华南理工大学计算机网络试卷期中卷

选择题

1. 问题
英文: What is the term to describe the maximum number of bits that can be transferred in a given amount of time?
中文: 描述在给定时间内可以传输的最大比特数的术语是什么？

选项:
A. impedance（阻抗）
B. propagation（传播）
C. attenuation（衰减）
D. bandwidth（带宽）

答案: D. bandwidth
解释:
• 英文: Bandwidth refers to the maximum data transfer rate of a network or communication channel, measured in bits per second (bps).

• 中文: 带宽指网络或通信信道的最大数据传输速率，单位为比特每秒（bps）。

2. 问题
英文: Which factor reduces throughput?
中文: 以下哪个因素会降低吞吐量？

选项:
A. increased number of users（用户数增加）
B. decreased number of users（用户数减少）
C. increased distance of network（网络距离增加）
D. decreased distance of network（网络距离减少）

答案: A. increased number of users
解释:
• 英文: More users sharing the same network resources (e.g., bandwidth) lead to congestion, reducing effective throughput.

• 中文: 更多用户共享同一网络资源（如带宽）会导致拥塞，从而降低有效吞吐量。

3. 问题
英文: Which of the following best describes networking protocols?
中文: 以下哪项最准确地描述了网络协议？

选项:
A. 管理网络设备间信息交换的规则和约定的正式描述
B. 所有网络使用相同的拓扑结构
C. 可自定义以满足个人需求的一组指南
D. 以上所有

答案: A. a formal description of a set of rules and conventions that govern how devices on a network exchange information
解释:
• 英文: Protocols are standardized rules (e.g., TCP/IP, HTTP) defining data formats, error handling, and communication procedures.

• 中文: 协议是标准化规则（如TCP/IP、HTTP），定义了数据格式、错误处理和通信流程。

4. 问题
英文: What is the function of the session layer?
中文: 会话层的功能是什么？

选项:
A. 处理数据结构和数据传输语法的协商
B. 提供跨物理层的数据可靠传输
C. 提供端系统间的连通性和路径选择
D. 管理表示层实体间的数据交换

答案: D. manages data exchange between presentation layer entities
解释:
• 英文: The session layer (Layer 5) establishes, maintains, and synchronizes dialogues between applications (e.g., login sessions).

• 中文: 会话层（第5层）负责建立、维护和同步应用间的对话（如登录会话）。

5. 问题
英文: Which of the following are not the advantages of UTP cable installation?
中文: 以下哪项不是UTP电缆安装的优点？

选项:
A. 比光纤介质更便宜
B. 灵活且易于在建筑物中安装
C. 比光纤介质更少受到RFI和EMI干扰
D. 被认为是最快的铜基介质

答案: C. receives less RFI and EMI interference than fiber optic media
解释:
• 英文: UTP (Unshielded Twisted Pair) is more susceptible to RFI/EMI than fiber optics, which use light and are immune to electromagnetic interference.

• 中文: UTP（非屏蔽双绞线）比光纤更易受射频/电磁干扰（RFI/EMI），光纤使用光信号，不受电磁干扰影响。

6. 问题
英文: What is the Organizational Unique Identifier (OUI)?
中文: 什么是组织唯一标识符（OUI）？

选项:
A. MAC地址的所有十六进制数字
B. MAC地址的前6位十六进制数字
C. MAC地址的后6位十六进制数字
D. 所有网络设备型号的前缀

答案: B. the 1st 6 hex digits of a MAC address
解释:
• 英文: The OUI is the first 3 bytes (6 hex digits) of a MAC address, assigned by IEEE to manufacturers (e.g., 00:1A:2B). The last 6 digits are device-specific.

• 中文: OUI是MAC地址的前3字节（6位十六进制数），由IEEE分配给厂商（如00:1A:2B），后6位由厂商自定义。

7. 问题
英文: In a connection-oriented system, what happens before any user data is transferred?
中文: 在面向连接的系统中，用户数据传输前会发生什么？

选项:
A. 与接收方的本地路由器建立连接
B. 在发送方和接收方之间建立连接
C. 与发送方的本地路由器建立连接
D. 实际数据传输前不联系目标设备

答案: B. a connection is established between the sender and receiver
解释:
• 英文: Connection-oriented protocols (e.g., TCP) require a handshake (e.g., 3-way handshake) to establish a session before data transfer.

