[网络协议]计算机网络

概述

因特网三要素: 设备、协议、服务

• 设备: 主机端系统、链路、交换设备(路由器、交换机)
• 协议: 报文的格式和次序、发送/接收报文以及其它事件所采取的动作

网络边缘

• CS结构 : 服务器总是开机且有固定周知的IP地址、客户机动态IP地址
• P2P结构: 对等点地位相同(轮流当CS)、资源利用充分

网络性能指标

• 往返时间(RTT)： 发送到接收时间(容易测量)
• 时延
  • 传播时延Propagation = 距离 / 光速
  • 传输时延Transmission= (大小/带宽) * 跳数
  • 排队时延Queue = 与对长相关(5-100 Transmission)
  • 处理时延process = 分组检查、查看去向
  • Latency= Propagation + Transmission + (Processing) + Queuing
  • 理解: 带宽=路的宽度、路的起点有管制、每秒只能上与带宽大小数量相等的车，先上去的车会在终点等所有车到齐才出发
• 带宽时延积: $Latency\times bandwidth$、链路上的最大比特数，也称以比特为单位的链路长度
• 传输速率 : n Mbps、nM bits 每秒
• 吞吐量: bit/sec、通常接入网是瓶颈链路

接入网:

• 定义: 端系统连接到其边缘路由器的物理链路
• 数字用户线(DSL)(电话线)
  • ADSL(下载速度比上传速度快)
  • 频分信道(高频快、下载高频上传中频电话低频)
• 混合光纤同轴电缆(HFC): 共享
• 同轴电缆(有线电视线)
  • 共享广播媒体: 当多个用户下载同一文件可只传一次、空闲时刻让出宽带
• 光纤入户
• 局域网(LAN):
  • 功能: 连接端系统到边缘路由器
  • 以太网: 公司家庭常用的局域网、Wi-Fi通过连上以太网再接入因特网
  • 3G可以看做大范围Wi-Fi
• 无线接入

核心网

• 分组交换:
  • 特征: 资源利用率高、不可靠(每一跳都有可能丢包)
  • 分组: 把数据切分为多个分组、分组传输、每个分组使用完全的链路带宽
  • 存储转发机制: 需要收齐整个分组后才能开始发送
    • Q段链路需要时间 = $Q\times L÷R$
    • 1个分组在经过一个路由器中继需要2单位时间
    • N分组经过M-1个路由器中继需要M+N-1单位时间(可以流水线、传与收并行)
  • 丢包: 每个输出电路有一个输出缓存，若目的地忙需等待、缓存满了就丢包
  • 适合突发流量
• 电路交换:
  • 每次交换预留实体电路、需要连接时间
  • 通过频分FDM、时分TDM、码分复用电路增加物理电路数
  • 静默期存在资源浪费、保证服务质量

因特网与ISP(因特网提供商)

• 硬件: 由多台分组交换机构成
• 架构:
  • 主干: 层次化结构 第一层(世界)ISP->区域ISP->接入用户
  • 接入点(POP): 允许远程用户连接到Internet的基础设施
  • 对等(peer): 同等级ISP之间共享路由器、彼此通信不用钱、避免向高层ISP支付费用
  • 多宿: 一个用户同时使用多ISP服务、确保可靠性
  • IXP: 专门设置的大机房，提供ISP厂家们的数据交换
  • 内容提供商(如:google): 有自己遍布全球的路由器支持用户使用自家产品、(优点一)绕过高层ISP避免付费、但还是要与高层ISP相连确保用户能用各种方式接入、(优点二)多样化服务用户的方法

其他

• 因特网的设计原则: 最简单与自治、尽量递送、无状态路由选择 、分散控制
• 报文(应用) 报文段(传输) 数据报/分组(网络) 帧(链路)
• 传输层 端系统到端系统(进程)之间
  网络层 主机到主机(服务器)之间
  链路层 相邻节点到相邻节点(主机/路由器)之间

应用层

Web & Http(超文本传输协议)

