今天認真複習一下以前學的網絡的一些知識，下面是我照著視頻打的一份複習資料，明天繼續，今天把物理層和數據鏈路層複習了一下。就當作今天的日記了。

　　一、計算機網絡概述

　　1互聯網的構成

　　網絡邊緣:位於互聯網邊緣與互聯網相連的計算機和其他設備，如桌面計算機、移動計算機、服務器、其他智能終端設備

　　網絡核心:由互聯端系統的分組交換設備和通信鏈路構成的網狀網絡

　　如:分組交換路由器、鏈路層交換機、通信鏈路(光纖、銅纜、無線電、激光鏈路)

　　2.網絡分類

　　個域網PAN( Personal Area )

　　能在便攜式消費電器與通信設備之間進行短距離通信的網絡

　　覆蓋范圍一般在10米半徑以內，如藍牙耳機等

　　局域網LAN(Local Area )

　　局部地區形成的區域網絡，如企業網絡

　　分布地區范圍有限，可大可小，大到一棟建築、小到辦公室內的組網

　　電腦接入，打印機共享等等

　　城域網MAN(Metropolitan Area )

　　范圍覆蓋一個城市的網絡

　　廣域網WAN(Wide Area )

　　覆蓋很大地理區域，乃至覆蓋地區和國家

　　3.接入網

　　接入網的用途

　　接入網的用途是將主機連接到邊緣路由器上

　　邊緣路由器是端系統Host去往任何其他遠程端系統的路徑上的第一台路由器

　　各種異構網絡通過邊緣路由器接入

　　接入網分類:

　　光纖到戶FTTH

　　數字用戶線DSL

　　同軸電纜

　　無線接入

　　企業和家庭網絡

　　4.網絡核心的兩大功能

　　①路由

　　確定數據分組從源到目標所使用的路徑(全局操作)

　　②轉發

　　路由器或交換機將接收到的數據分組轉發出去(即移動到該設備的某個輸出接口)(本地操作)

　　5.網絡分層

　　①OSI 7層模型

　　數據鏈路層(Data Link Layer)

　　實現相鄰(Neighboring)網絡實體間的數據傳輸

　　成幀(Framing):從物理層的比特流中提取出完整的幀

　　錯誤檢測與糾正:為提供可靠數據通信提供可能

　　物理地址(MAC address):48位，理論上唯一網絡標識，燒錄在網卡，不便更改

　　流量控制，避免“淹沒”(overwhelming):當快速的發送端遇上慢速的接收端，接收端緩存溢出

　　共享信道上的訪問控制(MAC):同一個信道，同時傳輸信號。如同:同一個Wifi熱點(AP)連接著多個無線用戶(手機)，則多個用戶同時需要發送數據，如何控制發送順序?

　　網絡層( Layer)

　　將數據包跨越網絡從源設備發送到目的設備(host to host)

　　路由(Routing):在網絡中選取從源端到目的端轉發路徑，常常會根據網絡可達性動態選取最佳路徑，也可以使用靜態路由

　　路由協議:路由器之間交互路由信息所遵循的協議規范，使得單個路由器能夠獲取網絡的可達性等信息

　　服務質量(QoS)控制:處理網絡擁塞、負載均衡、準入控制、保障延遲

　　異構網絡互聯:在異構編址和異構網絡中路由尋址和轉發

　　傳輸層(Transport Layer)

　　將數據從源端口發送到目的端口(進程到進程)

　　網絡層定位到一台主機(host)，

傳輸層的作用域具體到主機上的某一個進程　　網絡層的控制主要面向運營商，傳輸層為終端用戶提供端到端的數據傳輸控制

　　兩類模式:可靠的傳輸模式，或不可靠傳輸模式

　　可靠傳輸:可靠的端到端數據傳輸，適合於對通信質量有要求的應用場景，如文件傳輸等

　　不可靠傳輸:更快捷、更輕量的端到端數據傳輸，適合於對通信質量要求不高，對通信響應速度要求高的應用場景，如語音對話、視頻會議等

　　會話層( Layer)

　　利用傳輸層提供的服務，在應用程序之間建立和維持會話，並能使會話獲得同步

　　表示層( Layer)

