第三章 数据链路层#

3.1 单选题#

数据链路层的主要功能是

• A. 为终端用户提供端到端的传输服务
• B. 为应用进程提供网络服务
• C. 为分组在网络中的路由选择路径
• D. 在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据

答案：D

解析：

• A 和 B 是传输层或应用层的功能。
• C 是网络层（IP 层）的功能。
• D. 在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据：这是数据链路层的标准定义。

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3.2 填空题#

数据链路层协议有许多种，但有三个基本问题则是共同的，这三个基本问题是 [填空1]、[填空2] 和 [填空3]。

答案：封装成帧；透明传输；差错检测

解析：

• 封装成帧 (Framing)：在一段数据前后添加首部和尾部，确定帧的界限。
• 透明传输 (Transparent Transmission)：采取措施（如字节填充）解决数据中出现帧定界符导致误判的问题，确保任何数据都能传输。
• 差错检测 (Error Detection)：如使用 CRC 循环冗余校验，丢弃传输中出现误码的帧。

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3.3 多选题#

PPP 协议应满足的需求有

• A. 简单
• B. 封装成帧
• C. 透明性
• D. 差错检测
• E. 支持多点线路
• F. 支持多种网络层协议

答案：A, B, C, D, F

解析： IETF 在设计 PPP（点对点协议）时确定的主要需求包括：

• 简单（A）：这是首要需求。
• 封装成帧（B）：必须规定特殊的帧定界符。
• 透明性（C）：必须保证数据传输的透明性（如字节填充）。
• 多种网络层协议（F）：必须能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议（如 IP, IPX 等）。
• 差错检测（D）：必须能对接收端收到的帧进行检测（CRC）。
• E 错误：PPP 是 Point-to-Point Protocol，明确是点对点的，不支持多点线路（那是总线型网络的需求）。

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3.4 填空题#

发送的数据为 101001 ，采用 CRC 的生成多项式是 $P(x)=x^3+x^2+1$ ，求添加在数据后面的余数是 [填空1]

答案：001

解析：

1. 确定除数：生成多项式 $P(x)=x^3+x^2+1$ ，对应的二进制码为 1101 （系数为 1,1,0,1 ）。

2. 确定被除数：发送数据为 $M=101001$ ，因为生成多项式的最高次幂是 3，所以在数据后面补 3 个 0，被除数变为 101001000 。

3. 模2除法运算（异或运算）：

• $101001000 / 1101$

• 第1步：$1010 \text{ XOR } 1101 = 0111$ ，余数 111 ；落下后一位 0 ，变为 1110 。

• 第2步：$1110 \text{ XOR } 1101 = 0011$ ，余数 11 ；落下后一位 1 ，变为 111 （不够除，商0）；再落后一位 0 ，变为 1110 。

• 第3步：$1110 \text{ XOR } 1101 = 0011$ ，余数 11 ；落下后一位 0 ，变为 110 （不够除）；再落后一位 0 ，变为 1100 。

• 第4步：$1100 \text{ XOR } 1101 = 0001 (001)$ \dots

4. 结果：余数为 001。

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3.5 填空题#

一个 PPP 的数据部分（用十六进制写出）是 7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是 [填空1] （用十六进制写出）。

答案：7E FE 27 7D 7D 65 7E

解析： PPP 协议在异步传输时使用字节填充法。转义字符是 0x7D。 规则：

1. 见到 7E，转义为 7D 5E。
2. 见到 7D，转义为 7D 5D。
3. 还原时：见到 7D，将其丢弃，并将后一个字节与 0x20 进行异或（XOR）运算。

还原过程：

• 7D 5E -> 丢弃 7D，5E XOR 20 = 7E
• FE -> 保持不变 = FE
• 27 -> 保持不变 = 27
• 7D 5D -> 丢弃 7D，5D XOR 20 = 7D
• 7D 5D -> 丢弃 7D，5D XOR 20 = 7D
• 65 -> 保持不变 = 65
• 7D 5E -> 丢弃 7D，5E XOR 20 = 7E

