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3.8 数据链路层设备 (答案见原书 P122)

news 2025/9/29 8:24:29

第3章数据链路层 (续)

3.8 数据链路层设备 (答案见原书 P122)

01. 下列网络连接设备都工作在数据链路层的是 ( C )

题目原文

下列网络连接设备都工作在数据链路层的是 ( )
A. 中继器和集线器
B. 集线器和网桥
C. 网桥和局域网交换机
D. 集线器和局域网交换机

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察对常见网络互联设备工作层次的辨析。
正确选项分析 (C. 网桥和局域网交换机)：
- 网桥 (Bridge): 是早期用于连接两个局域网网段的设备，它根据MAC地址来转发数据帧，是典型的工作在数据链路层（L2） 的设备。
- 局域网交换机 (Switch): 可以看作是一个多端口的网桥，它也通过MAC地址表来实现帧的精确转发，同样工作在数据链路层（L2）。
错误选项分析：
- A, B, D: 都包含了集线器（Hub）。集线器只进行信号的再生和广播，不识别MAC地址，是工作在物理层（L1） 的设备。

02. 下列关于数据链路层设备的叙述中,错误的是 ( D )

题目原文
02. 下列关于数据链路层设备的叙述中,错误的是 ( )
A. 交换机将网络划分成多个网段,一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行
B. 交换机可互连不同的物理层、不同的 MAC 子层及不同速率的以太网
C. 交换机的每个接口节点所占用的带宽不会因为接口节点数量的增加而减少,且整个交换机的总带宽会随着接口节点的增加而增加
D. 利用交换机可以实现虚拟局域网 (VLAN), VLAN 可以隔离冲突域,但不能隔离广播域

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察对交换机功能和VLAN作用的理解。
错误选项分析 (D. …VLAN 可以隔离冲突域,但不能隔离广播域)：
- 这个说法是完全错误的。
- VLAN（虚拟局域网） 技术的核心目的，正是为了在物理交换网络的基础上，逻辑上划分和隔离广播域。
- 属于不同VLAN的端口，即使在同一台物理交换机上，也无法接收到对方的广播帧。
正确选项分析：
- A: 正确。交换机的每个端口是一个独立的冲突域，一个端口的故障（如链路断开）不会影响其他端口的通信。
- B: 正确。交换机是存储转发设备，可以连接不同速率的端口（如10M/100M/1G），并进行速率匹配。
- C: 正确。交换机的每个端口独享带宽，增加端口数量不会影响单个端口的带宽。交换机的总背板带宽是所有端口带宽之和，因此端口越多，总带宽越大。

03. 下列 ( D ) 不是使用交换机分割网络所带来的好处。

题目原文
03. 下列 ( ) 不是使用交换机分割网络所带来的好处。
A. 减少冲突域的范围
B. 在一定条件下增加了网络的带宽
C. 过滤网段之间的数据
D. 缩小了广播域的范围

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察使用二层交换机带来的好处。
错误选项分析 (D. 缩小了广播域的范围)：
- 这是错误的。
- 标准的二层交换机可以有效地隔离冲突域（每个端口一个冲突域），但它不能隔离广播域。
- 当交换机的一个端口收到一个广播帧时，它会向除输入端口外的所有其他端口进行泛洪（Flooding）。
- 因此，连接在同一台二层交换机上的所有设备，仍然属于同一个广播域。要隔离广播域，需要使用路由器或VLAN技术。
正确选项分析（是交换机的好处）：
- A: 正确，将一个大的冲突域分割成多个小的冲突域。
- B: 正确，通过允许多对端口同时通信，总带宽大大增加。
- C: 正确，交换机根据MAC地址表进行过滤和精确转发，只将帧发送到目的端口，而不是广播。

04. 下列不能分割冲突域的设备是 ( A )

题目原文
04. 下列不能分割冲突域的设备是 ( )
A. 集线器
B. 交换机
C. 路由器
D. 网桥

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题要求从几个网络设备中，找出那个不能隔离冲突域的。
正确选项分析 (A. 集线器, Hub)：
- 集线器工作在物理层，它连接的所有端口共享同一个物理信道（逻辑总线）。
- 因此，连接在集线器上的所有设备都属于同一个冲突域。它不能分割冲突域。
错误选项分析（都能分割冲突域）：
- B. 交换机 和 D. 网桥： 工作在数据链路层，它们的每个端口都是一个独立的冲突域。
- C. 路由器： 工作在网络层，它的每个端口也都是一个独立的冲突域（同时也是一个独立的广播域）。

05. 局域网交换机实现的主要功能在 ( A )

题目原文
05. 局域网交换机实现的主要功能在 ( )
A. 物理层和数据链路层
B. 数据链路层和网络层
C. 物理层和网络层
D. 数据链路层和应用层

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题与上一章的第6题类似，考察局域网交换机所实现的功能层次。
正确选项分析 (A. 物理层和数据链路层)：
- 交换机是一个网络互联设备，它必须具备其工作层次及以下所有层次的功能。
- 数据链路层 (L2): 这是交换机的核心工作层。它需要解析帧的MAC地址，查询MAC地址表，并进行存储转发。
- 物理层 (L1): 交换机必须具备物理层功能，才能接收和发送电信号/光信号。
错误选项分析：
- B: 普通的二层交换机不处理网络层（IP地址）信息。（三层交换机除外，但题目泛指“交换机”）
- C, D: 描述不准确。

06. 交换机比集线器提供更好的网络性能的原因是 ( A )

(该题答案应为A)

