王道考研计算机网络知识点

Posted 2022-11-23 ascto

【王道考研】计算机网络知识点

第一章

计算机网络基本知识

计算机网络的概念：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。

计算机网络的功能：

1. 数据通信（连通性）
2. 资源共享 硬件 软件 数据
3. 分布式处理 多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分 Hadoop平台
4. 提高可靠性
5. 负载均衡

计算机网络的组成部分：硬件、软件、协议

计算机网络的工作方式：边缘部分（用户直接使用:C/S方式、P2P方式）、核心部分：为边缘部分服务

计算机网络的功能组成：通信子网（实现数据通信）、资源子网（实现资源共享/数据处理）

计算机网络的分类：

1.按分布范围：广域网（WAN）（交换技术）、城域网（MAN）、局域网（WAN）（广播技术）、个人区域网（PAN）

2.按使用者：公用网（中国电信等）、专用网（军队网等）

3.按交换技术：电路交换、报文交换、分组交换。

4.按拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型（广域网）

5.按传输技术：广播式网络 共享公共通信信道、点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制

总结

标准化工作及相关组织

标准化对计算机网络至关重要！要实现不同厂商的硬软件之间的相互连通，必须遵从统一的标准。

标准的分类：

法定标准：由权威机构指定的正式的、合法的标准 (OSI)

事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就变成了标准 （TCP/IP）

标准化工作

RFC（Request For Comments）因特网标准的形式

RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段：

1.因特网草案（这个阶段还不是RFC文档）

2.建议标准（从这个阶段开始成为RFC文档）

3.草案标准（IETF 、IAB介入）

4.因特网标准

标准化工作的相关组织

国际标准化组织ISO:OSI参考模型、HDLC协议

国际电信联盟ITU:指定通信规则

国际电气电子工程师协会IEEE 学术机构、IEEE802系列标准、5G

internet工程任务组IETF(负责因特网相关标准的制定、RFC)

总结

速率相关的性能指标

速率：数据率或称数据传输率或比特率。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。单位：b/s kb/s Mb/s…

比特：1/0 位

带宽

“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)。
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率

吞吐量

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。

性能指标之时延、延时带宽积、RTT、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。

时延带宽积

时延带宽积=传播时延*带宽

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。容量

往返时延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。

RTT包括：

往返传播时延=传播时延*2

末端处理时间

利用率

信道利用率（有数据通过时间）/（有+无）数据通过时间 （利用率越大时延越大）

网络利用率：信道利用率加权平均值

分层结构、协议、接口、服务

分层的基本原则

1.各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2.每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3.结构上可分割开。每层都采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。
5.整个分层结构应该能促进标准化工作。

发送文件之前要完成的工作：

1.发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
2.要告诉网络如何识别目的主机。
3.发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
4.发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
5.确保差错和意外可以解决。

概念总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。

计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能

仅仅在相邻层之间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层是完全屏蔽的。

体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

OSI参考模型

七层结构

OSI参考模型解释通信过程

具体

应用层（用户与网络的界面）

所有能和用户交互产生网络流量的程序

典型的应用层服务：

文件传输（FTP）、电子邮箱（SMTP）、万维网（HTTP）

表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

功能：

数据格式变换（翻译官）

数据加密和解密

数据的压缩和恢复

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。这是会话，也叫建立同步（SYN）

功能：

建立、管理、终止会话

使用校验点可使会话在通信失败时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。（适用于传输大文件）

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者用户数据报。

功能

可靠传输（确认机制）、不可靠传输（传了就不管了）

差错控制 校验码等

流量控制 速度控制

复用（多个应用层进程可以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响应的进程）

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。

网络层传输的单位是数据报（数据报是分组的“爸爸”）

功能

路由选择 最佳路径

流量控制 速度控制

差错控制 校验码等

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

成帧（定义帧的开始和结束）

差错控制 帧错和位错

流量控制

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

定义接口特性

定义传输模式 单工 半双工 双工

定义传输速率

比特同步

比特编码

总结

TCP/IP模型&五层参考模型

OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点

1.都分层

2.基于独立的协议栈的概念

3.可以实现异构网络互联

OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点

1.OSI定义三点：服务、协议、接口

2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定的协议

3.TCP/IP设计之处就考虑到异构网络互联问题，将ip作为重要层次。

五层参考模型

第二章

物理层的基本概念

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，而不是具体的传输媒体。

物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性（定义标准）

1.机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚情况和排列情况。

2.电气特性：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.功能特性：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.规程特性：（过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

