2023年11月19日
今天认真复习一下以前学的网络的一些知识，下面是我照着视频打的一份复习资料，明天继续，今天把物理层和数据链路层复习了一下。就当作今天的日记了。
一、计算机网络概述
1互联网的构成
网络边缘:位于互联网边缘与互联网相连的计算机和其他设备，如桌面计算机、移动计算机、服务器、其他智能终端设备
网络核心:由互联端系统的分组交换设备和通信链路构成的网状网络
如：分组交换路由器、链路层交换机、通信链路(光纤、铜缆、无线电、激光链路)
2.网络分类
个域网PAN（PersonalAreaNetwork）
能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络
覆盖范围一般在10米半径以内，如蓝牙耳机等
局域网LAN（LocalAreaNetwork）
局部地区形成的区域网络，如企业网络
分布地区范围有限，可大可小，大到一栋建筑、小到办公室内的组网
电脑WLAN接入，打印机共享等等
城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
范围覆盖一个城市的网络
广域网WAN（WideAreaNetwork）
覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家
3.接入网
接入网的用途
接入网的用途是将主机连接到边缘路由器上
边缘路由器是端系统Host去往任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器
各种异构网络通过边缘路由器接入
接入网分类：
光纤到户FTTH
数字用户线DSL
同轴电缆
无线接入
企业和家庭网络
4.网络核心的两大功能
①路由
确定数据分组从源到目标所使用的路径（全局操作）
②转发
路由器或交换机将接收到的数据分组转发出去（即移动到该设备的某个输出接口）（本地操作）
5.网络分层
①OSI7层模型
数据链路层(DataLinkLayer)
实现相邻（Neighboring）网络实体间的数据传输
成帧（Framing）：从物理层的比特流中提取出完整的帧
错误检测与纠正：为提供可靠数据通信提供可能
物理地址（MACaddress）：48位，理论上唯一网络标识，烧录在网卡，不便更改
流量控制，避免“淹没”（overwhelming）:当快速的发送端遇上慢速的接收端，接收端缓存溢出
共享信道上的访问控制（MAC）：同一个信道，同时传输信号。如同：同一个Wifi热点（AP）连接着多个无线用户（手机），则多个用户同时需要发送数据，如何控制发送顺序？
网络层(NetworkLayer)
将数据包跨越网络从源设备发送到目的设备（hosttohost）
路由（Routing）：在网络中选取从源端到目的端转发路径，常常会根据网络可达性动态选取最佳路径，也可以使用静态路由
路由协议：路由器之间交互路由信息所遵循的协议规范，使得单个路由器能够获取网络的可达性等信息
服务质量（QoS）控制：处理网络拥塞、负载均衡、准入控制、保障延迟
异构网络互联：在异构编址和异构网络中路由寻址和转发
传输层(TransportLayer)
将数据从源端口发送到目的端口（进程到进程）
网络层定位到一台主机（host），传输层的作用域具体到主机上的某一个进程
网络层的控制主要面向运营商，传输层为终端用户提供端到端的数据传输控制
两类模式：可靠的传输模式，或不可靠传输模式
可靠传输：可靠的端到端数据传输，适合于对通信质量有要求的应用场景，如文件传输等
不可靠传输：更快捷、更轻量的端到端数据传输，适合于对通信质量要求不高，对通信响应速度要求高的应用场景，如语音对话、视频会议等
会话层(SessionLayer)
利用传输层提供的服务，在应用程序之间建立和维持会话，并能使会话获得同步
表示层（PresentationLayer）
关注所传递信息的语法和语义，管理数据的表示方法，传输的数据结构
应用层（ApplicationLayer）
通过应用层协议，提供应用程序便捷的网络服务调用
②TCP/IP4层模型
③两种模型比较
注：我们教材的是以下分层来讲述的
二、物理层
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。
1.物理介质
①引导型介质
信号在固体介质中传播，例如铜、光纤、同轴电缆
光纤
高速运行
高速点对点传输（10-100Gbps）
低错误率
中继器相距很远，对电磁噪声免疫
