2023年12月1日发(作者：)
第三章数据链路层
301
数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？“电
路接通了”与“数据
链路接通了”的区别何在？
答： （1）数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外，还必
须有一些必要的规程来控
制数据的传输。因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要
的硬件和软件。
（2）“电路接通了”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
特流了。但是，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，才是“数据
链路接通了”。此后，由于数据链路连接具有检测、确认和重传
等功能，才使不太可靠的物
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。
3-02、数据链路层中的链路控制包括哪些功能？试讨论数据链路
层做成可靠的链路层有哪
些优点和缺点。
答： 数据链路层中的链路控制包括以下功能：链路管理；帧同
步；流量控制；差错控制；
将数据和控制信息分开；透明传输；寻址。
数据链路层做成可靠的链路层的优点和缺点：所谓“可靠传输”
就是：数据链路层的
发送端发送什么，在接收端就收到什么。这就是收到的帧并没有
出现比特差错，但却出现了
帧丢失、帧重复或帧失序。以上三种情况都属于“出现传输差错”，
但都不是这些帧里有“比
特差错”。“无比特差错”
与“无传输差错”并不是同样的概念。在数据链路层使用CRC 检
验，能够实现无比特差
错的传输，但这不是可靠的传输。
3-03、网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？
答： 络适配器能够对数据的串行和并行传输进行转换,并且能够
对缓存数据进行出来,实现
以太网协议,同时能够实现帧的传送和接受,对帧进行封闭等.网
络适配器工作在物理层和数
据链路层。
3-04、数据链路层的三个基本问题（帧定界、透明传输和差错检
测）为什么都必须加以解
决？
答： 帧定界使收方能从收到的比特流中准确地区分出一个帧的
开始和结束在什么地方；
透明传输使得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，因此很重
要；
差错控制主要包括差错检测和差错纠正，旨在降低传输的比特差
错率，因此也必须解决。
3-05、如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？
答： 如果在数据链路层不进行帧定界，将发生帧数据错误，造
成数据混乱，通信失败。
3-06、PPP 协议的主要特点是什么？为什么PPP 不使用帧的编
号？PPP 适用于什么情况？为
什么PPP 协议不能使数据链路层实现可靠传输？
答： 主要特点：
1、点对点协议，既支持异步链路，也支持同步链路。
2、PPP 是面向字节的。
PPP 不采用序号和确认机制是出于以下的考虑：
1、若使用能够实现可靠传输的数据链路层协议（如HDLC），开
销就要增大。在数据链路层
出现差错的概率不大时，使用比较简单的PPP 协议较为合理。
2、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，然而当数据帧在路由器中从
数据链路层上升到网络层
后，仍有可能因网络授拥塞而被丢弃。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。
3、PPP 协议在帧格式中有帧检验序列FCS 安段。对每一个收到
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
帧交付给上一层）。端到端的
差错检测最后由高层协议负责。因此，PPP 协议可保证无差错接
受。
PPP 协议适用于用户使用拨号电话线接入因特网的情况。
PPP 协议不能使数据链路层实现可靠传输的原因：PPP 有FCS
来确保数据帧的正确性，如果
错误则上报错误信息来确保传输的可靠性。当然它和其他L2 协
议一样，没有TCP 的ACK 机
制，这也是传输层以下协议所具有的特性，以便于提高网络的性
能。
3-07 要发送的数据为1101011011。采用CRC 的生成多项式是
P(x)=x4+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？
答：添加的检验序列为1110 （11 除以10011） 数
据在传输过程中最后一
个1 变成了0，11 除以10011，余数为011，不为
0，接收端可以发现差错。
数据在传输过程中最后两个1 都变成了0，11 除
以10011，余数为101，不为0，
接收端可以发现差错。
3-08．要发送的数据为101110。采用CRC 的生成多项式是
P(X)=X3+1。试求应添加在数据
后面的余数。
解：余数是011。
3-09． 一个PPP 帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE
27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。
试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？
答：7E FE 27 7D 7D 65 7E。
3-10．PPP 协议使用同步传输技术传送比特串
1100。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
，问删
除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？
答：第一个比特串：经过零比特填充后编程111000
（加上下划线的0 是填充
的）。另一个比特串：删除发送端加入的零比特后变成
-11111-110（连字符表
示删除了0）。
3-11．试分别讨论以下各种情况在什么条件下是透明传输，在什
么条件下不是透明传输。
（提示：请弄清什么是“透明传输”，然后考虑能否满足其条件。）
（1）普通的电话通信。
（2）电信局提供的公用电报通信。
（3）因特网提供的电子邮件服务。
答：(1)由于电话系统的带宽有限，而且还有失真，因此电话机两
端的输入声波和输出声波
是有差异的。在“传送声波”这个意义上讲，普通的电话通信不
是透明传输。但对“听懂说
话的意思”来讲，则基本上是透明传输。但也有时个别语音会听
错，如单个的数字1 和7.