• 端口80
• 非持续连接和持续连接
  • Web页面: 一个基本HTML文件+引用对象 (共n+1个对象)(每个对应一个URL)
  • 非持续连接: 每个请求/响应以单独的TCP连接发送
  • 持续连接: 所有请求/响应以相同的TCP连接发送
  • 响应时间: (假设有一个基本HTML文件+两个引用对象)
    • 非持续连接: $3\times (2RTT+传输时间)$
    • 不带流水线的持久连接: $(2RTT+传输时间)+2\times (RTT+传输时间)$
    • 带流水线的持久连接: $(2RTT+传输时间)+RTT+2\times 传输时间$
    • $(2RTT+传输时间)$ 是必须的，因为在获得基本HTML文件后才知道其他对象
• 报文
  • 请求报文: request, response,
  • request: GET, POST, HEAD, PUT, DELETE
• cookie
  • HTTP是无状态协议
  • cookie存在用户端浏览器(换个浏览器就不认得了)、Web后台
  • cookie信息在HTTP报文中
• Web缓存
  • cache有则返回对象、没有从原始的服务器请求该对象
  • 请求率/更新率>>1的文档可缓存
  • 通常Web缓存服务器与客户机在同一个LAN中、因为接入网是瓶颈
• 其他: 使用TCP、CS架构

FTP

• 端口21(控制)20(数据)
• 带外传输 (HTTP带内)
  • 控制连接: Client 得访问授权(浏览目录)
  • 数据连接: 第二个TCP连接以传送文件 (传递结束后关闭数据连接)
• CS架构、维护状态

Email

• 端口 25(SMTP)
• SMTP
  • 直接传递：发送邮件服务器用持久连接TCP(端口25)把email报文从传递接收邮件服务器
  • 报文的主体部分是7比特ASCII码格式 (可以直接阅读)
  • MIME扩展: 非ASCII、其他形式文件
• 邮件访问协议
  • POP3: 无状态
  • IMAP: 有状态(层次目录)、允许只获取邮件报文首部
  • HTTP: 客户邮件报文通过HTTP发送给邮件服务器、邮件服务器之间仍使用SMTP协议

DNS

• 功能: 主机名到 IP 地址的翻译、负载分配
• 层次与查询
  • 根DNS、顶级域DNS(.cn,.com)、权威DNS、本地DNS服务器(代理)
  • 迭代查询: 本地问根、本地问顶级、本地问权威…
  • 递归查询: 客户问本地、本地问根、根问顶级…
  • 实际: 客户问本地、本地问根、本地问顶级、本地问权威
• 报文与数据
  • 通常缓存有顶级域DNS服务器
  • 储存资源记录(RR)
    • Type=A: 别名/真名到IP
    • Type=NS: 域名到权威DNS服务器
    • Type=CNAME: 别名到真名
    • Type=MX: 别名/真名到邮件服务器名

P2P

• 文件分发时间
  • CS分发时间: $max{\frac{NF}{\mu_s}, \frac{F}{d_1},…, \frac{F}{d_n}} $
  • P2P分发时间: $max{\frac{NF}{\mu_s}, \frac{F}{d_1},…, \frac{F}{d_n}, \frac{NF}{\mu_s+Nd}} $
• Torrent
  • 参与一个特定文件分发的所有对等方的集合称为一个洪流
  • 最稀缺优先，大致均衡每个块在洪流中的副本数量
  • 对换算法，+1个随机选择的试探对等方、较好的处理了搭免费车的问题
• 集中式目录
  • 对内容的定位是集中式、文件传输是分散式的
• 查询洪泛
  • 有限范围的洪泛, TTL、可避免网上都在传查询报文
  • 发送Ping、转发 Ping、响应 Pong
  • 层次覆盖: 超级对等方负责跟踪所有组员的内容
  • 中继节点: AB都位于NAT后面时、先都接到中继节点、再互接

