《计算机网络》速成

Posted 2022-04-04 神迹小卒

课时1 计算机网络体系结构

考点	重要程度	占分	题型
计算机网络的组成和功能	★		选择题
计算机网络的分类	★		选择题
性能指标	★★★★		选择题、计算题
体系结构与参考模型	★		选择题

1.1计算机网络概述

计算机网络的组成

从组成部分看：

一个完整的计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成，缺一不可。

硬件主要指：主机、通信链路、交换设备和通信设备等；

软件主要指：用户使用的各种软件；

协议指：网络传输数据时需遵循的规范。

从工作方式看：

可分为边缘部分和核心部分。

边缘部分由所有连接到因特网上供用户使用的主机；

核心部分由大量的网络和连接网络的路由器组成。

从功能组成看：

计算机网络由通信子网和资源子网组成。

通信子网由各种传输介质、通信设备和响应的网络协议组成；

资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供服务。

计算机网络的功能

数据通信：网络最基本和最重要的功能，用来实现信息的传输

资源共享：使计算机网络分工协作，互通有无

分布式处理：将某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统

提高可靠性：计算机网络中各台计算机可以通过网络互为替代机

负载均衡：将工作均衡地分配给计算机网络中的各台计算机

计算机网络的分类

按分布范围分类：

• 广域网，范围通常几十千米-几千千米
• 城域网，几个街区或整个城市
• 局域网，几十米到几千米
• 个人区域网，直径约10m

按传输技术分类：

• 广播式网络，所有计算机共享一个公共通信信道
• 点对点网络，每条物理线路连接一对计算机

按拓扑结构分类：    

• 总线形网络
• 星形网络
• 环形网络
• 网状形网络

按交换技术分类：

• 电路交换网络，在发送、接收双方建立一条专用的通路用于数据传输
• 报文交换网络，将数据加上地址等信息，进行转发，每个报文自行选择路线
• 分组交换网络，将数据分成较小的数据块，类似报文交换，只是将报文分成更小的多个分组

按传输介质分类：

• 分为有线网络和无线网络 

 计算机网络的性能指标

时延：

• 发送时延：从发送分组的第一个比特算起，到该分组最后一个比特发送完毕所需的时间  
• 传播时延：一个比特从链路一端到另一端所需的时间
• 处理时延：分析地址部分、进行差错检验等花费的时间
• 排队时延：在进入路由器后等待处理的时间
• 往返时延： 从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接受端的确认，总共经历的时间

吞吐量：

单位时间通过某个网络（或接口）的数据量

速率：

连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率。通常，把最高数据率称为带宽

时延带宽积：

指发送端第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特。时延带宽积=传播时延*信道带宽

1.2分层结构

基本原则：

每层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度各层之间界面自然清晰，易于理解，

相互交流尽可能少各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，

可以采用最合适的技术来实现保持下层对上层的独立性，

上层单向使用下层提供的服务整个分层结构应能促进标准化工作

两个主机通信时，同一层在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方

协议、接口与服务

协议：

协议即规则的集合，由语法、语义和同步三部分组成。

语法规定了传输数据的格式；

语义规定了所要完成的功能；

同步规定了执行各种操作的时序关系等。

接口：

接口是相邻两层交换信息的连接点

服务：

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用

注意：协议和服务在概念上是不一样的，只有本层协议的实现才能保证向上层提供服务

计算机网络的服务可分为三种：

1、面向连接服务与无连接服务：

面向连接服务中，通信前双方必须先建立连接，分配资源，再进行数据传送，传输结束释放连接

无连接服务中，通信双方不需要先建立连接，需要发送数据时可直接发送，通常被称为“尽最大努力交付”

2、可靠服务与不可靠服务：

可靠服务是指网络具有纠错、检错机制，保证数据正确可靠

不可靠服务是指网络的正确性、可靠性由应用或用户来保障

3、有应答服务和无应答服务：

有应答服务即接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答

无应答服务即接收方在收到数据后不自动给出相应的应答

ISO/OSI模型

物理层：物理层的传输单位是比特，任务是透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流

数据链路层：数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的 IP 数据报组装成帧。数据链路层的功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等

网络层： 网络层的传输单位是数据报，主要任务是把网络层的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