• 中文: 面向连接的协议（如TCP）需通过握手（如三次握手）建立会话，然后才传输数据。

8. 问题
英文: Two peer hosts exchange data using UDP. If a datagram fails to arrive, what is true about retransmission?
中文: 两台主机使用UDP交换数据。若数据报未到达目的地，关于重传哪项正确？

选项:
A. 源主机的重传计时器超时后重传
B. 目标主机的重传计时器超时后重传
C. 重传由应用层协议控制
D. 仅重传序号≥当前数据报的数据

答案: C. Datagram retransmission is controlled by the application layer protocol.
解释:
• 英文: UDP itself does not retransmit. If reliability is needed, the application layer (e.g., QUIC, DNS retry) must handle retransmission.

• 中文: UDP本身不负责重传。若需可靠性，应用层协议（如QUIC、DNS重试）需自行实现重传。、

UDP是不保障这个的！

9. 问题
英文: What describes the time to move a packet from the data link layer to the physical layer?
中文: 描述数据包从数据链路层移动到物理层所需时间的术语是什么？

选项:
A. 数据包延迟
B. 传输时间
C. 收敛
D. 排队

答案: B. Transmission time
解释:
• 英文: Transmission time = time to push all bits of a packet onto the physical medium (depends on packet size and link bandwidth).

• 中文: 传输时间 = 将数据包所有比特推送到物理介质的时间（取决于数据包大小和链路带宽）。

10. 问题
英文: Switches that receive the entire frame before sending it, use what type of frame forwarding?
中文: 在发送前接收完整帧的交换机使用哪种帧转发方式？

选项:
A. 直通转发
B. 接收并发送
C. 复制并发送
D. 存储转发

答案: D. Store-and-forward
解释:
• 英文: Store-and-forward switches buffer and check the entire frame for errors before forwarding, unlike cut-through (A) which forwards immediately after reading the destination MAC.

• 中文: 存储转发交换机会缓存并检查完整帧的完整性，而直通转发（A）仅读取目标MAC后立即转发。

11. 问题
英文: Frame tagging functions at what OSI layer?
中文: 帧标记（Frame tagging）在OSI哪一层起作用？

选项:
A. 2（数据链路层）
B. 3（网络层）
C. 1（物理层）
D. 4（传输层）

答案: A. 2
解释:
• 英文: Frame tagging (e.g., IEEE 802.1Q for VLANs) adds a tag to Ethernet frames to identify VLAN membership, which operates at Layer 2 (Data Link Layer).

• 中文: 帧标记（如VLAN使用的IEEE 802.1Q）在数据链路层（第2层）为以太网帧添加标记以标识VLAN归属。

12. 问题
英文: Dynamic VLANs can be based on which of the following?
中文: 动态VLAN可以基于以下哪项配置？

选项:
A. MAC地址
B. 协议类型
C. 逻辑地址
D. 以上所有

答案: D. All of the above
解释:
• 英文: Dynamic VLANs can assign ports to VLANs based on:

• MAC addresses (most common).

• Protocol type (e.g., IP vs. IPX).

• Logical addressing (e.g., subnet-based VLANs).

• 中文: 动态VLAN可根据以下条件分配端口：

• MAC地址（最常见）。

• 协议类型（如IP或IPX）。

• 逻辑地址（如基于子网的VLAN）。

13. 问题
英文: VLANs, along with routers, establish which of the following?
中文: VLAN与路由器共同建立了什么？

选项:
A. 广域网（WAN）
B. 局域网（LAN）
C. 广播域
D. 冲突域

答案: C. Broadcast domains
解释:
• 英文: VLANs segment broadcast domains (each VLAN is a separate broadcast domain). Routers further isolate broadcasts between VLANs.