内容分发网

• DASH (经HTTP的动态适应性流)
  • server 视频切分为块、每个块有多个版本、告示文件为每个版本提供一个URL及其编码
  • client 测量接收带宽、选择一个块的一个版本 (视频、声音可以不同帧率)
• 分布式站点CDN
  • 在遍布全球的分布式站点CDN存储视频的副本
  • 向server查告示牌、得到附近CDN (根据拥塞状况选用CDN)、向CDN请求视频

socket

• 进程通信
  • (同主机)进程间通信、(不同主机)交换报文
  • socket: 进程和端到端传输协议(UDP/TCP)之间的“门”
  • Socket＝ IP地址 ＋ 端口号
• TCP socket
  • server: 创建welcome socket、当client访问时创建新socket (可以同时接收多个client请求)
  • 数据流 stream: 流入、流出一个进程的字符序列 (输入流:键盘)
• UDP socket
  • 数据报datagrams (TCP:字节流)

传输层

基本概念

• 比喻

  • A家12个小孩给B家12个小孩写信统一派CD送到邮局

    12小孩(进程)、AB(主机)、CD(传输层)、邮政系统(网络层)

• 复用与分解

  • 多路复用: 多个socket产生多个报文段、他们共享一个网络层服务
  • 多路分解: 将网络层数据报打开，读取报文段分发给指定socket
  • UDP二元组: (目的IP,目的端口号) (但还是要写源端口、让别人能回信)
  • TCP四元组: (源IP,源端口号,目的IP,目的端口号)

UDP

• 无连接、无拥塞控制、尽力而为、8字节报头、UDP(快)
• UDP校验和
  • 所有16位数相加 A+B+C = Total
  • 如果17位有进位 sum = Total + 1
  • 反转 check = ! sum
  • 接收到的信息 A’+B’+C’+sum’ = 全一(反卷积)，则认为无误
  • 两位错误无法检查

可靠数据传输

• rdt
  • FSM 箭头上面是事件、下面是行动、^代表空
  • rdt1.0: 信道完全可靠、不需要流量控制、各一个状态单元
  • rdt2.0: 不丢失但可能比特翻转、差错检测(校验和)、ACK+NAK+重传
  • rdt2.1: 添加两个序号(重发不混淆)、收错序号也发ACK
  • rdt2.2: 为ACK添加序号、拿掉NAK
  • rdt3.0: 定时器、支持丢包、送出后开启定时接收后关闭,超时则中断、接收错的ACK不重发否则信道都是冗余信息、传播时间>传输时间,RTT只能传一个数据报,吞吐量低
• GBN:
  • 一个定时器、累计确认、同时有n个分组在信道中传输、丢弃失序分组、
  • 开始时开启定时器、收到有效ACK时重启定时器、超时时全部重传
  • 接收方丢弃所有乱序到达的数据并返还ACK (如1已ACK2丢失34收到、回复ACK1*2)
  • 最多同时发送n(窗口长度)个数据，超过拒收
• SR(选择性重传)
  • n个定时器、发送窗口与GBN相同(收到最小序号ACK窗口才能右移、才能发新的数据)、缓存
  • 序号数 = 2倍窗口大小

