計算機網絡總結(物理層,鏈路層)

目錄

第一章 概述

1.基本概念

2.- C/S模式,B/S模式,P2P模式

3.- LAN,WAN,MAN,PAN的劃分

4.電路交換與分組交換,數據報交換和虛電路交換

第二章 物理層

1.信號編碼:不歸零編碼,曼切斯特編碼

2.幾種復用技術的特點:頻分復用,時分復用,統計時分復用,波分復用,碼分復用

3.CDMA原理:

第三章 數據鏈路層

1.三個基本問題:封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測

2.使用點對點信道的鏈路層:信道特點,PPP幀格式,零比特填充法和字節填充法,差錯檢測(CRC)

3.使用廣播信道的鏈路層:CSMA/CD協議,MAC幀格式,最小幀長和最大幀長

4.網卡的功能和MAC地址,幀的類型(單播幀,廣播幀,多播幀)


第一章 概述


1.基本概念

鏈路:連接結點的稱為鏈路,例如光纖
結點:例如主機,集線器,交換機或路由器等
協議: 兩個對等實體之間的通信規則。協議規定了通信實體之間所交換的消息的格式、意義、順序以及針對收到信息或發生的事件所采取的動作。協議有三要素:語法(數據與控制信息的結構或格式、信號電平)、語義(需要發出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種響應、差錯控制)、時序(事件順序、速度匹配)
服務:在協議的控制下,本層向上一層提供服務,本層使用下一層所提供的服務
實體:任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程
對等實體:位于同等層中相互通信的兩個實體。對等實體之間處理相同的PDU。
各層PDU:PDU:對等層之間傳送的數據單位

2.- C/S模式,B/S模式,P2P模式

C/S模式:也即客戶-服務器方式。客戶是服務請求方,服務器是服務提供方。客戶必須知道服務器的地址,反之不必
B/S模式:也即瀏覽器-服務器方式。例如瀏覽器通過web server同數據庫進行數據交換
P2P模式:對等方式,通信在對等實體之間直接進行。每一個主機既是客戶又是服務器

3.- LAN,WAN,MAN,PAN的劃分

LAN,WAN,MAN,PAN的劃分:按照網絡的作用范圍進行分類,分別為:廣域網WAN(幾十到幾千公里)、城域網MAN(5~50KM)、局域網LAN(1km左右)、個人局域網PAN(10米左右)

4.電路交換與分組交換,數據報交換和虛電路交換

電路交換:建立專用通信路徑,全程獨占資源

分組交換:數據拆分為分組獨立傳輸,共享鏈路資源

數據報交換:每個分組自帶地址獨立路由

虛電路交換:預先建立邏輯路徑,分組按固定路由有序傳輸

第二章 物理層

1.信號編碼:不歸零編碼,曼切斯特編碼

不歸零編碼:1為高電平,0為低電平
曼切斯特編碼:1開始為高電平中間轉為低電平,0開始為低電平中間轉為高電平

2.幾種復用技術的特點:頻分復用,時分復用,統計時分復用,波分復用,碼分復用

頻分復用:將信道帶寬劃分為多個不同頻率的子通道,同時傳輸多路信號(起點到終點有不同的路)

時分復用:將時間劃分為固定時隙,多路信號分時占用同一信道(給用戶A、B、C分時間片,類似操作系統的分時間片。如果之前B用戶已經完成了任務,還會分時間片,會造成浪費)

統計時分復用:動態分配時隙,按需傳輸數據(時分復用的優化,如果之前B用戶已經完成了任務,就不再給B用戶分時間片,防止浪費)

波分復用:利用不同光波長在同一光纖中同時傳輸多路光信號(類似頻分復用,只是這次是波而已)

碼分復用(CDMA):?就像在一個嘈雜的房間里,每個人用不同的語言說話,你只聽懂屬于自己的那種語言,不需要計算,靠的是“語言過濾”(例如:手機通話時,所有人在同一頻率說話,但你的手機只用你的編碼過濾,其他人的通話變成背景噪音。)

3.CDMA原理:

A站向C站發出的信號用一個向量表示,B站向C站發出的信號用另一個向量表示,2個向量要相互正交。向量中的分量就是碼片。

令向量S表示A站的碼片向量,T表示B站的碼片向量。假設A站的碼片序列被指派為00011011,則A站發送00011011就表示發送2進制的1,反碼11100100就表示發送2進制的0。為了方便計算,將碼片序列中0寫為? ?一1,1寫為? ?+1。因此最終A站的碼片序列是(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)