题目原文
06. 交换机比集线器提供更好的网络性能的原因是 ( )
A. 交换机支持多对用户同时通信
B. 交换机使用差错控制减少出错率
C. 交换机使网络的覆盖范围更大
D. 交换机无须设置,使用更方便

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察交换机相比于集线器的核心性能优势。
正确选项分析 (A. 交换机支持多对用户同时通信)：
- 集线器： 共享带宽，同一时刻只允许一对用户通信。
- 交换机： 通过其内部的高速交换矩阵和MAC地址表，可以建立多条并发的数据通路。
- 例如，在一个8端口交换机上，PC1可以与PC2通信，同时PC3可以与PC4通信，PC5可以与PC6通信… 只要它们的通信路径不冲突。
- 这种支持多对端口并发通信的能力，使得交换机的总带宽远大于集线器，是其性能更好的根本原因。
错误选项分析：
- B: 差错控制是网卡的功能，不是交换机独有的。
- C: 覆盖范围主要由物理介质决定。
- D: 交换机通常需要更复杂的设置（如VLAN），而集线器是即插即用的。

07. 通过交换机连接的一组工作站 ( B )

题目原文
07. 通过交换机连接的一组工作站 ( )
A. 组成一个冲突域,但不是一个广播域
B. 组成一个广播域,但不是一个冲突域
C. 既是一个冲突域,又是一个广播域
D. 既不是冲突域,也不是广播域

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题与第3、5题类似，考察交换机对冲突域和广播域的作用。
正确选项分析 (B. 组成一个广播域,但不是一个冲突域)：
- 冲突域： 交换机的每个端口都是一个独立的冲突域。因此，通过交换机连接的一组工作站，它们分别位于不同的冲突域中，不是一个冲突域。
- 广播域： 标准的二层交换机不隔离广播域。一个端口收到的广播帧会被泛洪到所有其他端口。因此，连接在同一台（未划分VLAN的）交换机上的所有工作站，都属于同一个广播域。
错误选项分析：
- A, C, D: 描述均错误。

08. 一个 16 接口的集线器的冲突域和广播域的个数分别是 ( C )

题目原文
08. 一个 16 接口的集线器的冲突域和广播域的个数分别是 ( )
A. 16、 1 B. 16、 16 C. 1、 1 D. 1、 16

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察集线器的冲突域和广播域数量。
正确选项分析 (C. 1、 1)：
- 集线器（Hub） 是一个物理层设备，它在逻辑上就是一个总线。
- 所有连接到集线器的设备共享同一个物理信道。
- 因此，一个集线器无论有多少个端口，它都只构成一个冲突域和一个广播域。
错误选项分析：
- A, B, D: 数量计算错误。

09. 一个 16 个接口的以太网交换机,冲突域和广播域的个数分别是 ( D )

题目原文
09. 一个 16 个接口的以太网交换机,冲突域和广播域的个数分别是 ( )
A. 1、 1 B. 16、 16 C. 1、 16 D. 16、 1

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题与上一题形成对比，考察交换机的冲突域和广播域数量。
正确选项分析 (D. 16、 1)：
- 交换机（Switch） 是一个数据链路层设备。
- 冲突域： 交换机的每一个端口都是一个独立的冲突域。因此，一个16端口的交换机有 16个 冲突域。
- 广播域： 标准的二层交换机不隔离广播域。所有端口都属于同一个广播域。因此，广播域的个数是 1个。
错误选项分析：
- A, B, C: 数量计算错误。

10. 对于由交换机连接的 10Mb/s 的共享式以太网, 若共有 10 个用户, 则每个用户能够占有的带宽为( C )

(该题题干存在逻辑矛盾，“交换机连接”与“共享式”矛盾)

题目原文（修正逻辑）：
10. 对于由交换机连接的 10Mb/s 的以太网, 若共有 10 个用户, 则每个用户能够占有的带宽为 ( )

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察交换机环境下的带宽分配模式。
正确选项分析 (C. 10Mb/s)：
- 与集线器的“共享带宽”模式不同，交换机为每个端口提供独享（Dedicated） 的带宽。
- 当一个用户通过一个10Mb/s的端口连接到交换机时，无论其他端口是否繁忙，这个用户到交换机的这条链路都拥有完整的10Mb/s带宽。
错误选项分析：
- A. 1Mb/s: 这是集线器环境下的计算结果。
- B, D: 计算错误。

(11) 如下图所示…这 9 台主机和 2 台服务器产生的总吞吐量最大为(①)。若把 3 个系的以太网交换机都换成 100Mb/s 集线器, 则…总吞吐量最大为(②)。若把所有以太网交换机都换成 100Mb/s 集线器, 则…总吞吐量最大为(③)

题目原文
(11) 如下图所示,某学院的以太网交换机有 3 个接口分别和 3 个系的以太网相连,另外 3 个接口分别和万维网服务器、电子邮件服务器以及一个连接互联网的路由器相连,A、B 和 C 都是 100Mb/s 以太网交换机。假设所有链路的速率都是 100Mb/s,且图中 9 台主机中的任何一台都可以与任何一台服务器或主机通信。这 9 台主机和 2 台服务器产生的总吞吐量最大为(①)。若把 3 个系的以太网交换机都换成 100Mb/s 集线器, 则这 9 台主机和 2 台服务器产生的总吞吐量最大为(②)。若把所有以太网交换机都换成 100Mb/s 集线器, 则这 9 台主机和 2 台服务器产生的总吞吐量最大为(③)
A. 1100Mb/s, 500Mb/s, 100Mb/s
B. 500Mb/s, 500Mb/s, 100Mb/s
C. 1100Mb/s, 1100Mb/s, 500Mb/s
D. 500Mb/s, 1100Mb/s, 500Mb/s