典型的数据通信模型

数据通信相关术语

三种通信方式

1.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

2.半双工通道：通道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，需要双条信道

3.全双工通道：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要双条信道。

两种数据传输方式

码元

码元是指一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同的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>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，比如，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。

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（也可以称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是波特（Baud）。一波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元也可以是多进制的，也可以是二进制的。但码元速率与进制数无关。

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）

关系：若一个码元携带nbit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率weiM * n bit/s

带宽：表示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，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s

奈氏准则，香农定理

失真

失真的一种现象–码间串扰

奈氏准则：在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud ，W 是信道宽带，单位是Hz。

1.在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能。
2.信道的频带越宽(即能通过的信号高频分量越多)，就可以用更高的速率进行码元的有效传输。
3.奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。
4.由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

香农定理

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声影响相对较小。因此，信噪比就很重要。
信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝(dB) 作为度量单位，即:信噪比(dB) =10log1o(S/N)

香农定理:在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。

1.信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
2.对一定的传输带宽和一-定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定 能找到某种方法来实现无差错的传输。
4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。
5.从香农定理可以看出，若信道带宽W或信噪比S/N没有上限(不可能)，那么信道的极限信息传输速率也就没有上限。

总结

编码&调制

信道上传送的信号

基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输(基带传输)来自信源的信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。

宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输(宽带传输)。把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。

在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式(近距离衰减小，从而信号内容不易发生变化)
在传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输方式(远距离衰减大，即使信号变化大也能最后过滤出来基带信号)

数据变成数字信号就是编码

数字变成模拟信号就是调制

数字数据编码为数字信号

1.非归零编码（高一低零）

编码容易实现，但没有检错功能，且无法判断一一个码元的开始和结束，以至于收发双方难以保持同步。

2.曼彻斯特编码

将一个码元分成两个相等的间隔,前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1;码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。该编码的特点是在每一个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作时钟信号(可用于同步)又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2

3.差分曼彻斯特编码

同1异0
常用于局域网传输，其规则是: 若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码。

4.归零编码

信号电平在一个码元之内都要恢复到零的这种编码成编码方式。

5.反向不归零编码

信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1

6.4B/5B编码

比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此称为4B/5B。编码效
率为80%。

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。

模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列( 即实现音频数字化)。

最典型的例子就是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，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样定理进行采样: f采样频率≥2f信号最高频率（ 不然会失真）

2.量化:把抽样取 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，这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。

3.编码:把量化的结果转换为与之对应的二进制编码。

模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式;模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。

传输介质及分类

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。

传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层， 因此有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

传输介质

导向性传输介质:电磁波被导向沿着固体媒介（铜线/光纤）传播等

1.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。

绞合可以减少相邻导线的电磁干绕。

为了进一步提高抗电磁干扰能力，可在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线(STP)，无屏蔽层的双绞线就称为非屏蔽双绞线(UTP) 。

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**。

2.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: 50Ω同轴电缆和75Ω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。

同轴电缆vs双绞线

由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

3.光纤

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108MHz，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。

光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲;在接收端用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。

光纤主要由纤芯(实心的! )和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。

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。

非导向性传输介质：自由空间：空气，海水等

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。（再生数据信号）

中继器的两端:两端的网络部分是网段，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。

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。
两端可连相同媒体，也可连不同媒体。

中继器两端的网段一定要是同一个协议。( 中继器不会存储转发)

5-4-3规则:网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障。

集线器（多口中继器）

**集线器的功能:**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。

第三章

数据链路层

数据链路层的功能

数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

功能一：为网络层提供服务。无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认有连接服务。（有连接一定有确定）

功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放（用于面向连接的服务）。

功能三：组帧

功能四：流量控制

功能五：差错控制（帧错/位错）

封装成帧/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。

组帧的四种方法：1.字符统计法2.字符（节）填充法3.零比特填充法4.违规编码法

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。
当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时， 就必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