不同站的碼片序列相互正交,即向量S和T規格化內積為0

令向量T為(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1)

即當A站向C站發送2進制的1時,就發送向量S(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)

即當B站向C站發送2進制的0時,就發送向量(+1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1)

S+=(0 0 -2 2 0 -2 0 2 )

到達C站后,進行數據分離,若要得到來自A站的數據,則C站就必須知道A站的碼片序列,讓S與S+規格化內積。其他站點的信號都在內積的結果中被過濾掉,內積的相關項都是0,只剩下A站發送的信號為S·(S+)=1。所以A站發送的信號是1。同理,若要得到來自B站的數據,則T·(S+)= 一1,所以從B站發過來的信號向量是一個反碼向量,代表0

第三章 數據鏈路層

1.三個基本問題:封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測

封裝成幀:在一段數據的前后分別添加首部和尾部,構成一個幀。幀定界符:SOH(幀開始符),EOT(幀結束符)
透明傳輸:若幀出現定界符,在其前面用字符填充法
差錯檢測:循環冗余檢驗的原理:在發送端,計算CRC冗余碼(在待發送數據(k位)后面再添加供差錯檢測用的CRC冗余碼(n位),實際發送k+n位);在接收端:利用n位CRC冗余碼對收到的數據進行檢驗

2.使用點對點信道的鏈路層:信道特點,PPP幀格式,零比特填充法和字節填充法,差錯檢測(CRC)

  • 信道特點:點對點信道使用一對一的點對點通信方式。通常使用PPP協議,用戶通過PPP協議接入ISP,再接入互聯網

  • PPP幀格式

圖中F為標志字段表示開始和結束,是PPP幀的定界符;A和C實際上并沒有攜帶PPP幀的信息;協議字段中的不同數據表示該幀的數據部分的作用不同

零比特填充法:同步傳輸(一連串比特連續傳送)
在原始數據中出現連續5個1時在其后面加一個0,在接收端收到數據時將這個0刪去

字節填充法:異步傳輸(逐個字符傳送)
在原始數據中若出現開始符7E修改為7D5E;出現7D修改為7D5D;出現03修改為7D23;

  • 差錯檢測(CRC)?:同上面的差錯檢驗,用冗雜碼進行加密檢驗

3.使用廣播信道的鏈路層:CSMA/CD協議,MAC幀格式,最小幀長和最大幀長

CSMA/CD協議:載波監聽多點接入/碰撞檢測

“多點接入”:使用廣播信道的總線型網絡
“載波監聽”:不停地檢測信道(發送前、發送中)
“碰撞檢測”:檢測到碰撞→立即停止發送→等待隨機事件后再發送
爭用期=以太網的端到端往返時間2τ
10Mbit/s以太網的爭用期2τ=51.2μs。
最先發送數據的站,在爭用期內沒有檢測到碰撞,則這次發送肯定不會發生碰撞
如果在爭用期內發生發生碰撞,需要用截斷二進制支書退避算法來計算等待時間。即退避時間=r倍的爭用期=r*2τ,r為離散集合【0,1,…,2^k-1】中的一個隨機數。k=Min[重傳次數,10]。當重傳次數=16次,仍不能成功時即丟棄該幀,并向高層報告

MAC幀格式:類型:0x0800(IP數據報)、0x0806(ARP報文)
?

  • 最小幀長和最大幀長:最小:64,最大1518主要取決于數據部分的長度

4.網卡的功能和MAC地址,幀的類型(單播幀,廣播幀,多播幀)

網卡的功能:計算機通過網絡適配器(網卡)和局域網進行通信

MAC地址:MAC地址固化在網卡的ROM中,全球唯一。由6個字節組成,前3個字節由IEEE注冊管理機構RA分配,后3個字節由廠家自行指派。
注意:當主機或路由器安裝有多個適配器,就有多個“MAC地址”
幀的類型(單播幀,廣播幀,多播幀):

一臺主機發送單播幀,僅當幀的目的地址與本網卡地址相同時才接收
一臺主機發送廣播幀,其他主機都接收該幀
一臺主機發送多播幀,即發送給本局域網上一部分站點

?

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