計算機網絡筆記(不全)

一、計算機網絡體系結構

1.計算機網絡的概念

計算機網絡：

由若干結點和連接這些結點的鏈路組成。結點可以是計算機、集線器、交換機、路由器等。

互連網(internet)：

多個計算機網絡通過路由器互相連接而成，可用任意協議通信。

互聯網(因特網Internet)：

由各大ISP和國際機構組建的，覆蓋全球范圍的互連網。互聯網必須使用TCP/IP協議通信，互連網可使用任意協議通信。

2.計算機網絡的組成和功能

組成

1.從組成部分來看

硬件：主機(端系統)、通信設備、通信鏈路

軟件：方便用戶使用，實現資源共享。

協議：規定計算機網絡中的通信規則，由硬件軟件共同實現。(例如：網絡適配器+軟件)

2.從工作方式看

核心部分：為邊緣部分服務，由網絡和連接網絡的路由器組成。

邊緣部分：直接為用戶服務的部分，由主機及其軟件組成。

3.從邏輯功能看

資源子網：連接到互聯網上的主機組成。

通信子網：負責信息傳輸，通信鏈路+通信設備+協議+主機內部實現信息傳輸的網絡適配器、底層協議。

功能

數據通信、資源共享、分布式處理、提高可靠性、負載均衡等

3.三種交換技術

電路交換(早期電話網絡采用)

建立連接(嘗試占用通信資源) => 通信(一直占用通信資源) => 釋放連接(歸還通信資源)

優點：會建立一條專用的物理通路，傳輸速率高。

缺點：

1.建立和釋放連接，需要額外的時間開銷。
2.線路被占用，利用率低。
3.線路分配的靈活性差。
4.不支持差錯控制。?

報文交換(電報)

存儲轉發：把傳送的數據單元存儲進中間節點，再根據目的地址轉發至下一節點。

優點：

1.通信前無需建立連接。
2.數據以報文為單位存儲轉發，線路可以靈活分配。
3.支持差錯控制。
4.線路利用率高。

缺點：

1.報文不定長，不方便存儲轉發管理。
2.長報文的存儲轉發時間、緩存開銷大。
3.長報文容易出錯，重傳代價高。

分組交換

現代的計算機網絡采用的是分組交換技術。

路由器就是一個分組交換機。

優點：

1.擁有報文交換的所有優點。
2.分組定長，管理方便。
3.分組小，存儲轉發的時間、緩存開銷小。
4.分組不易出錯，重傳代價低。

缺點：

1.相比于報文交換，每個分組都有一個首部，控制信息占比增加。
2.相比于電路交換，存在存儲轉發時延，速度慢一些。
3.報文被拆分為多個分組，可能造成分組失序、丟失，增加處理的復雜度。

4.計算機網絡的分類

1.分布范圍：廣域網(WAN)、城域網(MAN)、局域網/以太網(LAN)、個域網(PAN)。

局域網通過路由器接入廣域網。

2.傳輸技術：廣播式網絡、點對點網絡。

3.拓撲結構：

1.總線型結構(廣播式，有總線爭用問題)，典型代表：集線器
2.環形結構，廣播式，通過“令牌”解決爭用問題。只有一個令牌，令牌會逐一傳遞，只有持有令牌的設備才能發送設備。
3.星形結構：點對點傳輸，不存在總線爭用問題。典型代表：以太網交換機。
4.網狀結構：點對點傳輸。典型代表：眾多路由器構建的廣域網。

網狀結構常見于廣域網，其他三種結構常見于局域網。?

4.使用者：公用網、專用網。

5.傳輸介質：有線網絡、無線網絡。

5.性能指標?

1.速率：連接到網絡上的節點在信道上傳輸數據的速率。也稱數據率/比特率/數據傳輸速率

單位：bit/s b/s bps?