　　關注所傳遞信息的語法和語義，管理數據的表示方法，傳輸的數據結構

　　應用層( Layer)

　　通過應用層協議，提供應用程序便捷的網絡服務調用

　　②TCP/IP 4層模型

　　③兩種模型比較

　　注:我們教材的是以下分層來講述的

　　二、物理層

　　物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體。

　　物理層的作用是要盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。

　　用於物理層的協議也常稱為物理層規程(procedure)。

　　1.物理介質

　　①引導型介質

　　信號在固體介質中傳播，例如銅、光纖、同軸電纜

　　光纖

　　高速運行

　　高速點對點傳輸(10-100 Gbps)

　　低錯誤率

　　中繼器相距很遠，對電磁噪聲免疫

　　雙絞線

　　兩根絕緣銅線互相纏繞為一對

　　電話線為1對雙絞線，網線為4對雙絞線，廣泛用於計算機網絡(以太網)雙向傳輸

　　第5類:100 Mbps~1 Gbps;第6類:10Gbps

　　傳輸距離一般為為100米

　　同軸電纜

　　兩根同心銅導線，雙向傳輸

　　電纜上的多個頻率通道

　　帶寬可達100Mbps

　　傳輸距離一般為200米

　　②非引導型介質

　　信號自由傳播，例如無線電(陸地無線電、衛星無線電信道)

　　無線電

　　電磁頻譜中各種“波段”攜帶的信號

　　沒有物理“電線”

　　不依賴介質的廣播

　　半雙工(發送方到接收方)

　　無線鏈路類型

　　無線局域網(WiFi)

　　10-100 Mbps;10米

　　廣域(如3/4/5G蜂窩)

　　在~10公裡范圍內

　　藍牙:短距離，有限速率

　　地面微波:點對點;45 Mbps

　　同步衛星:36000km高空， 280毫秒的往返時延

　　低軌衛星:近地，但圍繞地球高速運動，需要大量衛星才能覆蓋地球

　　2.數據交換方式

　　①分組交換

　　分組交換采用把一個個小的數據包存儲轉發傳輸來實現數據交換。

　　主要的一些缺點:

　　1、不具有實時性。

　　2、存在延時。

　　3、會造成通信阻塞。

　　4、存在無用的重複數據。

　　5、會出現丟包的情況。

　　優點:

　　1、設計簡單。

　　2、資源利用率很高。

　　②電路交換

　　電路連接的三個階段:

　　1、建立連接。

　　2、數據傳輸。

　　3、釋放連接。

　　優點:

　　1、傳輸速度快、高效。

　　2、實時。

　　缺點:

　　1、資源利用率低。

　　2、新建連接需要佔據一定的時間，甚至比通話的時間還長。

　　電路交換的多路複用

　　頻分多路複用FDM

　　時分多路複用TDM

　　3.信道複用

　　複用(multiplexing)是通信技術中的基本概念。

　　它允許用戶使用一個共享信道進行通信，降低成本，提高利用率。

　　①頻分複用

　　將整個帶寬分為多份，用戶在分配到一定的頻帶後，在通信過程中自始至終都佔用這個頻帶。

　　頻分複用的所有用戶在同樣的時間佔用不同的帶寬資源(請注意，這裡的“帶寬”是頻率帶寬而不是數據的發送速率)。

　　②時分複用

　　時分複用則是將時間劃分為一段段等長的時分複用幀(TDM幀)。每一個時分複用的用戶在每一個 TDM幀中佔用固定序號的時隙。

　　③波分複用

　　波分複用就是光的頻分複用。使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號。

　　④碼分複用

　　各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。

　　三、數據鏈路層

　　1.功能(要解決的問題)

　　成幀(Framing)

　　將比特流劃分成“幀”的主要目的是為了檢測和糾正物理層在比特傳輸中可能出現的錯誤，數據鏈路層功能需借助“幀”的各個域來實現

　　差錯控制(Error Control)

　　處理傳輸中出現的差錯，如位錯誤、丟失等

　　流量控制(Flow Control)

