网络工程师考试-常见问题3-数据链路层01

('第3章数据链路层问题3-1：旧版的《计算机网络》认为数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。数据链路层可以把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看起来好像是一条不出差错的链路。但最近新版的《计算机网络》（第4版和第5版）中对数据链路层的提法就改变了。数据链路层的传输不能让网络层向下看起来好像是一条不出差错的链路。到底哪一种说法是正确的？问题3-2：当数据链路层使用PPP协议或CSMA/CD协议时，既然不保证可靠传输，那么为什么对所传输的帧进行差错检验呢？问题3-3：为什么旧的版本教材在数据链路层一章中讲授可靠传输，但现在新的版本教材则取消了可靠传输？问题3-4：通过普通的电话用户线拨号上网时（使用调制解调器），试问一对用户线可容许多少个用户同时上网？问题3-5：除了差错检测外，面向字符的数据链路层协议还必须解决哪些特殊的问题？问题3-6：为什么计算机进行通信时发送缓存和接收缓存总是需要的？问题3-7：以太网使用载波监听多点接入碰撞检测协议CSMA/CD。频分复用FDM才使用载波。以太网有没有使用频分复用？问题3-8：在以太网中，不同的传输媒体会产生不同的传播时延吗？问题3-9：在以太网中发生了碰撞是否说明这时出现了某种故障？问题3-10：从什么地方可以查阅到以太网帧格式中的“类型”字段是怎样分配的？问题3-11：是什么原因使以太网有一个最小帧长和最大帧长？问题3-12：在双绞线以太网中，其连接导线只需要两对线：一对线用于发送，另一对线用于接收。但现在的标准是使用RJ-45连接器。这种连接器有8根针脚，一共可连接4对线。这是否有些浪费？是否可以不使用RJ-45而使用RJ-11?问题3-13：RJ-45连接器对8根针脚的编号有什么规定？问题3-14：剥开5类线的外塑料保护套管就可以看见不同颜色的4对双绞线。哪一根线应当连接到哪一个针脚呢？问题3-15：将5类线电缆与RJ-45插头连接起来的具体操作步骤是怎样的？问题3-16：不用集线器或以太网交换机，能否将两台计算机用带有RJ-45插头的5类线电缆直接连接起来？问题3-17：使用屏蔽双绞线电缆STP安装以太网是否可获得更好的效果？问题3-18：如果将已有的10Mb/s以太网升级到100Mb/s，试问原来使用的连接导线是否还能继续使用？问题3-19：使用5类线的10BASE-T以太网的最大传输距离是100m。但听到有人说，他使用10BASE-T以太网传送数据的距离达到180m。这可能吗？问题3-20：粗缆以太网有一个单独的收发器。细缆以太网和双绞线以太网有没有收发器？如果有，都在什么地方？问题3-21：什么叫做“星形总线(star-shapedbus)”或“盒中总线(bus-in-a-box)”？问题3-22：以太网的覆盖范围受限的一个原因是：如果站点之间的距离太大，那么由于信号传输时会衰减得很多因而无法对信号进行可靠的接收。试问：如果我们设法提高发送信号的功率，那么是否就可以提高以太网的通信距离？问题3-23：一个大学能否就使用一个很大的局域网而不使用许多相互连接的较小的局域网？问题3-24：一个10Mb/s以太网若工作在全双工状态，那么其数据率是发送和接收各为5Mb/s还是发送和接收各为10Mb/s？问题3-25：一个单个的以太网上所使用的网桥数目有没有上限？问题3-26：当我们在PC机插上以太网的适配器（网卡）后，是否还必须编制以太网所需的MAC协议的程序？问题3-27：使用网络分析软件可以分析出所捕获到的每一个帧的首部中各个字段的值。但是有时却无法找出LLC帧首部的各字段的值。这是什么原因？问题3-28：整个的IEEE802委员会现在一共有多少个工作组？问题3-29：在一些文献和教材中，可以见到关于以太网的“前同步码”(preamble)有两种不同的说法。一种说法是：前同步码共8个字节。另一种说法是：前同步码共7个字节，而在前同步码后面还有一个字节的“帧开始定界符”SFD(Start-of-FrameDelimiter)。那么哪一种说法是正确的呢？问题3-30：802.3标准共包含有多少种协议？问题3-31：在802.3标准中有没有对人为干扰信号(jammingsignal)制定出标准呢？