段；
• 帧尾部：帧结束字段；
• 帧的数据部分：网络层的IP数据报；

(2) 组帧 要解决的问题：

• 帧定界；
• 帧同步；
• 透明传输；

(3) 最大传送单元 MTU：数据部分的最长长度；

 

组帧的四种方法

1. 字符计数法

​ 使用第一个字节来表明帧内字符数；

​ 缺点：一错全错；

​ 如果第一帧第一个字节的5变成4，后面也就无法按正确的帧长度识别帧了；

2. 字符填充法

​ 使用 特定字符 来定界一帧的开始与结束（SOH 和 EOT）；

​ SOH、EOT对应一段特定的比特组，但如果数据部分巧合也出现，就可以导致识别歧义；

​ 为了避免造成歧义，一旦数据部分出现特定的比特组，在前面就 字节填充 一串比特组，表示转义字符；

3. 零比特填充法

​ 字符填充法中，使用转义字符避免歧义；

​ 零比特填充法中，采用 连5添1 的方法避免歧义；

​ 优点：数据部分想传输什么就可以传输什么，不用在意帧边界；

4. 违规编码法

​ 物理层常常使用 违规编码法 ，例如曼彻斯特编码：高-低为1、低-高为0；

3.2.2 透明传输

​ 透明传输：透明是 看不见 的意思；

3.3 差错控制

​ 传输中的 差错 都是由于 噪声 引起的；

​ 差错类型：

• 位错：比特位出错；
• 帧错：帧丢失（重传）、帧重复和帧失序（帧序号）；

​ 注意 物理层的编码 和 数据链路层的编码 的区别；

​ 冗余编码：数据加上一定的冗余位；

3.3.1 检错编码

1. 奇偶校验码

2. 循环冗余码 CRC

​ 在学习 CRC 之前，我们还需要学习些预备知识：模2运算 ；

​ 模2运算的特点是 不考虑进位和借位 ；

① 模2加运算

​ 关键：奇数个1，结果为1；

0 + 0	1 + 1	0 + 1	1 + 0
0	0	1	1

② 模2减法

​ 关键：奇数个1，结果为1；

0 - 0	1 - 1	0 - 1	1 - 0
0	0	1	1

③ 模2乘法

​ 关键：模2乘法与普通乘法一样演算；

0 × 0	1 × 1	0 × 1	1 × 0
0	1	0	0

④ 模2除法

​ 模2除法是模2乘法的逆运算，具有下面三个性质：

​ 1、当最后余数的位数小于除数位数时，除法停止。

​ 2、当被除数的位数小于除数位数时，则商数为0，被除数就是余数。

​ 3、只要被除数或部分余数的位数与除数一样多，且最高位为1，不管其他位是什么数，皆可商1。

​ CRC：在K位信息码后面 拼接 r位的校验码 (N = K + r) ；

【例】要发送的数据 1101 0110 11，生成多项式10011，求最终发送的数据是多少？

① 生成多项式 G(x) = 10011 = x⁴ + x¹ + x⁰ = x⁴ + x + 1；

② 因为G(x)的最高次幂为4，所以发送数据左移4位：1101 0110 11 0000；

③ 新的数据除以生成多项式：(1101 0110 11 0000) / 10011，余数为1110，就是我们要添加的冗余码；

④ 发送数据：1101 0110 11 1110 ；

接收端检错过程：

​ 接收数据 / 生成多项式：1101 0110 11 1110 / 10011 ；

​ 若除的尽，则数据正确；反之错误；

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3.3.2 纠错编码

1. 海明码的概念

​ 检错编码 只能发现错误，而 纠错编码 既可以发现错误，还可以纠正错误，得到正确的数据；

2. 海明码的使用

发送方要做的操作：

(1) 确定校验位的位数（数据位位数 决定 校验位位数，校验位位数越多，能力越强）

​ 假设：数据位D 的位数为 d = 8，校验位R 的位数为 r ；

​ ① 仅能发现并修正一位错：2^r ≥ d + r +1 ；此时，d = 8、r=4；

​ ② 发现修正一位错，并发现两位错：2^r ≥ d + r ；此时，d = 8、r=5；

(2) 确定校验码的位置

​ 假设现在数据位D的位数 d=8，由公式得校验位R的位数 r=5，则发送数据H的位数 h=13；

​ 海明码校验位的数据 R_i 是离散地分布在数据为 D_j ：要么在 2ⁱ 的位置上，要么在最高位；

