计网知识点

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五层构架

  1. 应用层：通过引用进程间的交互来完成特定网络的连接。应用层协议，应用进程间通信 交互的法则。
  2. 运输层：为两台主机中进程之间的通信提供通用 数据传输服务。主要协议TCP、UDP。
  3. 网络层：为分组交换网上的不同主机提供 通信服务。选择合适的路由。主要协议IP协议。
  4. 链路层：将网络层的IP数据报 组成帧，在两个相邻的结点间的链路上 传送帧，检查纠错接收到的数据帧。每一帧包括数据和必要的控制信息。
  5. 物理层：物理层上所传数据为比特流，考虑怎样才能在各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。传送信息所需要的媒介不为物理层 。
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    应用进程间->主机间进程->主机->主机->数据流
    进程间协议->提供主机间进程通信->寻找路由->封装成帧和控制信息->考虑传输的比特流的大小等参数
    TCP/IP协议为四层：应用层、运输层、网络层，网络接口层 
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    TCP:传输控制协议
    提供面向连接的、可靠的数据传输服务单位，报文段(segment)
    UDP：用户数据报协议
    提供无连接、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）、单位用户数据报
    协议的控制下，两个对等的实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要下面一层所提供的服务。
    服务是垂直的，协议是水平的

    物理层

    用于物理层的协议也被称为规程。

    四大特性

  6. 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸等
  7. 电气特性：电平的范围
  8. 功能特性：某范围电平的意义
  9. 过程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序

数据通信系统：源系统（发送端、发送方）、传输系统（传输网络）、目的系统（接收端、接收方）
单向通信：单工信道，只有一个方向课通信
双向替换通信：半双工信道，一方发一方接收，一段时间过后可以反过来
双向同时信道：全双工信道，双方可以同时发送和接收信号
基带信号：来自信源的信号
调制：解决基带信号中的低频分量或直流分量，使信道可以传输（许多信道不能传输这种低频分量或直流分量）

调制

  1. 基带调制：对基带信号的波形进行变换，使得与信道特性相适应，变换后仍然是基带信号，这种调制是吧一种数字信号转换成另外一种数字信号，大多数人愿意把这种过程称为（编码）
  2. 带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬到较高的频段，并转化为模拟信号、调制之后的信号被称为带通信号。

从概念上讲，限制码元在信道上传输速率的因素有两个：信道能通过的频率的范围，信噪比；
奈氏准则：在任何信道中，码元的速率都有上限，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判断成为不可能。
信噪比：S/N 信号的平均功率/噪声的平均功率
信噪比=10log10(S/N)
香农公式：C=Wlog2(1+S/N)
C：信道极限传输功率
W：信号的带宽（Hz为单位）
频分复用：所有用户在同一时间占用不同的带宽资源
时分复用：所有用户在不同时间占用同样带宽资源
统计时分复用：将多个用户数据集中起来通过高速路线发送到一个远地计算机
github
本地
波分复用：光的频分复用
码分复用：接收到的为所有信息的叠加

Tx为其他站的码片不止一个

3.数据链路层

数据链路层三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测
MTU：最大传送单元
数据链路层的透明传输：对于数据来说本层为透明的，没有对数据做任何处理，但是去确实经过本层。无论什么样的比特组合·的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
在帧的头部和尾部都有一个控制符标识帧的开始和结束。
字节填充（字符字符填充）：为区别控制符和数据部分，解决透明传输问题。
在SOH，EOT前加一个转义字符（比如：ESC），如果数据本身还有转义字符则在转义字符前面添加一个转义字符。
误码率BER：传输错误比特数/传输总比特数

CRC

循环冗余检验（CRC）：把数据划分组。在每组后面添加n位冗余码。
循环冗余检验：只能做到对帧的无差错接受。实现无比特差错。
模二运算：加法和减法的时候不进位或者借位
冗余码：将待传数据M长度为k（2进制）与2n相乘，相当于为M尾部添加了n位0.得到（k+n）长度的数据。再用的得到的数据除以除数P（长度为n+1）得到n位余数加在之前的（k+n）位数据上。后面的n位就是冗余码。
如果传输过程无差错，则帧除以余数P得到的是0
FCS：在数据后面添加冗余码的的检错方法
CRC：实现FCS的一种方法

PPP协议点对点协议

需满足要求：简单、封装成帧、透明性、支持多种网络协议、支持多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商

PPP协议组成
  1. 将IP数据报封装到串行链路的方法
  2. 建立、配置和测试数据连接的链路控制协议LCP
  3. 网络控制协议NCP
帧组成
F A C 协议 信息部分 FCS F
7E FF 03 协议 数据部分 冗余码 7E
1 1 1 2 MTU=1500 2 1

AC字段目前未规定明确意义，实际上是未携带PPP协议的信息

协议部分为0x0021时是IP数据报0xC021是PPP链路控制协议LCP

为解决数据部分与标志字段的冲突，解决有两种方式。

  • 异步传输（连续字符）：字节填充
    • 将0x7E 转换成 0x7D 0x5E
    • 将0x7D（即转义字符）转换成0x7D 0x5D
  • 同步传输（连续比特）：0比特填充
    • 每五个1填充一个0避免出现6个1（0x7F：01111110）

局域网

特点：1.为一个单位所拥有的。2.地理范围和站点数目均有限制
以太网是局域网的一个标准
共享信道

  1. 静态划分
    • 如频分复用、波分复用等
  2. 动态划分
    • 随机接入：所有用户随意发送信息。
    • 受控接入：不可随意发送信息，需要收到控制

为了使数据链路层更好适应局域网标准IEEE802将其拆分为两个子层：LLC逻辑链路控制子层 MAC媒体接入控制子层。后续采用另外一协议基本只剩下MAC协议
计算机与外界局域网通过通信适配器连接。上有RAM和ROM