2.帶寬：《計算機網絡》中，表示某信道所能傳送的最高數據率。單位bps

? ? ? ? ? ? ? 《通信原理》中，表示某信道允許通過的信號頻帶范圍。單位Hz

注意：節點間通信實際能達到的最高速率，由帶寬、節點性能共同限制。

3.吞吐量：單位時間內，通過某個網絡/信道/接口的實際數據量。單位bps

!4.時延：指數據從網絡中的A點傳送到B點所需要的時間。也稱為延遲或遲延。

總時延 = 發送時延/傳輸時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延
發送時延/傳輸時延：節點將數據推向信道所花費的時間。?數據長度(bit)/數據傳輸速率(bps)
傳播時延：電磁波在信道中傳播所花費的時間。信道長度(m)/電磁波速度(m/s)
處理時延：被路由器處理所花費的時間。
排隊時延：數據排隊進入、排隊發出路由器所花的時間。

5.時延帶寬積：時延帶寬積(bit) = 傳播時延(s) * 帶寬(bit/s)，含義為已從發送端發出但還未到達接收端的最大比特數。

6.往返時延RTT：從發送方發送完數據到發送方收到來自接收方的確認的時間。(發送時延不計入RTT中)。玩游戲時顯示的游戲延遲就是指手機到服務器之間的往返時間RTT。

7.信道利用率：信道有百分之多少的時間是有數據通過的。

信道利用率 = 有數據通過的時間 / 總時間

信道利用率太低：浪費資源。
信道利用率太高：網絡擁塞。

6.計算機網絡的分層結構

OSI參考模型

(法律上的標準)：國際標準化組織ISO提出。

七層：物理層數據鏈路層網絡層運輸層會話層表示層應用層

1.物理層：實現相鄰節點之間比特(0或1)的傳輸。
功能：定義電路接口參數、定義傳輸信號的含義、電氣特征。
傳輸單位：bit
2.數據鏈路層：確保相鄰節點之間的鏈路邏輯上無差錯。
功能：差錯控制(檢錯+糾錯或檢錯+丟棄+重傳,單位是幀)、流量控制(協調兩個節點的速率)
傳輸單位：幀
3.網絡層：把“分組”從源節點轉發到目的節點。
功能：路由選擇(構造維護路由表，決定分組達到目的節點的最佳路徑)、分組轉發(將分組從合適的端口轉發出去)、擁塞控制(緩解網絡擁塞)、網際互聯(實現異構網絡互聯)、差錯控制(單位是分組)、流量控制、連接建立與釋放、可靠傳輸管理(接收方需返回分組確認消息)。
傳輸單位：分組
4.運輸層：實現端到端的通信(端指的是端口)
功能：復用和分用(發送端幾個高層實體復用一條低層的連接，在接收端再進行分用)、差錯控制、流量控制、連接建立與釋放、可靠傳輸管理 (傳輸層以報文段為單位)
傳輸單位：報文段
5.會話層：管理進程之間的會話。
功能：會話管理(當通信失效時，能從檢查點繼續恢復通信)
6.表示層：解決不同主機信息表示不一致的問題。
功能：數據格式轉換(編碼轉換、壓縮解壓縮、加密解密)
7.應用層：實現特定的網絡應用(app)
傳輸單位：報文

TCP/IP

（事實上的標準）：阿帕網ARPANET的成果。

四層：網絡接口層網際層傳輸層應用層

和OSI的區別

1.表示層和會話層的功能不是所有app都需要的，所以在TCP/IP協議中被刪除了，如果需要可以在應用層實現。
2.OSI詳細規定了物理層和數據鏈路層，在TCP/IP模型中沒有具體描述網絡接口層的功能和協議，更加靈活。
3.TCP/IP的網絡層去除了差錯控制、流量控制、連接建立與釋放、可靠傳輸管理，只在傳輸層去進行差錯控制、流量控制、連接建立與釋放、可靠傳輸管理。(保證全局數據的正確性即可)，降低了網絡核心部分的負載。

四層：

1.網絡接口層：實現相鄰節點之間的數據傳輸(為網絡層傳輸分組)
2.網際層：路由選擇、分組轉發(將分組從合適的端口轉發出去)、擁塞控制、網際互聯
3.傳輸層：和OSI模型類似。
4.應用層：實現特定的網絡應用(app)

