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2.3 物理层设备 (答案见原书 P48)

news 2025/9/28 6:03:02

第2章物理层 (续)

2.3 物理层设备 (答案见原书 P48)

01. 下列关于物理层设备的叙述中,错误的是 ( B )

题目原文

下列关于物理层设备的叙述中,错误的是 ( )
A. 中继器仅作用于信号的电气部分
B. 利用中继器来扩大网络传输距离的原理是将衰减的信号进行放大
C. 集线器实质上相当于一个多端口的中继器
D. 物理层设备连接的几个网段仍是一个局域网

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察对中继器（Repeater） 工作原理的精确理解。
错误选项分析 (B. …原理是将衰减的信号进行放大)：
- 这个说法是不精确的，因此是错误的。
- 如果只是简单地放大（Amplify） 信号，那么信号中的噪声也会被一同放大，导致信号质量进一步恶化。这是模拟信号放大器的工作方式。
- 中继器处理的是数字信号。它的工作原理是信号再生（Regeneration）：
  1. 接收因衰减而失真的数字信号。
  2. 通过判决电路，重新识别出原始的0和1比特序列。
  3. 根据识别出的比特序列，生成一个全新的、干净的、标准的数字信号再发送出去。
- 这个“再生”过程不仅恢复了信号强度，更重要的是消除了传输过程中累积的噪声。
正确选项分析：
- A: 正确，中继器工作在物理层，只关心电信号。
- C: 正确，集线器就是多端口的中继器。
- D: 正确，物理层设备只是在物理上扩展了网络范围，但连接的所有设备仍然在同一个冲突域和同一个广播域内，属于同一个局域网。

02. 为了使数字信号传输得更远,可采用的设备是 ( A )

题目原文
02. 为了使数字信号传输得更远,可采用的设备是 ( )
A. 中继器 B. 放大器 C. 网桥 D. 路由器

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察不同网络设备在扩展网络距离上的作用。
正确选项分析 (A. 中继器, Repeater)：
- 数字信号在传输介质中会因衰减而失真，导致传输距离受限。
- 中继器的唯一功能就是对衰减的数字信号进行再生，从而延长信号的有效传输距离。
错误选项分析：
- B. 放大器 (Amplifier): 用于放大模拟信号，会连同噪声一起放大。
- C. 网桥 (Bridge): 工作在数据链路层，用于连接不同的网段，可以隔离冲突域，但其主要目的不是信号再生。
- D. 路由器 (Router): 工作在网络层，用于连接不同的网络，功能更复杂。

03. 以太网遵循 IEEE802.3 标准, 用粗缆组网时每段的长度不能大于 500m…段间相连利用的是 ( B )

题目原文
03. 以太网遵循 IEEE802.3 标准, 用粗缆组网时每段的长度不能大于 500m, 超过 500m 时就要分段, 段间相连利用的是 ( )
A. 网络适配器 B. 中继器 C. 调制解调器 D. 网关

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察早期以太网（10Base5）中扩展网络范围的设备。
正确选项分析 (B. 中继器, Repeater)：
- 10Base5（粗缆以太网）标准规定，单段同轴电缆的最大长度为500米。
- 为了构建一个更大的局域网，就需要将多个500米的网段（Segment） 连接起来。
- 在物理层，用于连接和扩展这些网段的设备就是中继器。
错误选项分析：
- A. 网络适配器 (NIC): 是主机连接到网络的接口。
- C. 调制解调器 (Modem): 用于数字信号和模拟信号的转换。
- D. 网关 (Gateway): 通常指工作在传输层或更高层次，用于连接异构网络的设备。

04. 由集线器连接多台设备构成的网络在物理上和逻辑上的结构分别是 ( D )

题目原文
04. 由集线器连接多台设备构成的网络在物理上和逻辑上的结构分别是 ( )
A. 总线形、环形 B. 网状、星形
C. 总线形、星形 D. 星形、总线形