传输层： 输层也称运输层，传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP），传输层负责主机中两个进程之间的通信

会话层： 会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务，为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称建立同步

表示层： 表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，数据压缩、加密和解密也是表示层可提供的数据表示变换功能。

应用层： 是用户与网络的界面

TCP/IP模型

二者的不同：

OSI模型定义了三个主要概念：服务、协议和接口

TCP/IP在这个三个概念上没有明确区分

OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信

TCP/IP在网际层仅有一种无连接的通信模式，但在传输层支持无连接和面向连接两种模式

课时2 物理层

考点	重要程度	占分	题型
通信基础	★		选择题
奈奎斯特定理和香农定理	★★★★		选择题、计算题
编码与调制	★		选择题
电路交换、报文与分组交换	★★★		选择题、问答题
数据报与虚电路	★★★★		选择题、问答题
传输介质、物理层设备	★		选择题
接口特性	★		选择题a

2.1 基础

通信基础

数据： 传送信息的实体

信号： 数据的电气或电磁表现

码元： 指用一个固定时长的信号波形表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形

信源： 产生和发送数据的源头

信道： 信号传输媒介

信宿： 接收数据的终点

单工通道： 只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。例如，无线电广播、电视广播就属于这种类型

半双工通道： 通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收信息，此时需要两条信道。

全双工通道： 通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率

奈奎斯特定理

规定∶ 在理想低通（没有噪声、带宽有限）的信道中，

为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W波特，

其中W是理想低通信道的带宽，V表示每个码元离散电平的数目

公式：理想低通信道下的极限数据传输速率=(单位为b/s)

可以得出以下结论：

在任何信道中，码元传输速率是有上限的。

若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使得接收端不可能完全正确识别码元。

道的频带越宽（即通过的信号高频分量越多），就可用更高的速率进行码元的有效传输

奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并未对信息传输速率给出限制，

即未对一个码元可以对应多少个二进制位给出限制

香农定理

香农（Shannon）定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率，

当用此速率进行传输时，可以做到不产生误差

公式：信道的极限数据传输速率=(单位为b/s)

可以得出 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高

以下结论：对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限是确定的

只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差错的传输

香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少

编码与调制

编码：数据变换为数字信号的过程

常见的几种编码：

调制：数据变换为模拟信号的过程

几种常见的调制：

幅移键控（ASK）

通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0

频移键控（FSK）

通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和 0

相移键控（PSK）

通过改变载波信号的相位来表示数字信号1和0

模拟数据编码为数字信号： 主要包括 三个步骤，即采样、量化和编码

采样定理

将模拟信号转换成数字信号时，假设原始信号中的最大频率为f，那么采样频率f采样必须大于等于最大频率f的两倍，才能保证采样后的数字信号完整保留原始模拟信号的信息（只需记住结论）

量化

是把采样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值并取整数，这样就把连续的电平幅值转换为了离散的数字量

编码

是把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

交换

电路交换：

两个结点之间必须先建立一条专用的物理通信路径，直到通信结束后才被释放

分为三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。

优点： 通信时延小，由于通信线路为通信双方用户专用，因此传输数据的时延非常小，当传输的数据量较大时，这一优点非常明显

有序传输，双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题

优点：没有冲突，不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题

适用范围广，电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号

实时性强，通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可以随时通信

控制简单，电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单

缺点：建立连接时间长；线路独占，使用效率低；

灵活性差；难以规格化

报文交换：

数据交换的单位是报文，报文携带有目标地址、源地址等信息。报文交换在交换结点采用的 是存储转发的传输方式

优点：无须建立连接，报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在建立连接时延，用户可以随时发送报文

动态分配线路，当发送方把报文交给交换设备时，交换设备先存储整个报文，然后选择条合适的空闲线路，将报文发送出去

 

优点： 提高线路可靠性，如果某条传输路径发生故障，那么可重新选择另一条路径传输数据，因此提高了传输的可靠性。

提高线路利用率，通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通道，因而大大提高了通信线路的利用率

缺点： 数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，因此会引起转发时延；

报文交换对报文的大小没有限制，这就要求网络结点需要有较大的缓存空间

分组交换

同报文交换一样，分组交换也采用存储转发方式，

但限制了每次传送的数据块大小的上限，把大的数据块划分为合理的小数据块

优点： 简化了存储管理（相对于报文交换）

减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错概率必然减小，即使出错重发的数据量也大大减少，

缺点： 需要传输额外的信息量，每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息，从而构成分组，一定程度上降低了通信效率