问题3-32：在以太网中，有没有可能在发送了512bit（64B）以后才发生碰撞？问题3-33：在有的文献中会见到runt和jabber这两个名词，它们是什么意思？问题3-34：当局域网刚刚问世时，总线形的以太网被认为可靠性比星形结构的网络好。但现在以太网又回到了星形结构，使用集线器作为交换结点。那么以前的看法是否有些不正确？\uf046问题3-1：旧版的《计算机网络》认为数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。数据链路层可以把一条有可能出差错的实际链路，转变成为让网络层向下看起来好像是一条不出差错的链路。但最近新版的《计算机网络》（第4版和第5版）中对数据链路层的提法就改变了。数据链路层的传输不能让网络层向下看起来好像是一条不出差错的链路。到底哪一种说法是正确的？答：旧版的《计算机网络》对数据链路层的阐述是基于OSI体系结构的。OSI体系结构的数据链路层采用的是面向连接的HDLC协议，它提供可靠传输的服务。因此，旧版《计算机网络》的提法对OSI体系结构是正确的。2003年以后新版的《计算机网络》更加突出了TCP/IP体系结构。现在因特网的数据链路层协议使用得最多的就是PPP协议和CSMA/CD协议（这种情况就是使用拨号入网或使用以太网入网）。这两种协议都不使用序号和确认机制，因此也就不能“让网络层向下看起来好像是一条不出差错的链路。”因此，新版《计算机网络》的提法符合当前计算机网络的现状。当接收端通过差错检测发现了帧在传输中出了差错，或者默默丢弃(silentlydiscard)而不进行任何其他处理（当使用PPP协议或CSMA/CD协议时），这是现在的大多数情况；或者使用重传机制要求发送方重传（当使用HDLC协议时），但这种情况现在很少使用。如果需要可靠传输，那么就由高层的TCP协议负责重传。但数据链路层并不知道这是重传的帧。\uf046问题3-2：当数据链路层使用PPP协议或CSMA/CD协议时，既然不保证可靠传输，那么为什么对所传输的帧进行差错检验呢？答：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经发现了有差错的帧（不管是什么原因造成的）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，应当是：“我们以很接近于1的概率认为，凡是上交主机的帧都是没有传输差错的”。\uf046问题3-3：为什么旧的版本教材在数据链路层一章中讲授可靠传输，但现在新的版本教材则取消了可靠传输？答：保证可靠传输的停止等待协议是计算机网络协议的基础内容之一。新的版本只是挪动了可靠传输这部分内容的位置，而不是取消这部分内容。把这部分放在前面的数据链路层一章中讲的好处是可以更早些建立可靠传输的概念（因为我们是自下而上，先讲数据链路层，后讲运输层）。但缺点是实际上的数据链路层现在基本上并不使用可靠传输，因此放在数据链路层中讲可靠传输有些不符合实际。况且以后到运输层用到可靠传输时，学生有可能又会遗忘了一些。把这部分内容放在运输层中讨论的好处是比较符合实际情况，讲完简单的可靠传输的概念后，接着就介绍比较复杂的滑动窗口概念可以取得更好的效果。这也是作者试图改变一下整个教材的结构的一种尝试。\uf046问题3-4：通过普通的电话用户线拨号上网时（使用调制解调器），试问一对用户线可容许多少个用户同时上网？答：这并没有限制。但用户数目越多，则每一个用户的上网速率就越低。多个用户共同使用一对电话线拨号上网有时是很有用的。例如，一个办公室内只有一对电话用户线可供拨号上因特网，但办公室内有多人在办公，他们都有自己的PC机，而且都想同时使用拨号上网。这时可将所有用户的PC机都用以太网连接起来（当然每一台PC机都必须安装一个以太网卡）。只有一台PC机要特殊些，即需要同时安装以太网卡和拨号上网卡（或使用外置的调制解调器）。这台特殊的PC机通常叫做代理服务器，它通过调制解调器用拨号方式与本地的ISP相连。代理服务器必须安装专门的软件（如Wingate2.0），同时还要完成一些必要的配置，这样就能使连接在以太网上的各PC机用共享一个调制解调器的方式同时上网。ISP并不知道有多少人共享一个调制解调器。ISP只知道现在是这台代理服务器在使用拨号上网。ISP只分配一个临时的IP地址给此代理服务器暂时使用。