相關(guān)概念

• 節(jié)點(diǎn)：主機(jī)埂奈，路由器
• 鏈路：節(jié)點(diǎn)之間的物理通道，雙絞線定躏，光纖账磺，微波；
• 數(shù)據(jù)鏈路：節(jié)點(diǎn)之間的邏輯通道痊远，數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布?軟件
• 幀：鏈路層的數(shù)據(jù)單元绑谣，封裝網(wǎng)絡(luò)層的ip數(shù)據(jù)報(bào)；
• 網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡）：網(wǎng)卡擁有自己的處理器和內(nèi)存拗引，是一個(gè)半自治設(shè)備借宵，介于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)線之間，通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)和計(jì)算機(jī)交互矾削，并且使用自己的處理器和內(nèi)存接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀壤玫，不會(huì)占用計(jì)算機(jī)資源，收到數(shù)據(jù)會(huì)觸發(fā)中斷讓CPU去執(zhí)行網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng);
• mac地址：用于介質(zhì)訪問(wèn)控制哼凯，在網(wǎng)絡(luò)適配器中固化的地址欲间，ip地址是在計(jì)算機(jī)中，而mac地址是在網(wǎng)絡(luò)適配器中

數(shù)據(jù)鏈路層功能：

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)通過(guò)一條鏈路將數(shù)據(jù)報(bào)幀從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳給與其物理相連的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)断部，其最基本的服務(wù)是將源自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)可靠的傳遞給相連鏈路節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層猎贴，加強(qiáng)物理層的傳輸功能，改進(jìn)物理層的可能出錯(cuò)的物理連接，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)層表現(xiàn)為一條無(wú)差錯(cuò)的鏈路

分裝成幀：

數(shù)據(jù)鏈路層以幀為單位傳輸和處理數(shù)據(jù)她渴，所以數(shù)據(jù)鏈路層必須將網(wǎng)絡(luò)層傳給它的ip數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀,封裝成幀就是在數(shù)據(jù)報(bào)的頭和尾添加幀首部和幀尾部达址，幀首部和幀尾部的作用是進(jìn)行幀定界

為了提高傳輸?shù)男剩瑤瑪?shù)據(jù)部分的大小應(yīng)該盡可能大于幀首和幀尾的大小趁耗，但是數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)幀數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行了限制沉唠，即：最大傳送單元MTU

組幀的方式：

1. 字符計(jì)數(shù)法：

在幀首部設(shè)置一個(gè)幀長(zhǎng)度字符

2. 字符填充法：

為幀設(shè)置一個(gè)幀首和幀尾字符苛败，在幀的數(shù)據(jù)部分如果出現(xiàn)幀首和幀尾字符相同的數(shù)據(jù)满葛，會(huì)影響幀定界的判定,就為它添加一個(gè)轉(zhuǎn)義字符，這是實(shí)現(xiàn)透明傳輸的一個(gè)操作

3. 零比特填充法：

5110,在數(shù)據(jù)部分如果遇到五個(gè)連續(xù)的1罢屈，那么就在后面加上一個(gè)0嘀韧，幀的首部和尾部都0111110

4. 違規(guī)編碼法：

正常的編碼方式使用的高低，低高代表1缠捌，0乳蛾，我們可以使用違規(guī)編碼方式，高高鄙币，低低用來(lái)給幀進(jìn)行定界肃叶；

差錯(cuò)檢測(cè)：

差錯(cuò)類型：

• 位錯(cuò)：比特位出錯(cuò)，1變成0十嘿，0變成1
• 幀錯(cuò)：幀丟失因惭，幀重復(fù)，幀失序

差錯(cuò)控制措施：

1. 檢錯(cuò)編碼：

• 奇偶校驗(yàn)碼

  
  

為數(shù)據(jù)加上一個(gè)校驗(yàn)位绩衷，使1的數(shù)量是奇數(shù)或者偶數(shù)蹦魔，數(shù)據(jù)接收的時(shí)候判斷1的個(gè)數(shù)的奇偶性是否改變；

特點(diǎn)：只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)比特錯(cuò)誤咳燕，如果兩個(gè)比特位發(fā)生錯(cuò)誤勿决，那么1的個(gè)數(shù)不會(huì)改變，錯(cuò)誤將無(wú)法檢測(cè)招盲，檢錯(cuò)能力為50%低缩；

• 循環(huán)冗余碼CRC

  
  