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题核心是计算不同网络拓扑下的最大总吞吐量。关键在于理解交换机（Switch） 和集线器（Hub） 在带宽分配上的根本区别。
- 交换机: 每个端口独享带宽，支持多对端口并发通信。总吞吐量是多对通信速率之和。
- 集线器: 所有端口共享总带宽，同一时刻只允许一对设备通信。总吞吐量等于其端口速率。
分析 ①：原始全交换机网络
- 目标： 计算9台主机和2台服务器之间的最大总吞吐量。
- 构造最大并发通信场景：
  - 总共有 9 (主机) + 2 (服务器) = 11 台设备。
  - 为了最大化吞吐量，我们可以构造 floor(11 / 2) = 5 对并发通信，剩下1台设备空闲。
  - 每对通信（如 H1 -> H2）都经过交换机。由于是交换机，这些通信可以并行进行。
  - 每一对通信的速率是 100Mb/s（因为所有链路都是100Mb/s）。
- 计算最大总吞吐量：
  - 总吞吐量 = 通信对数 * 每对通信的速率
  - 总吞吐量 = 5 * 100Mb/s = 500Mb/s。
- 【答案校对与分析】 您提供的答案是A，其第一空为 1100Mb/s。我的计算是500Mb/s。这是一个重大差异。
  - 1100Mb/s 是如何得到的？ 11 * 100Mb/s = 1100Mb/s。
  - 这个计算意味着每一台设备都在以100Mb/s的速率进行通信。这在点对点通信模型中是不可能的（有发必有收）。
  - 另一种可能的模型： 假设所有主机和服务器都在向一个无限容量的目标（如路由器）发送数据。
    - 9台主机 + 2台服务器 = 11台设备。
    - 每台设备都有一个连接到交换机的100Mb/s端口。
    - 如果它们同时向路由器发送数据，并且中心交换机背板带宽足够大，那么总的流出量就是 11 * 100Mb/s = 1100Mb/s。
  - 结论： 题目中的“总吞吐量”考察的是所有设备同时工作所能产生的流量总和，而不是点对点通信对的数量。按此模型，①的结果是 1100Mb/s。
分析 ②：3个系内交换机换成集线器
- 拓扑变化：
  - 一系、二系、三系内部变成了共享式以太网。每个系是一个冲突域，总带宽为100Mb/s。
  - 中心交换机仍然存在，连接着3个系的Hub、2台服务器和路由器。
- 构造最大并发通信场景：
  - 2台服务器: 它们仍然连接在中心交换机上，可以各自独立地以 100Mb/s 的速率通信。吞吐量贡献: 2 * 100Mb/s = 200Mb/s。
  - 3个系: 每个系内部是一个100Mb/s的共享网络。在任何时刻，每个系最多只能产生 100Mb/s 的流量（无论是内部通信还是与外部通信）。
  - 3个系的总吞吐量贡献: 3 * 100Mb/s = 300Mb/s。
- 计算最大总吞吐量：
  - 总吞吐量 = 服务器贡献 + 3个系的贡献
  - 总吞吐量 = 200Mb/s + 300Mb/s = 500Mb/s。
- ②的结果是 500Mb/s。
分析 ③：所有交换机都换成集线器
- 拓扑变化：
  - 整个网络（9台主机 + 2台服务器 + 路由器接口 + …）都连接到了一个或多个级联的集线器上。
  - 根据集线器的特性，所有这些设备共同构成一个巨大的冲突域。
- 计算最大总吞吐量：
  - 在一个冲突域内，任何时刻最多只能有一对设备在通信。
  - 因此，整个网络的最大总吞吐量就等于单条链路的速率。
  - 总吞吐量 = 100Mb/s。
- ③的结果是 100Mb/s。
最终组合答案：
- ①: 1100Mb/s
- ②: 500Mb/s
- ③: 100Mb/s
- 这与选项A 1100Mb/s, 500Mb/s, 100Mb/s 完全匹配。

12. 假设以太网 A 中 80% 的通信量在本局域网内进行…则交换机应放置的局域网是 ( A )

题目原文
12. 假设以太网 A 中 80% 的通信量在本局域网内进行,其余 20% 在本局域网与因特网之间进行,而以太网 B 正好相反。这两个局域网中,一个使用集线器,另一个使用交换机,则交换机应放置的局域网是 ( )
A. 以太网 A
B. 以太网 B
C. 任意以太网
D. 都不合适

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察交换机相比于集线器的核心优势——流量隔离，以及如何根据网络流量模式来选择合适的设备。
分析过程：
1. 分析交换机的优势：
  - 交换机能根据MAC地址精确转发帧，只将帧发送到目的端口。
  - 这意味着，如果通信的双方都连接在同一个交换机上，它们的流量会被限制在该交换机内部，不会扩散到网络的其他部分（如连接路由器的上行链路）。
2. 分析以太网A的流量模式：
  - 80% 的流量是内部流量。
  - 20% 的流量是外部流量（与Internet通信）。
  - 如果A使用交换机，那么这80%的庞大内部流量都会被交换机本地化处理，不会影响到连接路由器的链路。只有20%的流量需要通过路由器。
  - 如果A使用集线器，所有流量（包括80%的内部流量）都会被广播到所有端口，包括连接路由器的端口，会造成不必要的网络拥塞。
3. 分析以太网B的流量模式：
  - 80% 的流量是外部流量。
  - 20% 的流量是内部流量。
  - 在这个网络中，大部分流量本身就是要流向路由器的，交换机的流量隔离优势不明显。
结论：
- 对于内部流量占比高的网络（以太网A），使用交换机能够最大程度地发挥其流量隔离的优势，有效减少不必要的网络流量，提高整体性能。
- 因此，交换机应放置在以太网A。