最终结果：7E FE 27 7D 7D 65 7E

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3.6 单选题#

HDLC 协议对 01111100 01111110 组帧后对应的比特串为

• A. 01111100 01111110
• B. 01111100 01111101 0
• C. 01111100 01111100 0
• D. 01111100 01111101

答案：B

解析：

HDLC 采用零比特填充法（Bit Stuffing）来实现透明传输：只要发现 5 个连续的 1，就在其后插入一个 0。

原始数据：01111100 01111110

1. 扫描第一段 011111...：发现 5 个 1，插入 0 0111110。
2. 接下来的比特是 00 结果变为 011111000。
3. 继续扫描 011111...：发现 5 个 1，插入 0 0111110。
4. 接下来的比特是 10 结果变为 ...011111010。

组合起来：011111000 + 011111010 = 01111100011111010。 对应选项 B（注：选项 B 中间有空格 01111100 01111101 0，去掉空格后与计算结果一致）。

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3.7 多选题#

局域网的拓扑结构主要有

• A. 星形网
• B. 环形网
• C. 总线网
• D. 树形网

答案：A, B, C, D

解析：

常见的局域网拓扑结构包括：

• A. 星形：目前最主流的结构（使用集线器或交换机为中心）。
• B. 环形：如令牌环网（Token Ring）。
• C. 总线形：早期使用同轴电缆的以太网。
• D. 多级星形（或树形）：通过交换机级联形成的扩展星形结构，广泛用于大型局域网。

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3.8 多选题#

局域网可使用的传输媒体有

• A. 双绞线
• B. 同轴电缆
• C. 光纤
• D. 无线信道

答案：A, B, C, D

解析： 局域网（LAN）技术发展至今，支持多种介质：

• A. 双绞线：现代以太网最常用的介质（如 Cat5e, Cat6）。
• B. 同轴电缆：早期以太网（如 10Base2, 10Base5）使用，现在主要用于有线电视网络接入。
• C. 光纤：用于高速局域网或长距离连接（光纤以太网）。
• D. 无线微波信道：无线局域网（WLAN/Wi-Fi）使用微波频段（2.4GHz, 5GHz）进行传输。

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3.9 单选题#

以太网采用的共享信道技术是

• A. 频分复用
• B. 时分复用
• C. 随机接入
• D. 受控接入

答案：C

解析： 以太网（Ethernet）使用 CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议，这属于随机接入 (Random Access) 技术。

• A. 频分复用 (FDM) 和 B. 时分复用 (TDM) 是静态划分信道技术。
• D. 受控接入 (Controlled Access) 是如令牌环网（Token Ring）使用的技术。

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3.10 单选题#

网络适配器实现了体系结构中哪层的功能

• A. 物理层
• B. 数据链路层
• C. 物理层和数据链路层
• D. 网络层

答案：C

解析： 网络适配器（Network Adapter），通常指网卡（NIC）。 它不仅要处理物理接口的电信号转换（物理层功能），还要处理帧的封装、解封、MAC地址识别以及CSMA/CD协议的执行（数据链路层功能）。因此它跨越了物理层和数据链路层。

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3.11 单选题#

从数据链路层发送的帧要包含物理地址，该地址是

• A. 由用户指定的
• B. 由网络管理员分配的
• C. 存储在网卡 ROM 中的
• D. 存储在网卡 RAM 中的

答案：C

解析： 物理地址即 MAC 地址（硬件地址）。

• MAC 地址在生产时被固化在网卡的 ROM（只读存储器）中。
• 当计算机启动或网卡初始化时，该地址被读取，并由驱动程序（软件）将其放置在待发送帧的首部（MAC帧头）中。
• 选项 A 和 B 错误，因为 MAC 地址通常不是由高层软件任意或按规则构造的（那是逻辑地址/IP地址的特性），而是硬件固有的（尽管现代网卡允许软件修改欺骗，但题目考察的是标准原理）。
• 选项 D 错误，MAC 地址存储在 ROM 中，而不是 RAM（掉电丢失）中。