这就不是透明传输。
（2）一般说来，由于电报通信的传输是可靠的，接收的报文和
发送的报文是一致的，因此
应当是透明传输。但如果有人到电信局发送“1849807235”这样
的报文，则电信局会根据有
关规定拒绝提供电报服务（电报通信不得为公众提供密码通信服
务）。因此，对于发送让一
般人看不懂意思的报文，现在的公用电报通信则不是透明通信。
（3）一般说来，电子邮件时透明传输。但有时不是。因为国外
有些邮件服务器为了防止垃
圾邮件，对来自某些域名(如.cn)的邮件一律阻拦掉。这就不是透
明传输。有些邮件的附件
在接收人的电脑上打不开。这也不是透明传输。
3-12．PPP 协议的工作状态有哪几种？当用户要使用PPP 协议
和ISP 建立连接进行通信需要
建立哪几种连接？每一种连接解决什么问题？
答：PPP 协议的工作状态分为：“链路终止”状态，“链路静止”
状态，“链路建立”状态，“鉴
别”状态，“网络层协议”状态，“链路打开”状态。
用户要使用PPP 协议和ISP 建立连接进行通信需要建立的连接
为： 链路静止，链路建立，
鉴别，网络层协议，链路打开。链路静止时，在用户PC 机和ISP
的路由器之间并不存在物
理层的连接。链路建立时，目的是建立链路层的LCP 连接。
鉴别时，只允许传送LCP 协议的分组、鉴别协议的分组以及监
测链路质量的分组。网络层协
议时，PPP 链路的两端的网络控制协议NCP 根据网络层的不同
协议无相交换网络层特定的网
络控制分组。链路打开时，链路的两个PPP 端点可以彼此向对
方发送分组。
3-13 局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用的广播通信
通信方式而广域网不采
用呢？
答：（1）局域网的主要特点。
从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：
共享传输信道。在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒
体上；
1. 地理范围有限，用户个数有限。通常局域网仅为一个单位服
务，只在一个相对独立的局
部范围内联网，如一座楼或几种的建筑群内。一般来说，局域网
的覆盖范围约为10m~10km
内或更大一些；
2. 传输速率高。局域网的传输速率一般为1~100Mb/s，能支持计
算机之间的告诉通信，所
以时延较低。
3. 误码率低，因近距离传输，所以误码率很低，一般在10-8～
10-11之间。
4. 多采用分布式控制和广播式通信。在局域网中各站是平等关
系而不是主从关系，可以进
行广播或组播。
从网络的体系结构和传输控制规程来看，局域网也有自己的特
点：
1. 底层协议简单。在局域网中，由于距离短、时延小、成本低、
传输速率高、可靠性高，
因此信道利用率已不是人们考虑的主要因素，所以底层协议较简
单。
2. 不单独设立网络层。局域网的拓扑结构多采用总线型、环型
和星型等共享信道，网内一
般不需要中间转接，流量控制和路由选择功能大为简化，通常在
局域网不单独设立网络
层。因此，局域网的体系结构仅相当于OSI/RM 的最低两层。
3. 采用多种媒体访问控制技术。由于采用共享广播信道，而信
道又可用不同的传输媒体，
所以局域网面对的是多源、多目的链路管理的问题。由此引发出
多种媒体访问控制技术。
（2）局域网采用广播通信是因为局域网中的机器都连接到同一
条物理线路，所有主机的数据
传输都经过这条链路，采用的通信方式是将主机要发送的数据送
到公用链路上，发送至所有
的主机，接收端通过地址对比，接收法网自己的数据，并丢弃其
他数据的方式。广域网是由
可能会导致网络无法运行。
首先，主机间发送数据时，将会独自占用通信链路，降低了网络
的使用率；另一方面，主机
A 向主机B 发送数据时，是想网络中所有的主机发送数据，当
主机数目非常多时，将严重消
耗主机的处理能力。同时也造成了数据的无效流动；再次，极易
产生广播风暴，是网络无法
运行。
3-14 常用的局域网的网络拓扑有哪些种类？现在最流行的是哪
种结构？为什么早期的
以太网选择总线拓扑结构而不使用星形拓扑结构，但现在却改为
使用星形拓扑结构？
答：常用的局域网的网络拓扑有（1）总线网（2）星形网（3）
环形网（4）树形网。
现在最流行的是星形网。
当时很可靠的星形拓扑结构较贵。人们都认为无源的总线结构更
加可靠，但是实践证明，连