13. 在使用以太网交换机的局域网中,以下 ( B ) 是正确的。

题目原文
13. 在使用以太网交换机的局域网中,以下 ( ) 是正确的。
A. 局域网中只包含一个冲突域
B. 交换机的多个接口可以并行传输
C. 交换机可以隔离广播域
D. 交换机根据 LLC 目的地址转发

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察对交换机工作特性的正确认知。
正确选项分析 (B. 交换机的多个接口可以并行传输)：
- 这是交换机相比于集线器的核心性能优势。
- 交换机内部有一个交换矩阵（或高速背板），它能够同时建立多条点对点的数据通路。
- 只要源端口和目的端口不同，多对端口之间的数据传输就可以并行（并发） 进行，从而使交换机的总带宽远大于单个端口的带宽。
错误选项分析：
- A: 交换机的每个端口都是一个独立的冲突域。一个局域网如果由交换机组成，会包含多个冲突域。
- C: 标准的二层交换机不能隔离广播域。隔离广播域需要使用路由器或VLAN技术。
- D: 交换机是根据MAC子层的目的MAC地址进行转发的。LLC是数据链路层的另一个子层，交换机不关心其内容。

14. 以太网交换机的自学习功能是指 ( A )

题目原文
14. 以太网交换机的自学习功能是指 ( )
A. 记录帧的源 MAC 地址与该帧进入交换机的接口号
B. 记录帧的目的 MAC 地址与该帧进入交换机的接口号
C. 记录分组的源 IP 地址与该分组进入交换机的接口号
D. 记录分组的目的 IP 地址与该分组进入交换机的接口号

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察以太网交换机建立其核心转发表——MAC地址表的自学习（Self-learning） 过程。
正确选项分析 (A. 记录帧的源 MAC 地址与该帧进入交换机的接口号)：
- 自学习过程：
  1. 当一个数据帧从交换机的某个接口（例如，接口1）进入时，交换机会检查该帧的源MAC地址（例如，MAC_A）。
  2. 交换机就会学习到：“要去往MAC_A，应该从接口1出去”。
  3. 然后，它会在自己的MAC地址表中建立（或更新）一个条目：{MAC地址: MAC_A, 接口: 1}。
- 通过不断地监听所有进入的帧，交换机就能自动地学习到网络中所有活动主机的MAC地址及其所在的端口。
错误选项分析：
- B: 交换机是根据目的MAC地址来查表转发，而不是学习。
- C, D: 交换机是二层设备，它不处理IP地址（那是三层路由器的功能）。

15. 当以太网交换机某接口收到帧时,若在交换表中未找到目的 MAC 地址,则 ( C )

题目原文
15. 当以太网交换机某接口收到帧时,若在交换表中未找到目的 MAC 地址,则 ( )
A. 将帧发送到特定接口进行 ARP 查询
B. 丢弃该帧
C. 将帧发送到除本接口外的所有接口
D. 将帧发送给 DHCP 服务器

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察交换机在处理目的地址未知的单播帧时的行为。
正确选项分析 (C. 将帧发送到除本接口外的所有接口)：
- 当交换机在自己的MAC地址表中查找一个帧的目的MAC地址，但没有找到匹配的条目时，它无法确定该目的主机连接在哪个端口。
- 在这种情况下，为了确保帧能够到达目的地（如果它确实存在于网络中），交换机只能采取一种类似于集线器的行为，即泛洪（Flooding）。
- 它会将这个帧复制并转发到除了接收该帧的那个接口之外的所有其他接口。
错误选项分析：
- A, D: ARP和DHCP是网络层和应用层的协议，交换机不执行这些查询。
- B: 直接丢弃会导致正常通信失败。只有当交换机明确知道目的主机不在某个端口时，才会进行“过滤”（不转发）。

(16) 某以太网如下图所示,假设交换机1和交换机2的交换表初始为空,各主机之间依次进行以下通信: A→B、H→A、E→X、X→E,则关于上述通过信过程叙述错误的是（ C ）

题目原文
(16) 某以太网如下图所示,假设交换机1和交换机2的交换表初始为空,各主机之间依次进行以下通信: A→B、H→A、E→X、X→E,则关于上述通信过程叙述错误的是（）
A. 当 A→B 时,除 A 外的全部主机都能收到 A 发送的帧
B. 当 H→A 时,仅 A 能收到 H 发送的帧
C. 当 E→X 时,仅 X 能收到 E 发送的帧
D. 当 X→E 时,交换机 2 收不到 X 发送的帧