H13	H12	H11	H10	H9	H8	H7	H6	H5	H4	H3	H2	H1
R5	D8	D7	D6	D5	R4	D4	D3	D2	R3	D1	R2	R1

(3) 求校验位的值

​ 校验位的值肯定是根据数据位生成的，下表是生成关系：

D1 = H3	D2 = H5	D3 = H6	D4 = H7	D5 = H9	D6 = H10	D7 = H11	D8 = H12
3 = 1 + 2	5 = 1+ 4	6 = 2 + 4	7 = 1 + 2 + 4	9 = 1 + 8	10 = 2 + 8	11 = 1 + 2 + 8	12 = 4 + 8
R1 + R2	R1 + R3	R2 + R3	R1 + R2 + R3	R1 + R4	R2 + R4	R1 + R2 + R4	R3 + R4

​ 下面生成校验位：

校验位	参与校验的数据位的异或
R1	D1 异或 D2 异或 D4 异或 D5 异或 D7
R2	13467
R3	2348
R4	5678
R5	(所有数据位的异或) 异或 (不包括 R5 的所有校验位的异或)

接收方的操作

(1) 求校验工具 S_i （校验码R有几位，S就有几位）

校验工具 (检验错误并纠错)	对应关系
S1	R1 异或 (D1 异或 D2 异或 D4 异或 D5 异或 D7)
S2	R2 异或 (13467)
S3	R3 异或 (2348)
S4	R4 异或 (5678)
S5	(所有收到的数据位的异或) 异或 (所有收到的校验位的异或)

(2) 检错纠错

​ ① 没有错误的情况

​ S₅ =0 、S₄S₃S₂S₁ = 0000；

​ ② 发送一位错误的情况：S₅ =1

​ 若 S₄S₃S₂S₁ = 0101，可知 0101 = R₁ + R₃ = 5，故 H₅ 出错，也就是 D₂ 出错；

​ ③ 发送两位错误的情况

​ 假设数据位 D₁、R₃ 出错：S₅ =0 、S₄S₃S₂S₁ = 0101；

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章节小结

3.4 流量控制与可靠传输机制 ⭐

3.4.1 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

1. 流量控制的概念

​ 发送较快、接收较慢，造成传输错误；

2. 流量控制的方法

(1) 停止等待协议

​ 发送一个帧先停止，等待对方确认收到再发送；

(2) 滑动窗口协议

• ① 后退N帧协议 (GBN)
• ② 选择重传协议 (SR)

​ 要认真分析各种流量控制方法的 发送窗口、接收窗口 的大小；

3. 可靠传输、滑动窗口、流量控制三者关系

小结

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3.4.2 单帧滑动窗口与停止-等待协议

1. 停等 - 无差错情况

2. 停等 - 有差错情况

​ RTT，往返传输时延；

3. 停等 - 性能分析

小结

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3.4.3 多帧滑动窗口与后退N帧协议 (GBN)

​ 停等协议的缺点：信道利用率低，双方很多时间都在等待；

​ 流水线技术：发送方连续发送多个数据帧；

​ 既然连续发送多个数据帧，那么发送方就需要增加一些技术要求：

• 必须增加序号范围；
• 发送方需要缓存多个分组（用于帧丢失再重发）；

1. 后退N帧协议的概念

​ GBN：多个发送窗口，一个接收窗口；

​ 发送窗口可以不是满的状态；

2. 发送方的工作

​ 上层的调用；

​ 累计确认；

​ 超时时间：超时之后，会重发出所有已发送但未被确认的帧；

3. 接收方的工作

​ GBN的运行过程

4. GBN的注意事项

​ 滑动窗口的长度：1 ≤ W_t ≤ 2ⁿ-1 ；

​ 若发送窗口过大，接收方无法区别新帧和旧帧；

​ 习题

​ 甲发送所有数据的时间：(1000 × 1000 × 8b) / (100 × 10⁶ b/s) = 80ms；

​ 2 × 50ms + (1000 × 8b) / (100 × 10⁶ b/s) = 100.08 ms；

​ 80 < 100.08;

