[网络协议]计算机网络-学习笔记

计算机网络-学习笔记

1.1.1 概念、组成、功能和分类

概念：计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

功能

1. 数据通信
2. 资源共享 硬件 软件 数据

组成:

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分类：

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广播式网络和点对点网络的区分方式：有无分组存储和路由选择机制

英特网使用网状结构。

星型结构的连接数等于节点数-1

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1.1.2 标准化工作以及相关组织

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1.1.3 速率相关的性能指标

速率：速率即数据率或称数据传输率或比特率。

比特：1/0位

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。

带宽：

1. “带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。

2. 计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。网络设备所支持的最高速度

吞吐量

1. 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s，kb/s，Mb/s等。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-13kI2OOV-1641088430973)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226154407578.png)]

一般的 带宽指的是极限的最高速度，而速率表示当前介质上的传播速度，吞吐量表示所有链路的速率之和。

1.14 时延、时延带宽积、RTT和利用率

时延

指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。 也叫延迟或迟延。单位是s。

1. 发送时延：从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。
   $$发送时延=\frac{数据长度}{信道带宽(发送速率)}$$

2. 传播时延：取决于电磁波传播速度和链路长度

$$传播时延=\frac{信道长度}{电磁波在信到上的传播速率}$$

3. 排队时延：等到输出/输入链路的可用时间

4. 处理时延：检错，找出入口

   [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-STHPZG6f-1641088430974)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226155612821.png)]

时延带宽积

										延时带宽积 = 传播延时 * 带宽

? bit s b/s

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GLWEhGcX-1641088430974)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226160041502.png)]

时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。即"某段链路现在有多少比特"

换句话说 某一时刻的容量

往返时间 RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。

RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-FLoshA0S-1641088430974)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226160341557.png)]

RTT不包括发送时延，只包含传播时延

利用率

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利用率分为信道利用率和网络利用率。

时延与利用率的关系：

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利用率越高 时延越大

总结

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nu78d1xf-1641088430975)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226160809954.png)]

1.2.1 分层结构、协议、接口、服务

实体：每一层当中的活动元素 同一层的实体：对等实体

协议：一系列的规则 （对等的实体之间才有协议）

接口：每两层之间的接口

服务：每两个层次之间所提供的东西 下级为上级提供服务

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分成的原则：

1. 每层之间相互独立，每层只实现一种相对对立的功能

2. 每层之间界面清晰，易于理解，相互交流尽可能少

3. 结构上下可分割开，没车嗯次啊用最合适的技术来实现

4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务（使用下层所有层的服务）

5. 整个分层结构应该能促进标准化工作

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EuTfhvTY-1641088430976)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226193238402.png)]

SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

PCl协议控制信息：控制协议操作的信息。

PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

上一层的PDU作为下一层的SDU 每一层的PDU = PCL + SDU

1.2.2 OSI参考模型(一)

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XzRMPeFM-1641088430977)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226195028434.png)]

两个主机之间通信 需要经过全部7个层 而中间系统（例如 路由器等）最多使用下面三层。

上面四层端到端：中间件不介入

下面四层点到点：处理到下一个中间系统或端的信息

OSI 的通信过程

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第7层：发送数据+头

第3-6层：上一层的PDU+该层头

第2层：第3层PDU + 头 + 尾

第1层：傻瓜式 直接进行二进制传输

1.2.3 OSI参考模型（二）

应用层

所有能和用户交互产生流量的程序

典型应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）

表示层

用于处理两个信息系统中交换信息的表达方式（语法和语义）

功能：

1. 数据格式转换 翻译管 eg：把图片转化编码 JPEG、ASCII

   [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mvSKlV9Q-1641088430977)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226195930157.png)]

