計算機網絡
- 簡單介紹
- 組成部分：硬件，軟件，協議
- 工作方式：邊緣和核心
- 功能組成：通信子網，資源子網
- 局域網：廣播技術；廣域網：交換技術（點對點）
- 計算機網絡的分類：
- 按傳輸技術：廣播式網絡，點對點網絡
- 按拓撲結構分類：星形網絡，總線型網絡，環形網絡，網狀形網絡
- 按數據交換技術分類：電路交換網絡，報文交換網絡，分組交換網絡
- 網絡標準化：（non）
- 標準化常見過程：因特網草案->建議標準->草案標準->因特網標準
- 相關組織：ISO，ITU，IEEE
- 網絡體系結構：
- 接口：有接口才能夠提供服務
- 常見分類：服務數據單元SDU，協議控制信息PCI，接口控制信息ICI，協議數據單元PDU
- 對於“服務”的定義：
- 只有能夠被上一層級看得見的才能夠稱之爲服務
- TCP/IP和OS模型的顯著區別：
- TCP/IP有7層（多了數據鏈路層，網絡層進行了細分：會話層和表示層），OSI有4層
- 應用層
- 應用層的細分：
- 會話層：點和點之間的建立，維護和進行釋放
- 表示層：數據格式的轉換和壓縮，便於不同設備進行通信
- 應用層：主要是現成的接口
- 網絡應用模型
- C/S模型
- P2P模型，應用如PPlive Bittorrent等
- 優點:
- 消除了對於服務器計算壓力；
- 多個客戶機可以共享資源；
- 可擴展性好
- 網絡健壯性強，單個結點失效不會影響其他部分結點
- DNS系統
- 層次域名空間
- 結構：三級域名:二級域名：頂級域名=www.google.com
- 注意：不使用其他符號，除-；每一個部分字符不超過63個，整個不超過255個
- 頂級域名分類Top Level Domain
- 國家頂級域名，如cn, uk,kr等
- 通用域名，如gov,edu
- 基礎結構域名.這種域名只有一個，即apra
- 域名解析過程
- 遞歸查詢
- 本地客戶端->本地域名服務器->根域名服務器->頂級域名服務器->權限 域名服務器
- 遞歸與迭代相互結合
- 本地客戶端->本地域名服務器
- 本地域名服務器->根域名服務器
- 本地域名服務器->頂級域名服務器
- 本地域名服務器->權限域名服務器
- 本地客戶端->本地域名服務器
- 遞歸查詢
- 層次域名空間
- FTP協議
- 工作步驟：
- 打開端口21進行連接
- 等待客戶連接請求，20進行數據接受
- 功能
- 以用戶權限管理方式提供用戶對遠程FTP服務器上的文件管理功能；
- 以匿名FTP的方式提供公用文件共享的能力；
- 網絡文件系統NSF（基於UDP），允許進程打開一個遠程文件，並從特定位置開始讀取；
- 工作步驟：
- 電子郵件系統
- 主要過程：
- Send:SMTP->服務器25端口
- Receive:POP3->接受端
- SMTP與MIME的關係
- MIME在SMTP，用戶中間，負責轉換非ASCII碼
- 主要過程：
- 萬維網
- 內核：URL（統一資源定位符），HTTP（超文本傳輸協議），HTML（超文本標記語言）
- HTTP協議：基於TCP，一般是端口80
- 常用HTTP請求：GET,POST,PUT,DLETE
- 應用層的細分：
- 傳輸層（TCP,UDP）
- 常用設備：路由器
- 主要功能：報文段TCP和用戶數據段UDP；
- 負責進程之間的通信
- 爲端到端提供流量控制，差錯控制
- 提供無連接或者面向連接的服務
- 尋址：
- 傳輸層是按端口進行尋址；
- 數據鏈路層是按MAC地址尋址；
- 網絡側是按IP進行尋址
- 端口號的分類：
- 熟知端口：0~2^10;
- 登記端口2^10~3x(2^14),這類端口需要在IANA進行登記；
- 客戶端端口號3x2^14~2^16
- 套接字（主機IP：端口號PORT）：唯一標識了網絡中的某臺主機上的某個應用進程；
- UDP（20B）
- 主要特點：
- 無需提前建立連接，也無需確認
- 頭部短，開銷小，時間延遲短
- 支持N:M的形式進行通信，通過在UDP的端口分發實現
- UDP數據報和IP分組的區別（倒序觀看）：
- 應用層報文
- UDP數據報部分+UDP首部
- IP數據報部分+IP首部
- UDP報文段：