\uf046问题3-5：除了差错检测外，面向字符的数据链路层协议还必须解决哪些特殊的问题？答：最主要的就是要解决帧定界和透明传输的问题。帧定界就是要使接收端能够知道一帧的开始和结束是在什么地方。面向字符的数据传输就是所传输的数据全都是一个个的字符，例如ASCII字符。因此，在每一帧的开始和结束的地方，必须要有一个特殊的字符来作为标志，如下图所示。字符SOH代表StartOfHeader（首部开始），而EOT代表EndOfTransmission（传输结束）。请注意，SOH和EOT都是ASCII码中的控制字符。SOH的十六进制编码是01，而EOT的十六进制编码是04。不要误认为SOH是“S”“O”“H”三个字符，也不要误认为EOT是“E”“O”“T”三个字符。解决了帧定界后，在接收端就可以确定一个帧的开始和结束。剩下的问题就是透明传输的问题。透明传输实际上就是随便什么字符都可以传输。但设想我们在帧中传送的字符出现了一个控制字符“EOT”。那么接收端收到这样的数据后，就会将原来的SOH和数据中的“EOT”错误地解释为一个帧，但对后面剩下的字符根本就无法解释（见下图）。像这样的传输显然就不是“透明传输”，因为当遇到数据中的字符“EOT”就传不过去了，它被接收端解释为控制字符。实际上此处的字符“EOT”并非控制字符而是一般数据。为了解决透明传输问题，就必须设法将数据中可能出现的控制字符“SOH”和“EOT”在接收端不解释为控制字符。方法是：在数据中出现字符“SOH”或“EOT”时就将其转换为另一个字符，而这个字符是不会被错误解释的。但所有字符都有可能在数据中出现。于是就想出这样的办法：将数据中出现的字符“SOH”转换为“ESC”“x”这样两个字符，将数据中出现的字符“EOT”转换为“ESC”“y”这样两个字符。而当数据中出现了控制字符“ESC”时，就将其转换为“ESC”“z”这样两个字符。这种转换方法就能够在接收端正确地还原为原来的数据。“ESC”是转义符，它的十六进制编码是1B。下图表示在数据中出现了四个控制字符“ESC”“EOT”“ESC”“SOH”。按以上规则转换后的数据如下图所示。读者可以很容易地看出，在接收端只要按照以上转换规则进行相反的转换，就能够还原出原来的数据（例如遇到“ESC”“z”就还原为“ESC”）。以上就是实现透明传输的原理。\uf046问题3-6：为什么计算机进行通信时发送缓存和接收缓存总是需要的？答：当计算机的两个进程（在同一台机器中或在两个不同的机器中）进行通信时，如果发送进程将数据直接发送给接收进程，那么这两个动作（一个是发送，另一个是接收）是非常难协调好的。这是因为计算机的动作很快，如果在某一时刻接收进程开始执行接收的动作，但发送进程的发送动作稍微早了一点或稍微晚了一点（在收发双方事先未进行同步的情况下，发送时刻不可能恰好和接收时刻精确地重合），这都会使接收失败。因此，在计算机进程之间的通信过程中，广泛使用缓存。缓存就是在计算机的存储器中设置的一个临时存放数据的空间。发送进程将欲发送的数据先写入缓存，然后接收进程在合适的时机读出这些数据。缓存有点像邮局在街上设立的邮筒。我们可以在我们方便时将欲发送的信件丢到邮筒中。邮局的邮递员按照他的计划在适当时候打开邮筒，将大家投入的信件取走，交到邮局进行下一步处理。缓存可以很好地解决发送速率和接收速率不一致的矛盾，还可以很方便地进行串并转换，即比特流串行写入并行读出，或并行写入串行读出。缓存也可称为“缓冲”或“缓冲区”。英文就是buffer。\uf046问题3-7：以太网使用载波监听多点接入碰撞检测协议CSMA/CD。频分复用FDM才使用载波。以太网有没有使用频分复用？答：这里的“载波”并非指频分复用FDM的载波。CSMA/CD协议的发明者故意使用了大家早已熟悉的旧名词Carrier（载波），来表示连接在以太网上的工作站检测到了其他工作站发送到以太网上的电信号。\uf046问题3-8：在以太网中，不同的传输媒体会产生不同的传播时延吗？答：是的。在以太网中，不同的传输媒体会产生不同的传播时延。下面是典型的测量结果：传输媒体电磁波在该媒体中的传播速度粗缆（同轴电缆）0.77c(2.31\uf0b4105km/s)细缆（同轴电缆）0.65c(1.95\uf0b4105km/s)双绞线0.59c(1.77\uf0b4105km/s)光纤0.66c(1.98\uf0b4105km/s)AUI电缆0.65c(1.95\uf0b4105km/s)在上表中，c是光在真空中的传播速度，即3.0\uf0b4105km/s。