PDU、PCI、SDU

協議數據單元PDU：對等層次之間傳送的數據單位。
協議控制信息PCI:控制協議操作的信息。
服務數據單元SDU：完成上一次實體要求的功能而傳送的數據。

7.協議

協議：網絡協議，是控制對等實體之間進行通信的規則的集合，是水平的。

協議由語法、語義和同步三部分組成：

語法：數據與控制信息的格式。
語義：發出何種控制信息、完成何種動作、做出何種應答。
同步/時序：執行各種操作的條件、時序關系等，即事件實現順序的詳細說明。

二、物理層

實現相鄰節點之間比特的傳輸。

1.通信基礎

數據：信息的實體，在計算機內部為二進制形式。

信源：信號的來源(數據的發送方)

信宿：信號的"歸宿"(數據的接收方)

信道：信號的通道。

信號：數據的載體。數字信號(離散的)/模擬信號(連續的)

碼元：每一個信號就是一個碼元(表示二進制編碼的元素)。信號周期稱為碼元寬度。

一個碼元有4種狀態，就可以稱為4進制碼元(此時一個碼元2bit)(四種信號：00,01,10,11)

波特率：每秒傳輸幾個碼元。單位為：碼元/秒或波特(Baud)

2.信道的極限容量

噪聲：對信道產生干擾，影響信道的數據傳輸效率。

奈奎斯特定理/奈式準則：對于一個理想低通信道(沒有噪聲、帶寬有限的信道)，極限波特率 = 2W(單位：波特,碼元/秒)(W為信道的頻率帶寬，單位Hz)

香農定理：對于一個有噪聲，帶寬有限的信道，極限比特率 = $W\log_{2}(1+S/N)$ ，單位bit/s

(W是信道的頻率帶寬，單位Hz。)

信噪比：信號的功率/噪聲的功率， S/N (無單位) 或? $10\log_{10}S/N$ ,單位dB(分貝)

3.編碼和調制

編碼：二進制數據轉換為數字信號。
解碼：數字信號轉換為二進制數據。
有線網絡適配器(編碼-解碼器)
調制：二進制數據轉換為模擬信號。
解調：模擬信號轉換為二進制數據。
光貓(調制-解調器)

?常用編碼方式

不歸零編碼(NRZ)：低0高1，中不變
歸零編碼(RZ)：低0高1，中歸零
反向非歸零編碼(NRZI)：跳0不跳1看起點，中不變
曼徹斯特編碼(以太網默認使用曼徹斯特編碼)：上0下1看中間，中必變(通常上跳為0，下跳為1)
差分曼徹斯特編碼：跳0不跳1看起點，中必變

常用調制方法

正交調幅調制 QAM：AM + PM 結合，形成疊加信號。

4.傳輸介質

常用傳輸介質：導向型：雙絞線、同軸電纜、光纖，非導向型：無線傳輸介質。

導向型

雙絞線

結構：兩根導線相互絞合(麻花狀)而成。

抗干擾能力較好。絞合和屏蔽層可以提升電磁干擾能力。

應用：近期局域網、早期電話線。

同軸電纜

構成：內導體(傳輸信號) + 外導體屏蔽層(抗電磁干擾)

內導體越粗，電阻越低，傳輸距離越長。

抗干擾能力好。屏蔽層提供良好的抗干擾性。

應用：早期局域網、早期有線電視

光纖

構成：纖芯(高折射率) + 包層(低折射率)，利用全反射傳播光脈沖信號

抗干擾能力非常好，光信號對電磁干擾不敏感、信號傳輸損耗小、長距離傳輸時中繼器少、很細省空間。

多模光纖：纖芯更粗，可同時傳輸多條光線，信號損耗高，適合近距離傳輸。
單模光纖：纖芯更細，只能傳輸一條光線，損耗低，適合遠距離傳輸。

以太網對有線傳輸介質的命名規則

速度 + Base + 介質信息

10Base5? ?10Mbps,同軸電纜，最遠傳輸距離500m

10BaseF*? 光纖

1000BaseT1? 雙絞線，1000Mbps

非導向型(無線)

本質都是電磁波

無線電波：穿透能力強、傳輸距離長、信號指向性弱。如：手機信號，WIFI。

微(短)波通信：頻率帶寬高，信號指向性強，保密性差。如：衛星通信(傳播時延大)

其他：紅外線通信、激光通信等。信號指向性強

物理層接口的特性

機械特性、電氣特性(規定了電壓范圍、傳輸速率等)、功能特性(電平電壓的意義)、過程特性(不同功能的各種可能事件的出現順序)