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察使用集线器（Hub） 组网时的物理拓扑和逻辑拓扑。
正确选项分析 (D. 星形、总线形)：
- 物理拓扑 (Physical Topology): 指的是设备物理上的连接方式。
  - 使用集线器组网时，所有的计算机都通过各自的网线连接到集线器的中央端口上，形成一个星形的物理结构。
- 逻辑拓扑 (Logical Topology): 指的是信号在网络中的流动方式。
  - 集线器工作在物理层，它会将从任何一个端口收到的信号广播到所有其他端口。
  - 这意味着，所有连接到集线器上的设备共享同一个冲突域，信号的流动方式与总线型网络完全一样。
错误选项分析：
- A, B, C: 物理和逻辑拓扑的对应关系错误。

05. 用集线器连接的工作站集合 ( A )

题目原文
05. 用集线器连接的工作站集合 ( )
A. 同属一个冲突域,也同属一个广播域 B. 不同属一个冲突域,但同属一个广播域
C. 不同属一个冲突域,也不同属一个广播域 D. 同属一个冲突域,但不同属一个广播域

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察对冲突域（Collision Domain） 和广播域（Broadcast Domain） 的理解，以及集线器在这方面的作用。
正确选项分析 (A. 同属一个冲突域,也同属一个广播域)：
- 冲突域： 指的是网络中一个区域，如果该区域内的两台或多台设备同时发送数据，就会发生冲突（碰撞）。
  - 集线器是物理层设备，它只是简单地广播信号。连接在同一个集线器上的所有设备共享同一个物理介质（逻辑总线），因此它们同属于一个冲突域。
- 广播域： 指的是网络中一个区域，如果该区域内任何一台设备发送一个广播帧，该区域内的所有其他设备都能收到这个广播帧。
  - 集线器本身就是广播设备，它会将所有收到的帧（无论是单播、多播还是广播）都转发给所有端口。能够隔离广播域的设备是路由器（网络层）。
  - 因此，连接在同一个集线器上的所有设备也同属于一个广播域。
错误选项分析：
- B, C, D: 描述错误。

06. 中继器可以用来连接 ( C )

题目原文
06. 中继器可以用来连接 ( )
A. 不同类型的局域网 B. 不同速率的局域网
C. 不同介质的局域网 D. 不同协议的局域网

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察中继器的连接能力和限制。
正确选项分析 (C. 不同介质的局域网)：
- 中继器工作在物理层，它只关心比特流和电信号。
- 因此，中继器可以被设计为具有不同物理接口的设备，例如一个端口是同轴电缆接口，另一个端口是双绞线接口。
- 这种中继器就可以用来连接两种不同传输介质的网段，只要它们遵循的上层协议（如以太网的MAC层协议） 和数据速率是相同的。
错误选项分析：
- A. 不同类型的局域网（如以太网和令牌环网）：它们的MAC层协议完全不同，中继器无法处理。
- B. 不同速率的局域网（如10Mb/s和100Mb/s）：中继器没有缓冲和速率转换能力，无法连接不同速率的网段。
- D. 不同协议的局域网：同A，中继器不理解协议。

07. 若有 5 台计算机连接到一台 10Mb/s 的集线器上, 则每台计算机分得的平均带宽为 ( A )

(该题答案应为A)

题目原文
07. 若有 5 台计算机连接到一台 10Mb/s 的集线器上, 则每台计算机分得的平均带宽为 ( )
A. 2Mb/s B. 5Mb/s C. 10Mb/s D. 50Mb/s

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察集线器（Hub） 环境下的带宽共享模式。
正确选项分析 (A. 2Mb/s)：
- 集线器连接的所有设备共享同一个冲突域和总带宽。
- 总带宽为 10Mb/s。
- 这 10Mb/s 的带宽是被连接的 5台计算机共享的。
- 在理想的平均情况下，每台计算机分得的带宽 = 总带宽 / 计算机数量
- 平均带宽 = 10 Mb/s / 5 = 2 Mb/s。
错误选项分析：
- B, C, D: 计算错误。
【对比】 如果这5台计算机连接到一台交换机（Switch） 上，那么每台计算机到交换机的端口都独享 10Mb/s 的带宽。