• 中文: VLAN用于分割广播域（每个VLAN是一个独立广播域），路由器则隔离不同VLAN间的广播。

14. 问题
英文: What do HDLC, PPP, Frame Relay, and ISDN have in common?
中文: HDLC、PPP、帧中继和ISDN的共同点是什么？

选项:
A. 它们工作在物理层。
B. 它们工作在网络层。
C. 它们工作在数据链路层。
D. 它们是专有标准。

答案: C. They operate at the data link layer.
解释:
• 英文: These protocols are Layer 2 (Data Link Layer) technologies for WAN connections:

• HDLC/PPP: Point-to-point links.

• Frame Relay: Packet-switched networks.

• ISDN: Digital telephony (D channel uses LAPD, a data link protocol).

• 中文: 这些协议均属于数据链路层（第2层）的广域网技术：

• HDLC/PPP：点对点链路。

• 帧中继：分组交换网络。

• ISDN：数字电话（D信道使用LAPD协议）。

15. 问题
英文: What PPP protocol is used to establish, maintain, and terminate the point-to-point connection?
中文: PPP协议中，用于建立、维护和终止点对点连接的是什么？

选项:
A. SNMP（简单网络管理协议）
B. IPX/SPX（Novell协议栈）
C. TCP/IP（传输控制协议/网际协议）
D. LCP（链路控制协议）

答案: D. LCP
解释:
• 英文: LCP (Link Control Protocol) is a sub-protocol of PPP responsible for link setup, maintenance, and teardown.

• 中文: LCP（链路控制协议）是PPP的子协议，负责链路的建立、维护和断开。

问答题

问题1
英文: Why Ethernet chooses CSMA/CD as its protocol instead of others. Please list its advantages and compare it with slotted ALOHA, pure ALOHA and CSMA.
中文: 为什么以太网选择CSMA/CD作为其协议？请列出其优势，并与时隙ALOHA、纯ALOHA和CSMA进行比较。

答案与解析:

CSMA/CD的优势：
• 冲突检测（Collision Detection）：

◦ 英文: CSMA/CD detects collisions during transmission and immediately stops sending, reducing wasted bandwidth.

◦ 中文: 在传输中检测到冲突后立即停止发送，减少带宽浪费。

• 高效信道利用率：

◦ 英文: Higher efficiency than ALOHA variants because it minimizes collision windows.

◦ 中文: 相比ALOHA协议，通过减少冲突窗口提高信道利用率。

• 适应性：

◦ 英文: Adapts to dynamic network loads (e.g., exponential backoff for retransmission).

◦ 中文: 适应动态网络负载（如指数退避重传机制）。
与其他协议的对比:
| 协议 | 英文特点 | 中文特点 | | ------------- | ---------------------------------------------------- | --------------------------------------- | | Pure ALOHA | No carrier sensing; collisions frequent. | 无载波侦听，冲突率高。 | | Slotted ALOHA | Time-slotted transmission; doubles efficiency. | 时隙划分传输，效率翻倍但仍低于CSMA/CD。 | | CSMA | Listens before sending but cannot detect collisions. | 发送前侦听，但无法检测冲突。 | | CSMA/CD | Listens + detects collisions; optimal for Ethernet. | 侦听+冲突检测，是以太网的最优选择。 |

总结:
• 英文: CSMA/CD balances efficiency and practicality, making it ideal for wired Ethernet where collision detection is feasible.

• 中文: CSMA/CD在效率和实用性间取得平衡，适用于有线以太网（冲突检测可行）。

问题2
英文: Use module 2 arithmetic to compute the CRC code for message 101101110011 with the generator 10011.
中文: 使用模2算术计算消息101101110011的CRC校验码（生成多项式为10011）。

答案与解析:

步骤：
• Step 1: Append n-1 zeros to the message (n = generator length).

◦ 消息扩展: 101101110011 + 0000 = 1011011100110000.

• Step 2: Divide the extended message by 10011 using XOR (模2除法).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1011011100110000
XOR 10011
------------
00101
XOR 10011
------------
01000
XOR 10011
------------
00110 (余数 = CRC码)
• Step 3: Append the remainder (0110) to the original message.