接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障，而现在专用的
ASIC 芯片的使用可以将星形
结构的集线器做得非常可靠。因此现在的以太网一般都是用星形
结构的拓扑结构。
3-15 什么叫做传统以太网？以太网有哪两个主要标准？
答：以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组
建于七十年代早期。
Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps 的常用局域网
（LAN）标准。在以太网中，所
有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应
多处访问（CSMA/CD）方法，
采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，
如双绞线电缆或同轴电缆
和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构
中，集线器/交换机/网桥通
过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。
有DIX Ethernet V2 标准和802.3 标准。
3-16 数据率为10Mb/s 的以太网在物理媒体上的码元传输速率
是多少码元/秒？
答：码元传输速率即为波特率。以太网使用曼彻斯特编码，这就
意味着发送的每一位都有两
个信号周期。标准以太网的数据速率是10Mb/s，因此波特率是
数据率的两倍，即20M 波特。
3-17 为什么LLC 子层的标准已制定出来了但现在却很少使
用？
答：为了是数据链路层能更好的使用多种局域网标准，802 委员
会就将局域网的数据链路层
拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC 子层和媒体介入控制MAC
子层。与接入到传输媒体有关
的内容都放在MAC 子层，而LLC 子层则与传输媒体无关，不
管采用何种协议的局域网对LLC
子层来说都是透明的。
由于现在TCP/IP 体系经常是用的局域网是DIX Ethernet V2 而
不是802.3 标准中的几
种局域网。因此现在802 委员会制定的逻辑链路控制子层的作
用已经不大了，很多厂商生产
的网卡上都仅装有MAC 协议而没有LLC 协议。所以LLC 子
层的标准现在已经很少使用了。
3-18 试说明10BASE-T 中的“10”、“BASE”和“T”所代表的
意思。
答：10BASE-T：“10”表示数据率为10Mb/s，“BASE”表示电
缆上的信号是基带信号，“T”
表示使用双绞线的最大长度是500m。
3-19 以太网使用的CSMA/CD 协议是以争用方式接入到共享信
道。这与传统的时分复用
TDM 相比优缺点如何？
答：CSMA/CD 是一种动态的媒体随机接入共享信道方式，而传
统的时分复用TDM 是一种静态
的划分信道，所以对信道的利用，CSMA/CD 是用户共享信道，
更灵活，可提高信道的利用率，
不像TDM，为用户按时隙固定分配信道，即使当用户没有数据
要传送时，信道在用户时隙也
是浪费的；也因为CSMA/CD 是用户共享信道，所以当同时有
用户需要使用信道时会发生碰撞，
就降低信道的利用率，而TDM 中用户在分配的时隙中不会与别
的用户发生冲突。对局域网来
说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较宽，如
果使用TDM 方式，用户在自
己的时隙内没有数据发送的情况会更多，不利于信道的充分利
用。
对计算机通信来说，突发式的数据更不利于使用TDM 方式。
3-20 假定1km 长的CSMA/CD 网络的数据率为1Gb/s。设信号
在网络上的传播速率为
200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。
答：对于1km 电缆，单程传播时间为1÷200000=5×10-6s，即
5us，来回路程传播时间为10us。
为了能够按照CSMA/CD 工作，最短帧的发射时间不能小于
10us。以1Gb/s 速率工作，10us
可以发送的比特数等于：
10000
1 10
10 10
9
6
=
×
×
?
?
