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4.2【2022统考真题】

news 2025/11/3 8:52:50

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题目原文

(17)【2022统考真题】某网络拓扑如下图所示, R 为路由器, S 为以太网交换机, AP 是 802.11 接入点, 路由器的 E0 接口和 DHCP 服务器的 IP 地址配置如图中所示;H1 与 H2 属于同一个广播域, 但不属于同一个冲突域； H2 和 H3 属于同一个冲突域； H4 和 H5 已经接入网络, 并通过 DHCP 动态获取了 IP 地址, 现有路由器、 100BaseT 以太网交换机和 100BaseT 集线器 (Hub) 三类设备各若干。

(注：由于无法直接嵌入图片，此处为图片占位符，请参照您提供的原图)

设备 1 和设备 2 应该分别选择哪类设备?
若信号传播速度为 2 × 10⁸m/s, 以太网最小帧长为 64B, 信号通过设备 2 时会产生额外的 1.51μs 的时延, 则 H2 与 H3 之间可以相距的最远距离是多少?
在 H4 通过 DHCP 动态获取 IP 地址过程中, H4 首先发送了 DHCP 报文 M,M 是哪种 DHCP 报文? 路由器 E0 接口能否收到封装 M 的以太网帧?S 向 DHCP 服务器转发的封装 M 的以太网帧的目的 MAC 地址是什么?
若 H4 向 H5 发送一个 IP 分组 P, 则 H5 收到的封装 P 的 802.11 帧的地址 1、地址 2 和地址 3 分别是什么?

综合解析

一、运用了什么知识点？

数据链路层设备辨析:
- 集线器 (Hub): 物理层设备，所有端口共享一个冲突域和一个广播域。它只是简单地再生和广播信号。
- 交换机 (Switch): 数据链路层设备，每个端口是一个独立的冲突域，但所有端口仍属于同一个广播域。它能隔离冲突。
- 路由器 (Router): 网络层设备，每个接口连接一个不同的网络，因此每个接口既是一个独立的冲突域，也是一个独立的广播域。它能隔离广播。
CSMA/CD 协议与冲突域:
- 理解争用期 (Contention Period) 的概念，即2 * Tp (信号在网络中最远两点间的往返传播时延)。
- 掌握CSMA/CD协议的核心工作条件：帧的传输时延 (Tt) ≥ 争用期 (2 * Tp)。这是为了确保发送方在发送完一个最小长度的帧之前，能够检测到可能发生的最晚的冲突。
- 根据上述条件反向计算一个冲突域的最大物理距离。
DHCP 协议:
- 理解DHCP客户端获取IP地址的第一个步骤是发送 DHCP Discover 报文。
- DHCP Discover 是一个广播报文，其目的是让局域网内的所有设备都能收到，以便DHCP服务器能够响应。
- 理解交换机和路由器对广播帧的不同处理方式：交换机**泛洪 (Flooding)广播帧，路由器默认隔离 (Isolate)**广播帧。
802.11 (WLAN) 帧格式:
- 这是一个更深入的考点，要求理解802.11无线帧与以太网帧的不同。802.11帧最多可以有4个地址字段，以应对复杂的无线环境。
- 掌握在最常见的**基础架构模式 (Infrastructure Mode)**下，即“无线客户端 <-> AP <-> 有线网络”，地址1、2、3的含义。

二、考了什么？为什么这么考？

第1问：考察对网络底层设备本质区别的理解。这是构建任何网络的基础。通过描述冲突域和广播域的关系，直接检验考生是否掌握了Hub和Switch的核心功能差异。
第2问：考察CSMA/CD协议的物理约束。这是一个经典的计算题，将协议的理论（最小帧长、争用期）与物理现实（传播速度、距离、设备延迟）相结合，要求考生进行定量分析。这说明你不仅知道“有冲突域”，还能计算出这个“域”到底有多大。
第3问：考察一个非常普遍的网络服务——DHCP的工作流程，并结合了广播在网络中的传播范围。检验考生是否清楚广播包会被交换机转发，但会被路由器阻挡。
第4问：考察对无线网络协议细节的掌握。随着Wi-Fi的普及，理解802.11帧格式变得越来越重要。这道题说明考研正在向更现代、更实际的技术细节深入，不再局限于传统的有线以太网。