双绞线
两根绝缘铜线互相缠绕为一对
电话线为1对双绞线，网线为4对双绞线，广泛用于计算机网络（以太网）双向传输
第5类：100Mbps~1Gbps；第6类：10Gbps
传输距离一般为为100米
同轴电缆
两根同心铜导线，双向传输
电缆上的多个频率通道
带宽可达100Mbps
传输距离一般为200米
②非引导型介质
信号自由传播，例如无线电（陆地无线电、卫星无线电信道)
无线电
电磁频谱中各种“波段”携带的信号
没有物理“电线”
不依赖介质的广播
半双工（发送方到接收方）
无线链路类型
无线局域网（WiFi）
10-100Mbps；10米
广域（如3/4/5G蜂窝）
在~10公里范围内
蓝牙：短距离，有限速率
地面微波：点对点；45Mbps
同步卫星：36000km高空，280毫秒的往返时延
低轨卫星：近地，但围绕地球高速运动，需要大量卫星才能覆盖地球
2.数据交换方式
①分组交换
分组交换采用把一个个小的数据包存储转发传输来实现数据交换。
主要的一些缺点：
1、不具有实时性。
2、存在延时。
3、会造成通信阻塞。
4、存在无用的重复数据。
5、会出现丢包的情况。
优点：
1、设计简单。
2、资源利用率很高。
②电路交换
电路连接的三个阶段：
1、建立连接。
2、数据传输。
3、释放连接。
优点：
1、传输速度快、高效。
2、实时。
缺点：
1、资源利用率低。
2、新建连接需要占据一定的时间，甚至比通话的时间还长。
电路交换的多路复用
频分多路复用FDM
时分多路复用TDM
3.信道复用
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。
它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。
①频分复用
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
②时分复用
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
③波分复用
波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
④码分复用
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
三、数据链路层
1.功能（要解决的问题）
成帧（Framing）
将比特流划分成“帧”的主要目的是为了检测和纠正物理层在比特传输中可能出现的错误，数据链路层功能需借助“帧”的各个域来实现
差错控制（ErrorControl）
处理传输中出现的差错，如位错误、丢失等
流量控制（FlowControl）
确保发送方的发送速率，不大于接收方的处理速率，避免接收缓冲区溢出
2.数据链路层提供的服务
1.无确认无连接服务（Unacknowledgedconnectionless）
接收方不对收到的帧进行确认
适用场景：误码率低的可靠信道；实时通信；
网络实例：以太网
2.有确认无连接服务（Acknowledgedconnectionless）
每一帧都得到单独的确认
适用场景：不可靠的信道（无线信道）
网络实例：802.11
3.有确认有连接服务（Acknowledgedconnection-oriented）
适用场景：长延迟的不可靠信道
3.成帧（Framing）
3.1要解决的关键问题：如何标识一个帧的开始？
接收方必须能从物理层接收的比特流中明确区分出一帧的开始和结束，这个问题被称为帧同步或帧定界
关键：选择何种定界符？定界符出现在数据部分如何处理？
3.2成帧（framing）的方式
①带比特填充的定界符法
定界符：两个0比特之间，连续6个1比特，即01111110，0x7E
发送方检查有效载荷：若在有效载荷中出现连续5个1比特，则直接插入1个0比特
接收方的处理：
若出现连续5个1比特，
若下一比特为0，则为有效载荷，直接丢弃0比特；
若下一比特为1，则连同后一比特的0，构成定界符，一帧结束
②物理层编码违例
核心思想：选择的定界符不会在数据部分出现
4B/5B编码方案
4比特数据映射成5比特编码，剩余的一半码字（16个码字）未使用，可以用做帧定界符
例如：00110组合不包含在4B/5B编码中，可做帧定界符
前导码
存在很长的前导码（preamble），可以用作定界符
例如：传统以太网、802.11
曼切斯特编码/差分曼切斯特编码
正常的信号在周期中间有跳变，持续的高电平（或低电平）为违例码，可以用作定界符