2. 数据加解密

3. 数据的压缩与恢复

会话层

向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。也叫建立同步（SYN）

每个用户进程之间产生会话，并且不同的绘话之间不产生影响

功能：

1. 建立、管理、终止会话
2. 使用校验点可使绘画在通信失败时从校验点/同步点继续回复通信，实现数据同步

采用协议：ADSP、ASP

传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

功能：

1. 可靠传输、不可靠传输： 一般大数据可靠谱传输 小数据采用不可靠传输
2. 差错控制
3. 流量控制： 控制发送方的速度
4. 复用分用：

复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

网络层

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
网络层传输单位是数据报。

数据报和分组的关系：

类似父与子，数据报比较长时，就可以通过分组的方式进行发送

功能：

1. 路由选择
2. 流量控制
3. 差错控制
4. 拥塞控制 ：若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞 状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。

功能：

1. 成帧：定义帧的开始和结束
2. 差错控制 帧错 + 位错
3. 流量控制
4. 访问（接入）控制 控制对信道的访问

物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。

透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

功能：

1. 确定接口特性
2. 定义传输模式 单工 半双工 双工
3. 定义传输速率
4. 比特同步
5. 比特编码

主要协议：RJ45 802.3

1.2.4 TCP/IP参考模型和5层参考模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XjC95BQG-1641088430978)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226203844126.png)]

OSI 和 TCP/IP层的异同

相同：

1. 分层
2. 基于独立的协议栈的概念
3. 可以实现异构网络互联

不同点：

1. OSI定义的三点：服务、协议、接口
2. OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定层出
3. TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联的问题，讲IP作为重要层次

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-QSI8tgAL-1641088430978)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226204334109.png)]

面向连接分为三个阶段，

第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。

第二阶段，只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，

第三阶段，当数据传输完毕，必须释放连接。

而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

5层参考模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-F4mOquVn-1641088430979)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226204737383.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KLujQGgE-1641088430979)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226204945510.png)]

2.1.1 物理层基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

物理层主要任务：确认与传输媒体接口有关的一些标准

1. 定义物理链接的特性，规定物理链接时所采用的规格、接口形状、应先数目、引脚排解情况
2. 规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
3. 指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
4. （过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

2.1.2 数据通信基础知识

典型的数据通信模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qU0qXc4H-1641088430980)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226210701547.png)]

数据通信的相关术语

数据：传输信息的实体，通常是有意义的符号序列

信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式

? 数字信号：代表消息的参数取值是离散的

? 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的

信源：产生和发送数据的源头。

信宿：接收数据的终点。

信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往 往包含一条发送信道和一条接收信道。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NqbsQvol-1641088430980)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211226215321299.png)]

2.1.3 码元、波特、速率、带宽

码元

? 码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。
? 1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

速率

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

传输速率和传播速率的区别：

传播速率：指的是信号的载体的速度

传输速率：数据的发送的速度

1. 码元传输速率：别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内 数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是 波特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进 制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关。
2. 信息传输速率：别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）。

奈氏准则和香农定理

不考

编码和调制

编码和调制针对数字基带信号和模拟基带信号有所不同。

数字基带信号：

编码：在不改变信号性质的情况下，提高信道的波形，成为编码。编码后产生的信号依然未数字信号。可以在数字信道中传输。eg：曼彻斯特编码

调制：把数字信号的范围调整到较高的频段，并转化为模拟信号，称之为调制。产生后的信号为模拟信号。在模拟信道传输。

模拟基带信号：

编码：把模拟信号通过采样、量化、编码三个步骤进行数字化。eg：音频信号

调制：把信号加载到模拟的载波信号进行传输。eg：老式的电话机

异同

1. 编码的结果得到的是数字信号，解调的结构得到模拟信号
2. 数字基带调制是把低频信号搬运至高频信号，而模拟基带信号的调制是获得载波

数字数据编码为数字信号

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kRvUrT06-1641088430980)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228164538018.png)]

四种编码方式：

1. 非归零编码

   需要时钟线进行同步防止信号出现错误

2. 归零编码

   每次传输数据后都返回到零点位上（在一个码元的周期内），相当于把时钟线加到线上，数据效率低

3. 曼彻斯特编码

   把每一个码元周期分为两个相等的间隔，在间隔时进行一次跳变。前一个周期为低电平后一个周期为高电平表示码元1，反之则为0。（其实就相当于是频率*2）。数字传输速率是调制速率的1/2

数字数据调制为模拟信号

? 数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。

?