TCP

• 报文结构:
  • port、序号、确认号、流量控制、checksum(16位)、主文
  • 序号: 告诉接收方我是从哪开始传的
  • 确认号: 告诉发送方下次希望收到的字节起点
  • 举例(其实只有后面数据有效、但TCP其实有双向传输能力)
    • 发送方: ¹Seq 42, Ack 72, Data=‘c’ ²Seq 42, Ack x, Data=‘c’
    • 接收方: ¹Seq 73, Ack 43, Data=‘c’ ²Seq x , Ack 43, Data=‘c’
• 重传机制
  • 累积确认、只有一个定时器、会缓存失序数据
  • 重传: 只重传窗口的第一个数据
  • 定时器超时重传
    • 超时时常加倍: 拥塞
  • 快速重传
    • 收到三个冗余ACK马上重传 (共四个ACK)
  • ACK: 1. 收到第一个等一下 2. 收到发现后面已经有数据马上发 3. 收到不连续则发冗余ACK
• 流量控制
  • 避免因发送方传输太快太多而使接收方的缓存溢出
  • 接收方在回传报文内记录空闲缓存，确保发送方窗口大小$\le$接收方空闲缓存
• 确定RTT
  • $EstimatedRTT=(1?\alpha )?EstimatedRTT＋\alpha ?SampleRTT$
  • $DevRTT=(1?\beta )?DevRTT+\beta ?|SampleRTT?EstimatedRTT|$
  • $TimeoutInterval=EstimatedRTT＋4?DevRTT$
• 连接管理
  • 三次握手
    • client(SYN=1,seq=x)->server
    • server(SYNACK=1,seq=x,ack=x+1)->client
    • client(SYN=0,seq=x+1,ack=x+1)->server
    • server(data)->client(分配缓存、避免洪范攻击)
  • 四次挥手
    • client(FIN)->server
    • server(ACK)->client
    • server(FIN)->client(等待后关闭)
    • client(ACK)->server(接收关闭)
• 拥塞控制
  • 发送方窗口长度 : $window = \min{RcvWin, CongWin} $ (流量控制、拥塞控制)
  • 慢启动
    • 每次CongWin翻倍(每收到一个ACK,CongWin+=1)
    • 直到CongWin>thresh前往拥塞控制
  • 拥塞控制
    • 加性增(每收到w个ACK,CongWin+=1)
    • 乘性减1(Thresh=0.5CongWin, CongWin=1、回到慢启动)
    • 乘性减2(CongWin,Thresh减半、留在拥塞控制)
    • TCP Tahoe: 丢包与(三次)冗余ACK都采取乘性减1
    • TCP Reno : 丢包采取乘性减1、(三次)冗余ACK采取乘性减2
  • TCP是公平的
    • 斜率为一往右上走(加性增)，连线原点往回走(乘性减)，如此往复
    • 若$RT{T}_1=2RT{T}_2$: $RT{T}_2$将享有两倍带宽
  • 明确拥塞通告(ECN): 以路由器的ECN比特表明该路由器正在经历拥塞

网络层

• 数据平面: 转发功能(每台路由器)
• 控制平面: 从源主机到目的主机的路由方式(网络范围)
• 网络层的三大组件：IP协议，选路协议，ICMP协议

路由器

• 转发
  • 基于目的地转发: 找到目的地与输出端口范围的最佳前缀匹配
  • 经内存交换、总线交换、互联网络交换
  • 线路前部阻塞: 缓冲区前面的在等，后面的已经轮到，但不能插队
  • 输出排队: 多个入口竞争出口

IPv4

• IP协议
  • IP数据报报头20字节、TCP报头20字节
  • 最大传输单元MTU限制: 当某个路由器MTU不够大、IP数据报切片并在目的地重组
  • length=1500(只有1480有效数据)、offset=185(=这一个报文的开始偏置$1480÷8)$
• IPv4编址
  • 一个接口一个IP地址、跟主机/路由器数量没关系
  • 子网
    • 在同一个子网的两个接口通信不用经过路由器
    • 将路由器的每个接口切一刀、仍然相联者为子网
    • 由子网掩码决定
  • CIDR: IPv4分为ABC类太浪费(子网掩码长度为8,16,24)、CIDR可任意配置子网掩码长度
• DHCP: 动态主机配置协议(属于应用层协议)
  • 功能: 动态获得IP地址、子网掩码、网关、DNS等
  • 步骤:
    • 新到的客户广播discover报文找DHCP服务器(因为这时他不知道服务器IP)
    • DHCP服务器广播给出offer报文(这时候客户还没有IP)
    • 客户机广播选定其一回复request报文(此处广播是同意一个拒绝其他)
    • DHCP服务器广播回复DHCP ack报文
  • 一个子网可以同时有多个DHCP服务器
• NAT: 网络地址翻译(一个IP内用端口区分多IP)
  • 在NAT内可以任意分配IP地址、但传到外面统一被翻译为NAT的那个IP、传入时相同
  • NAT translation table: 对外端口号 <-> 内部IP
  • 问题
    • 路由器负责翻译不合理
    • 必须先发送一次NAT translation table才有记录(直接响应外面的传入会找不到)
• IPv6:
  • 没有checksum、没有分片、报头40字节
  • 与IPv4兼容: 进入IPV4隧道前最后一个IPV6路由器封装成IPV4头,出隧道后第一个IPV6路由器封装成IPV6头