5.物理層設備

中繼器(Repeater)

信號傳輸過程中會失真，可以通過中繼器來將信號整形再生。

半雙工通信(兩端不可以同時發送數據，會沖突)

集線器

本質上是多端口的中繼器。各端口不可以同時發送數據，會沖突。

沖突域：集線器和中繼器連接的網段處于一個沖突域，需要信道爭用。

1.集線器、中繼器不能無限串聯。
2.集線器在邏輯上是總線型的拓撲結構，存在信道爭用問題。
3.集線器連接的各網段共享帶寬。

三、數據鏈路層

功能

封裝成幀(組幀)：將網絡層的數據封裝成一個幀。幀定界和透明傳輸(幀的操作對網絡層透明)。
差錯控制：發現/解決幀內部的位錯。
可靠傳輸：發現并解決幀錯誤。(幀丟失、幀重復、幀失序)
流量控制：控制幀發送的速率。
介質訪問控制(指物理傳輸介質)：廣播信道需要實現該功能，決定傳輸介質的使用權先分配給哪個節點。點對點信道無需實現該功能。

1.組幀

1.字符計數法：在每個幀的開頭，用一個定長計數字段表示幀長。

缺點：任何一個計數字段出錯，都會導致后續所有的幀都無法定界。

2.字節填充法：在幀的開始和結束添加控制字符SOH和EOT、數據內部和SOH、EOT、ESC相同的字符前要添加轉義字符ESC。

3.零比特填充法(常用)：以一串特殊的字符串(01111110)作為幀的開始和結束。

發送方發送時，每5個連續的1，填充一個0。

接收方需要對幀進行逆處理，每遇到連續的5個1，就刪掉后面的0。

(HDLC協議和PPP協議使用的就是零比特填充法)

4.違規編碼法：在幀的開始和結束插入違規信號(周期的中間點不跳變，則“違規”)

2.差錯控制

發現并解決一個幀內部的“位錯”。

檢錯編碼：奇偶校驗碼、CRC校驗碼

糾錯編碼：海明校驗碼

奇偶校驗

在首部或尾部添加一個奇偶校驗位，奇偶校驗位占一位。

奇偶校驗碼 = 奇偶校驗位 + 有效信息

奇校驗碼：奇偶校驗碼“1”的個數為奇數。

偶校驗碼：奇偶校驗碼“1”的個數為偶數。

偶校驗碼更常用，因為偶校驗的有效信息進行異或運算，得到的結果就是偶校驗位。

循環冗余校驗碼(CRC碼)

數據發送、接收方約定一個“除數”。K個信息位 + R個校驗位作為被除數，添加校驗位后需保證除法的結果為0，結果不為0時代表數據錯誤了。

使用模2除(只看最高位做除法)，模2減(除法的最高位以外的位做異或運算)

上方對應的CRC碼為：101001001

海明校驗碼

設計思路：將信息位分組進行偶校驗 => 多個校驗位

1.需要多少校驗位：n個信息位，k個校驗位。需滿足公式： $2^{_{k}} \geq n + k + 1$ ?(n+k位中任意一位都可能出錯，1代表一種正確狀態，公式的含義是校驗位要能表示每一種可能的狀態)

2.校驗位怎么放：校驗位P?放在海明位號為 $2^{i-1}$ 的位置上

3.求校驗位的值

4.糾錯

另外，在海明碼的首部還要加上一位全校驗位，對整體進行偶校驗。

3.流量控制、可靠傳輸、滑動窗口機制

發送窗口 $W_{T}$ ：發送方當前允許發送的幀。

接收窗口 $W_{R}$ ：接收方當前允許接收的幀。

接收方通過確認機制控制發送方的窗口向前滑動，從而實現流量控制。

停止-等待協議(S-W)

發送窗口 = 1，接收窗口 = 1，確認機制(接收方收到幀要返回給發送方確認信息)，超時重傳(發送幀時計時，一定時間內沒收到確認幀會超時重傳)，幀編號( $W_{T} + W_{R} \leq 2^{n}$ ,n為編號使用的比特數。不滿足 $W_{T} + W_{R} \leq 2^{n}$ 時，數據幀序號落在接收窗口內，會被錯誤的接收。)。