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eBIm2eCK-1641088430981)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228170246093.png)]

调幅：改变电压幅度 调频：改变信号的幅度 调向：改变信号的相位

基于三角函数

模拟数据编码为数字信号

? 对音频信号进行编码的脉码调制（PCM），在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步：抽样、量化、编码。

1. 抽样：对模拟信号周期性扫描i，把时间上的连续信号编程时间上的离散信号

? 采样定理：采样频率 >= 2*信号最高频率

2. 量化 AD转换
3. 编码 ：把AD结果和二进制编码对应

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EQl1BXtZ-1641088430981)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228195608614.png)]

模拟信号调制成模拟信号

为了实现传输有效性，可能需要较高的频率。常用技术：频分复用技术。

做法：把要发送的低频信号，叠加到高频的载波信号当中。

2.2 物理层的传输介质

传输介质也称传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。

重点：传输媒体和物理层的关系

一般的，从层级的角度出发，物理层我们成为第一层，传输媒介作为第0层。传输媒介传输的是信号，没有任何的含义，而物理层定义了电气特性，比如电压对应的比特流。所以传输媒介和物理层并不一样！！！

传输介质

1. 导向性传输介质：电磁波沿着固定的固体媒介传播
2. 非导向性传介质：电磁板沿着非固定的媒介传播

导向性传输媒介举例：

双绞线：双绞线是古老、又最常用的传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合 的、相互绝缘的铜导线组成。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uDtgcnRA-1641088430982)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228200930043.png)]

屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别：

有没有外层的金属丝屏蔽

双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里。距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号；对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形。

同轴电缆：同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类：50Q同轴电缆和75Q同轴电缆。其中，50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，它在局域网中得到广泛应用；75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆，它主要用于有线电视系统。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-82tiKqE2-1641088430982)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228201157400.png)]

同轴电缆和双绞线的区别：

性能：同轴 > 双绞线 （距离、抗干扰能力）

价格： 同轴 < 双绞线

光线：光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉 冲表示1，无光脉冲表示0。而可见光的频率大约是10MHz，因此光纤通 信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HjRabDdj-1641088430982)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228201545085.png)]

光在光纤中的传输距离非常小，几乎没有损耗，所以适合远距离传输

光纤的特点：

1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
2.抗雷电和电磁干扰性能好。
3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
4.体积小，重量轻。

非导向型传输介质

常见的有：

1. 无线电波：信号向所有方向传播 较强穿透能力，可传远距离，广泛用于通信领域（如手机通信）。
2. 微波：信号固定方向传播 通信评论很高，频段范围宽，数据率高
3. 红外光、激光：信号固定方向传播 ：把要传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mG9DeIx9-1641088430983)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228202248288.png)]

2.3 物理层设备

中继器

诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。

中继器的功能：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。

实现原理： 再生数字信号 接受到数据之后再发送一次

中继器的两端链接：

1. 中继器的两端都是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同。
2. 中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。
3. 中继器的两端可以连相同的媒体，也可以不同的媒体
4. 中继器的两端一定要是同一个协议（不会存储转发）

集线器（多端口中继器）

功能：对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有 （除输入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络 的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。

本质上就广播设备，所有人都可以接收到

常用拓扑结构：星型结构

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aW9OVLUB-1641088430983)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228203015132.png)]

集线器不能分割冲突域-> 连在集线器上的工作主机平分带宽

数据链路层

3.1数据链路层功能概述

基本概念：

1. 节点：主机、路由器
2. 链路：网络中的两个节点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和 微波。分为有线链路、无线链路。
3. 数据链路：网络中两个节点之间的逻辑通道，把实现控制数据传世协议的硬件和软件加到链路上就工程数据链路。
4. 帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报

数据链路层负责通过一条链路从一个节点向另一个物理节点直接相连的相邻节点传输数据报

主要功能:将网络层来的数据可靠的传输到相邻目标机网络层。为了实现这一功能，需要对数据进行校验等。效果上来看就就是一条不会产生差错的数据链路。

功能

1. 为网络层提供服务。包括：无确认无链接服务，有确定无链接服务，有确认面向链接服务。（有确认一定有链接）
2. 链路管理，即链接的简历、位置、释放（用于面向链接的服务）
3. 组帧
4. 流量控制
5. 差错控制