例如：802.5令牌环网
4.差错控制
4.1背景
链路层存在的一个问题：信道的噪声导致数据传输问题
差错（incorrect）：数据发生错误
丢失（lost）：接收方未收到
乱序（outoforder）：先发后到，后发先到
重复（repeatedlydelivery）：一次发送，多次接收
解决方案：差错检测与纠正、确认重传
确认：接收方校验数据（差错校验），并给发送方应答，防止差错
定时器：发送方启动定时器，防止丢失
顺序号：接收方检查序号，防止乱序递交、重复递交
4.2差错检验与纠正
目标
保证一定差错检测和纠错能力的前提下，如何减少冗余信息量？
考虑的问题
信道的特征和传输需求
冗余信息的计算方法、携带的冗余信息量
计算的复杂度等
两种主要策略
检错码（error-detectingcode）
在被发送的数据块中，包含一些冗余信息，但这些信息只能使接收方推断是否发生错误但不能推断哪位发生错误，接收方可以请求发送方重传数据主要用在高可靠、误码率较低的信道上，例如光纤链路偶尔发生的差错，可以通过重传解决差错问题
纠错码（error-correctingcode)
发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，并能纠正错误（定位出错的位置）主要用于错误发生比较频繁的信道上，如无线链路也经常用于物理层，以及更高层（例如，实时流媒体应用和内容分发）使用纠错码的技术通常称为前向纠错（FEC，ForwardErrorCorrection)
常用的检错码包括：
①奇偶检验(ParityCheck)
1位奇偶校验是最简单、最基础的检错码。
1位奇偶校验：增加1位校验位，可以检查奇数位错误。
②校验和(Checksum)
主要用于TCP/IP体系中的网络层和传输层
③循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)
数据链路层广泛使用的校验方法
CRC校验码计算方法
设原始数据D为k位二进制位模式
如果要产生n位CRC校验码，事先选定一个n+1位二进制位模式G(称为生成多项式，收发双方提前商定)，G的最高位为1
将原始数据D乘以2^n（相当于在D后面添加n个0），产生k+n位二进制位模式，用G对该位模式做模2除，得到余数R（n位，不足n位前面用0补齐）即为CRC校验码
CRC校验码计算示例
D=1010001101
n=5
G=110101或G=x5+x4+x2+1
R=01110
实际传输数据：101000110101110
④汉明码
目标：以奇偶校验为基础，找到出错位置，提供1位纠错能力
给定n位待发送的数据，首先确定校验位的个数k（根据2^k≥k+n+1）
确定校验位在码流中的位置，2^i，i=0，1，2，……，得到校验位P_1，P_2，P_4，P_8，……
确定分组，即每个校验位分别负责哪些数据位
P_1负责位置号的二进制符合XXXX1形式的数据位，即1，3，5，7，9，……
P_2负责位置号的二进制符合XXX1X形式的数据位，即2，3，6，7，10，……
P_3负责位置号的二进制符合XX1XX形式的数据位，即4，5，6，7，12，13，14，15，……
基于偶校验确定每组的校验位（0或1）
注：汉明码是采用奇偶校验的码。它采用了一种非常巧妙的方式，把这串数字分了组，通过分组校验来确定哪一位出现了错误。
实际的海明码编码的过程也并不复杂，我们通过用不同过的校验位，去匹配多个不同的数据组，确保任何一个数据位出错，都会产生一个多个校验码位出错的唯一组合。这样，在出错的时候，我们就可以反过来找到出错的数据位，并纠正过来。当只有一个校验码位出错的时候，我们就知道实际出错的是校验码位了。
5.流量控制
链路层存在的另一个问题：接收方的处理速率
接收方的接收缓冲区溢出
解决方案
基于反馈(feedback-based)的流量控制
接收方反馈，发送方调整发送速率
基于速率(rate-based)的流量控制
发送方根据内建机制，自行限速
6.媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层
数据链路层分为两个子层：
MAC子层：介质访问
LLC子层：承上启下（弱层）
6.1信道分配问题
①时分多址接入-TDMA
TDMA:timedivisionmultipleaccess
按顺序依次接入并使用信道
每个用户使用固定且相同长度的时隙