为什么这么考？ 这道题的逻辑层次非常清晰：从设备辨析（Q1），到有线网络物理层限制（Q2），再到网络层服务协议（Q3），最后延伸到无线网络的链路层细节（Q4）。它全面覆盖了局域网技术的多个重要层面，是一道优秀的综合能力检验题。

三、解题思路与详细分析 (为什么怎么样？)

问题1分析：设备选择

设备1: 连接H1和H2。条件是“H1与H2属于同一个广播域, 但不属于同一个冲突域”。
- 能隔离冲突域，但不能隔离广播域，这是以太网交换机 (Switch) 的典型特征。交换机的每个端口都是一个独立的冲突域。
- 结论: 设备1是以太网交换机。
设备2: 连接H2和H3。条件是“H2和H3属于同一个冲突域”。
- 将连接的所有设备置于同一个冲突域，这是集线器 (Hub) 的典型特征。Hub工作在物理层，会将信号广播到所有端口。
- 结论: 设备2是集线器 (Hub)。

问题2分析：冲突域最大距离计算

套用CSMA/CD核心公式: 帧传输时延(Tt) ≥ 争用期(2 * Tp_total)
计算帧传输时延 (Tt):
- 最小帧长 L = 64 B = 64 * 8 = 512 bit
- 速率 C = 100BaseT = 100 Mb/s = 10⁸ b/s
- Tt = L / C = 512 / 10⁸ = 5.12 * 10⁻⁶ s = 5.12 μs
分析总的单程时延 (Tp_total):
- 信号从H2到H3的总时延，由两部分组成：在介质中传播的时延 (Tp_介质) 和经过Hub产生的时延 (Tp_Hub)。
- Tp_total = Tp_介质 + Tp_Hub
代入公式求解:
- Tt ≥ 2 * (Tp_介质 + Tp_Hub)
- 5.12 μs ≥ 2 * (Tp_介质 + 1.51 μs)
- 2.56 μs ≥ Tp_介质 + 1.51 μs
- Tp_介质 ≤ 2.56 μs - 1.51 μs = 1.05 μs
- 所以，信号在H2和H3之间的线缆中传播的最长时间不能超过1.05μs。
计算最远距离 (d):
- 距离 = 速度 × 时间
- d_max = (2 × 10⁸ m/s) × (1.05 × 10⁻⁶ s) = 210 m
- 结论: H2与H3之间可以相距的最远距离是 210米。

问题3分析：DHCP 过程

M是哪种报文: H4首次获取IP地址，发送的第一个报文是请求发现DHCP服务器，所以 M 是 DHCP Discover 报文。
E0能否收到:
- DHCP Discover 是以广播形式发送的。H4连接在交换机S上。
- 路由器R的E0接口 (192.168.1.1/25) 和 H4/S所在的网络 (192.168.0.x/25) 属于不同的网段（由路由器隔离）。
- 路由器默认不转发广播帧。因此，H4发出的广播帧无法穿过路由器R到达E0接口。
- 结论: 路由器E0接口不能收到封装M的以太网帧。
S转发的帧的目的MAC:
- S是交换机，它会泛洪广播帧。
- DHCP Discover 本质上就是一个广播，它在数据链路层的封装，其目的MAC地址就是广播MAC地址。
- 结论: S向DHCP服务器转发的封装M的以太网帧的目的MAC地址是 FF-FF-FF-FF-FF-FF。

问题4分析：802.11 帧地址

场景: IP分组P从H4(有线)发送到H5(无线)。路径是 H4 -> S -> R -> AP -> H5。（更正：从图中IP地址看，H4和AP在同一个网段192.168.0.x，所以数据包不需要经过路由器R，路径是 H4 -> S -> AP -> H5）。我们分析的是最后从 AP发出，由H5接收 的这一段无线帧。
套用802.11基础架构模式规则 (AP to 无线客户端):
- 地址1 (Receiver Address): 帧的直接接收者。在这里是 H5。
- 地址2 (Transmitter Address): 帧的直接发送者。在这里是 AP。
- 地址3 (Source Address): 原始IP分组的源头。在这里是 H4。
匹配MAC地址:
- H5的MAC地址: 00-11-11-11-11-E1
- AP的MAC地址: 00-11-11-11-11-C1
- H4的MAC地址: 00-11-11-11-11-D1
结论: H5收到的802.11帧中，地址1是 00-11-11-11-11-E1，地址2是 00-11-11-11-11-C1，地址3是 00-11-11-11-11-D1。