　　確保發送方的發送速率，不大於接收方的處理速率，避免接收緩衝區溢出

　　2.數據鏈路層提供的服務

　　1.無確認無連接服務( Unacknowledged )

　　接收方不對收到的幀進行確認

　　適用場景:誤碼率低的可靠信道;實時通信;

　　網絡實例:以太網

　　2.有確認無連接服務( Acknowledged )

　　每一幀都得到單獨的確認

　　適用場景:不可靠的信道(無線信道)

　　網絡實例:802.11

　　3.有確認有連接服務( Acknowledged -oriented)

　　適用場景:長延遲的不可靠信道

　　3.成幀(Framing)

　　3.1要解決的關鍵問題:如何標識一個幀的開始?

　　接收方必須能從物理層接收的比特流中明確區分出一幀的開始和結束，這個問題被稱為幀同步或幀定界

　　關鍵:選擇何種定界符?定界符出現在數據部分如何處理?

　　3.2成幀(framing)的方式

　　①帶比特填充的定界符法

　　定界符:兩個0比特之間，連續6個1比特，即01111110，0x7E

　　發送方檢查有效載荷:若在有效載荷中出現連續5個1比特，則直接插入1個0比特

　　接收方的處理:

　　若出現連續5個1比特，

　　若下一比特為0，則為有效載荷，直接丟棄0比特;

　　若下一比特為1，則連同後一比特的0，構成定界符，一幀結束

　　②物理層編碼違例

　　核心思想:選擇的定界符不會在數據部分出現

　　4B/5B編碼方案

　　4比特數據映射成5比特編碼，剩余的一半碼字(16個碼字)未使用，可以用做幀定界符

　　例如: 00110組合不包含在4B/5B編碼中，可做幀定界符

　　前導碼

　　存在很長的前導碼(preamble)，可以用作定界符

　　例如:傳統以太網、802.11

　　曼切斯特編碼/差分曼切斯特編碼

　　正常的信號在周期中間有跳變，持續的高電平(或低電平)為違例碼，可以用作定界符

　　例如:802.5令牌環網

　　4.差錯控制

　　4.1背景

　　鏈路層存在的一個問題:信道的噪聲導致數據傳輸問題

　　差錯( ):數據發生錯誤

　　丟失( lost):接收方未收到

　　亂序(out of order):先發後到，後發先到

　　重複(repeatedly delivery):一次發送，多次接收

　　解決方案:差錯檢測與糾正、確認重傳

　　確認:接收方校驗數據(差錯校驗)，並給發送方應答，防止差錯

　　定時器:發送方啟動定時器，防止丟失

　　順序號:接收方檢查序號，防止亂序遞交、重複遞交

　　4.2差錯檢驗與糾正

　　目標

　　保證一定差錯檢測和糾錯能力的前提下，如何減少冗余信息量?

　　考慮的問題

　　信道的特征和傳輸需求

　　冗余信息的計算方法、攜帶的冗余信息量

　　計算的複雜度等

　　兩種主要策略

　　檢錯碼(error-detecting code)

　　在被發送的數據塊中，包含一些冗余信息，但這些信息只能使接收方推斷是否發生錯誤但不能推斷哪位發生錯誤，接收方可以請求發送方重傳數據主要用在高可靠、誤碼率較低的信道上，例如光纖鏈路偶爾發生的差錯，可以通過重傳解決差錯問題

　　糾錯碼(error-correcting code)

　　發送方在每個數據塊中加入足夠的冗余信息，使得接收方能夠判斷接收到的數據是否有錯，並能糾正錯誤(定位出錯的位置)主要用於錯誤發生比較頻繁的信道上，如無線鏈路也經常用於物理層，以及更高層(例如，實時流媒體應用和內容分發)使用糾錯碼的技術通常稱為前向糾錯(FEC，Forward Error )

　　常用的檢錯碼包括:

　　①奇偶檢驗(Parity Check)

　　1位奇偶校驗是最簡單、最基礎的檢錯碼。

　　1位奇偶校驗:增加1位校驗位，可以檢查奇數位錯誤。

　　②校驗和(Checksum)