​ (1000 × 1000 × 8b) / 100.08 ≈ 80Mb/s

小结

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3.4.4 多帧滑动窗口与选择重传协议 (SR)

​ GBN协议的缺点：接收方只能按序接收（累计确认），一些发送正确但序号跳跃的帧会被抛弃；

1. 选择重传协议的基本概念

2. 发送方、接收方的工作

3. SR的注意事项

​ W_Tmax = W_Rmax = 2^(n-1)

习题

小结

3.5 介质访问控制 ⭐

3.5.1 信道划分介质访问控制

【补充】传输数据使用的两种链路；

1. 介质访问控制的基本概念

​ 介质访问控制：采用一些措施，使得两对结点之间的通信不会互相干扰；

2. 信道划分介质访问控制

① 频分多路复用 FDM

​ 每个用户占用一个频段，相互之间不打架；

② 时分多路复用 TDM

​ 同一频率，分时占用 TDM帧；

​ TDM要求A、B、C、D按部就班地发送，而改进的STDM就比较灵活；

​ 谁先来的就进STDM帧，凑齐一个就发送；

③ 波分多路复用 WDM

​ 不同波长（频率）的光信号；（光的频分多路复用技术）

④ 码分多路复用 CDM

小结

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3.5.2 随机访问介质访问控制

1. ALOHA 协议

• 纯ALOHA协议
• 时隙ALOHA协议

2. CSMA协议

① 1-坚持CSMA

② 非坚持CSMA

③ P-坚持CSMA

3. CSMA / CD协议

​ CD：碰撞检测

​ 发生碰撞后，什么时候重传？- 截断二进制指数规避算法

4. CSMA / CA 协议

​ CA：碰撞避免；

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3.5.3 轮询访问：令牌传递协议

1. 轮询协议

2. 令牌传递协议

3.6 局域网

3.6.1 局域网基本概念和体系结构

​ LAN：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 ；

​ 局域网网络拓扑结构

​ 按照介质访问控制对局域网分类

IEEE 802标准

​ 重点记标红的即可；

数据链路层的子层：

• LLC
• MAC

小结

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3.6.2 以太网

1. 以太网的基本概念

以太网传输介质与拓扑结构的发展

​ 考研常考

2. 适配器与MAC地址

​ MAC地址：每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址 ；

以太网MAC帧

​ IP数据报的最小字节 = 64 - 6 - 6 - 2 - 4 = 46；

​ FCS是CRC的帧检测序列 (冗余码)；

【问题】为什么有帧开始定界符，没有帧结束定界符 ？

​ 以太网采用曼彻斯特编码，所以当发生数据电压会有变化（高变低为1，低变高位0），所以没有电压变化就是帧结束；

3. 高速以太网

小结

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3.6.3 IEEE 802.11 无线局域网

1. IEEE 802.11

802.11的MAC帧头格式

2. 无线局部网的分类

① 有固定基础设施无线局域网

② 无固定基础设施无线局域网的自组织网络

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3.6.4 VLAN 的基本概念与基本原理

1. VLAN 的基本概念

2. VLAN 的基本原理

• 基于接口的VLAN技术；
• 基于MAC地址的VLAN技术；

练习

3.7 广域网

3.7.1 广域网的基本概念

​ 交换机只能单个网络内交换分组；

​ 路由器可以多个网络之间交换分组；

​ 局域网强调数据传输，广域网强调数据共享；

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3.7.2 PPP 协议

PPP 协议的帧格式

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3.7.3 HDLC 协议 *

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章节小结

3.8 数据链路层设备

小结

3.9 常见问题和易混淆知识点

1. “链路”和“数据链路”有何区别? “电路接通”与“数据链路接通”有何区别 ？

所谓链路（Link)，是指从一个结点到相邻结点的一段物理线路，其中间没有其他任何的交换结点。在进行数据通信时，两台计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见，链路只是一条路径的组成部分。
数据链路（Data Link)则是另一个概念。因为在一条线路上传送数据时，除必须有一条物理线路外，还必须有一些通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。有时也把链路分为物理链路和逻辑链路。物理链路就是指上面所说的链路，逻辑链路就是上面的数据链路，即物理链路加上必要的通信协议
“电路接通”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流，但数据传输并不可靠，在物理连接基础上，再建立数据链路连接,才能说“数据链路接通”。此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传功能,才使得不太可靠的物理链路变成可靠的数据链路，进行可靠的数据传输。当数据链路断开连接时,物理电路连接不一定跟着断开连接。

2. 在停止-等待协议中，确认帧为什么不需要序号(如用ACK0和ACK1) ?