SDN

• OpenFlow: 基于流表的转发、允许编程路由器

• 控制平面, 北向接口,SDN控制器,南向接口,数据平面

• 流表:

  • 匹配+动作转发表
  • Pattern(匹配), Actions(丢弃、转发、修改或将匹配的数据包发送给控制器),Priority,Counters
  • 路由器, 交换机, 防火墙, NAT

路由算法

• LS(链路状态)
  • 每个节点运行Dijkstra选择路径
  • 一个点: $O(n^2)$的算法、$O(nE)$的报文
  • 同步更新可能导致震荡 $\to$ 改为异步更新
• DV(距离向量)
  • $d_x = min{c(x,v) + d_v} $
  • 异步、分布式、自收敛、周期更新的
  • 循环路由(无穷计数问题)
    • $A$问$B$: $B\to C$多远, $B$回答: $B\to A\to C$多远、坏消息传的慢
    • 如果$B$到$C$走$B\to A\to C$、$B$回答无穷
    • 三个点以上难解决

层次选路/自治系统

• 网关路由器: 与其他AS运行inter-AS协议的特殊路由器

• 内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocols)

  • 又称: intra-AS routing protocol自治系统内部选路协议
  • OSPF开放最短路优先
    • LS法、洪泛到整个自治系统中
    • 层次化(分为一个主干与多个区域)、主干与各个区域各自运行自己的OSPF、他们同属于一个AS
    • IS-IS路由协议类似
  • RIP
  • IGRP

• inter-AS routing protocol自治系统间选路协议

  • BGP: 边界网关协议

    • DV法
    • AS策略: 决定是否接收通告、是否向外通告(可以选择不通告eBGP，省流量、不会被转发)
    • eBGP:从相邻自治系统(AS)获取子网可达性信息、数据报包含自己以及背后所有AS
    • iBGP:给自治系统(AS)内部的所有路由器传播可达信息
    • eBGP基于TCP, iBGP基于逻辑电路(实际要靠OSPF送达)

  • BGP路由选择

    • 热土豆路由选择: 择域内开销最小的本地网关、不要担心域间开销
    • 最短AS-PATH: 域间开销

其他

• ICMP: 因特网控制报文协议
  • 控制路由器如何响应与报错的协议
  • traceroute: 客户的应用层连续发送n次TTL=i的UDP报文段、超时时回传当前路由器名，报文主机但可达端口不可达、到达目的主机回传特殊报文
• SNMP: 网络管理

链路层

基本概念

• 在相邻节点传递帧
• 特性: 可靠、流量控制、差错检验、差错纠正、访问控制
• 链路层协议在适配器(网卡)上实现

差错检测

• 奇偶校验
  • 偶校验: 在每行前加0/1，使得整行加起来为偶数
  • 一维检测单bit错误、二维纠正单个检测2个
• 检验和: 把报文段的内容相加 ，并按位取反，接收方求和计算是否为全1 (进位不用加回来?)
• 循环冗余检测 (CRC)
  • 用 $D?2^r$ 除以$G$, 余数为 $R$(其中减法用异或替代)
  • 能检测小于r+1比特的错误、无法纠正

多路访问

• 时隙ALOHA:
  • 假设: 每个帧一样长、节点是在时隙开始时同步发送的
  • 算法: 拿到就发、如果碰撞以后每个时隙以概率p
  • 特性: 发碰撞多、需要同步、有闲置
  • 效率(长期、大量节点、每个节点都有许多帧要发送的情况下，成功发送的时隙所占的比例) =1/e=0.37
• 纯ALOHA: 不同步、 效率=1/2e=0.19
• CSMA (载波侦听多路访问)
  • 载波侦听: 发送前先侦听、如空闲则发送、否则等待
• CSMA/CD
  • 碰撞检测: 已经发送且发现别人在发送，提前终止
    • 载波侦听仍有碰撞(因为有传播时延)
    • 无线不好检测碰撞
  • 发生碰撞
    • 阻塞信号: 发生碰撞后发送48bit阻塞信号(确保对方能发现自己)、然后放弃
    • 随机访问: 接着随机等一段时间
    • 指数后退: 第m次碰撞将等待K*512bits，其中K在$1$~$2^m?1$之间随机选取
  • 效率:
    • $\frac{1}{1+5t_{prop}/t_{trans}} $、$t_{prop}$ 传输延迟时间、$t_{trans}$传一帧时间
    • $t_{prop}$趋于零(效率趋于一): 一碰撞就立刻终止
    • $t_{trans}$趋于无穷(效率趋于一): 一个节点传很大的数据
• “taking turns” 协议: 介于信道划分与随机访问之间、轮询令牌等
• CSMA/CA