需要發(fā)送的數(shù)據(jù)和生成多項(xiàng)式計(jì)算，得到冗余碼曹货，實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)是需要發(fā)送的數(shù)據(jù)+冗余碼咆繁；數(shù)據(jù)在接收時(shí)，將接收的數(shù)據(jù)和生成多項(xiàng)式相除顶籽，如果余數(shù)為0玩般，說(shuō)明沒(méi)有發(fā)生改變

實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù) = 需要發(fā)送的數(shù)據(jù) + 幀檢驗(yàn)序列FCS(冗余碼)

FCS冗余碼的計(jì)算：

1. 加0：計(jì)算多項(xiàng)式的階;多項(xiàng)式N位，階為N-1,在數(shù)據(jù)的后面加上階個(gè)0
2. 模2除法：數(shù)據(jù)加0后除以多項(xiàng)式礼饱，余數(shù)為冗余碼;

FCS的生成和接收端CRC檢測(cè)都是由硬件實(shí)現(xiàn)的坏为，所以速度很快究驴；CRC循環(huán)冗余技術(shù)只能做到對(duì)幀的無(wú)差錯(cuò)接收，錯(cuò)誤的幀都會(huì)被丟棄匀伏；

2. 糾錯(cuò)編碼：

• 海明碼

海明碼工作流程：

1. 確定校驗(yàn)碼位數(shù)r

   
   

通過(guò)海明不等式求出校驗(yàn)碼位數(shù)

2. 確定校驗(yàn)碼和數(shù)據(jù)的位置

校驗(yàn)碼只能放在2的幾次方的位置洒忧，剩下的數(shù)據(jù)按順序放好

3. 求出校驗(yàn)碼的值

• 首先要找到校驗(yàn)碼需要校驗(yàn)的數(shù)據(jù)，校驗(yàn)碼位置的二進(jìn)制數(shù)的1如果數(shù)據(jù)在這個(gè)位置上也是1帘撰，那么這個(gè)校驗(yàn)碼就校驗(yàn)這個(gè)數(shù)據(jù)跑慕，舉個(gè)例子：
• 如果校驗(yàn)碼的位置的二進(jìn)制表示為0001万皿，現(xiàn)在有多個(gè)數(shù)據(jù)摧找，他們的位置表示為0011,0101,1000,1010，在數(shù)據(jù)中找和校驗(yàn)碼相同位置同為1的數(shù)據(jù)牢硅，當(dāng)前校驗(yàn)碼校驗(yàn)的數(shù)據(jù)為0011,0101蹬耘，因?yàn)樗麄兊淖畹臀煌ｒ?yàn)碼都為1
• 找到校驗(yàn)碼需要校驗(yàn)的數(shù)據(jù)后，在將他們的值（校驗(yàn)碼和所有它校驗(yàn)的數(shù)據(jù)）一起異或等于0减余，就能通過(guò)這個(gè)等式得到校驗(yàn)碼的值综苔；

4. 檢錯(cuò)并糾錯(cuò)

讓所有的校驗(yàn)碼，和自己校驗(yàn)的數(shù)據(jù)異或位岔，然后從最后一個(gè)校驗(yàn)碼開(kāi)始算如筛，得到的這個(gè)二進(jìn)制數(shù)就是出錯(cuò)的那個(gè)數(shù)據(jù)的位置，比如：有四個(gè)校驗(yàn)碼p1抒抬，p2杨刨，p3，p4擦剑；他們跟自己的數(shù)據(jù)異或得到1010妖胀，那么出錯(cuò)的數(shù)據(jù)就是0101這個(gè)位置，即第五個(gè)數(shù)據(jù)位惠勒；

冗余編碼：在數(shù)據(jù)發(fā)送前赚抡，按照某種關(guān)系為數(shù)據(jù)附加上一定的冗余位，構(gòu)成一定規(guī)則的碼字纠屋，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)涂臣，冗余位也會(huì)變化，使碼字保持不變售担，接收的時(shí)候會(huì)判斷碼字是否符合原規(guī)則肉康，從而判斷是否出錯(cuò)；

流量控制

停止 - 等待協(xié)議：

發(fā)送方在發(fā)出了一個(gè)分組后灼舍，會(huì)停下來(lái)等待接收方的確認(rèn)吼和，才會(huì)發(fā)送下一個(gè)分組；
超時(shí)重傳：如果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（一個(gè)RTT）還沒(méi)有收到確認(rèn)骑素，就重傳這個(gè)分組炫乓；