某时隙轮到某用户使用时，该用户没有数据要发送，则该时隙被闲置
例子:6-userLAN，1，3，4时隙有数据发送，2，5，6时隙被闲置
②频分多址接入-FDMA
FDMA:frequencydivisionmultipleaccess
信道总频带被划分为多个相同宽度的子频带
每个用户占用一个子频带，不管用户是否有数据发送
例子:6-userLAN，1，3，4频带有数据发送，2，5，6频带被闲置
6.2多路访问协议
6.2.1随机访问协议
特点：冲突不可避免
①ALOHA
纯ALOHA协议
原理：想发就发！
特点：
冲突：两个或以上的帧
随时可能冲突
冲突的帧完全破坏
破坏了的帧要重传
分隙ALOHA
分隙ALOHA是把时间分成时隙（时槽）
时隙的长度对应一帧的传输时间。
帧的发送必须在时隙的起点。
冲突只发生在时隙的起点
②载波侦听多路访问协议CSMA
特点：“先听后发”
改进ALOHA的侦听/发送策略分类
非持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如果介质空闲，开始发送
②如果介质忙，则等待一个随机分布的时间，然后重复步骤①
2.好处
等待一个随机时间可以减少再次碰撞冲突的可能性
3.缺点
等待时间内介质上如果没有数据传送，这段时间是浪费的
持续式CSMA
p-持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如介质空闲，那么以p的概率发送，以(1–p)的概率延迟一个时间单元发送
②如介质忙，持续侦听，一旦空闲重复①
③如果发送已推迟一个时间单元，再重复步骤①
1-持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如介质空闲，则发送
②如介质忙，持续侦听，一旦空闲立即发送
③如果发生冲突，等待一个随机分布的时间再重复步骤①
2.好处：持续式的延迟时间要少于非持续式
3.主要问题：如果两个以上的站等待发送，一旦介质空闲就一定会发生冲突
4.注意
1-持续式是p-持续式的特例
6.2.2受控访问协议
特点：克服了冲突
①位图协议（预留协议）
竞争期：在自己的时槽内发送竞争比特
举手示意
资源预留
传输期：按序发送
明确的使用权，避免了冲突
②令牌传递
令牌：发送权限
令牌的运行：发送工作站去抓取，获得发送权
除了环，令牌也可以运行在其它拓扑上，如令牌总线
发送的帧需要目的站或发送站将其从共享信道上去除；防止无限循环
缺点：令牌的维护代价
③二进制倒计数协议
站点：编序号，序号长度相同
竞争期：有数据发送的站点从高序号到低序号排队，高者得到发送权
特点：高序号站点优先
6.2.3有限竞争协议
利用上述二者的优势
①自适应树搜索协议（AdaptiveTreeWalkProtocol）
在一次成功传输后的第一个竞争时隙，所有站点同时竞争。
如果只有一个站点申请，则获得信道。
否则在下一竞争时隙，有一半站点参与竞争（递归），下一时隙由另一半站点参与竞争
即所有站点构成一棵完全二叉树。
6.3虚拟局域网VLAN
广播域（BroadcastingDomain）
广播域是广播帧能够到达的范围；
缺省情况下，交换机所有端口同属于一个广播域，无法隔离广播域；
广播帧在广播域中传播，占用资源，降低性能，且具有安全隐患。
VLAN是一个在物理网络上根据用途，工作组、应用等来逻辑划分的局域网络，与用户的物理位置没有关系。
通过路由器或三层交换机进行VLAN间路由，实现VLAN间通信。
VLAN类型
基于端口的VLAN
基于MAC地址的VLAN
基于协议的VLAN
基于子网的VLAN
6.4无线局域网WLAN
无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)：指以无线信道作为传输介质的计算机局域网
基础架构模式（Infrastructure）
分布式系统（DS）
访问点（AP）
站点（STA）
基本服务集（BSS）
扩展服务集（ESS）
站点之间通信通过AP转发
自组织模式（Adhoc）
站点（STA）
独立基本服务集（IBSS）
站点之间直接通信
共享同一无线信道
无线局域网需要解决的问题
1.有限的无线频谱带宽资源
通道划分、空间重用
提高传输速率，解决传输问题
提高抗干扰能力和保密性
2.共享的无线信道
介质访问控制方法（CSMA/CA）
可靠性传输、安全性
3.组网模式管理
BSS构建、认证、关联
移动性支持（漫游）
睡眠管理（节能模式）
一、计算机网络概述