ARP

• MAC地址
  • 32 位的IP 地址、48位的MAC 地址
  • 网卡有唯一MAC地址、由生产商确定
  • IP由所在子网确定(因移动而改变)、MAC不会变
• ARP 表
  • 功能: IP到MAC映射
  • 每个IP节点有一张ARP表，记录子网内成员信息
  • 过程
    • 同一子网: A通过IP发现B在同一子网、A广播查B、B响应回复MAC地址(无需管理员介入就能完成)
    • 不同子网: A通过IP发现B在不同子网、发送帧MAC=网关,IP=B的、路由器R有两个ARP表、根据IP在出口查表填上MAC=B

以太网

• 内容
  • IEEE 局域网标准 802.3
  • 具有统治地位的局域网技术
  • 不可靠的无连接服务
  • 以太网的MAC协议(CSMA/CD)
  • 许多 不同的以太网标准(不同的物理层媒介)
• 以太网帧
  • 以太网帧: 导言(10101010*7+10101011)、目的MAC地址、源MAC地址、CRC (两个MAC地址)
  • 最小帧长度: 发送最小帧所需的时间 >= 链路的最大往返时延
    • 使得CDMA/CD发挥作用的最短帧长: 两倍传输时间$\times$带宽
    • 最慢需要2$t_{prop}$才能发现碰撞，即你的数据已经到对方那对方才刚发

交换机

• 特性
  • 没有MAC地址(主机意识不到他的存在)
  • 链路层设备
  • 隔离碰撞域、避免广播风暴
  • 使独享访问(CSMA/CD使仿佛独享链路)
• 转发表(交换表)
  • MAC地址到端口
  • 路由表: IP地址到端口、ARP表: MAC到IP
  • 过程
    • 自学习: 收到帧、记录其MAC地址并保存在交换表 (没有主动查询只是被动记录与ARP表不同)
    • 转发: 不在表里(其他端口广播转发)、在表中不同端口(单独发往那个端口)
    • 过滤: 在表中同端口(丢弃) -> 隔离碰撞域
    • A通过IP发到C，需要先用ARP查C的MAC、此时A的MAC会被广播但C不会(回传已经知道路径)

局域网

• 子网=局域网=二层可达(不用经过路由器就能互相访问)、

  网段=碰撞域=一层可达(不用经过交换机就能互相访问)

• VLAN虚拟局域网

  • 使单个物理交换机=多个虚拟交换机
  • 流量隔离、成员动态调整
  • 通过路由实现两台VLAN交互
  • trunk端口: 连接不同物理交换机

其他

• MPLS

  • 根据MAC、IP等确定转发端口
  • SDN(网络层)与MPLS功能相同、但前者较新且纯软件弹性好

• 曼彻斯特编码(物理层): 把连续的1,0改为上升下降沿、时钟频率变两倍

• 数据网络中心

  • 机架上有n台主机，用TOR通信、TOR间用交换机通信

综合(Web请求过程)

• 获取IP
  • 发送DHCP discover报文，封装在UDP报文、封装进IP数据报、封装进以太网帧。广播MAC地址(全一)。在DHCP服务器逐层解封装
  • 广播回传DHCP offer报文，内容包含默认网关、DNS服务器的IP地址、IP地址网络掩码
  • 一共广播四次discover, offer, request, ack
• DNS
  • 知道DNS服务器IP地址，但不知道MAC地址。广播ARP query、收到ARP reply，得到MAC地址存在ARP表中
  • 对DNS服务器发出DNS query，服务器回传域名的IP地址
• HTTP
  • 与服务器建立TCP socket、三次握手TCP SYN segment、TCP SYNACK、ACK
  • HTTP request通过TCP传送，收到HTTP reply(流水线…)