缺點(diǎn)：信道利用率低

回退N幀協(xié)議：GBN Go-back-N

發(fā)送窗口：發(fā)送方維持著一組連續(xù)的允許發(fā)送的幀序號(hào)刚夺；每收到一個(gè)確認(rèn)，就會(huì)將滑動(dòng)窗口前移末捣，

接收窗口：接收方維持著一組允許接收的幀序號(hào)侠姑；

GBN特點(diǎn)：

• 接收方只按序接收幀，如果幀2丟失箩做，收到了幀3莽红，幀4，那么幀3邦邦，幀4會(huì)被丟棄安吁；
• 發(fā)送方會(huì)采用超時(shí)重傳機(jī)制，一旦某個(gè)分組出錯(cuò)燃辖，就重傳后面所有的分組鬼店，這也是GBN名字的由來(lái)，一旦出錯(cuò)黔龟，退回去重傳所有已經(jīng)發(fā)送的N個(gè)分組妇智；
• 接收方采用累計(jì)確認(rèn)的方式，接收方不一定要對(duì)每一個(gè)分組進(jìn)行逐個(gè)確認(rèn)氏身，而是在接收了幾個(gè)分組后巍棱，對(duì)最后一個(gè)分組進(jìn)行確認(rèn)；

缺點(diǎn)：一個(gè)分組的丟失會(huì)造成大量分組的重傳蛋欣，而這些分組可能是被接收方正常接收的分組航徙，影響傳輸?shù)男剩?/h6>

由此看來(lái)GBN只是在SW的基礎(chǔ)上修改了發(fā)送方算法，沒(méi)有改變接收方算法豁状，接收窗口仍然為1捉偏，這樣會(huì)導(dǎo)致大量分組重傳

選擇重傳協(xié)議：SR Selective Repeat

改進(jìn)了接收窗口的大小，方便接收失序但正確到達(dá)的分組泻红，等所缺分組收集全了再交給上層夭禽；

傳輸數(shù)據(jù)使用的兩種鏈路

1. 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路PPP point-to-point protocol（廣域網(wǎng)）
2. 廣播式鏈路(局域網(wǎng))

PPP協(xié)議特點(diǎn)：

1. 簡(jiǎn)單：使用PPP協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層不需要糾錯(cuò)，不需要提供可靠服務(wù)谊路，如需可靠傳輸讹躯，則由傳輸層實(shí)現(xiàn)
2. 封裝成幀
3. 透明傳輸
4. 支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)層傳來(lái)的ip數(shù)據(jù)報(bào)可以采用多種協(xié)議
5. 支持多種類型鏈路：串行/并行，同步/異步缠劝，電/光
6. 差錯(cuò)檢測(cè)
7. 檢測(cè)鏈接狀態(tài)
8. 最大傳輸單元：MTU
9. 網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商：PPP提供了一種機(jī)制使通信雙方能知道彼此的網(wǎng)絡(luò)層ip地址潮梯；

PPP協(xié)議的三個(gè)組成：

1. 一個(gè)將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路的方法

PPP既支持面向字符的異步鏈路，又支持面向比特的同步鏈路惨恭；

2. 鏈路控制協(xié)議 LCP協(xié)議 link-control-protocol

用來(lái)建立秉馏，配置和測(cè)試數(shù)據(jù)鏈路鏈接，身份驗(yàn)證

3. 網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 NCP協(xié)議 network-control-protocol

用來(lái)支持不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議脱羡，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議都需要一個(gè)對(duì)應(yīng)的NCP協(xié)議來(lái)配置萝究，為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議建立和配置邏輯鏈接

PPP協(xié)議的幀格式：

• F：幀首和幀尾
• A免都，C：預(yù)留字段，最初考慮留這兩個(gè)字段進(jìn)行其他定義帆竹，但是至今都沒(méi)有給出
• 協(xié)議：標(biāo)識(shí)信息部分的內(nèi)容绕娘，IP數(shù)據(jù)報(bào)，LCP數(shù)據(jù)栽连，網(wǎng)絡(luò)層控制數(shù)據(jù)
• FCS：CRC循環(huán)冗余碼的幀檢驗(yàn)序列

PPP協(xié)議的工作流程：

這里以撥號(hào)接入為例：

1. 當(dāng)用戶撥號(hào)接通ISP撥號(hào)服務(wù)器后险领，就建立了一條從用戶PC到ISP的物理連接,
2. 此時(shí)PC向ISP發(fā)送多個(gè)LCP分組（多個(gè)PPP幀形式）建立LCP連接；
3. 網(wǎng)絡(luò)層配置
4. NCP為PC分配一個(gè)臨時(shí)的IP地址