幀的首部和尾部要標記：幀類型(數據幀、確認幀)、幀序號等。

接收方如果收到了重復的數據幀，會丟棄重復的幀并且返回給發送方確認幀。

后退N幀協議(GBN)

發送窗口 > 1，接收窗口 = 1。

接收方可以累積確認(僅返回最后一個幀的ACK即可)

發送方超時未收到i號幀的確認，會重傳i號幀及其之后的所有幀。

選擇重傳協議(SR)

發送窗口 > 1，接收窗口 >?1，發送窗口要比接收窗口大。

1.每個正確的數據幀都需要確認ACK。
2.否認幀NAK_i：接收方丟棄幀后，返回否認幀給發送方。
3.請求重傳：發送方收到否認幀NAK_i，則重傳對應的數據幀。

!!!(重點) 三種協議的信道利用率

(指的是發送信道)

1.S-W協議的信道利用率

信道利用率 = 數據幀傳輸時延/(單向傳播時延*2 + 確認幀傳輸時延 + 數據幀傳輸時延)

2.GBN協議和SR協議的信道利用率

信道利用率 = N*數據幀傳輸時延/(單向傳播時延*2 + 確認幀傳輸時延 + 數據幀傳輸時延)

N為發送數據幀的數量

信道利用率最大為 1?

補充

滑動窗口協議：指GBN協議、SR協議
ARQ協議：指S-W協議、GBN協議、SR協議
連續ARQ協議：指GBN協議、SR協議

4.介質訪問控制(MAC)

信道劃分

介質訪問控制(MAC)：多個節點共享同一個“總線型”廣播信道時，可能發生“信號沖突”。介質訪問控制可以解決這個問題。

信道劃分：時分復用TDM、統計時分復用STDM、頻分復用FDM、波分復用WDM、碼分復用CDM

時分復用(TDM)

將時間分為等長的"TDM幀"，每個"TDM幀"又分為等長的m個“時隙”，將m個時隙分配給m對用戶(節點)使用。

缺點：每個節點最多只能分到總帶寬的m分之一，節點暫時不發送數據，會導致被分配的時隙閑置，信道利用率低。

統計時分復用(STDM)

又稱異步時分復用，在TDM的基礎上，動態按序分配時隙。

頻分復用(FDM,Frequency Division Multiplexing)

將信道的總頻帶劃分為多個子頻帶，每個子頻帶作為一個子信道，對每個用戶使用一個子信道進行通信。

缺點：FDM技術只能用于傳輸模擬信號。

波分復用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)

將不同波長的光信號分離出來，即光的頻分復用。

碼分復用(CDM,Code Division Multiplexing)

1.各節點分配專屬碼片序列發送數據(碼片序列包含m個碼片，可看作m維向量，m維向量的分量通常取1或-1)。
2.相互通信的各節點知道彼此的碼片序列。
3.各節點的m維向量必須相互正交。

隨機訪問

ALOHA協議

純ALOHA：如果準備好數據幀，就立刻發送到信道上。引入了接收方的確認ACK，如果發送方超時沒有收到ACK，就隨機等待一段時間后再重新發送數據幀。

時隙ALOHA：將時間切割為大小相等的時隙，數據幀在下一個時隙開始時才能發送幀。避免了發送數據的隨意性，降低了沖突概率，提高了信道利用率。

CSMA協議

Carrier Sense Multiple Access 載波監聽多路訪問協議

在ALOHA基礎上改進：在發送數據之前，先監聽信道是否空閑(利用載波監聽裝置)，只有信道空閑，才會嘗試發送數據。

CSMA分為：

1-堅持CSMA協議：
監聽到信道不空閑時，會堅持的監聽信道，直到信道空閑時，發送數據。
優點：信道利用率高。
缺點：沖突概率大。
非堅持CSMA:
監聽到信道不空閑時，會放棄監聽信道，隨機推遲一段時間之后再次監聽信道。
優點：降低了沖突概率。
缺點：相比于1-堅持CSMA協議，信道利用率降低了。
p-堅持CSMA協議：
監聽到信道不空閑時，會堅持的監聽信道，直到信道空閑時，有p概率發送數據幀，有1-p的概率推遲一段時間再嘗試發送數據幀。
p-堅持CSMA協議是1-堅持CSMA協議和非堅持CSMA的折中，既降低了沖突概率，又提高了信道利用率。