因此，最短帧是10000 位或1250 字节长。
3-21 什么叫做比特时间？使用这种时间单位有什么好处？100
比特时间是多少微秒？
答：比特时间是指传输1bit 所需要的时间。种时间单位与数据
率密切相关，用它来计量时
延可以将时间与数据量联系起来。
“比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少。如数据
率是100Mb/s，则100 比特
时间等于10us。
3-22 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.试问这个站需要等多长时间后
才能再次发送数据？如果
是100Mb/s 的以太网呢？
答：对于10Mb/s 的以太网，等待时间是5.12 毫秒
对于100Mb/s 的以太网，等待时间是512 微妙。
3-23 公式（3-3）表示，以太网的极限信道利用率与链接在以太
网上的站点数无关。能否
由此推论出：以太网的利用率也与链接在以太网上的站点数无
关？请说明理由。
答：实际的以太网各站发送数据的时刻是随机的，而以太网的极
限信道利用率的得出是假定
以太网使用了特殊的调度方法（已经不再是CSMA/CD 了），使
各站点的发送不发生碰撞。
3-24 假定站点A 和B 在同一个10Mb/s 以太网网段上。这两个
站点之间的时延为225 比特
时间。现假定A 开始发送一帧，并且在A 发送结束之前B 也
发送一帧。如果A 发送的是以
太网所容许的最短的帧，那么A 在检测到和B 发生碰撞之前能
否把自己的数据发送完毕？
换言之，如果A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能否
肯定A 所发送到帧不会和B
发送的帧发生碰撞？（提示：在计算时应当考虑到每一个以太网
帧在发送到信道上时，在MAC
帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符）
答：设在t=0 时A 开始发送。在t=576 比特时间，A 应当发送
完毕。
t=225 比特时间，B 就检测出A 的信号。只要B 在t=224 比特
时间之前发送数据，A 在
发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发送
碰撞了。
如果A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么就能够肯定A
所发送到帧不会和B 发送
的帧发生碰撞（当然也不会和其他的站点发送碰撞）。
3-25 在上题中的站点A 和B 在t=0 时同时发送了数据帧。当
t=255 比特时间，A 和B 同时
检测到发送了碰撞，并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰
信号的传输。A 和B 在CSMA/CD
算法中选择不同的r 值退避。假定A 和B 选择的随机数分别是
rA=0 和rB=1.。试问A 和B
各在什么时间开始重传其数据帧？A 重传的数据帧在什么时间
到达B?A重传的数据会不会和
B 重传的数据再次发送碰撞？B 会不会在预定的重传时间停止
发送数据？
答：t=0 时，A 和B 开始发送数据。
t=255 比特时间，A 和B 都检测到碰撞。
t=273 比特时间，A 和B 结束干扰信号的传输。
t=594 比特时间，A 开始发送
t=785 比特时间，B 再次检测信道。如空闲，则B 在881 比特
时间发送数据。否则再退
避。
A 重传的数据在819 比特时间到达B,B 先检测到信道忙，因此
B 在预定的881 比特时间
停止发送数据。
3-26 以太网上只有两个站，他们同时发送数据，产生了碰撞。
于是按截断二进制指数退避
算法进行重传。重传次数记为i，i=1，2，3，。。。试计算第一次
重传失败的概率、第二次重
传失败的概率、第三次重传失败的概率，以及一个站成功发送数
据之前的平均重传次数N。
答：设第i 次重传失败的概率为Pi，显然
Pi=（0.5）k， k=min[i,10]
故第一次重传失败的概率P1=0.5,
第二次重传失败的概率P2=0.25,
第三次重传失败的概率P3=0.125.。
P[传送i 次才成功]=P[第1 次传送失败]×P[第2 次传送失败]
×。。。×P[第I -1 次传
送失败]×P[第i 次传送成功]
求{P[传送i 次才成功]}的统计平均值，得出平均重传次数为
1.637.
3-27 假定一个以太网上的通信量中的80%是在本局域网上进行
的，而且其余的20%的通信
量是在本局域网和因特网之间进行的。另一个以太网的情况则反
过来。这两个以太网一个
使用以太网集线器，而另一个使用以太网交换机。你认为以太网
交换机应当用在哪一个网
络上？
答：以太网交换机用在这样的以太网，其20%通信量在本局域网
内，而80%的通信量到因特
网。
3-28 有10 个站连接到以太网上，试计算以下三种情况下每一个
站所能得到带宽。
（1）10 个站点连接到一个10Mbit/s 以太网集线器；
（2）10 站点连接到一个100Mbit/s 以太网集线器；
（3）10 个站点连接到一个10Mbit/s 以太网交换机。
答：（1）10 个站共享10Mbit/s；