当分组交换采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作

分组交换

分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式

数据报

在网络层加上地址等控制信息后形成的数据报分组，在中间结点存储分组很短一段时间，找到最佳的路由后，尽快转发每个分组。

不同的分组可以走不同的路径，也可以按不同的顺序到达目的结点

• 不需要建立连接
• 不保证可靠性
• 需要排队等候处理
• 对故障的适应能力强
• 不独占某条链路

虚电路

虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来，充分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果

在分组发送之前，要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路，

并且连接一旦建立，就固定了虚电路所对应的物理路径。

与电路交换类似，整个通信过程分为三个阶段∶ 虚电路建立、数据传输与虚电路释放

• 建立和拆除需要时间开销
• 提供了可靠的通信功能
• 虚电路易遭到破坏
• 分组首部只包含虚电路标识符

2.2传输介质

双绞线

• 屏蔽双绞线
• 无屏蔽双绞线

同轴电缆

• 基带同轴电缆
• 宽带同轴电缆

光纤

• 单模光纤
• 多模光纤

无线传输介质

• 无线电波
• 微波、红外线和激光

接口特性

机械特性。指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等

电气特性。指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围

功能特性。指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义

过程特性。或称规程特性。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

物理层设备

中继器

将信号整形并放大再转发出去，以消除信号经过一长段电缆后而产生的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求，进而扩大网络传输的距离

其原理是信号再生（而非简单地将衰减的信号放大）

集线器

集线器（Hub）实质上是一个多端口的中继器；如果同时有两个或多个端口输入，那么输出时会发生冲突，致使这些数据都无效

2.3练习题

【题1】对于某带宽为4000Hz的低通信道，采用16种不同的物理状态来表示数据。按照奈奎斯特定理，信道的最大传输速率是（ ）

A. 4kb/s

B. 8kb/s

C.16kb/s

D.32kb/s

根据奈奎斯特定理，本题中W=4000Hz，最大码元传输速率 =2W=8000Baud，

16种不同的物理状态可表示 log16=4 比特数据，所以信道的最大传输速率 =8000×4=32kb/s

课时3 数据链路层

考点	重要程度	占分	题型
功能	★		选择题
组帧	★		选择题
差错控制	★		选择题
流量控制与可靠传输机制	★★★★		选择题、问答题
介质访问控制	★★★★		选择题、问答题
局域网、广域网	★★★		选择题
设备	★		选择题

3.1 功能

数据链路层的功能：为网络层提供服务

无确认的无连接服务

源机器发送数据帧时不需先建立链路连接，目的机器收到数据帧时不需发回确认。

对丢失的帧，数据链路层不负责重发，而交给上层处理

有确认的无连接服务

源机器发送数据帧时不需先建立链路连接，但目的机器收到数据帧时必须发回确认。

源机器在所规定的时间内未收到确定信号时，就重传丢失的帧，以提高传输的可靠性

有确认的面向连接服务

帧传输过程分为三个阶段∶ 建立数据链路、传输帧、释放数据链路。

目的机器对收到的每一帧都要给出确认，源机器收到确认后才能发送下一帧，

因而该服务的可靠性最高

连接就一定要有确认，即不存在无确认的面向连接的服务

帧定界、帧同步与透明传输

流量控制

差错控制

3.2 组帧

字符计数法

字符计数法是指在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数，

目的结点的数据链路层收到字节计数值时，就知道后面跟随的字节数，从而可以确定帧结束的位置

字符填充的首尾定界符法

符填充法使用特定字符来定界一帧的开始与结束，在特殊字符前面填充一个转义字符（ESC）来加以区分

零比特填充的首尾标志法

即使用01111110来标志一帧的开始和结束。

发送方的数据链路层在信息位中遇到5个连续的"1"时，将自动在其后插入一个"0";

而接收方做该过程的逆操作，即每收到 5 个连续的"1"时，自动删除后面紧跟的"0"
 