◦ 最终CRC帧: 101101110011 + 0110 = 1011011100110110.
关键点:
• 英文: The CRC code is the remainder of the division. It ensures data integrity by detecting errors during transmission.

• 中文: CRC码是模2除法的余数，用于检测传输中的错误。

图示:

生成多项式: 1 0 0 1 1 (x⁴ + x + 1)  
消息: 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1  
扩展消息: 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0  
余数: 0 1 1 0 → CRC码 = 0110

最终答案:
• CRC校验码: 0110

• 完整传输帧: 1011011100110110

总结
1. CSMA/CD：以太网选择其因冲突检测和高效性，优于ALOHA和CSMA。
2. CRC计算：通过模2除法生成校验码，确保数据完整性。

问题3：数据链路层LLC协议从“无限制单工协议”到“滑动窗口协议”的发展过程

英文答案与解析
Question: Explain the evolution of the data link layer LLC protocol from "An Unrestricted Simplex Protocol" to "Sliding Window Protocols".

Answer:

Unrestricted Simplex Protocol (无限制单工协议)
• Characteristics:

◦ Simplex Communication: Data flows one-way (sender → receiver).

◦ No Flow Control: The sender transmits frames continuously without waiting for acknowledgments (ACKs).

◦ No Error Control: If a frame is lost/corrupted, there is no recovery mechanism.

• Limitation:

◦ Useless in real networks where errors and bidirectional communication are required.
Stop-and-Wait Protocol (停止等待协议)
• Improvements:

◦ Half-Duplex: Adds ACKs (acknowledgments) for reliability.

◦ Flow Control: The sender waits for an ACK before sending the next frame.

◦ Error Handling: If no ACK is received within a timeout, the sender retransmits.

• Limitation:

◦ Low efficiency (only 1 frame in transit at a time).

Sliding Window Protocols (滑动窗口协议)
• Key Innovations:

◦ Full-Duplex: Allows bidirectional data flow with ACKs piggybacked on data frames.

◦ Window-Based Transmission:

◦ The sender can transmit multiple frames (up to window size) without waiting for individual ACKs.  

◦ The receiver uses cumulative ACKs (e.g., ACK=n means all frames up to n-1 are received).

◦ Selective Repeat / Go-Back-N:

◦ Go-Back-N: Retransmits all frames from the lost one (simpler but less efficient).  

◦ Selective Repeat: Retransmits only the lost frame (higher efficiency but complex).

• Advantages:

◦ Maximizes throughput by keeping the link busy.

◦ Handles errors and flow control dynamically.

中文答案与解析
问题：解释数据链路层LLC协议从“无限制单工协议”到“滑动窗口协议”的发展过程。

答案：

无限制单工协议
• 特点：

◦ 单向通信：数据只能从发送方→接收方。

◦ 无流量控制：发送方持续发送帧，无需等待确认（ACK）。

◦ 无差错控制：若帧丢失/损坏，无法恢复。

• 缺点：

◦ 无法在实际网络中应用（需双向通信和差错控制）。
停止等待协议
• 改进：

◦ 半双工：引入ACK确认机制确保可靠性。

◦ 流量控制：发送方必须收到ACK后才发送下一帧。

◦ 差错处理：超时未收到ACK则重传。

• 缺点：

◦ 效率低（同一时间只能传1帧）。

滑动窗口协议
• 核心改进：

◦ 全双工：支持双向数据传输，ACK可搭载在数据帧上。

◦ 基于窗口的传输：

◦ 发送方可连续发送多帧（窗口大小内），无需逐帧等待ACK。  

◦ 接收方使用累积ACK（如ACK=n表示n-1及之前的帧已接收）。

◦ 选择重传/回退N帧：

◦ 回退N帧：从丢失帧开始全部重传（简单但效率低）。  

◦ 选择重传：仅重传丢失帧（高效但复杂）。

• 优势：

◦ 通过保持链路繁忙最大化吞吐量。

◦ 动态处理差错和流量控制。

关键对比总结
| 协议 | 英文关键点 | 中文关键点 | | -------------- | -------------------------------------------------- | -------------------------------- | | 无限制单工协议 | One-way, no ACKs, no error recovery. | 单向、无ACK、无差错恢复。 | | 停止等待协议 | Adds ACKs and timeout-based retransmission. | 引入ACK和超时重传机制。 | | 滑动窗口协议 | Window-based, full-duplex, dynamic error handling. | 基于窗口、全双工、动态差错控制。 |