廣播式鏈路（局域網(wǎng)）：

所有主機(jī)共享通信介質(zhì)秒紧，當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)绢陌，總線上的所有站點(diǎn)都能檢測(cè)和接受這個(gè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用于早期的以太網(wǎng)噩茄，無(wú)線局域網(wǎng)下面，常用于局域網(wǎng)

介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)：

介質(zhì)訪問(wèn)的目的是采取一定措施复颈，使兩節(jié)點(diǎn)之間的通信不會(huì)發(fā)生干擾绩聘，介質(zhì)訪問(wèn)控制主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：

1. 靜態(tài)劃分信道

• 頻分多路復(fù)用FDM：
  給用戶分配不同頻率的頻帶，在通信過(guò)程中耗啦，用戶始終都占用這個(gè)頻帶凿菩，在各自的頻帶通信

  
  

• 時(shí)分多路復(fù)用TDM：
  將介質(zhì)的使用分成多個(gè)時(shí)間片，用戶輪流占用信道帜讲，類似進(jìn)程并發(fā)占用CPU的時(shí)間片TDM幀標(biāo)志著一個(gè)周期
  

• 碼分多路復(fù)用CDM：
  先了解一下CDM中的新概念
  1. 芯片/碼片：1個(gè)比特被分為m個(gè)更小的時(shí)間槽衅谷，稱為碼片，通常1比特被分成64或128個(gè)碼片
  2. 芯片序列：每一個(gè)站點(diǎn)被指定一個(gè)唯一的m位的碼片

CDM規(guī)定發(fā)送1比特就發(fā)送芯片序列似将，發(fā)送0比特就發(fā)送芯片序列的反碼获黔，為了站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)可以共享信道，CDM還規(guī)定了站點(diǎn)的芯片序列必須相互正交在验，相互正交就是規(guī)格內(nèi)積化為0玷氏；規(guī)格化內(nèi)積就是對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相乘再相加再除以數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)；

數(shù)據(jù)的合并：

各數(shù)據(jù)在信道中線性相加

數(shù)據(jù)的分離：

合并的數(shù)據(jù)和接受端的芯片序列規(guī)格化內(nèi)積腋舌，規(guī)格化內(nèi)積就是對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)相乘再相加再除以數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)盏触；

(101011)和（110011）規(guī)格內(nèi)積化：（11+01+10+00+11+11）/ 6 = 0.5 , 這里的規(guī)格內(nèi)積化不為0，所以不滿足芯片序列的要求块饺，這里是舉例赞辩，正常的芯片序列為64或128位；

2. 動(dòng)態(tài)劃分信道

CSMA/CD協(xié)議：載波監(jiān)聽(tīng)多點(diǎn)接入碰撞檢測(cè)（carrier Sense multiple access with Collision detection）授艰！考研重點(diǎn)辨嗽！

• CS：Carrier Sense，載波監(jiān)聽(tīng)淮腾，每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)前以及發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都要檢測(cè)當(dāng)前總線是否有其他計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)
• MA：multiple access,多點(diǎn)接入糟需，許多計(jì)算機(jī)（站點(diǎn)）以多點(diǎn)接入的方式連接在一根總線上岛心，總線型網(wǎng)絡(luò)
• CD：collision detection，碰撞檢測(cè)篮灼，邊發(fā)送邊檢測(cè) 網(wǎng)絡(luò)適配器一邊發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)一邊檢測(cè)信道上電壓的變化忘古，以便判斷自己在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)其他站是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)。

傳播延時(shí)對(duì)載波監(jiān)聽(tīng)的影響
重傳機(jī)制
（十二點(diǎn)了诅诱，明天早上還要起來(lái)看操作系統(tǒng)髓堪，記一下，以后有時(shí)間再盤(pán)吧）
// 2020. 7.23 

局域網(wǎng)：

在某一區(qū)域內(nèi)由多態(tài)計(jì)算機(jī)使用廣播信道互聯(lián)成的計(jì)算機(jī)組娘荡；

局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

1. 星型拓?fù)?/p>
   

• 傳輸速度快干旁，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建簡(jiǎn)單，便于控制和管理
• 網(wǎng)絡(luò)可靠性低炮沐，如果集線器出現(xiàn)問(wèn)題争群，所有站點(diǎn)都無(wú)法通信