3.2 组装成帧和透明传输

封装成帧：就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端 在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特 流中识别帧的开始和结束。

首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）。
帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Bqf26XwD-1641088430984)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228214316110.png)]

透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西。

实现方法：

1. 字符技术法：帧首部使用一个计数字段（第一个字节，八位）来表明帧内字符数。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-z69WcVk7-1641088430984)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228214631469.png)]

存在问题：如果帧头出现错误，就gg 容易出错

2. 字符填充法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ft8GXfJO-1641088430984)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228214741405.png)]

1. 当传输的帧是文本文件（全都是ASCII码），就不会和帧头帧尾产生冲突
2. 发送的是非ASCII的实话就采用字符填充实现透明传输

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YZJc2tsG-1641088430985)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228215215341.png)]

过程：在内容中有特殊字符的前面加上另一端透明传输

3. 零比特填充法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lSBnomqO-1641088430985)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228215701976.png)]

操作：

1. 发送端扫描整个信息字段，只需要连续的5个1，就立即填入一个0.
2. 在接受端收到一个帧时，线找到标志字段确定边界，在用硬件对比特刘进行扫描，发现5个连续的1就把0删除。

好处：保证了透明传输，在比特流传输中可以任意的比特组合，而不会引起对帧别介的判断错误。

4. 违规编码法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-t1akFBOY-1641088430985)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228220021464.png)]

曼彻斯特编码中，一个周期当中必定会出现跳变，所以可以用高高，低低这样正常逻辑当中不会出现的情况来界定帧的其实和终止。

总结：由于字节计数法中Count字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性后果）及字符填充实现上的复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步法是比特填充和违规编码法。

3.3.1 差错控制

差错引入：概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。

差错的类型：

全局性：由于线路本身的电气特性所产生的随机噪声，是信道固有的，随机存在的。

? 解决办法：提高信噪比来减少或者避免干扰

局部性：由于外界特定的短暂元婴所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。

? 解决办法：编码技术实现。

位错： 比特出错 0变1 1变0

帧错

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qe1jR55e-1641088430986)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228220613186.png)]

数据链路层的差错控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JvAlpdLd-1641088430986)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228220856804.png)]

物理层编码 VS 差错控制编码

物理层针对单个比特的同步问题 差错码针对一组数据

奇偶校验码

方法 数当前所有数据的1个个数是奇数还是偶数。然后决定最后一位是否需要补1

特点：只能检测出奇数个比特错误，检错能力50%

CRC循环冗余码

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lVc8xHKc-1641088430987)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211228222053164.png)]

发送过程：

1. 对元数据添加需要多项式位数-1的0
2. 对多项式异或求余
3. 把余数替换到发送数据的最后

接受过程

1. 把接受到的数据除上多项式，判断余数是否为0

总结：在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收，即“凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。接收端丢弃的帧虽然曾收到了，但是最终还是因为有差错被丢弃。“凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”。

3.3.2 差错控制（纠错码）

海明码：发现双比特错误，纠正单比特错

3.4.1 流量控制和可靠传输机制

流量控制原因：较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，会造成传输出错，因此流量 控制也是数据链路层的一项重要工作。

数据链路层的流量控制为点对点，传输层的流量控制为端到端

实现手段不同：数据链路层原理为不回复接受帧

传输层实现手段为发送窗口公告

流量控制的方法：

1. 停止-等待协议：每发送完一个帧就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送 下一个帧。 传输效率比较低
2. 滑动窗口协议：

可靠传输：发送端发啥，接受端接受啥

流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧。

3.4.2 停止-等待协议

1. 数据帧丢失或检测到帧出错

示意图：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NiNwTDU1-1641088430987)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230153634856.png)]