违规编码法

如，曼彻斯特编码方法将数据比特"1"编码成"高-低"电平对，将数据比特"0"编码成"低-高"电平对，而"高-高"电平对和"低低"电平对在数据比特中是违规的

3.3 差错控制

检错编码

奇偶校验码

如果是奇校验码，那么在附加一个校验元后，码长为n的码字中"1"的个数为奇数

如果是偶校验码，那么在附加一个校验元以后，码长为n的码字中"1"的个数为偶数

循环冗余码

任何一个由二进制数位串组成的代码都可以与一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应关系

例如，1110011有7位，表示成多项式是X^6+X^5+X^4+X^1+1,而多项式X^5+X^4+X^2+X^1对应的位串是110110，其运算过程如图

设G（x）=1101，待传送数据M=101001（即m=6），经模2除法运算后的结果是:

商Q=110101（这个商没什么用），余数R=001，所以发送出去的数据为101001001

纠错编码（海明码）

设n为有效信息的位数，k为校验位的位数，则信息位n和校验位k应满足n+k≤2^k-1

规定校验位P，在海明位号为2^?的位置上，其余各位为信息位

设信息位为D4D3D2D1（1010），共4位，校验位为 P3P2P1共3位，对应的海明码为H7H6H5H4H3H2H1

校验原理

1010对应的海明码为1010010 

 S3S2S1

流量控制与可靠传输机制

滑动窗口机制

停止-等待流量控制基本原理

发送方每发送一帧，都要等待接收方的应答信号，之后才能发送下一帧；

接收方每接收一帧，都要反馈一个应答信号，表示可接收下一帧，如果接收方不反馈应答信号，那么发送方必须一直等待

多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）

当接收方检测出失序的信息帧后，要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后的所有未被确认的帧

 多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）

接收窗口WR+发送窗口WT≤2^n 

3.4 介质访问控制

信道划分介质访问控制

频分多路复用（FDM）

将多路基带信号调制到不同频率载波上，再叠加形成一个复合信号的多路复用技术

时分多路复用（TDM）

时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用。每个时间片由复用的一个信号占用，而不像 FDM那样，同一时间同时发送多路信号

波分多路复用（WDM）

分多路复用即光的频分多路复用，它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，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

码分多路复用（CDM）

码分多路复用是采用不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式

如站点A的码片序列被指派为 00011011，则A站发送00011011 就表示发送比特1，发送11100100就表示发送比特0。为了方便，按惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1，因此A站的码片序列是向量S=(-1-1-1+1+1-1+1+1)

T表示B站的码片向量，令向量 T=(-1 -1+1 -1+1+1+1-1)，其中T与S正交

S=(-1-1-1+1+1-1+1+1)

T=(-1-1+1-1+1+1+1-1)

当A站向C站发送数据1时，就发送了向量（-1-1-1+1+1-1+1+1）

当B站向C 站发送数据0时，就发送了向量（+1+1-1+1-1-1-1+1）

两个向量到了公共信道上就进行叠加，实际上就是线性相加

S-T=(0 0 -2 2 0 -2 0 2)

A站发送的信号：S*(S-T)=1，所以A发送的是1

B站发送的信号：T*(S-T)=-1，所以B发送的是0

S-T=(0 0 -2 2 0 -2 0 2)

S=(-1-1-1+1+1-1+1+1)

S-T=(0 0 -2 2 0 -2 0 2)

T=(-1-1+1-1+1+1+1-1)

随机访问介质访问控制

ALOHA 协议

1.纯ALOHA 协议：网络中的任何一个站点需要发送数据时，可以不进行任何检测就发送数据，

在一段时间内未确认，那么该站点就认为传输过程中发生了冲突。发送站点需要等待一段时间后再发送数据，直至发送成功

2.时隙ALOHA 协议：规定只能在每个时隙开始时才能发送一个帧。从而避免了用户发送数据的随意性，减少了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率

CSMA 协议

一个结点要发送数据时，首先帧听信道

信道状态	1-坚持	非坚持	p-坚持
空闲	立即发送数据	立即发送数据	以概率p发送数据，以概率 1-p推迟到下一个时隙
忙	继续坚持侦听	放弃侦听，等待一个随 机的时间后再侦听	持续侦听，直至信道空闲

CSMA/CD协议

载波侦听多路访问/碰撞检测

“先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发”

1.配器从网络层获得一个分组，封装成以太网帧，放入适配器的缓存，准备发送

2.如果适配器侦听到信道空闲，那么它开始发送该帧。如果适配器侦听到信道忙，那么它持续侦听直至信道上没有信号能量，然后开始发送该帧

3.在发送过程中，适配器持续检测信道。若一直未检测到碰撞，则顺利地把这个帧发送完毕。若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送一个拥塞信号，以让所有用户都知

4.在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待一段随机时间后返回到步骤2.