- 組成格式：僞首部：源端口：目的端口：長度：校驗和：12B：2B：2B：2B：2B
- 分段的數據一般來說是小於512B
- UDP校驗：
- 僞首部主要是用來進行校驗和，不向上下兩層傳輸
- 校驗常用算法：反碼計算後爲1正常，否則不正常，丟棄
- 主要特點：
- TCP（80b）
- TCP與網絡層虛電路的區別
- TCP報文段中含有端到端的邏輯通信地址信息，對路由器不可見
- 電路交換是在物理層的一種物理連接
- 虛電路建立是在網絡層的建立，不屬於物理連接
- 主要特點：
- 面向連接，故不提供廣播或多播的服務
- 可靠的交付
- 報文段頭部長，開銷大
- TCP連接與釋放：
- TCP連接需要解決的問題
- 客戶端和服務端要通知對方的存在
- 允許雙方協商一些參數進行差錯控制（如最大窗口值等）
- 能夠對運輸實體資源進行約定（如：緩存大小，連接表中的項目等）
- TCP連接過程：SYN(synchronous建立聯機,建立後不再需要)，Sequence number(順序號碼)，ACK(acknowledgement 確認)
- Client->Server：SYN=1,SEQ=X;
- Server->Client: SYN=1,ACK=1,SEQ=y,ACK=x+1;
- Client->Server: ACK=1,SEQ=X+1,ACK=X+1;
- TCP釋放過程:FIN(finish結束)
- 前兩步關閉Client->Server,後兩步關閉Server->Client
- Client->Server: FIN=1,SEQ=u;
- Server->Client: ACK=1,SEQ=v,ACK=u+1;
- Server->Client: FIN=1,ACK=1,SEQ=w,ACK=u+1;等待2MSL
- Client->Server: ACK=1,SEQ=u+1,ACK=w(U+1)+1;
- TCP連接需要解決的問題
- TCP實現可靠傳輸的機制：超時，冗餘ACK
- 超時：
- new RTTs=（1-a）x old RTTs +a x (new RTTo)
- RTO(超時重傳時間)=RTTs+4 x RTTd
- RTTd是RTT的加權平均值
- 第一次爲1/2 RTTo;
- 非第一次，new RTTd = （1-p）x old RTTd+ (p)(RTTs-new RTTo),p的值推薦爲0.25
- 冗餘ACK:回傳3個A，表示希望收到 A+1
- 例：A->B:1,2,3,4,5->1,3,4,5 ；
- 2號丟失無法抵達：B->A:1,1,1->1,1,1
- 例：A->B:1,2,3,4,5->1,3,4,5 ；
- 超時：
- TCP擁塞控制
- 流量控制與數據鏈路層區別：傳輸層是端到端，數據鏈路層是相鄰結點
- 擁塞控制和流量控制的區別：
- 擁塞控制是指整體網絡能夠承受的負荷
- 流量控制更強調端口與端口之間來得及接受
- Max s wnd(發送端最大數據量)=Min[rwnd,cwnd]
- 擁塞控制相關算法：
- 慢開始和擁塞避免
- 慢開始算法：
- cwnd= (primary cwnd )^2;
- 每經過一個RTT後，A收到B的確認，於是下一個窗口調整爲4；
- 擁塞避免算法：ssthresh最大擁塞數量的一半
- cwnd<ssthresh：使用慢開始算法
- cwnd=ssthresh：2種算法都可以
- cwnd>ssthresh: 使用擁塞避免算法，線性增加cwnd=old cwnd+k
- 慢開始算法：
- 快重傳和快恢復
- 快重傳不是取消計時，而是更早的重傳丟失報文
- 連續3個冗餘ACK時，直接重傳，不必等待計時
- 快恢復定義：當cwnd達到最大值時，從0執行慢開始算法
- 冗餘是慢上升，超時纔是重開始
- 慢開始和擁塞避免
- TCP與網絡層虛電路的區別
- 網絡層（IP，ARP）
- 常用設備：路由器
- 交換機（數據鏈路層）與路由器區別：交換機之間是同一網絡，路由器之間可以不同網絡；
- 主要功能：進行異構網絡互聯，擁有對風暴的控制能力，進行路由轉發；
- 擁塞控制，進行路由選擇的能力
- 將傳輸層的報文段分組成數據
- “盡最大努力交付”的含義?