​ 在停止-等待协议中，发送方每发送一帧，都需要在收到接收方的确认帧后，才能进行下一帧的发送，而发送方收到的确认帧也

一定是自己刚刚发出去的数据帧的确认帧，无须加序号标记。

3. 说明用n比特进行编号时，若接收窗口的大小为1，则只有在发送窗口的大小W≤2"-1时，连续ARQ协议才能正确运行。

举一个具体的例子进行说明。例如用3比特可编出8个不同的序号，因而发送窗口的最大值似乎应为8。但实际上，设置发送窗口为8将使协议在某些情况下无法工作。现在我们就来说明这一点。
设发送窗口W=8，发送端发送完0~7号共8个数据帧。因发送窗口已满，发送暂停。假定这8个数据帧均已正确到达接收端，并且对每个数据帧，接收端都发送出确认帧。下面考虑两种不同的情况。
第一种情况是:所有确认帧都正确到达了发送端，因而发送端接着又发送8个新的数据帧，其编号应是0~7。注意，序号是循环使用的。因此序号虽然相同，但8个帧都是新的帧。
第二种情况是:所有确认帧都丢失了。经过一段由超时计时器控制的时间后，发送端重传这8个旧的数据帧，其编号仍为0~～7。
于是，当接收端第二次收到编号为0~7的8个数据帧时，就无法判定这是8个新的数据帧还是8个重传的旧数据帧。
因此，将发送窗口设置为8显然是不行的。

4. 证明：对于选择重传协议，若有n比特进行编号，则接收窗口的最大值为WR≤2"1。

设发送窗口大小为W。因为W+WR≤2"，W:=W，W取最大值2"I2=2P1。
注意，如果题目没有特别说明，那么-一般情况下选择重传协议的发送窗口和接收窗口的大小是相等的。大家试想一下，SR 协议中接收窗口值大于1，接收窗口要等到接收范围内所有帧收到才能更新，发送窗口要等接收窗口更新后才会更新，那么发送窗口比接收窗口多出来的那部分窗口就没有意义了。

5. 数据链路层使用PPP 协议或CSMA/CD 协议时，既然不保证可靠传输，为什么要对所传输的帧进行差错检验 ？

当数据链路层使用PPP协议或CSMA/CD协议时，在数据链路层的接收端对所传输的帧进行差错检验是为了不将已发现有差错的帧（不管是什么原因造成的）接收下来。如果在接收端不进行差错检测，那么接收端上交给主机的帧就可能包括在传输中出了差错的帧，而这样的帧对接收端主机是没有用处的。换言之，接收端进行差错检测的目的是:“上交主机的帧都是没有传输差错的，有差错的都已经丢弃了”，或者更加严格地说。*我们以很接近于1的概率认为，究是上交主机的帧都是没有传输差错的”。
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6. 为什么PPP协议不使用帧的编号和确认机制来实现可靠传输 ？

PPP不使用序号和确认机制是出于以下考虑:

若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议（如HDLC)，开销就会增大。当数据链路层出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP较为合理。
在因特网环境下，PPP的信息字段放入的数据是IP数据报。假定我们采用了能实现可靠传输但十分复杂的数据链路层协议，当数据帧在路由器中从数据链路层上升到网络层后，仍有可能因网络拥塞而被丢弃。因此，数据链路层的可靠传输并不能保证网络层的传输也是可靠的。
PPP在帧格式中有帧校验序列FCS字段。对于每个收到的帧，PPP都要使用硬件进行CRC检验。若发现有差错，则丢弃该帧（一定不能把有差错的帧交给上一层)。端到端的差错控制最后由高层协议负责。因此，PPP可以保证无差错接收。

7. 两台计算机通过计算机网络传输一个文件时，有两种可行的确认策略。第一种是由发送端将文件分割成分组，接收端逐个确认分组;但就整体而言，文件并没有得到确认。第二种策略是接收端不确认单个分组，而是当文件全部收到后，对整个文件予以接收确认。试比较这两种方式的优缺点，以及它们各自适用的场合。