图示演进过程：

1	单向无控制 → 半双工+ACK → 全双工+窗口+动态重传

技术意义：
• 英文: Sliding window protocols (e.g., TCP) are the foundation of modern reliable communication.

• 中文: 滑动窗口协议（如TCP）是现代可靠通信的基础。

问题4：计算CSMA/CD网络的最小帧大小
英文问题：
Consider building a CSMA/CD network running at 500 Mbps over a 2-km cable with no repeaters. The signal speed in the cable is 200,000 km/sec. What is the minimum frame size? Why?

中文问题：
假设构建一个基于CSMA/CD协议的网络，速率为500 Mbps，使用2公里长的电缆（无中继器），信号在电缆中的传播速度为200,000 km/sec。最小帧大小是多少？为什么？

答案与解析
1. 计算原理：
• 英文：

 ◦ CSMA/CD requires that a frame must be long enough to detect collisions before transmission completes.  

 ◦ Round-trip propagation delay (RTT) = $ \frac{2 \times \text{distance}}{\text{speed}} = \frac{2 \times 2\,\text{km}}{200,000\,\text{km/sec}} = 20\,\mu\text{sec} $.  

 ◦ Minimum frame transmission time ≥ RTT to ensure collision detection.  

 ◦ Frame size = $ \text{Data rate} \times \text{Time} = 500\,\text{Mbps} \times 20\,\mu\text{sec} = 10,000\,\text{bits} $.

• 中文：

 ◦ CSMA/CD要求帧的传输时间必须不小于往返传播延迟，以确保冲突检测。  

 ◦ 往返延迟（RTT） = $ \frac{2 \times 2\,\text{公里}}{200,000\,\text{公里/秒}} = 20\,\mu\text{秒} $。  

 ◦ 最小帧传输时间 ≥ 20 μsec。  

 ◦ 最小帧大小 = $ 500\,\text{Mbps} \times 20\,\mu\text{秒} = 10,000\,\text{比特} $。

结果：
• 最小帧大小：10,000 bits（即1250字节）。

• 英文原因：If the frame were shorter, a collision might occur after the sender finishes transmission, making it undetectable.

• 中文原因：若帧更短，冲突可能在发送完成后才发生，导致无法检测。

问题5：存储转发与直通交换机的区别
英文问题：
Briefly describe the difference between store-and-forward and cut-through switches.

中文问题：
简要描述存储转发（store-and-forward）与直通（cut-through）交换机的区别。

答案与解析
| 特性 | Store-and-Forward（存储转发） | Cut-Through（直通） | | -------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | | 工作方式 | 英文：Receives the entire frame before forwarding.
中文：接收完整帧后再转发。 | 英文：Forwards after reading the destination MAC (immediately).
中文：读取目标MAC后立即转发。 | | 延迟 | 英文：Higher latency (waits for full frame).
中文：延迟较高（需缓存完整帧）。 | 英文：Lower latency.
中文：延迟更低。 | | 错误检测 | 英文：Checks CRC before forwarding (drops corrupted frames).
中文：转发前校验CRC（丢弃错误帧）。 | 英文：No error checking (may forward bad frames).
中文：无差错检测（可能转发错误帧）。 | | 适用场景 | 英文：Used in reliable networks (e.g., enterprise LANs).
中文：高可靠性网络（如企业网）。 | 英文：Used in low-latency applications (e.g., HFT).
中文：低延迟场景（如高频交易）。 |

关键区别图示：

1 2	存储转发: [帧开始 → 接收完整帧 → 校验CRC → 转发] 直通: [帧开始 → 读取目标MAC → 立即转发]

总结：
• 英文：Store-and-forward ensures reliability at the cost of latency; cut-through prioritizes speed but risks error propagation.