　　主要用於TCP/IP體系中的網絡層和傳輸層

　　③循環冗余校驗(Cyclic Redundancy Check，CRC)

　　數據鏈路層廣泛使用的校驗方法

　　CRC校驗碼計算方法

　　設原始數據D為k位二進製位模式

　　如果要產生n位CRC校驗碼，事先選定一個n+1位二進製位模式G (稱為生成多項式，收發雙方提前商定)，G的最高位為1

　　將原始數據D乘以2^n(相當於在D後面添加 n個 0)，產生k+n位二進製位模式，用G對該位模式做模2除，得到余數R(n位，不足n位前面用0補齊)即為CRC校驗碼

　　CRC校驗碼計算示例

　　D = 1010001101

　　n = 5

　　G = 110101或 G = x5 + x4 + x2 + 1

　　R = 01110

　　實際傳輸數據:101000110101110

　　④漢明碼

　　目標:以奇偶校驗為基礎，找到出錯位置，提供1位糾錯能力

　　給定n位待發送的數據，首先確定校驗位的個數k(根據2^k≥k+n+1)

　　確定校驗位在碼流中的位置，2^i，i=0，1，2，……，得到校驗位P_1，P_2，P_4，P_8，……

　　確定分組，即每個校驗位分別負責哪些數據位

　　P_1負責位置號的二進製符合XXXX1形式的數據位，即1，3，5，7，9，……

　　P_2負責位置號的二進製符合XXX1X形式的數據位，即2，3，6，7，10，……

　　P_3負責位置號的二進製符合XX1XX形式的數據位，即4，5，6，7，12，13，14，15，……

　　基於偶校驗確定每組的校驗位(0或1)

　　注:漢明碼是采用奇偶校驗的碼。它采用了一種非常巧妙的方式，把這串數字分了組，通過分組校驗來確定哪一位出現了錯誤。

　　實際的海明碼編碼的過程也並不複雜，我們通過用不同過的校驗位，去匹配多個不同的數據組，確保任何一個數據位出錯，都會產生一個多個校驗碼位出錯的唯一組合。這樣，在出錯的時候，我們就可以反過來找到出錯的數據位，並糾正過來。當只有一個校驗碼位出錯的時候，我們就知道實際出錯的是校驗碼位了。

　　5.流量控制

　　鏈路層存在的另一個問題:接收方的處理速率

　　接收方的接收緩衝區溢出

　　解決方案

　　基於反饋(feedback-based)的流量控制

　　接收方反饋，發送方調整發送速率

　　基於速率(rate-based)的流量控制

　　發送方根據內建機制，自行限速

　　6.媒體接入控制 MAC (Medium Control)子層

　　數據鏈路層分為兩個子層:

　　MAC子層:介質訪問

　　LLC子層:承上啟下(弱層)

　　6.1信道分配問題

　　①時分多址接入-TDMA

　　TDMA: time multiple

　　按順序依次接入並使用信道

　　每個用戶使用固定且相同長度的時隙

　　某時隙輪到某用戶使用時，該用戶沒有數據要發送，則該時隙被閑置

　　例子: 6-user LAN， 1，3，4時隙有數據發送， 2，5，6時隙被閑置

　　②頻分多址接入-FDMA

　　FDMA: frequency multiple

　　信道總頻帶被劃分為多個相同寬度的子頻帶

　　每個用戶佔用一個子頻帶，不管用戶是否有數據發送

　　例子: 6-user LAN， 1，3，4頻帶有數據發送， 2，5，6頻帶被閑置

　　6.2多路訪問協議

　　6.2.1隨機訪問協議

　　特點:衝突不可避免

　　①ALOHA

　　純ALOHA協議

　　原理:想發就發！

　　特點:

　　衝突:兩個或以上的幀

　　隨時可能衝突

　　衝突的幀完全破壞

　　破壞了的幀要重傳

　　分隙ALOHA

　　分隙ALOHA是把時間分成時隙(時槽)

　　時隙的長度對應一幀的傳輸時間。

　　幀的發送必須在時隙的起點。

　　衝突隻發生在時隙的起點

　　②載波偵聽多路訪問協議CSMA

　　特點:“先聽後發”