\uf046问题3-9：在以太网中发生了碰撞是否说明这时出现了某种故障？答：还不能这样看。以太网中发生碰撞是很正常的现象。发生碰撞只是表明在以太网上同时有两个或更多的站在发送数据。碰撞的结果是这些站所发送的数据都没有用了，都必须进行重传。以太网上发生碰撞的机会是多还是少，与以太网上的通信量强度有很大的关系。这并没有一个绝对的定量的准则。很难说具有多大的碰撞次数就属于坏的以太网。\uf046问题3-10：从什么地方可以查阅到以太网帧格式中的“类型”字段是怎样分配的？答：可到下面的URL查阅：http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers\uf046问题3-11：是什么原因使以太网有一个最小帧长和最大帧长？答：设置最小帧长是为了区分开噪声和因发生碰撞而异常中止的短帧。设置最大帧长是为了保证个站都能公平竞争接入到以太网。因为如果某个站发送特长的数据帧，则其他的站就必须等待很长的时间才能发送数据。\uf046问题3-12：在双绞线以太网中，其连接导线只需要两对线：一对线用于发送，另一对线用于接收。但现在的标准是使用RJ-45连接器。这种连接器有8根针脚，一共可连接4对线。这是否有些浪费？是否可以不使用RJ-45而使用RJ-11?答：对于10BASE-T以太网的确只使用两对线。这样在RJ-45连接器中就空出来4根针脚。到对100BASE-T4快速以太网，则要用到4对线，即8根针脚都要用到。顺便指出，采用RJ-45而不采用电话线的RJ-11也是为了避免将以太网的连接线插头错误地插进电话线的插孔内。另外，RJ-11只有6根针脚，而RJ-45有8根针脚。这两种连接器在形状上的区别见下图所示。\uf046问题3-13：RJ-45连接器对8根针脚的编号有什么规定？答：RJ-45连接器包括一个插头和一个插孔（或插座）。插孔安装在机器上，而插头和连接导线（现在最常用的就是采用无屏蔽双绞线的5类线）相连。EIA/TIA制定的布线标准规定了8根针脚的编号。如果看插孔，使针脚接触点在上方，那么最左边是①，最右边是⑧（见下图）。如果看插头，将插头的末端面对眼睛，而且针脚的接触点插头的在下方，那么最左边是①，最右边是⑧（见下图）。请注意，有的文献将插头编号的①指定为最右边的针脚，这是因为他们将插头的针脚接触点画在上方（和我们给出的图正好旋转了180度）。但实际上指的还是同样的针脚。在10/兆比秒和100Mb/s以太网中只使用两对导线。也就是说，只使用4根针脚。那么我们应当将导线连接到哪4根针脚呢？现在标准规定使用下表中的4根针脚（1,2,3和6），1和2用于发送，3和4用于接收：针脚1发送\uf02b针脚2发送\uf02d针脚3接收\uf02b针脚4不使用针脚5不使用针脚6接收\uf02d针脚7不使用针脚8不使用\uf046问题3-14：剥开5类线的外塑料保护套管就可以看见不同颜色的4对双绞线。哪一根线应当连接到哪一个针脚呢？答：EIA/TIA-568标准规定了两种连接标准（并没有实质上的差别），即EIA/TIA-568A和EIA/TIA-568B。这两种标准的连接方法如下图所示。图中上方的折线表示这两根针脚连接的是一对双绞线。T568A规定的连接方法是：1——白–绿（就是白色的外层上有些绿色，表示和绿色的是一对线）2——绿色3——白–橙（就是白色的外层上有些橙色，表示和橙色的是一对线）4——蓝色5——白–蓝（就是白色的外层上有些蓝色，表示和蓝色的是一对线）6——橙色7——白–棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）8——棕色T568B规定的连接方法是：1——白–橙2——橙色3——白–绿4——蓝色5——白–蓝6——绿色7——白–棕（就是白色的外层上有些棕色，表示和棕色的是一对线）8——棕色在通常的工程实践中，T568B使用得较多。不管使用哪一种标准，一根5类线的两端必须都使用同一种标准。这里特别要强调一下，线序是不能随意改动的。例如，从上面的连接标准来看，1和2是一对线，而3和6又是一对线。但如果我们将以上规定的线序弄乱，例如，将1和3用作发送的一对线，而将2和4用作接收的一对线，那么这些连接导线的抗干扰能力就要下降，误码率就可能增大，这样就不能保证以太网的正常工作。',)