1.字符统计法

2.字符填充法

3.零比特填充法

违规编码法

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法和违规编码法。

差错控制（检错编码）

差错从何而来？

概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。
全局性 由于线路本身电气特性所产生的随机噪声(热噪声)，是信道固有的，随机存在的。
解决办法:提高信噪比来减少或避免干扰。(对传感器下手)
局部性 外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。
解决办法:通常利用编码技术来解决。

数据链路层编码和物理层的数据编码与调制不同。物理层编码针对的是单个比特，解决传输过程中比特的同步等问题，如曼彻斯特编码。而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程是否出现了差错。

冗余码：

在数据发送之前，先按某种关系附加上一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送。当要发送的有效数据变化时，相应的冗余位也随之变化，使码字遵从不变的规则。接收端根据收到码字是否仍符合原规则，从而判断是否出错。

奇偶校验码

CRC循环冗余码

接收端检错过程
把收到的每一个帧都除以同样的除数，然后检查得到的余数R。
1.余数为0，判定这个帧没有差错，接受。
2.余数为不为0，判定这个帧有差错(无法确定到位)，丢弃。
FCS的生成以及接收端CRC检验都是由硬件实现，处理很迅速，因此不会延误数据的传输。

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”。

“可靠传输”:数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。
链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

海明码

海明码：发现双比特错，纠正单比特错。

工作原理：动一发而牵全身

工作流程：确定校验码位数r，确定校验码和数据的位置，求出校验码的值，检错并纠错。

流量控制和可靠传输机制

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是点对点的，而传输层的流量控制是端到端的。

数据链路层流量控制手段:接收方收不下就不回复确认。
传输层流量控制手段:接收端给发送端一个窗口公告。

流量控制的方法

停止等待协议 发送窗口大小=1，接收窗口大小=1

后退N帧协议（GBN）发送窗口大小>1 接收窗口大小=1

选择重传协议（SR）发送窗口大小> 接收窗口大小>1

可靠传输、滑动窗口、流量控制

可靠传输:发送端发啥，接收端收啥。
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。

滑动窗口解决｛流量控制（收不下就不给确认，想发也发不了）可靠传输（发送方自动重传）｝

停止等待协议

为啥要有停止等待协议？

除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题。为了实现流量控制。

丢包：物理线路故障、设备故障、病毒攻击、路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失。

研究停等协议的前提

虽然现在常用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据(发送方)，一方接收数据(接收方)。
因为是在讨论可靠传输的原理，所以并不考虑数据是在哪一个 层次上传送的。
“停止-等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。

停等协议应用情况：无差错情况和有差错情况

停等协议无差错

每发送1个数据帧就停止并等待，因此用1bit来编号就够。

停等协议有差错

数据帧丢失或检测到帧出错

ACK丢失

ACK迟到

停等协议性能分析

简单但是信道利用率太低

信道利用率

发送方在一个发送周期内，有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率。

选择重传协议

可不可以只重传出错的帧？

解决方法：设置单个确认，同时加大接受窗口，设置接收缓存，缓存乱序到达的帧。

选择重传协议中的滑动窗口

SR发送方必须响应的三件事

1.上层的调用

从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧;否则就像GBN一样，要么将数据缓存，要么返回给上层之后再传输。

2.收到了一个ACK

如果收到ACK，加入该帧序号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收。如果该帧序号是窗口的下界(最左边第一个窗口对应的序号)，则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处。如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧。

3.超时事件

每个帧都有自己的定时器。一个超时事件发生后只重传一个帧。

SR接收方要做的事情

SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧[收谁确认谁]，直到所有帧(即序号更小的帧)皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给.上层，然后向前移动滑动窗口。

滑动窗口的长度

2的n-1次方

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。想发就发。

时隙ALOHA协议

时隙ALOHA协议的思想:把时间分成若干个相同的时间片，所有用户在时间片开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突，则必须等到下一个时间片开始时刻再发送。控制想发就发的随意性