在计算机网络中，数据的传输过程可能会引起数据的丢失、出错等，因此一个可靠的传输需要一定的差错控制机制,确认是实现差错控制的一个辅助手段。上面的两种确认策略都是可行的，但它们的性能取决于所应用的网络环境。
具体地说，当网络传输可靠性较低且分组容易丢失时，第一种策略即对每个分组逐一确认较好，此时仅需重传丢失或出错的分组。如果网络的传输可靠性较高，那么在不发生差错的情况下，仅对整个文件进行一次确认，从而减少了确认的次数，节省了网络带宽和网络资源;不过，即使有单个分组丢失或出错，也需要重传整个文件。

8. 局域网、广域网和因特网之间的关系总结。

为方便理解，可将广域网视为一个大的局域网，专业地讲，就是通过交换机连接多个局域网，组成更大的局域网，即广域网。因此，广域网仍然是一个网络。而因特网是多个网络之间的互联，即因特网由大局域网（广域网）和小局域网共同通过路由器相连。因此局域网可以通过广域网与另一个相隔很远的局域网进行通信。

9. IEEE 802局域网参考模型与OSI参考模型有何异同之处?

局域网的体系结构只有OSI参考模型的下两层（物理层和数据链路层)，而没有第三层以上的层次。即使是下两层，由于局域网是共享广播信道，而且产品的种类繁多，涉及多种媒体访问方法,所以两者存在明显的差别。
在局域网中,与OSI参考模型的物理层相同的是:该层负责物理连接并在媒体上传输比特流,主要任务是描述传输媒体接口的一些特性。在局域网中，数据链路层的主要作用与OSI参考模型的数据链路层相同:都通过一些数据链路层协议，在不可靠的传输信道上实现可靠的数据传输;负责帧的传送与控制，但在局域网中，由于各站共享网络公共信道,因此数据链路层必须具有媒体访问控制功能（如何分配信道、如何避免或解决信道争用。又由于局域网采用的拓扑结构与传输媒体多种多样，相应的媒体访问控制方法也有多种,因此在数据链路功能中应该将与传输媒体有关的部分和无关的部分分开。这样，IEEE 802局域网参考模型中的数据链路层就划分为两个子层:媒体访问控制（MAC)子层和逻辑链路控制（LLC)子层。
与OSI参考模型不同的是:在IEEE 802局域网参考模型中没有网络层。局域网中，在任意

两个结点之间只有唯一的一条链路，不需要进行路由选择和流量控制，所以在局域网中不单独设置网络层。
由上面的分析可知，局域网的参考模型只相当于OSI参考模型的最低两层，且两者的物理层和数据链路层之间也有很大差别。在IEEE 802系列标准中，各个子标准的物理层和媒体访问控制(MAC)子层是有区别的，而逻辑链路控制（LLC)子层是相同的，也就是说，LLC子层实际上是高层协议与任何一种MAC子层之间的标准接口。

10. 在IEEE 802.3标准以太网中，为什么说如果有冲突，那么冲突一定发生在冲突窗口内?或者说一个帧如果在冲突窗口内没有发生冲突，那么该帧就不会再发生冲突?

结点发送数据时，先侦听信道是否有载波，如果有，表示信道忙，那么继续侦听，直至检测到空闲为止;一个数据帧在从结点A向最远的结点传输的过程中，如果有其他结点也正在发送数据，那么此时就会发生冲突，冲突后的信号需要经过冲突窗口时间后传回结点A，结点A会检测到冲突，所以说如果有冲突，那么一定发生在冲突窗口内，如果在冲突窗口内没有发生冲突，之后如果其他结点再要发送数据，那么就会侦听到信道忙，而不会发送数据，从而不会再发生冲突。

11. 一个以太网的速率从10Mb/s升级到100Mb/s，满足CSMA/CD冲突条件。为使其正常工作，需做哪些调整 ？为什么 ？

由于10BASE-T要比10BASE2和10BASE5 的优越性更明显，因此所有快速以太网系统都使用集线器(Hub)，而不使用同轴电缆。100BASE-T MAC与10Mb/s 的经典以太网MAC几乎一样，唯一不同的参数就是帧际间隙时间，10Mb/s以太网是9.6us(最小值)，快速以太网（100Mb/s）是0.96us(最小值)。另外，为了维持最小分组尺寸不变，需要减小最大冲突域直径。所有这些调整的主要原因是速率提高到了原来以太网的10倍。