1互联网的构成
网络边缘:位于互联网边缘与互联网相连的计算机和其他设备，如桌面计算机、移动计算机、服务器、其他智能终端设备
网络核心:由互联端系统的分组交换设备和通信链路构成的网状网络
如：分组交换路由器、链路层交换机、通信链路(光纤、铜缆、无线电、激光链路)
2.网络分类
个域网PAN（PersonalAreaNetwork）
能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络
覆盖范围一般在10米半径以内，如蓝牙耳机等
局域网LAN（LocalAreaNetwork）
局部地区形成的区域网络，如企业网络
分布地区范围有限，可大可小，大到一栋建筑、小到办公室内的组网
电脑WLAN接入，打印机共享等等
城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
范围覆盖一个城市的网络
广域网WAN（WideAreaNetwork）
覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家
3.接入网
接入网的用途
接入网的用途是将主机连接到边缘路由器上
边缘路由器是端系统Host去往任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器
各种异构网络通过边缘路由器接入
接入网分类：
光纤到户FTTH
数字用户线DSL
同轴电缆
无线接入
企业和家庭网络
4.网络核心的两大功能
①路由
确定数据分组从源到目标所使用的路径（全局操作）
②转发
路由器或交换机将接收到的数据分组转发出去（即移动到该设备的某个输出接口）（本地操作）
5.网络分层
①OSI7层模型
数据链路层(DataLinkLayer)
实现相邻（Neighboring）网络实体间的数据传输
成帧（Framing）：从物理层的比特流中提取出完整的帧
错误检测与纠正：为提供可靠数据通信提供可能
物理地址（MACaddress）：48位，理论上唯一网络标识，烧录在网卡，不便更改
流量控制，避免“淹没”（overwhelming）:当快速的发送端遇上慢速的接收端，接收端缓存溢出
共享信道上的访问控制（MAC）：同一个信道，同时传输信号。如同：同一个Wifi热点（AP）连接着多个无线用户（手机），则多个用户同时需要发送数据，如何控制发送顺序？
网络层(NetworkLayer)
将数据包跨越网络从源设备发送到目的设备（hosttohost）
路由（Routing）：在网络中选取从源端到目的端转发路径，常常会根据网络可达性动态选取最佳路径，也可以使用静态路由
路由协议：路由器之间交互路由信息所遵循的协议规范，使得单个路由器能够获取网络的可达性等信息
服务质量（QoS）控制：处理网络拥塞、负载均衡、准入控制、保障延迟
异构网络互联：在异构编址和异构网络中路由寻址和转发
传输层(TransportLayer)
将数据从源端口发送到目的端口（进程到进程）
网络层定位到一台主机（host），传输层的作用域具体到主机上的某一个进程
网络层的控制主要面向运营商，传输层为终端用户提供端到端的数据传输控制
两类模式：可靠的传输模式，或不可靠传输模式
可靠传输：可靠的端到端数据传输，适合于对通信质量有要求的应用场景，如文件传输等
不可靠传输：更快捷、更轻量的端到端数据传输，适合于对通信质量要求不高，对通信响应速度要求高的应用场景，如语音对话、视频会议等
会话层(SessionLayer)
利用传输层提供的服务，在应用程序之间建立和维持会话，并能使会话获得同步
表示层（PresentationLayer）
关注所传递信息的语法和语义，管理数据的表示方法，传输的数据结构
应用层（ApplicationLayer）
通过应用层协议，提供应用程序便捷的网络服务调用
②TCP/IP4层模型
③两种模型比较
注：我们教材的是以下分层来讲述的
二、物理层
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。
1.物理介质
①引导型介质
信号在固体介质中传播，例如铜、光纤、同轴电缆
光纤
高速运行
高速点对点传输（10-100Gbps）
低错误率
中继器相距很远，对电磁噪声免疫
双绞线
两根绝缘铜线互相缠绕为一对
电话线为1对双绞线，网线为4对双绞线，广泛用于计算机网络（以太网）双向传输
第5类：100Mbps~1Gbps；第6类：10Gbps