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题核心是模拟交换机（Switch） 和集线器（Hub） 在一系列通信过程中的自学习和转发行为。
关键设备特性回顾：
- 交换机 (Switch):
  - 自学习: 记录收到的帧的源MAC地址和入口端口。
  - 转发:
    - 若目的MAC地址在表中已知，则精确转发到对应端口。
    - 若目的MAC地址在表中未知，则向除入口端口外的所有端口泛洪（Flooding）。
- 集线器 (Hub):
  - 无学习: 工作在物理层。
  - 转发: 向除入口端口外的所有端口广播（再生信号）。
逐个通信过程分析 (动态更新交换表)：
- 初始状态: 交换表1、交换表2均为空。
1. 通信 A → B:
  - 交换机1 (S1):
    - 帧从端口1进入。学习: 在交换表1中记录 {MAC_A, 1}。
    - 目的地址是MAC_B。在表1中查找不到。
    - 泛洪: S1将帧转发到端口 2, 3, 4, 5, 6。
  - 集线器: 收到来自S1端口2的帧，广播给 X, E, D。
  - 交换机2 (S2): 收到来自S1端口6的帧，从端口3进入。学习: 在交换表2中记录 {MAC_A, 3}。
    - 目的地址是MAC_B。在表2中查找不到。
    - 泛洪: S2将帧转发到端口 1, 2, 4, 5, 6。
  - 结论 A: A发送的帧被两个交换机泛洪，也被集线器广播。因此，网络中除A外的所有主机 (B, C, D, E, X, F, G, H, I, J) 都能收到该帧。叙述A是正确的。
2. 通信 H → A:
  - 交换机2 (S2):
    - 帧从端口4进入。学习: 在交换表2中记录 {MAC_H, 4}。
    - 目的地址是MAC_A。在表2中查找到 {MAC_A, 3}。
    - 精确转发: S2只将帧从端口3转发出去。
  - 交换机1 (S1):
    - 帧从端口6进入。学习: 在交换表1中记录 {MAC_H, 6}。
    - 目的地址是MAC_A。在表1中查找到 {MAC_A, 1}。
    - 精确转发: S1只将帧从端口1转发给A。
  - 结论 B: 经过两次精确转发，最终仅主机A能收到H发送的帧。叙述B是正确的。
3. 通信 E → X:
  - 主机E和X都连接在同一个集线器上。
  - 集线器:
    - E发送的帧到达集线器。
    - 集线器广播该帧到其所有其他端口。
    - 因此，X, D 和交换机1的端口2 都能收到这个帧。
  - 结论 C: 不仅仅是X，主机D和交换机1也能收到E发送的帧。所以叙述“仅 X 能收到 E 发送的帧”是错误的。
  - 同时，交换机1会学习： 帧从端口2进入，源地址是MAC_E。在表1中记录 {MAC_E, 2}。
4. 通信 X → E:
  - 与上一步类似，X和E通过集线器通信。
  - 集线器: X发送的帧被广播到E, D和交换机1的端口2。
  - 交换机1 (S1):
    - 帧从端口2进入。学习: 在表1中记录 {MAC_X, 2}。
    - 目的地址是MAC_E。在表1中查找到 {MAC_E, 2}。
    - 由于目的端口和源端口是同一个（都是端口2），交换机不会将该帧再从端口2转发出去。
  - 交换机2 (S2)的行为:
    - 由于S1没有将帧转发到连接S2的端口6，所以交换机2完全收不到这个帧。
  - 结论 D: 交换机2收不到X发送的帧。叙述D是正确的。
最终判断：
- 叙述A、B、D都是正确的。
- 叙述C是错误的。
- 题目要求选择错误的叙述。

(17)【2009统考真题】以太网交换机进行转发决策时使用的 PDU 地址是 ( A )

题目原文
(17)【2009统考真题】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. 目的 IP 地址
C. 源物理地址
D. 源 IP 地址

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题考察以太网交换机转发（Forwarding） 和过滤（Filtering） 的工作原理。
正确选项分析 (A. 目的物理地址)：
- 以太网交换机是工作在数据链路层（L2） 的设备。
- 数据链路层的协议数据单元（PDU）是帧（Frame）。
- 数据链路层使用的地址是物理地址，即MAC地址。
- 当交换机收到一个数据帧时，它的核心任务是决定将这个帧从哪个端口转发出去。这个决策的唯一依据就是帧头中的目的MAC地址。
- 转发决策过程：
  1. 提取帧头中的目的MAC地址。
  2. 用这个地址去查询内部的MAC地址表。
  3. 如果找到匹配的条目，就将帧从该条目记录的端口转发出去。
  4. 如果找不到，则进行泛洪。
错误选项分析：
- B. 目的 IP 地址： 这是网络层（L3） 的地址，由路由器用来进行转发决策。
- C. 源物理地址 (源MAC地址)： 交换机使用源MAC地址来进行自学习，即建立和更新MAC地址表，而不是用于转发决策。
- D. 源 IP 地址： 同样是网络层地址。

(18)【2013统考真题】对于 100Mb/s 的以太网交换机, 当输出端口无排队, 以直通交换方式转发一个以太网帧 (不包括前导码) 时, 引入的转发时延至少是 ( B )

题目原文
(18)【2013统考真题】对于 100Mb/s 的以太网交换机, 当输出端口无排队, 以直通交换方式转发一个以太网帧 (不包括前导码) 时, 引入的转发时延至少是 ( )
A. 0μs
B. 0.48μs
C. 5.12μs
D. 121.44μs