发送过程：

1. 每发送一帧，接受到之后就返回一个ACK

2. 如果发送方没有接受到ACK，由超时计数器计时，超过阈值后自动重发（阈值应大于平均RTT）

注意点的：

1. 发送一个帧，必须保留副本不
2. 数据帧和确认帧必须编号

2. ACK信号丢失

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gsWqhDT6-1641088430987)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230153938681.png)]

发送过程：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oUkGVHyZ-1641088430988)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230154056039.png)]

处理过程：

1. 超时重传
2. 接受到的ACK 和 发送编号不一致时，丢弃迟到的校验

停止等待协议性能分析：信道利用率太低！

3.4.4 选择重传协议

不考

3.5.1 信道划分介质访问控制

数据传输常用链路

1. 点对点链路：两个相邻节点通过一个链路相连，没有第三者。
   应用：PPP协议，常用于广域网。

2. 广播式链路：所有主机共享通信介质。应用于早期的总线以太网、无线局域网，常用于

   ? 局域网 典型拓扑结构：总线型（集线器）、星型

介质访问能控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oVWWCxVc-1641088430988)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230164228730.png)]

信道划分介质访问控制

? 信道划分介质访问控制：将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。

频分复用

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1lPTJWUg-1641088430989)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230164438279.png)]

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频率带宽）资源。

该方法利用传输介质的带宽，系统效率高，技术成熟，实现容易

时分复用

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-3SVZ8wg6-1641088430989)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230164718216.png)]

将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道。

波分多路复用

波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。

有点类似于频分复用

码分多路复用 CDM（基本没看懂）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gz7SewoD-1641088430989)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230165920070.png)]

CDM发送需要使站点芯片的序列相互正交，实现传输数据不打架

合并的方法：各路数据线性相加

分离的方法：合并的数据和源站规格化内积

3.5.2 ALOHA协议

纯 AlOHA协议

纯ALOHA协议思想：不监听信道，不按时间槽发送，随机重发。当接受端检测到差错，不予以确认，发送方一段时间没有接收到冲突的发生就过一段时间以后重传一次。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AG7k4Z7Q-1641088430990)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230170915296.png)]

时隙ALOHA协议

基本思想：把时间分成若干个相同的时间片，所以用户在时间片开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突，则必须等到下一时间片在发送。

关于：ALOHA

1. 纯ALOHA比时隙ALOHA的吞吐量更低，效率更低
2. 纯ALOHA想发就发，时隙ALOHA只有在时间片段开始时才能发。

3.5.3 CSMA

不考

3.5.4 轮询访问介质访问控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6vnBJeoQ-1641088430990)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230194225271.png)]

轮询节点

主节点论有要求，从节点发送数据

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zW9ZgnYm-1641088430991)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230194311824.png)]

问题：

1. 轮询开销
2. 等待延迟（相对于靠后的主机）
3. 单点故障（主机节点出现bug）

令牌传递协议

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-twmtKZgr-1641088430991)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230194529943.png)]

令牌：一个特殊格式的MAC控制帧，不包含任何信息。控制信道的使用，确保统一时刻只有一个节点独占信道

令牌环网络不存在碰撞情况，同时每个节点可以在一定的时间内获得发送数据的权力，并不是无限制的持有令牌。

问题：

1. 令牌产生的开销
2. 等待延迟
3. 单点故障（一个节点GG 全体GG）

一般应用于令牌环网（物理星型拓扑，逻辑环形拓扑）

一般被用在负载比较大、通信量比较大的网络当中

3.5.5 CSMA-CA 协议

发送数据前，先检测信道是否空闲

空闲则发出RTS，RTS保活发射端的地址、接受端的地址、下一份数据讲持续发送的时间等信息：信道忙则等待。

接受端收到RTS后，将响应CTS

发送端收到CTS后，开始发送数据帧（同时预约信道：发送方告知其他站点自己要传多久数据）。

接收端收到数据帧后，将用CRC来检验数据是否正确，正确则响应ACK帧。

发送方收到ACK就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止（采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间）。

3.6.1 局域网基本概念和体系结构

局域网

简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道。

特点:

1. 覆盖范围小
2. 速度快（一般采用专门铺设的传输介质）
3. 通信延迟低，可靠性高，误码率低
4. 各个站平等关系，共享信道
5. 采用分布式控制和广播信道

决定局域网的主要要素：网络拓扑、传输介质和介质访问控制方法

局域网的拓扑结构

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nb6GUX5x-1641088430991)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230200636905.png)]

星型拓扑：中心节点是控制中心，任意两个节点间的通信最多只需两步，传输速度快，并且 网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。但这种网络系统，网络可靠性低， 网络共享能力差，有单点故障问题。

总线型拓扑：网络可靠性高、网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成 本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响 小。

环形拓扑：系统中通信设备和线路比较节省。有单点故障问题；由于环路是封闭的，所以不 便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。

树型拓扑：易于拓展，易于隔离故障，也容易有单点故障。

局域网常用总线型拓扑结构

局域网的介质访问控制方法

CSMA/CD 常用于总线型局域网，也用于树形网络

令牌总线 常用于总线型局域网，也用于树状网络

令牌环 常用于环形局域网，如令牌环网

局域网的分类

1. 以太网：以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或拓展星型。使用CSMA/CD.

2. 令牌环网：物理上采用星型拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。基本没人用

3. FDDI网：物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构。

4. ATM网：较新型的单元交换技术，使用53字节固定长度的单元进行交换。

5. 无线局域网：采用IEEE 802.11 通信介质 电磁波

3.6.2 以太网

概述：以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术。

优点：

1. 便宜
2. 满足网络速度的要求
3. 比令牌环、ATM简单

以太网提供无连接、不可靠的服务，即发送方和接受方之间不存在握手过程，同时不对发送方的数据帧编号，接受方不想发送方进行确认，差错曾直接丢弃，差错纠正由高测负责。

以太网拓扑：逻辑上总线型，物理上星型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vXE8wdZV-1641088430991)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230203007095.png)]

10BASE-T以太网

10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，现10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线（UTP），传输速率是10Mb/s。

适配器和MAC地址

计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的。

适配器的ROM中存有计算机硬件地址MAC地址。

局域网中，硬件地址又称物理地址，或者MAC地址（实际上是标识符）

MAC地址：每个适配器有一个全球唯一的48位而精致地址，前24位代表厂家（IEEE规定），后24位有厂家自己制定。常用6个十六进制数表示。

3.6.3 无线局域网

802.11的MAC帧头格式

不考

无线局域网的分类

不考

无固定基础设施无线局域网络的自组网络

不考

3.6.4 CSMA-CD协议

不考

3.7 PPP协议和HDLC协议

3.8链路层设备

冲突域 ：指的是一个集线器所链接的主机中，任意时刻这技能有一个主机可以传送数据。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nfoGud8j-1641088430992)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230215701512.png)]

网桥、交换机

网桥：网桥根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不向所有接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或者是把它丢弃（即过滤）。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kLNwUkdZ-1641088430992)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230215921261.png)]

网段：一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质，中继器，集线器等）能够直接通讯的那一部分。

网桥的优点：

1. 过滤通信量，增大吞吐量
2. 扩大了物理范围
3. 提高了可靠性
4. 互联不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网

透明网桥 和 源路由网桥

透明网桥：“透明”指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一种即插即用设备——拥有自学习能力。

转发表的实现过程！！！

源路由网桥

源路由网桥：在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部 中。

方法：源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧。

多接口网桥-以太网交换机

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-bI0ZBg4f-1641088430992)(C:\Users\46375\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211230221222792.png)]

直通式交换机

? 查完目的地地址就立刻转发，延迟校，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口交换

存储转发式交换机

? 将帧存储到高速缓存，检查是否正确，正确转发，错误丢弃。延迟较大，可靠性高，支持不同速率的网段

冲突和广播域

冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。

冲突域：一个个区域内相同时间内只能有一个进行设备发送

广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。

广播域：一个设备发送信号后，可以接受到设备的集合

网络层

功能

1. 路由选择与分组转发
2. 异构网络互联
3. 拥塞控制：若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

4.1.2 数据交换方式