12.HDLC协议是PPP协议的基础，它使用位填充来实现透明传输。但PPP协议却使用字符填充而不使用位填充，为什么 ？

PPP被明确地设计成以软件形式实现，而不像HDLC协议那样几乎总以硬件形式实现。对于软件实现，完全用字节操作比用单个位操作简单得多。此外，PPP被设计成与调制解调器一道使用，而调制解调器是以一个字节而非一个比特为单元接收和发送数据的。

13. 假定连接到透明网桥上的一台计算机把一个数据帧发给网络上的一个不存在的设备，网桥将如何处理这个帧 ？

网桥不知道网络上是否存在该设备，它只知道在其转发表中没有这个设备的MAC地址。因此，当网桥收到这个目的地址未知的帧时，它将扩散该帧，即把该帧发送到所连接的除输入网段外的所有其他网段。

14. 关于冲突域（碰撞域）和广播域辨析。

一块网卡发送信息时，只要有可能和另一块网卡冲突，那么这些可能冲突的网卡就构成冲突域。一块网卡发出一个广播时，能收到这个广播的所有网卡的集合称为一个广播域。一般来说，一个网段就是一个冲突域，一个局域网就是一个广播域。

15. 关于物理层、数据链路层、网络层设备对于隔离冲突域和广播域的总结。

设备名称	能否隔离冲突域	能否隔离广播域
集线器	不能	不能
中继器	不能	不能
交换机	能	不能
网桥	能	不能
路由器	能	能

16. 与传统共享式局域网相比，使用局域网交换机的交换式局域网为什么能改善网络的性能和服务质量 ？

传统共享式局域网的核心设备是集线器，而交换式局域网的核心是以太网交换机。在使用共享式集线器的传统局域网中，在任何时刻只能有一个结点能够通过共享通信信道发送数据;在使用交换机的交换式局域网中，交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接，从而实现结点之间数据的并发传输，有效地改善网络性能和服务质量。

17. 试分析中继器、集线器、网桥和交换机这四种网络互联设备的区别与联系。

这四种设备都是用于互联、扩展局域网的连接设备，但它们工作的层次和实现的功能不同。中继器工作在物理层，用来连接两个速率相同且数据链路层协议也相同的网段，其功能是消除数字信号在基带传输中由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求:其原理是信号再生。
集线器（Hub）也工作在物理层，相当于一个多接口的中继器，它可将多个结点连接成一个共享式的局域网，但任何时刻都只能有一个结点通过公共信道发送数据。
网桥工作在数据链路层，可以互联不同的物理层、不同的MAC子层及不同速率的以太网。网桥具有过滤帧及存储转发帧的功能,可以隔离冲突域，但不能隔离广播域。
交换机工作在数据链路层，相当于一个多端口的网桥，是交换式局域网的核心设备。它允许端口之间建立多个并发连接，实现多个结点之间的并发传输。因此，交换机的每个端口结点所占用的带宽不会因为端口结点数目的增加而减少，且整个交换机的总带宽会随着端口结点的增加而增加。交换机一般工作在全双工方式，有的局域网交换机采用存储转发方式进行转发，也有的交换机采用直通交换方式（即在收到帧的同时立即按帧的目的 MAC地址决定该帧的转发端口，而不必先缓存再处理)。另外，利用交换机可以实现虚拟局域网（VLAN),VLAN不仅可以隔离冲突域，而且可以隔离广播域。

18. 交换机和网桥的不同之处。

​ 尽管交换机也称多端口网桥，但两者仍有许多不同之处。主要包括以下3点：

​ 1）网桥的端口一般连接局域网，而交换机的端口六般直接与局域网的主机相连。

​ 2）交换机允许多对计算机同时通信，而网桥仅允许每个网段上的计算机同时通信。

​ 3）网桥采用存储转发进行转发，而以太网交换机还可以采用直通方式进行转发，且以太网交换机采用了专用的交换结构芯片，转发速度比网桥快。