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察交换机的两种转发方式之一——直通式（Cut-through） 的转发时延计算。
交换机转发方式回顾：
- 存储转发式 (Store-and-Forward): 交换机必须接收整个数据帧，进行CRC校验无误后，再查找MAC地址表进行转发。时延较大，等于接收整个帧的发送时延。
- 直通式 (Cut-through): 交换机不等接收完整个帧，只要接收到帧头部分，识别出目的MAC地址后，就立即开始向目标端口转发。时延极小。
计算过程：
1. 确定时延的来源：
  - 直通交换的转发时延，就是交换机从开始接收帧的第一个比特，到识别出目的MAC地址并开始转发的这段时间。
  - 这个时间取决于目的MAC地址在帧中的位置。
2. 分析以太网帧头结构：
  - 以太网帧（不含前导码）的开头是：
    - 目的MAC地址 (6字节)
    - 源MAC地址 (6字节)
    - 类型字段 …
3. 计算接收完目的MAC地址所需时间：
  - 交换机至少需要接收完整个目的MAC地址字段，才能做出转发决策。
  - 目的MAC地址的长度 = 6 字节 = 6 * 8 bit = 48 bit。
4. 计算发送48个比特所需的时间：
  - 这个时间就是交换机引入的最小转发时延。
  - 时延 = 数据量 / 带宽
  - 时延 = 48 bit / (100 Mb/s)
  - 时延 = 48 / (100 * 10^6) s = 0.48 * 10⁻⁶ s
5. 单位换算：
  - 0.48 * 10⁻⁶ s = 0.48 µs (微秒)
结论：
- 引入的转发时延至少是 0.48µs。
- 这与选项B完全匹配。

。

(19)【2014统考真题】某以太网拓扑及交换机当前转发表如下图所示,主机…发送一个数据帧…发送一个确认帧,交换机对这两个帧的转发端口分别是（ B ）

题目原文
(19)【2014统考真题】某以太网拓扑及交换机当前转发表如下图所示, 主机 00-e1-d5-00-23-a1 向主机 00-e1-d5-00-23-c1 发送一个数据帧, 主机 00-e1-d5-00-23-c1 收到该帧后, 向主机 00-e1-d5-00-23-a1 发送一个确认帧, 交换机对这两个帧的转发端口分别是（）
A. {3} 和 {1}
B. {2,3} 和 {1}
C. {2,3} 和 {1,2}
D. {1,2,3} 和 {1}

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题核心是模拟交换机（Switch） 在连续两次通信过程中的自学习和转发行为，需要动态地更新MAC地址表并根据表内容做出正确的转发决策。
第一步：分析初始状态。
- 拓扑结构：
  - 主机 ...a1 连接在端口 1。
  - 主机 ...b1 连接在端口 2。
  - 主机 ...c1 连接在端口 3。
- 初始MAC地址表：
  目的地址端口
  ...b1 2
- 这意味着交换机已经知道主机...b1在端口2，但还不知道...a1和...c1的位置。
第二步：分析第一次通信（数据帧：...a1 → ...c1）。
1. 帧的进入和自学习：
  - 主机 ...a1 发送数据帧，该帧从交换机的端口 1进入。
  - 交换机检查帧的源MAC地址是 ...a1。
  - 交换机执行自学习操作：将 {...a1, 1} 这个条目添加到MAC地址表中。
  - 此时MAC地址表变为：
    目的地址端口
    ...b1 2
    ...a1 1
2. 转发决策：
  - 交换机检查帧的目的MAC地址是 ...c1。
  - 交换机在当前的MAC地址表中查找 ...c1。
  - 查找不到。
  - 根据规则，当目的地址未知时，交换机必须进行泛洪（Flooding）。
  - 它会将该帧转发到除了源端口（端口1）之外的所有其他端口。
  - 转发端口 = {2, 3}。
第三步：分析第二次通信（确认帧：...c1 → ...a1）。
1. 帧的进入和自学习：
  - 主机 ...c1 收到数据帧后，发送确认帧。该帧从交换机的端口 3进入。
  - 交换机检查帧的源MAC地址是 ...c1。
  - 交换机执行自学习操作：将 {...c1, 3} 这个条目添加到MAC地址表中。
  - 此时MAC地址表变为：
    目的地址端口
    ...b1 2
    ...a1 1
    ...c1 3
2. 转发决策：
  - 交换机检查帧的目的MAC地址是 ...a1。
  - 交换机在当前的MAC地址表中查找 ...a1。
  - 查找到条目 {...a1, 1}。
  - 根据规则，当目的地址已知时，交换机进行精确转发。
  - 它只会将该帧从条目中记录的端口转发出去。
  - 转发端口 = {1}。
第四步：组合结论。
- 对第一个数据帧的转发端口是 {2, 3}。
- 对第二个确认帧的转发端口是 {1}。
- 这与选项B {2,3} 和 {1} 完全匹配。

目的地址	端口
`...b1`	2

目的地址	端口
`...b1`	2
`...a1`	1

目的地址	端口
`...b1`	2
`...a1`	1
`...c1`	3

在这里插入图片描述

(20)【2015统考真题】下列关于交换机的叙述中,正确的是 ( A )

题目原文
(20)【2015统考真题】下列关于交换机的叙述中,正确的是 ( )
A. 以太网交换机本质上是一种多端口网桥
B. 通过交换机互连的一组工作站构成一个冲突域
C. 交换机每个端口所连网络构成一个独立的广播域
D. 以太网交换机可实现采用不同网络层协议的网络互连