无线网/移动网

概述

• 性能
  • SNR: signal-to-noise ratio信噪比
  • BER: bit-error-rate 误码率
  • 物理层模式 (编码和调制)
• 问题
  • 隐藏终端 A<->B, B<->C,，但AC互不可见，会在B打架
  • 暴露终端 A<->B, B<->C,C<->D，C给D发B给A发两者不打架，但以为打架
• 码分多路访问(CDMA)
  • 每个用户有自己的编码
  • 假设有两个用户: $数据_1\cdot编码_1+数据_2\cdot编码_2=发送数据 $、$接收数据_1=<数据,编码_1>$ (其中<>代表内积)
  • $R=xA+yB+zC$、有$<A,R>=x<A,A>+y<A,B>+z<A,C> $、因此$x = <A,R>/<A,A>$

Wifi

• IEEE 802.11 无线局域网
  • 接入点(AP): 无线主机与基站通信(关联)
  • 基本服务集(BSS)
• 扫描
  • 被动扫描 AP发送信标帧
  • 主动扫描 主机广播探测请求帧
• CSMA/CA
  • 隐藏终端问题、接收到的信号微弱 -> 不用CSMA/CD
  • 步骤
    • 如果侦听到信道空闲了DIFS 时间，则开始发送数据帧
    • 如果侦听到信道忙，则开始一计时器=(CW-1)
    • 计时器
      • 如果信道空闲，则计时器递减，否则冻结
      • 如果未收到ACK则倍增CW
      • 收到ACK, CW=$C{W}_{min}$
    • 接收方在SIFS时间后回传ACK
  • RTS/CTS机制
    • 预约: 避免了长数据帧的碰撞
    • 请求发送(RTS)、允许发送(CTS)
• 802.11 帧格式
  • 四个地址: 接收AP的MAC、发送AP的MAC、AP所连接的路由器接口的MAC、用于ad hoc模式
  • ad hoc 点对点

蜂窝网

• 需要无线因特网接入、但又无法访问WiFi热区时，扩展蜂窝网使支持无线网接入
• 移动交换中心MSC、GSM全球移动通信系统

移动性

• 名词解释
  • 归属网络: 移动节点的永久居所 (<-> 被访网络)
  • 归属代理: 当移动节点处于外部时，代表移动节点行动 (<-> 外部代理)
  • 永久地址 (<-> 转交地址)
• 间接选路
  • 注册: 外部代理知道了移动节点、归属代理知道了外部代理
  • 步骤: 移动节点->归属网络->(截获分组,重新封装转发)->外部代理->移动节点
  • 三角选路: 收发双方在相同外部代理，低效(绕一圈通过归属网络通信)
  • 在网络之间移动IP不变(使外部网络变为透明的)
• 直接选路
  • 通信者询问归属网络以获取外部地址
    • 克服了三角选路问题、移动时IP会改变
  • 锚外部代理: 首次被访网络中的外部代理
    • 数据总是先被路由到锚外部代理
• 移动 IP
  • RFC 3344协议
  • 间接选路: 归属代理会发送包中包 (以改变IP)
  • 代理通告: 代理广播ICMP报文通告它的服务
  • 例子: 外部代理广播、移动节点响应、外部代理注册、归属代理响应、外部节点响应
• 蜂窝网
  • GSM漫游
    • 如: 北京人传讯给天京人
    • 呼叫送到归属网络 -> 归属 MSC咨询HLR得到移动节点被访网络MSC -> 归属MSC建立到被访网络MSC的新呼叫 -> 被访网络MSC -> 基站 -> 移动节点
  • GSM MSC内切换
    • 新基站信号更强、负载均衡 (GSM不在乎原因)
    • 旧基站发起、新基站响应
  • GSM MSC间切换
    • 锚 MSC: 在呼叫中访问的首个MSC
    • 新MSC添加到MSC链的末端