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3.12 单选题#

以太网的数据链路层协议是

• A. PPP
• B. CSMA/CA
• C. CSMA/CD
• D. CDMA

答案：C

解析：

• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)：载波监听多点接入/碰撞检测，是有线以太网（IEEE 802.3）的核心协议。
• CSMA/CA：用于无线局域网（Wi-Fi, 802.11）。
• CDMA：码分多址，主要用于移动通信网络（3G等）。

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3.13 填空题#

假定 1km 长的 CSMA/CD 网络的数据率为 1Gbit/s。设信号在网络上的传播速度为 200000km/s。能够使用此协议的最短帧长是 [填空1] 字节。

答案：1250

解析： CSMA/CD 协议为了保证碰撞检测（Collision Detection），要求最短帧长必须大于等于争用期内发送的比特数。

1. 计算单程传播时间 ($\tau$)： $\tau = \text{Distance} / \text{Speed} = 1 \text{ km} / 200000 \text{ km/s} = 5 \times 10^{-6} \text{ s} = 5 \mu s$
2. 计算争用期 ($2\tau$)： $2\tau = 2 \times 5 \mu s = 10 \mu s$
3. 计算最短帧长 (bit)： $L_{min} = 2\tau \times \text{DataRate} = 10 \times 10^{-6} \text{ s} \times 1 \times 10^9 \text{ b/s} = 10000 \text{ bit}$
4. 转换为字节 (Byte)： $10000 / 8 = 1250 \text{ Byte}$

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3.14 多选题#

所谓名字是指（ ），名字与系统所在地（ ）。

• A. 资源的标识
• B. 资源的地址
• C. 与系统所在地有关
• D. 与系统所在地无关

答案：A, D

解析： 这是一个关于分布式系统或网络体系结构中“命名、寻址和路由”的经典定义：

1. 名字 (Name)：标识所要寻找的资源是什么（What）。
2. 地址 (Address)：标识资源在何处（Where）。
3. 路由 (Route)：标识如何到达该处（How）。

理想情况下，名字应该是位置无关的（即与系统所在地无关），这样即使资源移动了位置（地址变了），名字依然有效。

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3.15 多选题#

用集线器扩展以太网，可以

答案：A, B

解析： 集线器（Hub）工作在物理层。

• A. 扩大网络覆盖的地理范围：正确，集线器作为中继器，可以对信号进行整形放大，延长传输距离。
• B. 增大碰撞域：正确（但这通常是缺点）。集线器将多个网段连成一个更大的网段，所有连接的设备属于同一个碰撞域（冲突域）。
• C. 提高吞吐量：错误。集线器是共享带宽设备，连接的设备越多，每个设备分到的平均带宽越小，总吞吐量受限于碰撞，不会提高。
• D. 互连不同数据率的网络：错误。集线器无法缓存数据，不能连接速率不同的网段（如 10Mb/s 和 100Mb/s 不能直接用 Hub 连）。

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3.16 单选题#

以太网交换机进行转发决策时使用的 PDU 地址是

• A. 目的物理地址
• B. 源物理地址
• C. 目的 IP 地址
• D. 源 IP 地址

答案：A

解析： 接上一题（3.17）的解析：

• 转发决策：交换机在转发表中查找帧的目的物理地址 (Destination MAC)。如果找到，就从对应端口转发；如果没找到，就向除入端口外的所有端口广播（泛洪）。