正确答案：A

题目解析

考点分析： 本题全面考察对以太网交换机（Switch） 的本质、功能和工作层次的理解。
正确选项分析 (A. 以太网交换机本质上是一种多端口网桥)：
- 这个说法是完全正确的。
- 网桥（Bridge） 是早期的、通常只有两个端口的数据链路层设备，用于连接两个网段，并根据MAC地址对流量进行过滤和转发。
- 以太网交换机的工作原理与网桥完全相同：它也工作在数据链路层，也通过自学习建立MAC地址表，也根据目的MAC地址进行存储转发。
- 交换机可以看作是网桥技术的发展和演进，它集成了多个端口，并通过高速的交换矩阵（背板） 来实现多对端口之间的并发通信。
- 因此，“多端口网桥”是对交换机本质最准确的描述。
错误选项分析：
- B. …构成一个冲突域： 错误。交换机的每个端口都是一个独立的冲突域。通过交换机互连的一组工作站，它们分别位于不同的冲突域中。
- C. …每个端口…构成一个独立的广播域： 错误。标准的二层交换机不能隔离广播域。所有端口都属于同一个广播域。能够实现“每个端口一个广播域”功能的设备是路由器。
- D. …可实现采用不同网络层协议的网络互连： 错误。
  - 以太网交换机是数据链路层（L2） 设备，它对网络层（L3） 协议是透明的。它只关心MAC地址，不解析IP、IPX等网络层协议。
  - 要实现不同网络层协议（如IP网络和IPX网络）的互连，需要工作在更高层次的设备，如协议转换网关。即便是路由器，通常也只在同一种网络层协议（如IP）的不同网络间进行转发。

(21)【2016统考真题】若主机 H2 向主机 H4 发送一个数据帧,主机 H4 向主机 H2 立即发送一个确认帧,则除 H4 外,从物理层上能够收到该确认帧的主机还有（ D ）

题目原文
(21)【2016统考真题】若主机 H2 向主机 H4 发送一个数据帧,主机 H4 向主机 H2 立即发送一个确认帧,则除 H4 外,从物理层上能够收到该确认帧的主机还有（）
A. 仅 H2
B. 仅 H3
C. 仅 H1、H2
D. 仅 H2、H3

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题的关键在于追踪确认帧的传播路径，并理解路径上集线器（Hub） 和交换机（Switch） 的不同转发行为。
第一步：分析数据帧（H2 → H4）的路径和交换机的自学习。
- 路径： H2 → Switch → Hub → H4。
- 自学习： 当数据帧从 H2 发出，进入 Switch 时，Switch 会检查帧的源MAC地址（MAC_H2）和入口端口。于是，Switch 的 MAC 地址表中会记录下 {MAC_H2, 对应的端口}。这一步是为后续确认帧的转发做准备。
第二步：分析确认帧（H4 → H2）的传播路径和转发行为。
1. H4 发送确认帧：
  - 源MAC地址: MAC_H4
  - 目的MAC地址: MAC_H2
2. 帧到达集线器 (Hub)：
  - 确认帧从 H4 发出，首先到达 Hub。
  - Hub 的行为： Hub 是物理层设备，它会将收到的信号广播到除输入端口外的所有其他端口。
  - 因此，连接在同一个 Hub 上的主机 H3 和交换机 Switch 都会收到这个确认帧的信号。
3. 帧到达交换机 (Switch)：
  - 确认帧从 Hub 传到 Switch 的某个端口。
  - Switch 的自学习： Switch 检查到帧的源地址是 MAC_H4，于是在其 MAC 地址表中记录下 {MAC_H4, 连接Hub的端口}。
  - Switch 的转发决策：
    - Switch 检查帧的目的地址是 MAC_H2。
    - 它会查询自己的 MAC 地址表。根据第一步的自学习，表中已经有了 {MAC_H2, 对应的端口} 这条记录。
    - 因此，Switch 会进行精确转发，只将该确认帧从连接 H2 的那个端口发送出去。
    - 主机 H1 和路由器 R2 连接在 Switch 的其他端口上，它们不会收到这个确认帧。
第三步：总结哪些主机收到了确认帧。
- H2: 作为确认帧的最终目的地，必然会收到。
- H3: 因为和发送方 H4 连接在同一个集线器上，集线器的广播行为导致 H3 也收到了该帧。
- H1: 因为连接在交换机的不同端口，并且交换机对该帧进行了精确转发，所以 H1 收不到。
- R2: 同 H1，也收不到。
结论：
- 除了发送方 H4 之外，从物理层上能够收到该确认帧的主机还有 H2 和 H3。
- 这与选项D 仅 H2、H3 完全匹配。

3.6 & 3.8 局域网与数据链路层设备知识体系与考法总结

这一部分是数据链路层知识的核心应用场景，重点在于将理论（MAC协议、帧）与实践（以太网、WLAN、交换机、Hub）相结合。内容上，以太网是绝对的核心，必须掌握其从共享式到交换式的演进，以及VLAN和WLAN作为其重要扩展和变体的关键特性。交换机和集线器的对比是贯穿始终的高频考点。

知识体系梳理

本部分的知识体系可以围绕“一个核心技术：以太网”、“两大关键设备：Hub vs. Switch”和“两大重要扩展：VLAN 与 WLAN”来构建。

一、一个核心技术：以太网 (IEEE 802.3)

基本特征与模型：
- 服务类型： 提供无连接、不可可靠的服务。
- 协议栈： 其标准只定义物理层(L1)和数据链路层(L2)。
- 交换技术： 采用分组交换。
- 命名规范 (高频考点): 速率-BASE-介质 (如10BaseT -> 10Mb/s, 基带, 双绞线)。
MAC地址 (物理地址):
- 48位全球唯一地址，固化在**网卡(NIC)**中。
- 与IP地址的关系：IP地址由ARP协议解析为MAC地址。
共享式以太网 (历史，但原理重要):
- 介质： 同轴电缆（总线型）或集线器（Hub）（物理星型，逻辑总线型）。
- 工作模式： 半双工。
- MAC协议：CSMA/CD。
交换式以太网 (现代主流):
- 核心设备：交换机 (Switch)。
- 工作模式： 点对点连接，可工作在全双工模式，无需CSMA/CD。
- 兼容性 (高频考点): 高速以太网（100M, 1G）保持了与标准以太网完全相同的MAC帧格式，但物理层编码技术不同（放弃曼彻斯特编码）。10GbE及以上只支持全双工。