08. 当集线器的一个端口收到数据后, 将其 ( B )

题目原文
08. 当集线器的一个端口收到数据后, 将其 ( )
A. 从所有端口广播出去
B. 从除输入端口外的所有端口广播出去
C. 根据目的地址从合适的端口转发出去
D. 随机选择一个端口转发出去

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察集线器转发帧的精确行为。
正确选项分析 (B. 从除输入端口外的所有端口广播出去)：
- 集线器是一个广播设备。
- 当它从一个端口（例如端口1）收到数据帧的电信号后，它会对信号进行再生，然后将这个信号转发到所有其他的端口（端口2, 3, 4…）。
- 它不会将信号再转发回信号来源的那个端口（端口1），因为这样做没有意义。
错误选项分析：
- A: 不包括输入端口。
- C: 根据目的地址转发是交换机的工作。
- D: 不是随机的，是广播。

09. 下列关于中继器和集线器的说法中,不正确的是 ( C )

题目原文
09. 下列关于中继器和集线器的说法中,不正确的是 ( )
A. 二者都工作在 OSI 参考模型的物理层
B. 二者都可以对信号进行放大和整形
C. 通过中继器或集线器互连的网段数量不受限制
D. 中继器通常只有 2 个端口,而集线器通常有 4 个或更多端口

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察使用物理层设备扩展网络时的限制。
错误选项分析 (C. …网段数量不受限制)：
- 这是错误的。以太网标准（特别是早期的共享式以太网）对使用中继器/集线器扩展网络有严格的规定，最著名的就是 5-4-3规则：
  - 在一个冲突域内，最多只能有 5 个网段。
  - 这5个网段之间最多只能用 4 个中继器/集线器连接。
  - 这5个网段中，最多只有 3 个网段可以连接计算机。
- 这个规则是为了保证冲突检测机制能够正常工作，确保信号在网络中的传播延迟不会过大。
正确选项分析：
- A: 正确。
- B: 正确，“放大和整形”是对信号再生的通俗描述。
- D: 正确，描述了两者在端口数量上的典型区别。

2.3 物理层设备知识体系与考法总结

这一小节内容非常具体，主要围绕物理层的两个核心设备——中继器（Repeater） 和 集线器（Hub）展开。重点在于理解它们简单但关键的工作原理、它们对网络拓扑和性能（特别是冲突域和带宽）的影响，以及使用它们扩展网络时的限制。

知识体系梳理

本部分的知识体系可以围绕“一个核心功能”和“两大核心设备”来构建。

一、一个核心功能：信号再生

问题背景： 任何信号在物理介质上传输时，都会因衰减、失真和噪声而变弱、变形。这限制了单段网线的最大长度。
解决方案：信号再生 (Regeneration)
- 区别于放大 (Amplification): 放大器会连同噪声一起放大，适用于模拟信号；而再生是针对数字信号的。
- 再生过程： 接收失真的数字信号 -> 判决电路重新识别出原始的0和1比特 -> 生成一个全新的、标准的、干净的信号波形再发送出去。
- 核心作用： 消除噪声、恢复信号强度，从而扩展网络的物理距离。