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3.17 单选题#

以太网交换机构建转发表时使用的 PDU 地址是

• A. 目的物理地址
• B. 目的 IP 地址
• C. 源物理地址
• D. 源 IP 地址

答案：C

解析：

交换机通过自学习算法建立转发表（MAC地址表）：

• 学习过程：当交换机收到一个帧时，它查看帧的源物理地址 (Source MAC)，并将该地址与接收到该帧的端口号进行映射记录。
• 转发过程：当交换机转发帧时，才查看目的物理地址。

题目问的是“构建”转发表，因此依据是源物理地址。

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3.18 单选题#

下列关于虚拟局域网 VLAN 的描述，错误的是

• A. VLAN 是基于逻辑分组的，不受物理位置限制
• B. VLAN 帧会插入一个包含 VLAN ID 的 Tag
• C. 虚拟局域网 (VLAN) 是一种新型的局域网
• D. VLAN 能够限制广播域

答案：C

解析：

• A 正确：VLAN 是基于逻辑分组的，不受物理位置限制。
• B 正确：在 802.1Q 标准中，VLAN 帧会插入一个 Tag，其中包含 VLAN ID（标识符）。
• C 错误：虚拟局域网（VLAN）并不是一种新型的局域网（即它不是像以太网、令牌环网那样的新物理层/链路层技术），而是在现有的局域网技术上，通过软件配置实现的一种管理功能或服务。
• D 正确：VLAN 是局域网提供给用户的一种服务，用于分割广播域。

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3.19 单选题#

对于 100Mbps 的以太网交换机，当输出端口无排队，以直通交换 (cut-through switching) 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

• A. 0.48 ms
• B. 0.48 $\mu s$
• C. 48 $\mu s$
• D. 4.8 $\mu s$

答案：B

解析： 直通交换（Cut-through）是指交换机只要接收到帧的目的 MAC 地址，就开始转发，而不需要等到整个帧接收完毕。

• 以太网帧的目的 MAC 地址位于帧的最前端，长度为 6 字节（48比特）。
• 带宽为 100Mbps。
• 延迟计算：$t = \text{AddressSize} / \text{Bandwidth} = 48 \text{ bit} / (100 \times 10^6 \text{ bps}) = 0.48 \times 10^{-6} \text{ s} = 0.48 \mu s$。

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3.20 填空题#

假定在使用 CSMA/CD 协议的 10Mb/s 以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数 r = 100。试问这个站需要等待多少 $\mu s$ 后才能再次发送数据？ [填空1] 如果是 100Mb/s 的以太网呢？ [填空2] $\mu s$

答案：5120；512

解析：

以太网采用截断二进制指数退避算法。退避时间 = 基本退避时间 $\times$ 随机数 $r$。 基本退避时间取值为争用期（Slot time），即 512 比特时间（$2\tau$）。

1. 对于 10Mb/s 以太网：

• 1个比特时间 = $1 / 10 \text{ Mb/s} = 0.1 \mu s$

• 争用期（Slot time）= $512 \times 0.1 \mu s = 51.2 \mu s$

• 等待时间 = $r \times 51.2 \mu s = 100 \times 51.2 = 5120 \mu s$

2. 对于 100Mb/s 以太网：

• 1个比特时间 = $1 / 100 \text{ Mb/s} = 0.01 \mu s$
• 争用期（Slot time）= $512 \times 0.01 \mu s = 5.12 \mu s$
• 等待时间 = $r \times 5.12 \mu s = 100 \times 5.12 = 512 \mu s$

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14 (18年考研34题) 单选题#

在 ISO/OSI 参考模型中，实现两个相邻结点间流量控制功能的是 ( )。

• A. 物理层
• B. 数据链路层
• C. 网络层
• D. 传输层

答案：B

解析：

• 数据链路层 (Data Link Layer)：负责在两个相邻结点（node-to-node）间的链路上无差错地传送以帧为单位的数据，其功能包括流量控制、差错控制等。

• 传输层：负责端到端（end-to-end）的流量控制。
• 网络层：主要负责路由选择和拥塞控制。