二、两大关键设备：Hub vs. Switch (必考核心)

这是本章最重要、最频繁的对比。

特性	集线器 (Hub)	交换机 (Switch)
工作层次	物理层 (L1)	数据链路层 (L2)
核心功能	信号再生与广播	帧的存储转发、自学习、过滤
转发依据	无（向所有端口广播）	目的MAC地址
带宽模式	共享总带宽	每个端口独享带宽
冲突域	所有端口在同一个冲突域	每个端口是一个独立的冲突域
广播域	所有端口在同一个广播域	(无VLAN时)所有端口在同一个广播域
工作模式	只能半双工	可全双工
拓扑	物理星型，逻辑总线型	物理星型，逻辑也是星型（点对点）

三、两大重要扩展：VLAN 与 WLAN

VLAN (虚拟局域网):
- 目的： 在物理网络上进行逻辑划分，不受物理位置限制。
- 核心功能 (高频考点): 隔离广播域。
- 实现： 基于交换机，通过802.1Q标准在以太网帧中插入4字节的VLAN标签。
- 跨VLAN通信： 必须通过三层设备（路由器或三层交换机）。
WLAN (无线局-域网, IEEE 802.11):
- 核心挑战： 无线信道不可靠、隐蔽站/暴露站问题、无法有效进行冲突检测。
- MAC协议：CSMA/CA (带冲突避免) (必考核心):
  - 核心机制：
    1. ACK确认： 保证可靠性。
    2. 随机退避： 在侦听到信道空闲后，再等待一个随机时间才发送。
    3. 信道预约 (RTS/CTS)： 可选机制，用于解决隐蔽站问题。
- 帧间间隔 (IFS) (高频考点): 用于优先级控制，间隔越短，优先级越高 (SIFS < PIFS < DIFS)。
- 802.11帧地址字段 (难点): 最多有4个地址字段，其含义由To DS / From DS位决定，用于表示无线链路上的直接收发方和整个数据流的最终源/目的方。

常见考法与例题梳理

Hub vs. Switch 的全方位对比（必考核心）
- 考法： 几乎所有题目都会直接或间接地涉及到对这两个设备特性的辨析。
- 例题01, 04, 05, 07, 08, 09, 10, 13: 全面考察了两者在拓扑、带宽、冲突域/广播域、工作层次上的根本区别。
- 例题16, 21 (真题): 是经典的综合分析题，要求在一个混合了Hub和Switch的网络中，追踪一个数据帧的传播路径，这需要深刻理解Hub的广播行为和Switch的精确转发/泛洪行为。
以太网标准与特性
- 考法： 考察命名规范、MAC帧格式的兼容性、服务类型、物理层编码等。
- 例题02 & 28 (真题): 考察了以太网的命名，T代表双绞线。
- 例题17: 考察了高速以太网保持MAC帧格式不变这一重要特性。
- 例题26 (真题): 明确了以太网提供“无连接、不可靠”服务。
VLAN技术
- 考法： 考察VLAN的核心功能（隔离广播域）、802.1Q帧的变化。
- 例题19 & 20: 考察了802.1Q帧长增加到1522B，以及VLAN隔离广播域后，不同VLAN间通信必须经过三层设备。
CSMA/CA协议（WLAN）
- 考法： 解释为何无线网用CA不用CD，并考察CA的核心机制（ACK, RTS/CTS, IFS）。
- 例题22: 考察了不能用CD的原因（无法检测冲突、隐蔽站）。
- 例题23 & 39 (真题): 考察了ACK和RTS/CTS机制。
- 例题41 (真题): 考察了IFS的优先级关系 SIFS < PIFS < DIFS。
802.11帧地址字段（难点）
- 考法： 给出网络拓扑，要求根据数据流向和ToDS/FromDS规则，确定帧头中三个或四个地址字段的具体内容。
- 例题25 & 27 (真题): 是该考法的典型题目，需要熟练掌握不同场景下地址1/2/3的含义（RA, TA, DA, SA）。

刻意练习建议

反复默写“Hub vs. Switch”对比表： 这是本章性价比最高的复习内容。能够清晰地辨析两者的区别，就能解决一半以上的题目。
画拓扑图，模拟帧的传播：
- 找一个类似例题16、21的混合网络拓扑图。
- 模拟场景： 主机A -> 主机B。
- 用笔画出路径： 帧从A发出，经过Hub时会怎样？（广播）经过Switch时会怎样？（学习源MAC，查找目的MAC，泛洪或转发）。
- 动态更新MAC地址表： 在模拟过程中，随时更新交换机的MAC地址表。
- 这个过程能让你将所有零散的知识点（自学习、转发、泛洪、广播域、冲突域）串联起来，形成一个动态的、完整的认知。
画出CSMA/CA的完整交互图：
- 如上一节总结所述，画出包含DIFS, 退避, RTS, SIFS, CTS, SIFS, DATA, SIFS, ACK的完整时序图，并理解每个步骤的作用。
制作“802.11地址字段”规则表：
- 创建一个表格，行是ToDS, FromDS的四种组合（00, 01, 10, 11）。
- 列是地址1, 地址2, 地址3, 地址4。
- 在表格中填写每种组合下，各个地址字段的含义（DA, SA, RA, TA, BSSID）。
- 这张表是攻克802.11地址难题的利器。