- 不保證一定無差錯交付；
- 不保證在某一規定時間內交付；
- 不保證按發送時的順序交付；
- 不故意丟棄IP數據報，用首部校驗和進行確保安全性；
- 不會重複交付；
- 路由與轉發：
- 路由選擇
- 數據報，每一個分組都進行重新選擇；
- 虛電路，一直使用同一個路徑直到轉發完成；
- 分組轉發
- 路由器根據轉發表將數據轉發出去
- 轉發表：使得查找過程最優；
- 路由表：需要對網絡變化的計算最優
- 路由選擇
- 擁塞控制
- 主要：確保能夠傳送的數據是全局性的問題，涉及所有主機和路由器等因素
- 開環控制：事先考慮到擁塞的各種因素，使得儘量不要出現；
- 閉環控制：事先不考慮擁塞因素，採用監視系統去監視系統的擁塞狀況並進行調整
- 路由算法
- 靜態路由：非自適應路由選擇，一般手動配置，如NAT轉換協議（傳輸層）
- 動態路由
- 距離-向量路由算法，常見如RIP，RIP採用跳數作爲距離量度
- 1.每條路徑的目的地
- 2.路徑的代價
- 鏈路狀態路由算法，典型如OSPF算法
- 1.在本域內中所有路由器發送信息，採用泛洪法，即路由通過所有輸出端口向所有相鄰的路由器發送信息；
- 2.發送的信息到相鄰路由，“鏈路狀態”就是指費用，距離，時延，帶寬；
- 3.只有鏈路狀態發生改變，才用泛洪法向所有路由發送信息
- 距離-向量路由算法，常見如RIP，RIP採用跳數作爲距離量度
- 層次路由及路由選擇協議：
- 域內路由，即內部網關協議IGP
- RIP
- RIP三要點
- 1.只和路由器交換消息
- 2.交換全部消息，即路由表
- 3.固定時間（如30s）進行交換
- RIP選擇的路徑不是最短的，但一定是轉發次數最少的
- RIP報文最大長度（受制於UDP最大報文512B）:4B+25x20B=504B,前4B是首部，後是路由信息
- 優點：實現簡單，開銷小，收斂過程快；
- 缺點：
- RIP最大跳數爲15（16表示不可達），限制了網絡規模
- 路由信息是轉發全部，會隨着網絡整體規模呈現指數上升
- 網絡出現故障時，更新速度過慢
- RIP三要點
- OSPF
- 基於Dijsktra算法進行計算路由
- 在上層區域用作骨幹區域，以連接其他下層域。一般標識符規定爲0，0，0，0；
- 每一個區域都至少有一個區域邊界路由器；
- 在骨幹區域也有一個路由器，實現與其他路由的交換。分層劃分增加了交換信息的種類，同時OSPF變得更爲複雜，但降低了路由的通信量。
- OSPF適合大規模的自治系統
- 五種分組類型（OSPF按不同類型進行不同傳遞）：
- 1.問候分組
- 2.數據庫描述分組
- 3.鏈路狀態請求分組
- 4.鏈路狀態更新分組
- 5.鏈路狀態確認分組
- RIP
- 域間路由BGP，即外部網關協議EGP
- BGP4種報文:
- 打開報文Open
- 更新報文Update
- 保活報文keepalive
- 通知報文Notification
- BGP4種報文:
- 域內路由，即內部網關協議IGP
- IPV4分組：4x8
- IPV4分組形式
- 標識（版本：首部長度：區分服務）：總長度（標誌：片偏移）=（4：4：8）：（3：13）
- 首部校驗和佔16位；生存時間TTL佔8位，協議佔8位
- 在首部中關於長度的標記：首部長度4B，總長度2B，片偏移8B
- 最大傳送單元
- 一個鏈路層數據報的最大數據量；
- 以太網的MTU爲1500字節，廣域網一般不超過567字節
- MF和DF（More Fragment和Dont Fragment）
- 是ip首部標誌位3B裏面有意義的2B
- DF=0,IP數據報纔可以被分片
- MF=0, 表示數據報是相應原始數據報的最後一個片