!!!重要 CSMA/CD協議

Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection?載波監聽多路訪問/沖突檢測協議

1.用于早期的有線以太網(總線型)

2.先監聽(1-堅持監聽)后發送，邊監聽邊發送，沖突停發，隨機重發

3.如何隨機重發：

截斷二進制指數退避算法：
隨即等待一段時間 = r倍爭用期(爭用期=2*最大單向傳播時延)，其中r是隨機數
1.k<=10，在 $[0,(2^{k}-1)]$ 區間隨機取一個整數r。
2.k>10，在 $[0,(2^{10}-1)]$ 區間隨機取一個整數r。
k=16時，傳輸失敗，放棄傳輸此幀，并報告網絡層。

4.爭用期：若爭用期內未發生沖突，就不可能再沖突。

5.CSMA/CD沒有沒有ACK機制，若發送過程中未檢測到沖突就認為幀發送成功。

6.最短幀長 = 2 *?最大單向傳播時延 * 信道帶寬(爭用期*信道帶寬)，不滿足最短幀長時可能導致節點誤以為發送過程中沒有發生沖突，但實際上已經發生了沖突

7.最長幀長 ：規定最長幀長，用于防止某節點一直占用信道。

以太網規定：最短幀長 = 64B，最長幀長 = 1518B

8.接收方流程：收到幀 -> 是否大于最短幀長(不滿足則丟棄幀) -> 是不是給自己發的 -> CRC校驗 ->接收幀，交給網絡層

~難點 CSMA/CA協議

Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance?載波監聽多路訪問/沖突避免協議

發送過程中不會檢測沖突，發送前想辦法避免沖突。

1.用于IEEE 802.11 無線局域網(WiFi)

WiFi為什么不采用CSMA/CD協議？
1.硬件上很難實現邊聽邊發，沖突檢測。
2.存在隱蔽站問題。

2.AP(Access Point)：接入點，無線信號收/發裝置，就是無線WiFi熱點。

3.發送方和接收方

發送方：先聽后發，忙則退避。
若信道空閑，間隔DIFS(分布式協調IFS:最長的幀間間隔)后，再發送幀(中途無需檢測沖突)。
接收方：停止等待協議。(數據正確返回ACK，發送方超時未收到ACK，則隨機退避)
等待SIFS(最短的幀間間隔,用于處理收到的幀)時間后，再發送ACK。

4.隨機退避：根據二進制指數退避算法確定一段隨機退避時間(倒計時)

發送方會監聽信道，只有信道空閑時才扣除倒計時，倒計時結束時立刻發送數據。

5.解決隱蔽站問題：信道預約功能(可以不啟用)

1.發送方廣播RTS控制幀(請求發送，包括源地址、目的地址和這次通信持續的時間)。
2.AP廣播CTS控制幀(允許發送，包括源地址、目的地址和這次通信持續的時間)。
3.其他無關節點收到CTS后自覺禁言(推遲訪問)一段時間，發送方收到CTS后，就可以發送數據。
4.AP收到數據，進行CRC校驗，沒錯誤就返回ACK。

輪詢訪問

令牌傳遞協議(過時了)

令牌環網技術：環形拓撲結構，各節點輪詢訪問信道，不會發生信道沖突。

實現介質訪問控制：令牌傳遞協議

令牌幀：令牌號,表示當前獲得令牌使用權的節點。

數據幀：令牌號、源地址、目的地址、數據部分、已接收(boolean,開始為false)

發送數據時，令牌幀轉換為數據幀，接收方成功接收時，將已接收部分改為true，傳輸一圈回來后再轉換回令牌幀，釋放令牌，創建新令牌給下一個節點。

如果數據幀檢查有異常，可以重新發送。

令牌傳遞協議適用于負載很高的網絡。

5.局域網

IEEE 802

IEEE 電氣電子工程師協會 -> IEEE 802 委員會：推進局域網技術的標準化工作 ->

802.3工作組：負責以太網技術(有線局域網)，802.11工作組：負責WIFI技術(無線局域網)，802.5工作組(已解散)：令牌環網技術

令牌環網

1984~2000

拓撲結構：環形
傳輸介質：同軸電纜或雙絞線
介質訪問控制：令牌傳遞協議

以太網/802.3

物理層采用曼徹斯特編碼。

同軸電纜以太網(1982年)