站A在发送帧后至多经过时间 2τ（端到端传播时延的2倍）就能知道所发送的帧有没有发生碰撞（当δ→0时）。

因此把以太网端到端往返时间2τ称为争用期（又称冲突窗口或碰撞窗口）

为了确保发送站在发送数据的同时能检测到可能存在的碰撞，

需要在发送完帧之前就能收到自己发送出去的数据，

即帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延，

所以 CSMA/CD 总线网中的所有数据帧都必须要大于一个最小帧长

最小帧长 = 总线传播时延×数据传输速率×2

以太网规定取 51.2μs为争用期的长度

 一旦发生了冲突，参与冲突的两个站点紧接着再次发送是没有意义的，

如果它们这样做，那么将会导致无休止的冲突。

CSMA/CD采用二进制指数退避算法来解决碰撞问题

1.确定基本退避时间，一般取两倍的总线端到端传播时延 2τ（即争用期）

2.定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=min[重传次数 ,10]。

当重传次数不 超过10时，k等于重传次数；

当重传次数大于10时，k就不再增大而一直等于10

3.从离散的整数集合[0，1，...    ，2k-1]中随机取出一个数r，重传所需要退避的时间就是r倍的基本退避时间，即2rτ。

4.当重传达16次仍不能成功时，说明网络太拥挤，认为此帧永远无法正确发出，抛弃此帧并向高层报告出错

CSMA/CD 协议已成功应用于使用有线连接的局域网，但在无线局域网环境下，却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议，特别是碰撞检测部分。主要有两个原因：

1、接收信号的强度往往会远小于发送信号的强度，且在无线介质上信号强度的动态变化范围很大，因此若要实现碰撞检测，则硬件上的花费就会过大（不好检测）

2、在无线通信中，并非所有的站点都能够听见对方，即存在“隐蔽站”问题（检测不到）

算法归纳如下

1、若站点最初有数据要发送（而不是发送不成功再进行重传），且检测到信道空闲，在等待一小段时间后，就发送整个数据帧

2、否则，站点执行 CSMA/CA 退避算法，选取一个随机回退值。一旦检测到信道忙，退避计时器就保持不变。只要信道空闲，退避计时器就进行倒计时

3、当退避计时器减到0时（这时信道只可能是空闲的），站点就发送整个帧并等待确认

4、发送站若收到确认，就知道已发送的帧被目的站正确接收。这时如果要发送第二帧，就要从步骤 2、开始

若发送站在规定时间内没有收到确认帧ACK（由重传计时器控制），就必须重传该帧，再次使用 CSMA/CA 协议争用该信道，直到收到确认，或经过若干次重传失败后放弃发送

轮询访问介质访问控制：令牌传递协议

在轮询访问中，用户不能随机地发送信息，而要通过一个集中控制的监控站，以循环方式轮询每个结点，再决定信道的分配。当某结点使用信道时，其他结点都不能使用信道。典型的轮询访问介质访问控制协议是令牌传递协议，它主要用在令牌环局域网中在令牌传递协议中，一个令牌在各结点间以某个固定次序交换令牌是由一组特殊的比特组合而成的帧