- MF=1，表示相應的原始數據報還有後片
- IPV4地址劃分
- A類：1.0.0.0~126.255.255.255（2^7-1）
- B類: 128.1.0.0~191.255.255.255 (2^7+2^6-1)
- C類：192.0.0.0~223.255.255.255（2^7+2^6+2^5-1）
- D類：224.0.0.0~239.255.255.255（2^7+2^6+2^5+2^4-1）
- E類: 240.0.0.0~254.255.255.255(2^7+2^6+2^5+2^4+2^3+2^2+2^1+2^0-1);
- 其中127.0.0.0~127.255.255.255用於環回測試，D類組播，E類科研
- 私有地址
- A類:10.0.0.0~10.255.255.255.255 1個段
- B類: 172.16.0.0~173.31.255.255 16個段
- C類：192.168.0.0~192.168.255.255 256個段 這也是爲什麼一般路由器的私有地址是192.168網段
- 特殊地址：全1，本網廣播地址
- 網絡地址轉換NAT：通過專用網絡將內部IP地址轉換爲外部IP地址；內部IP只用LAN，外部使用WAN，有效解決了IP地址不足的問題
- 子網劃分
- 子網掩碼
- 將IP與子網掩碼與運算=真實IP地址
- CIDR
- 爲解決IP地址耗盡而提出的一種措施
- IP地址={網絡前綴:主機號}
- 一般採用最長前綴匹配，常用的數據結構是二叉線索樹
- 子網掩碼
- IPV4分組形式
- ARP協議
- 在同一個路由系統內，通過IP找到相應的硬件MAC地址的協議；
- ARP是網絡層，NAT在傳輸層
- DHCP協議（基於UDP應用層協議）
- DHCP客戶端->DHCP服務端:客戶端廣播DHCP discover消息
- DHCP服務端->DHCP客戶端:服務器提供地址租約offer
- DHCP客戶端->DHCP服務端:客戶端選擇並請求地址租用
- DHCP服務端->DHCP客戶端:服務器確認將地址租用給客戶端
- ICMP協議
- 功能
- 確認IP包是否成功到達目的地址
- 通知在發送過程中IP包被丟棄的原因
- 五種差錯類型
- 1.終點不可達
- 2.源點抑制
- 3.時間超過
- 4.參數問題
- 5.改變路由
- 詢問四種類型
- 回送請求和回答報文
- 時間戳請求和回答報文
- 時間戳請求和回答報文
- 掩碼地址請求和回答報文
- 路由器和通告報文
- 功能
- PING協議（基於網絡層ICMP協議直接封裝的應用層協議，未使用傳輸層協議）
- IPV6
- 基本格式：將原先的32位擴充到128位,8組，每組4個16（2^4）進制數
- IPV6首部是8B（8x8），IPV4首部是4B(4x8)
- 3種地址類型：單播地址，組播地址，任播
- 單播：優先點對點；
- 組播：數據包交付到一組計算機中；
- 任播：目的地址是一組主機，交付時只交付給其中一個；
- 移動IP
- 分爲：移動結點，歸屬代理和外阜代理（移動代理）
- 移動結點：具有永久IP地址的移動結點
- 本地代理:一個移動結點歸屬的網絡
- 外部代理：在外部網絡中完成移動管理功能的實體
- 實現移動IP的技術？
- 代理搜索，判斷是否漫遊；
- 申請轉交地址
- 登錄
- 建立隧道
- 移動IP通信特點：每移動更新一個基站就更新轉交地址（輔地址），但主地址不會改變。
- 路由器中的輸入輸出產生溢出是造成分組丟失的重要原因
- 數據鏈路層(MAC,LLC)
- 數據鏈路層以上的設備可以隔離衝突域，傳輸層以上可以隔離廣播域
- 常用設備：交換機，網橋
- 網橋
- 透明網橋