10Base5 10Mbps 曼徹斯特編碼 500米
拓撲結構：總線型
傳輸介質：同軸電纜
介質訪問控制：CSMA/CD協議

光纖以太網?(1993年)

10BaseF 10Mbps 曼徹斯特編碼光纖
拓撲結構：點對點(用于中繼器、集線器、交換機之間的傳輸，也就是說不會直接連接終端節點)
傳輸介質：光纖
介質訪問控制：無（兩條光纖實現全雙工通信）

雙絞線以太網 (1994年)

10BaseT?10Mbps 曼徹斯特編碼雙絞線
形式一：集線器(半雙工)
拓撲結構：物理上星型，邏輯上總線型
傳輸介質：雙絞線
介質訪問控制：CSMA/CD協議
形式二：交換機
拓撲結構：星型
傳輸介質：雙絞線
介質訪問控制：CSMA/CD協議(半雙工) 或無(全雙工)

WiFi/802.11

拓撲結構：IEEE 802.11定義為星型
傳輸介質：無線
介質訪問控制：CSMA/CA協議

硬件架構

網絡適配器（網卡）

以太網適配器/WiFi適配器

適配器內部：
ROM存儲全球唯一的MAC地址。
RAM作為幀緩沖。
以太網適配器通過網線插口連接802.3局域網。
WiFi適配器通過內置WiFi天線連接802.11局域網。

功能：?

1.負責把幀發送到局域網。
2.負責從局域網接收幀。
3.根據接入的局域網類型，實現數據鏈路層 + 物理層功能。
4.完成數據的串/并行轉換。
5.需要支持幀緩沖。

6.以太網與IEEE 802.3

同軸電纜只支持半雙工，雙絞線>=2.5Gbps僅支持全雙工，<2.5Gbps支持半雙工和全雙工。

交換機連接的終端都可以全雙工，集線器連接的節點只支持半雙工。

DIX Ethernet?V2 標準 MAC幀格式

單播幀、廣播幀如何傳播

路由器、交換機又MAC地址，集線器沒有MAC地址。

7.VLAN 虛擬局域網

VLAN

由IEEE 802.1Q 工作組負責。

大型局域網中：廣播導致負載高，且關鍵節點暴露在局域網中。

1.可以將一個大型局域網劃分成若干個較小的VLAN，每個VLAN是一個廣播域。

2.每個VLAN對應一個VID，VID相同的虛擬局域網可以互相訪問。

3.VLAN需要使用支持VLAN功能的以太網交換機來實現。

VLAN劃分方式

1.基于接口

2.基于MAC地址

3.基于IP地址(可以跨越路由器，讓多個局域網的主機組成一個VLAN，需要網絡層功能支持)

交換機之間，傳輸的是802.1Q幀，其中包含了VID。

8.無線局域網

分為：有固定基礎設施無線局域網(802.11無線局域網WiFi)、無固定基礎設施移動自組織網絡(蘋果隔空投送、華為分享等)

家用路由器的硬件架構：路由器 + 以太網交換機 + AP，通過門戶設備將兩類局域網連接，變成一個更大的局域網。

在802.11無線局域網內，兩個移動站之間不能直接通信，必須通過基站AP轉發。

基本概念：

802.11無線局域網是星型拓撲，中心成為AP(接入點)，或WAP(無線接入點)
基本服務集BSS：1個基站(AP)(就是WiFi熱點) + 多個移動站(就是連接熱點的設備)
服務集標識符SSID：就是無線局域網的名字，不超過32字節。
基本服務區BSA：只一個基本服務集的地理覆蓋范圍。(站在哪能搜索到WiFi)
門戶(Portal)：可將802.11無線局域網接入802.3有線局域網。
擴展服務集：將多個AP連接到同一個分配系統，組成一個更大的服務集。(全屋WiFi的實現)
漫游：一個移動站從一個基本服務集切換到另一個基本服務集，仍然可以保存通信。(絲滑的切換WiFi熱點)