2. 總線型拓?fù)?/p>
   

• 可靠性高，一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響其他站點(diǎn)
• 設(shè)備成本低大年，使用方便

3. 環(huán)形拓?fù)?/p>
   

• 最蠢的拓?fù)浞绞交槐。徽f(shuō)了

局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)：

• 有線：雙絞線，光纖
• 無(wú)線：電磁波

數(shù)據(jù)鏈路層的組成：

• 邏輯鏈路控制子層LLC子層：
  LLC負(fù)責(zé)和網(wǎng)絡(luò)層交互翔试，為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)：無(wú)確認(rèn)無(wú)連接轻要，確認(rèn)無(wú)連接，確認(rèn)連接
• 介質(zhì)訪問(wèn)控制子層MAC子層：
  MAC負(fù)責(zé)和物理層交互：數(shù)據(jù)幀的封裝和拆分垦缅，幀的尋址和識(shí)別冲泥，差錯(cuò)控制

以太網(wǎng)：

以太網(wǎng)是局域網(wǎng)的一種，采用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)壁涎，是當(dāng)今局域網(wǎng)最廣泛的應(yīng)用

特點(diǎn)：

1. 成本低
2. 是應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)技術(shù)
3. 滿足網(wǎng)絡(luò)速率的需求凡恍，10m/s~10Gb/s
4. 無(wú)差錯(cuò)接收，不實(shí)現(xiàn)可靠傳輸

10BASE-T以太網(wǎng)

• 物理上采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)怔球，邏輯上采用總線型拓?fù)?/code>
• 采用曼切斯特編碼
• 采用CSMA/CD介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議

以太網(wǎng)的MAC幀：

• 類型：用于描述上層的協(xié)議
• 46-1500：46保證了以太網(wǎng)最小幀不能小于64b嚼酝，因?yàn)镃MSA/CD協(xié)議規(guī)定最遠(yuǎn)兩端數(shù)據(jù)往返是征用期，為了在征用期內(nèi)能檢測(cè)到碰撞庞溜，規(guī)定最小不能小于64b革半；1500是MTU
• 數(shù)據(jù)幀尾是通過(guò)曼切斯特編碼的電信號(hào)是否變化來(lái)判斷的，幀和幀之間會(huì)有時(shí)間間隔

網(wǎng)橋和交換機(jī)

網(wǎng)橋：

網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備流码，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式又官，根據(jù)MAC幀的目的地址對(duì)接收到的幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾

兩個(gè)以太網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)橋連接起來(lái)后，成為一個(gè)覆蓋范圍更大的以太網(wǎng)漫试，原來(lái)的以太網(wǎng)稱為網(wǎng)段

網(wǎng)橋的優(yōu)點(diǎn)：

1. 過(guò)濾數(shù)據(jù)六敬，選擇轉(zhuǎn)發(fā)，提高吞吐量
2. 擴(kuò)大通信范圍
3. 提高可靠性：網(wǎng)橋不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)錯(cuò)誤的幀驾荣，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障只會(huì)影響個(gè)別網(wǎng)段
4. 可以連接不同物理層外构，不同mac層普泡，不同速率的以太網(wǎng)

透明網(wǎng)橋：

局域網(wǎng)上的站點(diǎn)不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)網(wǎng)橋，透明網(wǎng)橋即插即用审编，通過(guò)自學(xué)習(xí)算法逐步建立自己的轉(zhuǎn)發(fā)表

源路由網(wǎng)橋：

在發(fā)送幀時(shí)撼班，會(huì)將最佳路由信息放在幀首部，源站通過(guò)廣播的方式向目的站發(fā)送一個(gè)發(fā)現(xiàn)幀

實(shí)踐證明垒酬，即插即用的透明網(wǎng)橋最終取得了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的勝利砰嘁，源路由網(wǎng)橋現(xiàn)在已經(jīng)很少使用

交換機(jī)（多接口網(wǎng)橋）：

• 直通式交換機(jī)：接收到幀的時(shí)候立刻根據(jù)幀的MAC地址決定該幀的轉(zhuǎn)發(fā)接口，轉(zhuǎn)發(fā)延遲小勘究，可靠性低矮湘，無(wú)法支持不同速率端口的交換

• 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式交換機(jī)：將幀放入高速緩存，檢查是否正確口糕，錯(cuò)誤則丟棄缅阳，延遲大，可靠性高景描，支持不同速率的端口交換