CSMA协议

介质访问控制

信道划分介质访问控制协议：

基于多路复用技术划分资源。

网络负载重：共享信道效率低，且公平。

网络负载轻：共享信道效率低。

随机访问MAC协议：冲突

用户根据意愿随机发送信息，发送信息时可独占信道带宽。
网络负载重:产生冲突开销
网络负载轻:共享信道效率高，单个结点可利用信道全部带宽

轮询访问MAC协议/轮流协议/轮转访问MAC协议：

既要不产生冲突，又要发送时占全部带宽。

轮询协议

主结点轮流邀请从属结点发送数据。

问题：1.轮训开销2.等待延迟3.单点故障

令牌传递协议

令牌：一个特殊格式的MAC控制帧，不含任何信息。控制信道的使用，确保同一时刻只有一个结点独占信。令牌环网无碰撞

每个结点都可以在一定的时间内（令牌持有时间）获得发送数据的权利，并不是无限制地持有令牌。

问题：

1.令牌开销。

2.等待延迟

3.单点故障

采用令牌传送方式的网络常用于负载较重，通信量较大的网络中。

CSMA-CA协议

载波监听多点接入\\碰撞避免

发送数据前，先检测信道是否是空闲的。

空闲则发出RTS (request to send)，RTS包括发射端的地址、接收端的地址、下一份数据将持续发送的时间等信息;信道忙则等待。

接收端收到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)。

1.预约信道

2.ACK帧

3.RTS/CTS帧（可选）

局域网基本概念和体系结构

局域网

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：覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内联，如一座或集中的建筑群内，

特点2：使用专门铺设的传输介质（双绞线，同轴电缆）进行联网，数据传输速率高（10MB/s-10Gb/s）

特点3：通信延迟时间短，误码率低，可靠性较高。

特点4：各站为平等关系，共享传输信道。

特点5:多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播。

决定局域网的主要要素为：网络拓扑， 传输介质与介质访问控制方法。

局域网拓扑结构

局域网传输介质

局域网：有线局域网 常用介质：双绞线，同轴电缆，光纤

无线局域网：电磁波

局域网的分类：以太网。令牌环网，FDDI网，ATM网，无线局域网。

MAC子层和LLC子层

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层和物理层，他将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层。

以太网

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。

以太网在局域网各种技术中占统治性地位:
1.造价低廉(以太网网卡不到100块) ;
2.是应用最广泛的局域网技术;
3.比令牌环网、ATM网便宜，简单;
4.满足网络速率要求: 10Mb/s~10Gb/s.

以太网提供无连接、不可靠的服务

无连接:发送方和接收方之间无“握手过程”。
不可靠:不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责。
以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输。

10BASE-T以太网

适配器和MAC地址

计算机与外界有局域网的连通是通过通信适配器的。

网络接口板

网络接口卡NIC

now，不再使用单独网卡，适配器上装有处理器和存储器（RAM，ROM）

ROM上有计算机硬件地址MAC地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或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位二进制地址，前24位代表厂家（由IEEE规定），后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示，如02-60-6e-5d-b1-c2

高速以太网

CSMA-CD协议

CS:载波侦听/监听，每一-个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。总线型网络
CD:碰撞检测(冲突检测)，“ 边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。半双工网络

广域网

广域网(WAN, Wide Area Network)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网( Internet)是世界范围内最大的广域网。

PPP协议

点对点协议PPP ( Pointto-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。

PPP协议应满足的要求

简单、封装成帧、透明传输、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商

PPP协议的三个组成部分

1.一个将IP数据报封装到串行链路( 同步串行/异步串行)的方法。
2.链路控制协议LCP:建立并维护数据链路连接。身 份验证
3.网络控制协议NCP: PPP可 支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

链路层扩展以太网

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（过滤）。

网桥优点：

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.可互连不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网。

-CD协议

CS:载波侦听/监听，每一-个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。
MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。总线型网络
CD:碰撞检测(冲突检测)，“ 边发送边监听”，适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。半双工网络

广域网

广域网(WAN, Wide Area Network)，通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如因特网( Internet)是世界范围内最大的广域网。

PPP协议

点对点协议PPP ( Pointto-Point Protocol)是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都使用PPP协议。

PPP协议应满足的要求

简单、封装成帧、透明传输、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商

PPP协议的三个组成部分

1.一个将IP数据报封装到串行链路( 同步串行/异步串行)的方法。
2.链路控制协议LCP:建立并维护数据链路连接。身 份验证
3.网络控制协议NCP: PPP可 支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接。

链路层扩展以太网

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（过滤）。

网桥优点：

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.可互连不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网。

未完待续…