- 選擇的不是最佳路由
- 網橋在收到一個幀後無進行自學習，然後增加一個項目
- 源LAN和目的LAN相同，丟棄
- 源LAN和目的LAN不同，轉發
- 目的LAN未知，擴散
- 源路由網橋
- 選擇的是最佳路由
- 源路由對於主機是不透明的
- 使用應答幀和發送幀來確定網絡的最佳路由
- 存儲轉發交換模式
- 透明網橋
- 交換機
- 實質：多端口網橋，並且使寬帶速率不下降
- 總容量計算方式：
- 全雙工 端口數x帶寬數
- 半雙工 1/2x 端口數x帶寬數
- 交換模式：直通交換和存儲轉發交換
- 直通交換
- 只檢查幀的目的地址，但缺乏智能性和安全性
- 存儲轉發交換
- 檢查數據是否正確，確認無誤後通過查找錶轉換輸出端口將幀發送出去
- 直通交換
- 網橋
- 主要功能：
- 爲網絡層提供服務
- 將IP數據報組裝成幀
- 具備差錯校驗，流量控制，成幀
- 提供的主要服務：
- 有確認，無確認的無連接服務
- 有確認的面向連接的服務
- 4種組幀的方法：
- 字符計數法
- 首字段用一個計數字段來表明該幀的字節數
- 首4個字符，尾5個字符
- 計數字節提供的字節數保護你自身所佔的一個字節
- 如果計數在傳輸中出現差錯，接收方就無法判斷所傳輸的幀的接收位
- 首尾定界法
- 開始DLE STX；結束DLE ETX
- 過程:
- 1.網絡層發出的數據 DLE STX |A DLE B| DLE ETX
- 2.經數據鏈路層填充後的數據 DLE STX | A DLE DLE B|DLE ETX
- 3.接收方傳送的網絡 DLE STX | A DLE B|DLE ETX
- 比特填充的首尾標誌法
- 典型的連續5個1則加0
- 1.原始數據：111111
- 2.零比特進行填充後 1111101
- 3.接收方收到數據後，一旦遇到5個連續1就去掉後面的0
- 物理編碼法（IEE802採用此標準）
- 利用物理介質上的違法標誌來區分幀的開始和結束
- PPP用來進行幀界定的字段爲OXTE
- Mac幀在首尾界定法時不需要開始幀和結束幀來進行區分
- 字符計數法
- 差錯控制：
- 奇偶校驗
- 循環冗餘碼（異或校驗）
- 糾錯編碼：海明碼
- 流量控制與可靠傳輸：
- 自動重傳請求ARQ，傳統ARQ分爲停止等待，後退N幀，選擇重傳三種方式
- 停止-等待協議
- 發送=1，接收=1，如果接收方不返回應答，則發送方必須一直等待
- 滑動窗口流量控制
- 後退N幀GBN，累計確認
- 選擇重傳，不按序接受，非累計
- 停止-等待協議
- 可靠傳輸機制：確認，超時重傳兩種機制
- 自動重傳請求ARQ，傳統ARQ分爲停止等待，後退N幀，選擇重傳三種方式
- 信道吞吐率=信道利用率x發送方的發送速率
- 介質訪問控制：
- 信道
- 時分
- 頻分
- 波分
- 碼分
- 隨機和輪詢是動態分配信道的方法
- 隨機協議
- ALOHA協議
- 當需要發送時，不進行任何檢測就發送數據；
- 如果一段時間內沒有收到確認，該結點就認爲傳輸過程中發生了衝突
- 缺點：信道利用率低
- CSMA協議
- 即共享信道頻率又共享時間，是一種真正的動態複用技術
- 任意兩個不同站的碼片向量正交一定爲0，表示沒有發送數據
- 任意站點的碼片向量與改碼片的規格內積化爲1，表示發送了1比特數據
- 內積化爲-1，表示接受了比特數
- 碼分多路複用具有抗干擾能力強，保密性強，語言質量優等優點，這可以減少投資和運行成本。主要用於無線通信系統，特別是移動通信系統
- 三種策略：
- l-堅持CMSA
- 當發送結點監聽到信道空閒時，立即發送數據，否則繼續監聽
- P-堅持CSMA
- 以概率p發送數據；在概率1-p時不進行發送