以太网

帧间最小间隔：9.6μs
最短有效帧：64字节
为了通信简便以太网采取两种措施

  1. 无连接。不可靠连接。同一时间只允许一台计算机发送数据=>CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞）检测
  2. 发送的数据都使用曼彻斯特编码

电磁波在电缆中的传播时间约为5μs

CSMA/CD：协议实质是载波监听和碰撞检测

  1. 多点接入：多个设备接入
  2. 载波监听：监听信道上是否有信号
  3. 碰撞检测：检测是否有有碰撞（信号叠加会导致电压变化）。

总线型=>不可能是全双工=>半双工通信/双向交替通信
争用期/碰撞窗口：2 * 总线端到端的传播时延（只有过了这段时间才可知道到底有没有碰撞）

以太网在发生碰撞后使用截断二进制指数退避算法。在检测到碰撞后的一个随机时间后再次发送数据

截断二进制退避算法：
r=random [ 0,1,2…..2k ]
k=min[重传次数,10]
等待时间t=r*争用期
重传16次未仍然不成功丢带该帧，向高层报告。

使用集线器的星型以太网，逻辑上仍然是一个总线网，仍然使用CMSA/CD协议
集线器工作在物理层仅仅只做转发比特的工作
单程端到端时延b，帧的发送时延c
a=b/c
极限信道利用率S=b/(c+b)=>S=1/(1+a)

MAC层

硬件地址被称为物理地址、MAC地址（只存在MAC帧中）。固化在适配器的ROM中48位
前24位需向注册管理机构RA购买，名称为组织唯一标识符OUI，通常公司标识符
后24位由公司指派，被称为扩展标识符。
MAC地址的前24位不能用来标志一个公司，可能有好几个公司购买一个OUI。

第一字节最低位：0为单个站地址。1位组地址，用来多播。
第一字节最低第二位：0全球管理。1本地管理。（G/L位，以太网不太会理会）。

路由器每连接到一个网络都需要一个MAC地址。（同时连接两个网络时需要两个MAC地址和两个适配器）。

适配器有过滤功能。当适配器每接收到一个MAC帧的时候就先用硬件检查MAC帧中的目的地址。如果是发往本站的帧，然后做其他处理，不然丢弃。“发往本站的帧”包括三种：

  1. 单播帧（一对一），收到的帧的MAC地址与本站硬件相同
  2. 广播（一对全部 ），发送给本局域网上的所有站点的帧
  3. 多播（一对一多），发给本局域网上一部分站点的帧

只有目的地址才可使用多播地址或者广播地址。
广播地址：48位全1
混杂方式：收到帧先收下来。可以用做窃听，或者监事分析以太网流量，以便找出提高网络性能的具体措施。嗅探器（Sniffer）。

MAC帧构成：
假定为IP数据报
假定为IP数据报

以太网发送数据使用曼彻斯特编码，每一个码元都有一次电压变化。发送完最后一个码元之后发送方适配器无电压变化。接收方可以很容易找到帧结束地方。

以太网最小有效帧为64字节=>数据部分最小长度为46字节。
插入八字节：考试1/0交替，为了使接收的适配器在接收的时候调成时钟保证与数据保持位同步，后续两个连续1标识MAC帧的到来。
FCS使用CRC。
无效帧

  1. MAC帧不为整数个字节
  2. FCS查出数据有误
  3. MAC客户数据字段不在46-1500自己之间

拓展以太网

物理层拓展
  1. 使用集线器，将多个碰撞域连接成一个更大的碰撞域（冲突域），前提是每个以太网（每系）的以太网技术相同。
    数据链路层扩展
    网桥：对收到的帧根据MAC的目的地址进行转发和过滤。
    交换机：交换式集线器，工作在数据链路层
    使用交换机扩展以太网
    以太网交换机：
  2. 全双工工作模式，具有并行性。相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞的传输数据。
  3. 是一个即插即用的设备，内部的帧交换表（地址表）是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。
  4. 以太网交换机使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。
  5. 用户独享宽带，增加了总容量

虚拟局域网vlan

由一些局域网网段构成的鱼物理位置无关的逻辑组。，这些网段具有某些共同的需求。每一个vlan帧中都有一个明确的标识，指明发送这个帧属于哪一个vlan。
优点：

  1. 改善了性能
  2. 简化了管理
  3. 降低了成本
  4. 增加了安全性

划分方式：

  1. 基于交换机端口
  2. 基于MAC地址
  3. 基于所使用的协议
  4. 基于IP子网地址
  5. 基于高层应用或服务

vlan的以太网帧

高速以太网

超过或者达到100Mb/s

100BASE-T
  1. 100BASE-T 在双绞线上传送 100 Mbit/s 基带信号的星形拓扑以太网，仍使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议。
  2. 被称为快速以太网
  3. 可在全双工方式下工作而无冲突发生。在全双工方式下工作时，不使用 CSMA/CD 协议。
  4. 保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到 100 米。
    帧间时间间隔从原来的 9.6 s 改为现在的 0.96 s 。
吉比特以太网

使用全双工/半双工
全双工使用CMSA/CD协议，半双工不使用
为保持 64 字节最小帧长度，以及 100 米的网段的最大长度，吉比特以太网增加了两个功能：
载波延伸 (carrier extension)
分组突发 (packet bursting)
为保持信道利用率高，所以规定MAC最小512字节，不足512字节进行填充（载波延伸）
分组突发：第一个短帧使用载波延伸，后续短波不需要填充，但是有必要的帧间间隔。
全双工，不需要，载波延伸和分组突发。