• 中文：存储转发牺牲延迟保证可靠性，直通牺牲可靠性追求低延迟。

问题6：根据图片内容识别协议并解释字段含义

1. 协议识别（Protocol Identification）
英文：
The figures depict two distinct data link layer protocols:
1. Figure 1 & 2: PPP (Point-to-Point Protocol)
• Key Evidence:

 ◦ Flags (`01111110`) for frame delimitation.  

 ◦ 8-bit Address (`11111111`) and Control (`00000011`) fields (standard in PPP).  

 ◦ Variable-length Data and 16-bit Checksum.

Figure 3: Ethernet II (DIX) Frame
• Key Evidence:

◦ 6-byte MAC addresses (Destination/Source).

◦ Type field (e.g., 0x0800 for IPv4).

◦ Data (0–1500B) and 4-byte FCS (Frame Check Sequence).

中文：
图片展示了两种数据链路层协议：
1. 图1和图2：PPP（点对点协议）
• 依据：

 ◦ 帧定界标志（`01111110`）。  

 ◦ 8位地址（`11111111`）和控制字段（`00000011`，PPP标准字段）。  

 ◦ 变长数据和16位校验和。

图3：以太网II（DIX）帧
• 依据：

◦ 6字节MAC地址（目的/源）。

◦ 类型字段（如0x0800标识IPv4）。

◦ 数据域（0–1500字节）和4字节帧校验序列（FCS）。

2. 字段详解（Field-by-Field Explanation）

PPP（图1 & 2）
| 字段 | 英文解释 | 中文解释 | | --------------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------- | | Flags (01111110) | Delimits start/end of frame. Escape (01111101) if flag appears in data. | 帧起始/结束标志。数据中出现的标志需转义。 | | Address (11111111) | Broadcast address (unused in most PPP implementations). | 广播地址（实际PPP中通常忽略）。 | | Control (00000011) | Indicates "Unnumbered Information" (UI) for connectionless transmission. | 表示无编号信息（UI），用于无连接传输。 | | Protocol (01111110) | Encapsulated protocol (e.g., IPv4/IPv6). Mislabeled in figure (should be 1–2B). | 上层协议标识（图中标注错误，应为1–2字节）。 | | Data | Variable-length payload (e.g., IP packet). | 变长有效载荷（如IP数据包）。 | | Checksum | 16-bit CRC for error detection. | 16位CRC校验，检测传输错误。 |

Ethernet II（图3）
| 字段 | 英文解释 | 中文解释 | | ------------ | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------- | | Preamble | 7-byte alternating 10101010 + 1-byte SFD (10101011) for synchronization. | 7字节时钟同步信号 + 1字节帧开始定界符。 | | Dest/Src MAC | 6-byte hardware addresses. Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF. | 6字节物理地址。广播地址全FF。 | | Type | Identifies payload protocol (e.g., 0x0800 = IPv4). | 标识上层协议（如0x0800为IPv4）。 | | Data + Pad | Payload (46–1500B). Padding ensures minimum 64B frame size. | 有效载荷（46–1500字节），填充保证最小帧长。 | | FCS | 32-bit CRC checksum. Discards corrupted frames. | 32位CRC校验，丢弃损坏帧。 |

3. 关键区别（Key Differences）
| 特性 | PPP | Ethernet II | | -------- | ------------------------------------------------------------ | ---------------------------------------------- | | 用途 | 英文：Point-to-point links (e.g., dial-up).
中文：点对点链路（如拨号）。 | 英文：LAN communication.
中文：局域网通信。 | | 地址字段 | 8-bit (often ignored). | 6-byte MAC addresses. | | 错误检测 | 16-bit CRC. | 32-bit CRC. | | 帧定界 | Flags (01111110). | Preamble + SFD. |

图示对比：