- 非堅持CSMA
- 與l不同的是，會延遲一段時間進行監聽
- l-堅持CMSA
- CSMD協議 ：半雙工
- 半雙工工作在同一信道，所以肯定用CSMA/CD衝突檢測協議
- CSMA/CD協議
- 帶衝突檢測的載波幀聽多路訪問協議
- 解決問題的方法：CSMA機制中多個傳送造成衝突，但是即使是衝突了。CSMA也要將幀發送完，但總線的利用率整體上降低
- 在發送前：檢測總線上是否有其他設備在發送數據；若有，則不發送計算機，若沒有，則進行發送數據。
- 在發送時：如果產生衝突，採用截斷二進制指數類型退避算法；
- 截斷二進制指數類型退避算法
- 特點：先聽後發，邊聽邊發，衝突停發，隨機重發
- 發生碰撞在停止發送數據後，需要推遲一個隨機時間才能發送數，退避的時間按照以下算法計算：
- 1.確定基本退避時間，一般取爭用期2t
- 2.定義重傳參數k，k=Min[重傳次數，10].可見。
- 當重傳次數不超過10時，參數k等於重傳次數；
- 當重傳次數超過10時，k就不再增大而一直等於10；
- 3.從整數集合{0，1，.....,2^k-1}中隨機選擇一個數記爲r，重傳所需時延就是r信的基本退避時間。即2rt
- 4.當重傳次數達到16b仍然不能成功的時候，說明網絡太擁擠，直接丟棄幀，並向高層報告。
- 截斷二進制指數類型退避算法
- 設置最大和最小幀長的原因？
- 最小幀：區分噪聲和因發生碰撞而異常終止的短幀；
- 最大幀：保證每個站點能夠公平競爭到以太網；因爲如果某個站發送特別長的幀，那 其他幀就必須等待很長時間才能發送數據
- <64b的幀都是由於衝突而異常無效的幀；發送小於64b，以太網會將其加長至最小64b的幀
- 無法應用於WIFI的原因：
- 1.接收信號強度往往會小於發送信號的強度，且在無線介質上信號強度動態變化範圍很少，因此，碰撞檢測必須在硬件上花費更大
- 2.無線通信中，並非所有的站點都能夠聽見對方，即“隱蔽站”的問題。IEEE802.11標準進行定義
- CSMA/CA協議 全雙工
- 全雙工通信不需要CSMA/CD衝突檢測機制
- 主要用於無線環境
- 三種碰撞避免機制：預約信道，ACK幀，RTS/CTS幀
- 預約信道：提前通知自己傳輸數據需要的時間長度；
- ACK幀：收到數據幀後，回傳一個ACK，如果未收到這代表失敗，類似於TCP；
- ATS/CTS幀：是可選的碰撞避免機制，主要用於解決無線網中的隱蔽站問題；
- CSMA/CD與CSMA/CA對比：
- 衝突區別：CSMA/CD可以檢測衝突但無法避免，CSMA/CA直接不提供檢測衝突
- 傳輸介質不同：CSMA/CD作用於以太網，CSMA/CA主要用於無線局域網，IEEE802.11 a/b/n等
- 檢測方式不同：CSMA/CD主要通過電纜中電壓的變化來檢測，CSMA/CA使用能量檢測，載波檢測，能量載波，混合檢測三種檢測信道的空閒方式
- CSMA/CD發送前監聽，邊發送邊監聽，一旦碰撞馬上停止發送；CSMA/CA是在發送前告知，讓其他結點暫時不發送，來避免碰撞。
- ALOHA協議
- 輪詢協議：令牌傳遞
- 令牌：一組特殊的比特組合而成的幀，幀中包含目的地址
- 輪詢訪問非常適合高負載的廣播信道。因爲令牌環網採用各種輪流使用令牌發送數據，無論負載如何，都沒有衝突產生。
- 隨機協議
- 信道
- 局域網：
- 主要介質：雙絞線，UTP5類以上的線支持所有
- 介質訪問控制方法：CSMA/CD，令牌總線都作用於總線型網，令牌環主要作用於環形網
- 拓步結構：星形，環形，總線形，樹形
- 以太網
- 工作原理：
- 採用無連接的服務
- 不對數據進行編號和確認
- 只提供盡最大努力交付的不可靠服務，差錯的糾正主要依靠傳輸層的TCP