二、两大核心设备

中继器 (Repeater):
- 工作层次： 物理层 (L1)。
- 核心功能： 信号再生。
- 端口数量： 通常只有2个端口，用于连接两个网段。
- 连接能力：
  - 可以连接物理介质不同（如粗缆 vs. 双绞线），但协议和速率必须相同的网段。
  - 不能连接不同协议（如以太网 vs. 令牌环）或不同速率（10M vs. 100M）的网段。
- 对网络的影响：
  - 它连接的多个网段在逻辑上仍然是一个更大的局域网。
  - 不隔离冲突域，不隔离广播域。所有连接的网段共同构成一个冲突域和一个广播域。
- 使用限制： 受“5-4-3规则”等协议限制，不能无限串联。
集线器 (Hub):
- 本质： 一个多端口的中继器。
- 工作层次： 物理层 (L1)。
- 核心功能： 信号再生并广播。
- 工作方式 (高频考点): 当从一个端口收到信号后，会将其再生并转发到除输入端口外的所有其他端口。
- 拓扑结构 (高频考点):
  - 物理拓扑：星型（所有设备都连接到中心的Hub）。
  - 逻辑拓扑：总线型（因为信号是广播的，所有设备共享同一通信信道）。
- 对网络的影响 (高频考点):
  - 带宽： 连接到Hub的所有设备共享Hub的总带宽。例如，一个10Mb/s的Hub连接5台设备，每台平均带宽为10/5 = 2Mb/s。
  - 冲突域与广播域： 与中继器一样，不隔离冲突域，不隔离广播域。所有连接到Hub的设备都属于同一个冲突域和同一个广播域。

常见考法与例题梳理

设备工作原理与层次（高频基础题）
- 考法： 直接考察中继器/集线器的工作层次、核心功能（信号再生 vs. 放大）、工作方式（广播）。
- 例题01: 精确辨析了中继器是“信号再生”而非“放大”。
- 例题02: 明确了扩展数字信号距离的设备是中继器。
- 例题08: 考察了集线器转发的精确行为——“从除输入端口外的所有端口广播”。
集线器网络的特性（高频核心）
- 考法： 考察使用集线器组网时的物理/逻辑拓扑、带宽共享模式、冲突域和广播域的范围。
- 例题04: “物理星型，逻辑总线型”是必记的结论。
- 例题05: “同属一个冲突域，也同属一个广播域”是必记的结论。
- 例题07: 考察了集线器环境下带宽共享的计算。
设备连接能力的辨析
- 考法： 判断中继器/集线器能连接什么、不能连接什么。
- 例题06: 明确了物理层设备可以连接不同介质，但不能连接不同协议、不同速率的网段。
设备使用限制
- 考法： 考察扩展网络时，中继器/集线器的使用数量是否有限制。
- 例题09: “网段数量不受限制”是错误说法，引出了“5-4-3规则”等限制的存在。

刻意练习建议

制作“网络设备”层次对比表：
- 这是贯穿网络课程前几章的核心工具。创建一个表格，行是各种网络设备（中继器/集线器、网桥/交换机、路由器、网关）。
- 列包括：工作层次、PDU名称、使用的地址、核心功能、是否隔离冲突域、是否隔离广播域。
- 本节先完成“中继器/集线器”这一行，后续学习中不断填充。这张表能让你清晰地对比各种设备的异同。
画拓扑图分析：
- 画一个由集线器连接多个工作站的拓扑图。
- 练习提问自己：
  - “这在物理上是什么形状？” (星型)
  - “如果PC1向PC2发数据，PC3和PC4会收到吗？” (会，因为是广播，逻辑总线)
  - “如果PC1和PC3同时发送数据，会发生什么？” (冲突，因为在同一冲突域)
  - “如果总带宽是100M，PC1和PC2在通信，那么PC3和PC4还能通信吗？它们的可用带宽是多少？” (不能，带宽被共享，总共就100M)
- 然后，想象把集线器换成交换机，再回答一遍同样的问题，通过对比加深理解。
做“找不同”练习：
- 专门对比易混淆的概念：
  - 信号再生 (数字) vs. 信号放大 (模拟)。
  - 物理拓扑 (看得见的连线) vs. 逻辑拓扑 (看不见的数据流)。
  - 冲突域 (物理层/数据链路层概念) vs. 广播域 (网络层概念)。
  - 共享带宽 (Hub) vs. 独享带宽 (Switch)。