　　改進ALOHA的偵聽/發送策略分類

　　非持續式CSMA

　　1.特點

　　①經偵聽，如果介質空閑，開始發送

　　②如果介質忙，則等待一個隨機分布的時間，然後重複步驟①

　　2.好處

　　等待一個隨機時間可以減少再次碰撞衝突的可能性

　　3.缺點

　　等待時間內介質上如果沒有數據傳送，這段時間是浪費的

　　持續式CSMA

　　p-持續式CSMA

　　1.特點

　　①經偵聽，如介質空閑，那麽以 p的概率發送，以(1–p)的概率延遲一個時間單元發送

　　②如介質忙，持續偵聽，一旦空閑重複①

　　③如果發送已推遲一個時間單元，再重複步驟①

　　1-持續式CSMA

　　1.特點

　　①經偵聽，如介質空閑，則發送

　　②如介質忙，持續偵聽，一旦空閑立即發送

　　③如果發生衝突，等待一個隨機分布的時間再重複步驟①

　　2.好處:持續式的延遲時間要少於非持續式

　　3.主要問題:如果兩個以上的站等待發送，一旦介質空閑就一定會發生衝突

　　4.注意

　　1-持續式是p-持續式的特例

　　6.2.2受控訪問協議

　　特點:克服了衝突

　　①位圖協議(預留協議)

　　競爭期:在自己的時槽內發送競爭比特

　　舉手示意

　　資源預留

　　傳輸期:按序發送

　　明確的使用權，避免了衝突

　　②令牌傳遞

　　令牌:發送權限

　　令牌的運行:發送工作站去抓取，獲得發送權

　　除了環，令牌也可以運行在其它拓撲上，如令牌總線

　　發送的幀需要目的站或發送站將其從共享信道上去除;防止無限循環

　　缺點:令牌的維護代價

　　③二進製倒計數協議

　　站點:編序號，序號長度相同

　　競爭期:有數據發送的站點從高序號到低序號排隊，高者得到發送權

　　特點:高序號站點優先

　　6.2.3有限競爭協議

　　利用上述二者的優勢

　　①自適應樹搜索協議(Adaptive Tree Walk )

　　在一次成功傳輸後的第一個競爭時隙，所有站點同時競爭。

　　如果只有一個站點申請，則獲得信道。

　　否則在下一競爭時隙，有一半站點參與競爭(遞歸)，下一時隙由另一半站點參與競爭

　　即所有站點構成一棵完全二叉樹。

　　6.3虛擬局域網

　　廣播域(Broadcasting Domain)

　　廣播域是廣播幀能夠到達的范圍;

　　缺省情況下，交換機所有端口同屬於一個廣播域，無法隔離廣播域;

　　廣播幀在廣播域中傳播， 佔用資源，降低性能，且具有安全隱患。

　　是一個在物理網絡上根據用途，工作組、應用等來邏輯劃分的局域網絡，與用戶的物理位置沒有關系。

　　通過路由器或三層交換機進行間路由，實現間通信。

　　類型

　　基於端口的

　　基於MAC地址的

　　基於協議的

　　基於子網的

　　6.4無線局域網

　　無線局域網(Wireless Local Area ，):指以無線信道作為傳輸介質的計算機局域網

　　基礎架構模式(Infrastructure)

　　分布式系統(DS)

　　訪問點(AP)

　　站點(STA)

　　基本服務集(BSS)

　　擴展服務集(ESS)

　　站點之間通信通過AP轉發

　　自組織模式(Ad hoc)

　　站點(STA)

　　獨立基本服務集(IBSS)

　　站點之間直接通信

　　共享同一無線信道

　　無線局域網需要解決的問題

　　1.有限的無線頻譜帶寬資源

　　通道劃分、空間重用

　　提高傳輸速率，解決傳輸問題

　　提高抗干擾能力和保密性

　　2.共享的無線信道

　　介質訪問控制方法(CSMA/CA)

　　可靠性傳輸、安全性

　　3.組網模式管理

　　BSS構建、認證、關聯

　　移動性支持(漫遊)

　　睡眠管理(節能模式)