- MAC幀固化在ROM中
- 6B（48位）
- 高3位爲爲廠商代碼，最後24到3位爲廠商自行分配的網卡序號
- 數據鏈路層上幀即加首部地址，也加尾部地址(MAC)
- 插入字節：目的地址：源地址：類型：IP數據報:FCS校驗=8:6:6:2:(1500-46):4
- 首部插入8，使得接受端和發送端進行時鐘同步
- 802.3幀格式與DIX以太幀格式的不同之處
- 幀起始標誌法：與802.4和802.5相兼容
- 長度城：替代3DIX幀中的類型域，指出數據域的長度
- 高速以太網
- 10base-T：CSMA/CD半雙工；全雙工
- 吉比特：允許1G bit/s下全雙工和半雙工兩種工作方式；CSMA/CD仍然半雙工
- 工作原理：
- 無線局域網
- 有固定基礎設施
- IEEE 802.11標準規定最小構件爲基本服務集，因此，BSS中的基站爲接入點（AP）
- 一個服務集可以是孤立的，也可以通過接入主幹分配系統DS，然後接入到另一個基本服務框架，構出擴展的服務集（Extended Service Set,ESS）
- 無固定基礎設施
- 無上訴基礎服務的集中接入點，而是由於一些處於平等狀態的移動站之間相互通信組成的臨時網絡。
- 這些移動站也具有路由器的功能
- IEEE 802.11標準中的物理層
- 跳頻擴頻FHSS
- 直接序列擴頻DSS
- 紅外線IR
- IEEE 802.11標準中的MAC
- 分佈協調功能DCF
- 點協調功能PCF
- IEEE 802.11在CSMA/CA上增加確認子層
- 令牌環網：一種特殊的MAC幀
- 基本原理：以IBM的TOKEN Ring爲例
- 1.當網絡空閒時，環路中只有令牌環傳遞
- 2.有數據到達站點時，該站點修改令牌中的一個標誌位，並在令牌中附加數據，這樣令牌變成了一個數據幀
- 3.沿着環路進行傳輸，校驗，有錯誤就重傳
- 4.傳遞完數據後重新產生一個令牌進入下一段
- 基本原理：以IBM的TOKEN Ring爲例
- 有固定基礎設施
- 廣域網
- 廣域網不能夠使用廣播通信，而應該使用點對點通信，使用交換機轉發
- 廣域網強調資源共享，局域網強調數據傳輸；
- 廣域網在OSI上有，物理，數據鏈路，網絡三層，局域網缺少網絡層
- HDLC：
- 兩種基本配置：
- 平衡配置：鏈路兩端都是複合站，每個複合站都可以平等的數據傳輸而不需要得到對方複合站的允許
- 非平衡配置：一個主站控制整個鏈路的工作
- 3種類型：主站，從站，複合站
- 3種數據操作方式：正常響應，異步平衡方式，異步響應方式
- 正常響應：非平衡結構的。主站->從站，從站需要確認才能響應；
- 異步平衡方式：任一一個複合站都可以進行對另一戰的數據傳輸
- 異步響應方式：非平衡，主站確認才能進行傳輸
- HDLC信息幀使用了編號和確認機制，能夠提供可靠傳輸
- 兩種基本配置：
- PPP：
- 爲改進SLIP無法尋址，數據校驗，分組類型且只能傳遞IP分組的現狀，制定了PPP協議
- 是一個面向字節的協議
- PPP僅僅保證點對點的通信，支持全雙工
- 組成部分：
- 鏈路控制協議LCP：用於建立，配置，測試和管理數據網絡
- 網絡控制協議NCP：允許同時採用多路網絡協議，每個不同的網絡要採用相應的NCP進行配置
- 提供端到端的傳輸，檢測由高層協議控制，如工作在傳輸層的socket
- LLC（邏輯鏈路控制）
- MAC(媒體地址控制)：802協議中只有MAC
- 物理層（模擬信號，數字信號，串行傳輸，並行傳輸，單工通信，半雙工通信，雙工通信）
- 主要任務：透明的傳輸比特流，併爲數據端設備提供數據通路
- 常用設備：網卡，中繼器，集線器