计算机都不需要发送数据时，令牌就在环形网上游荡，而需要发送数据的计算机只有在拿到该令牌后才能发送数据帧，因此不会发送冲突

轮询介质访问控制非常适合负载很高的广播信道

3.5 局域网

局域网的基本概念和体系结构

常见的局域网拓扑结构主要有以下4大类∶

①星形结构；②环形结构；③总线形结构；

④星形和总线形结合的复合型结构

局域网可以使用双绞线、铜缆和光纤等多种传输介质，其中双绞线为主流传输介质

局域网的介质访问控制方法主要有 CSMA/CD、令牌总线和令牌环，

其中前两种方法主要用于总线形局域网，令牌环主要用于环形局域网

以太网与IEEE 802.3

以太网逻辑上采用总线形拓扑结构，以太网中的所有计算机共享同一条总线，

信息以广播方式发送。为了保证数据通信的方便性和可靠性，

以太网简化了通信流程并使用了CSMA/CD方式对总线进行访问控制

严格来说，以太网应当是指符合DIXEthermetV2标准的局域网，

但DIXEthermetV2标准与IEE 802.3 标准只有很小的差别，

因此通常将802.3 局域网简称为以太网

以太网采用两项措施以简化通信：

① 采用无连接的工作方式，不对发送的数据帧编号，也不要求接收方发送确认，

即以太网尽最大努力交付数据，提供的是不可靠服务，对于差错的纠正则由高层完成

② 发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号，每个码元的中间出现一次电压转换，

接收端利用这种电压转换方便地把位同步信号提取出来

以太网的传输介质与网卡

参数	10BASE5	10BASE2	10BASE-T	10BASE-FL
传输媒体	基带同轴电缆 （粗缆）	基带同轴电缆 （细缆）	非屏蔽双绞线	光纤对（850nm
编码	曼彻斯特编码	曼彻斯特编码	曼彻斯特编码	曼彻斯特编码
拓扑结构	总线形	总线形	星形	点对点
最大段长	500m	185mm	100mm	2000m
最多结点数目	100	30	2	2

计算机与外界局域网的连接是通过主机箱内插入的一块网络接口板

【又称网络适配器(Adapter)或网络接口卡(Network Interface Card，NIC)】实现的

世界的每块网卡在出厂时都有一个唯一的代码，

称为介质访问控制（MAC）地址，这个地址用于控制主机在网络上的数据通信

以太网的 MAC 帧

地址∶ 通常使用 6 字节（48bit）地址（MAC地址）

数据∶ 46～1500字节，包含高层的协议消息。

由于CSMA/CD算法的限制，以太网帧必须满足最小长度要求 64 字节，

数据较少时必须加以填充（0～46 字节）

高速以太网

1、100BASE-T 以太网

支持全双工方式，又支持半双工方式，可在全双工方式下工作而 无冲突发生。

因此，在全双工方式下不使用 CSMA/CD 协议。

2、吉比特以太网

在半双工方式下使用CSMA/CD协议（全双工方式不需要使用CSMA/CD协议）

3、10吉比特以太网

只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用CSMA/CD 协议

3.6 广域网

广域网的基本概念

广域网通常是指覆盖范围很广（远超一个城市的范围）的长距离网络，

局域网可以通过广域网与另一个相隔很远的局域网通信

广域网由一些结点交换机及连接这些交换机的链路组成

局域网使用的协议主要在数据链路层（还有少量在物理层），而广域网使用的协议主要在网络层

广域网和局域网的区别与联系

	广域网	局域网
覆盖范围	很广，通常跨区域	较小，通常在一个区域内
连接方式	结点之间都是点到点连接，但为了 提高网络的可靠性，一个结点交换 机往往与多个结点交换机相连	普遍采用多点接入技术
OSI参考模型 层次	三层：物理层，数据链路层，网络 层	两层：物理层，数据链路层
联系与相似点	1、广域网和局域网都是互联网的重要组成构建，从互联网的角 度上看，二者平等（不是包含关系） 2、连接到一个广域网或一个局域网上的主机在该网内进行通信 时，只需要使用其网络的物理地址
着重点	强调资源共享	强调数据传输

广域网中的一个重要问题是路由选择和分组转发。

PPP 协议和HDLC 协议是目前最常用的两种广域网数据链路层控制协议

PPP 协议

组成部分：

1、链路控制协议（LCP）。一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路

2、网络控制协议（NCP）。PPP协议允许同时采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的 NCP 来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接

3、一个将IP数据报封装到串行链路的方法。IP数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元（MTU）的限制。

PPP是面向字节的，当信息字段出现和标志字段一致的比特组合时，采用字节填充法

状态：

当线路处于静止状态时，不存在物理层连接

当线路检测到载波信号时，建立物理连接，线路变为建立状态

LCP开始选项商定，商定成功后