（2）10 个站共享100Mbit/s；
（3）每一个站独占10Mbit/s。
3-29 10Mbit/s 以太网升级到100Mbit/s 和1Gbit/s 甚至10Gbit/s
时，需要解决哪些技术
问题？在帧的长度方面需要有什么改变？为什么？传输媒体应
当有什么改变？
答：以太网升级时，由于数据传输率提高了，帧的发送时间会按
比例缩短，这样会影响冲突
的检测。所以需要减小最大电缆长度或增大帧的最小长度，使参
数a 保持为较小的值，才能
有效地检测冲突。在帧的长度方面，几种以太网都采用802.3 标
准规定的以太网最小最大帧
长，使不同速率的以太网之间可方便地通信。100bit/s 的以太网
采用保持最短帧长（64byte）
不变的方法，而将一个网段的最大电缆长度减小到100m，同时
将帧间间隔时间由原来的9.6
μs，改为0.96μs。1Gbit/s 以太网采用保持网段的最大长度为
100m 的方法，用“载波延
伸”和“分组突法”的办法使最短帧仍为64 字节，同时将争用
字节增大为512 字节。传输
媒体方面，10Mbit/s 以太网支持同轴电缆、双绞线和光纤，而
100Mbit/s 和1Gbit/s 以太
网支持双绞线和光纤，10Gbit/s 以太网只支持光纤。
3-30 以太网交换机有何特点？它与集线器有何区别？
答：以太网交换机实质上是一个多端口网桥。工作在数据链路层。
以太网交换机的每个端口
都直接与一个单个主机或另一个集线器相连，并且一般工作在全
双工方式。交换机能同时连
通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体
一样，进行无碰撞地传输数
据。通信完成后就断开连接。
区别：以太网交换机工作数据链路层，集线器工作在物理层。集
线器只对端口上进来的
比特流进行复制转发，不能支持多端口的并发连接。
3-31 网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网
交换机有何异同？
答：网桥的每个端口与一个网段相连，网桥从端口接收网段上传
送的各种帧。每当收到一个
帧时，就先暂存在其缓冲中。若此帧未出现差错，且欲发往的目
的站MAC 地址属于另一网段，
则通过查找站表，将收到的帧送往对应的端口转发出去。若该帧
出现差错，则丢弃此帧。网
桥过滤了通信量，扩大了物理范围，提高了可靠性，可互连不同
物理层、不同MAC 子层和不
同速率的局域网。但同时也增加了时延，对用户太多和通信量太
大的局域网不适合。
网桥与转发器不同，（1）网桥工作在数据链路层，而转发器工作
在物理层；（2）网桥不
像转发器转发所有的帧，而是只转发未出现差错，且目的站属于
另一网络的帧或广播帧；（3）
转发器转发一帧时不用检测传输媒体，而网桥在转发一帧前必须
执行CSMA/CD 算法；（4）网
桥和转发器都有扩展局域网的作用，但网桥还能提高局域网的效
率并连接不同MAC 子层和不
同速率局域网的作用。
以太网交换机通常有十几个端口，而网桥一般只有2-4 个端口；
它们都工作在数据链路层；
网桥的端口一般连接到局域网，而以太网的每个接口都直接与主
机相连，交换机允许多对计
算机间能同时通信，而网桥允许每个网段上的计算机同时通信。
所以实质上以太网交换机是
一个多端口的网桥，连到交换机上的每台计算机就像连到网桥的
一个局域网段上。网桥采用
存储转发方式进行转发，而以太网交换机还可采用直通方式转
发。以太网交换机采用了专用
的交换机构芯片，转发速度比网桥快。
3-32 现有五个站分别连接在三个局域网上，并且用两个透明网
桥连接起来，如下图所示。
每一个网桥的两个端口号都标明在图上。在一开始，两个网桥中
的转发表都是空的。以后
有以下各站向其他的站发送了数据帧，即H1 发送给H5，H3 发
送给H2，H4 发送给H3，H2
发送给H1。试将有关数据填写在下表中
M A C 1 M A C 2 M A C 3 M A C 4 M A C 5
H1 H2
H3
H4 H5
B1 B2
1 2 1 2
答：
3-33 网桥中的转发是用自学习算法建立的。如果有的站点总是
不发送数据而仅仅接收数
据，那么在转发表中是否就没有与这样的站点相对应的项目？如
果要向这个站点发送数据
帧，那么网桥能够把数据帧正确转发到目的地址吗？
答：如果站点仅仅接受数据那么在转发表中就没有这样的项目。
网桥能把数据帧正确的发送
到目的地址。如果不知道目的地地址的位置，源机器就发布一广
播帧，询问它在哪里。每个
网桥都转发该查找帧(discovery frame)，这样该帧就可到达互联网
中的每一个LAN。当答
复回来时，途经的网桥将它们自己的标识记录在答复帧中，于是，
广播帧的发送者就可以得
发送的帧
网桥1 的转发表网桥2 的转发表网桥1 的处理
（转发？丢弃？
登记？）
网桥2 的处理
（转发？ 丢
站地址端口站地址端口弃？登记？）
H1??H5 MAC1 1 MAC1 1
转发，写入转发
表
转发，写入转
发表
H3??H2 MAC3 2 MAC3 1
转发，写入转发
表
转发，写入转
发表
H2??H1 MAC2 1
写入转发表，丢
弃不转发
接收不到这
个帧
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