- 中繼器：將信號整理放大再轉發，遵循5-4-3規則，4箇中繼器的5段信號介質，只可以掛載3個主機
- 集線器，解決物理口過少的問題，只能工作在半雙工網絡
- 傳輸介質：
- 無線：無線電波，微波，紅外線和激光
- 有線：雙絞線，同軸電纜，光纖
- 傳輸方式：並行傳輸和串行傳輸
- 並行傳輸：距離短，速度快
- 串行傳輸：距離長，速度慢
- 通信方式：同步通信和異步通信
- 通信基礎
- 數據和信號
- 數據是傳送信息的實體，且取值一般是固定的幾個值如0，1
- 信號是數據的電氣和電磁表現，是連續變化的
- 信道和電路並不等同，信道是信號的傳輸介質
- 碼元是一個固定時長的脈衝信號，因此是數字信號；
- 碼元傳輸速率：單位時間，數字通信傳輸的碼元個數。單位波特Baud
- 信息傳輸速率：單位時間，數字通信傳輸的二進制個數，即比特數。單位b/s
- 若一個碼元攜帶nbit信息，M Baud的碼元傳輸速率對應的信息傳輸速率是mxn bit/s
- C=B log L；C表示比特率，B是碼元，L是離散值
- 在模擬信號中，帶寬=高頻-低頻
- Nyquist定理：
- V=2w log I；其中w表示帶寬，I表示級數，一般I=mxn,m表示種類，n表示方式種類
- Shannon公式：
- V=W log（1+S/N) ;
- w爲信道帶寬，S爲信道所傳輸信號的平均功率，N爲信道內部的高斯噪聲比；
- 例：信躁比=10 log10/(S/N) ;
- S/N等於10時，信噪比爲10db，S/N等於1000時，信躁比爲30db
- Shannon從另一個側面上反應了一個碼元所對應的二進制數量是有限的
- 數據和信號
- 通信方式：單工，半雙工（CSMA/CD），全雙工（CSMA/CA）
- 編碼與調製
- 數字數據->數字信號:
- 1.非歸零碼NRZ
- 低電頻表示0，高電頻表示1
- 容易實現，無檢錯，無法判斷開始
- 2.曼徹斯特碼 Manchester Encoding
- 以太網的主要傳輸方式
- 高電頻->低電頻（下降）：0
- 低電頻->高電頻（上升）：1
- 3.差分曼徹斯特碼
- 主要用於局域網傳輸
- 可實現同步且抗干擾能力強
- 前半個碼元與上後半個相同，表示1
- 前半個碼元與上後半個不同，表示0
- 4.4B/5B編碼
- 1.非歸零碼NRZ
- 數字數據->模擬信號：分別通過改變幅移，頻移，相移來表示0和1
- 1.幅移鍵控:ASK
- 2.頻移鍵控:FSK
- 3.相移鍵控:PSS
- 4.正交振幅調製:QSK,在頻率相同的條件下，將ASK和PSK相結合
- 模擬數據->數字信號：
- 脈衝調製PCM
- 在採樣定理中，f採樣>=2f(max)
- 調製過程:
- 抽樣->量化->編碼
- 脈衝調製PCM
- 模擬數據->模擬信號：
- 時分TDM
- 頻分FDM
- 波分WDM
- 碼分CDM
- 數字數據->數字信號:
- 數據交換方式
- 電路交換
- 優點：時間延遲小，有效傳輸，無衝突，有序到達，簡單易控制
- 缺點：連接時間長，線路獨佔，效率低，靈活性差，難以規格化
- 報文交換
- 優點：無需建立連接，動態分配，提高可靠性和利用率
- 缺點：無大小限制，需要大緩存，會計算往返時間，類似TCP
- 分組交換
- 優點：無建立時間延遲，線路利用率高，簡化了存儲管理，加速傳輸，減少出錯機率和重發數量
- 缺點：存在傳輸時延，需要額外的信息量，分組交換採用數據服務，時間先後順序不一致，會出現丟失和重發
- 電路交換
- 數據報與虛電路的區別：類似UDP與TCP
- 數據報建立不需要建立連接，虛電路必須有
- 數據報不保證分組有序到達，虛電路保證
- 數據報傳輸過程中出現故障不會影響分組數據，虛電路會阻塞