传输距离一般为为100米
同轴电缆
两根同心铜导线，双向传输
电缆上的多个频率通道
带宽可达100Mbps
传输距离一般为200米
②非引导型介质
信号自由传播，例如无线电（陆地无线电、卫星无线电信道)
无线电
电磁频谱中各种“波段”携带的信号
没有物理“电线”
不依赖介质的广播
半双工（发送方到接收方）
无线链路类型
无线局域网（WiFi）
10-100Mbps；10米
广域（如3/4/5G蜂窝）
在~10公里范围内
蓝牙：短距离，有限速率
地面微波：点对点；45Mbps
同步卫星：36000km高空，280毫秒的往返时延
低轨卫星：近地，但围绕地球高速运动，需要大量卫星才能覆盖地球
2.数据交换方式
①分组交换
分组交换采用把一个个小的数据包存储转发传输来实现数据交换。
主要的一些缺点：
1、不具有实时性。
2、存在延时。
3、会造成通信阻塞。
4、存在无用的重复数据。
5、会出现丢包的情况。
优点：
1、设计简单。
2、资源利用率很高。
②电路交换
电路连接的三个阶段：
1、建立连接。
2、数据传输。
3、释放连接。
优点：
1、传输速度快、高效。
2、实时。
缺点：
1、资源利用率低。
2、新建连接需要占据一定的时间，甚至比通话的时间还长。
电路交换的多路复用
频分多路复用FDM
时分多路复用TDM
3.信道复用
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。
它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。
①频分复用
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
②时分复用
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
③波分复用
波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
④码分复用
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
三、数据链路层
1.功能（要解决的问题）
成帧（Framing）
将比特流划分成“帧”的主要目的是为了检测和纠正物理层在比特传输中可能出现的错误，数据链路层功能需借助“帧”的各个域来实现
差错控制（ErrorControl）
处理传输中出现的差错，如位错误、丢失等
流量控制（FlowControl）
确保发送方的发送速率，不大于接收方的处理速率，避免接收缓冲区溢出
2.数据链路层提供的服务
1.无确认无连接服务（Unacknowledgedconnectionless）
接收方不对收到的帧进行确认
适用场景：误码率低的可靠信道；实时通信；
网络实例：以太网
2.有确认无连接服务（Acknowledgedconnectionless）
每一帧都得到单独的确认
适用场景：不可靠的信道（无线信道）
网络实例：802.11
3.有确认有连接服务（Acknowledgedconnection-oriented）
适用场景：长延迟的不可靠信道
3.成帧（Framing）
3.1要解决的关键问题：如何标识一个帧的开始？
接收方必须能从物理层接收的比特流中明确区分出一帧的开始和结束，这个问题被称为帧同步或帧定界
关键：选择何种定界符？定界符出现在数据部分如何处理？
3.2成帧（framing）的方式
①带比特填充的定界符法
定界符：两个0比特之间，连续6个1比特，即01111110，0x7E
发送方检查有效载荷：若在有效载荷中出现连续5个1比特，则直接插入1个0比特
接收方的处理：
若出现连续5个1比特，
若下一比特为0，则为有效载荷，直接丢弃0比特；
若下一比特为1，则连同后一比特的0，构成定界符，一帧结束
②物理层编码违例
核心思想：选择的定界符不会在数据部分出现
4B/5B编码方案
4比特数据映射成5比特编码，剩余的一半码字（16个码字）未使用，可以用做帧定界符
例如：00110组合不包含在4B/5B编码中，可做帧定界符
前导码
存在很长的前导码（preamble），可以用作定界符
例如：传统以太网、802.11
曼切斯特编码/差分曼切斯特编码
正常的信号在周期中间有跳变，持续的高电平（或低电平）为违例码，可以用作定界符
例如：802.5令牌环网
4.差错控制
4.1背景
链路层存在的一个问题：信道的噪声导致数据传输问题
差错（incorrect）：数据发生错误
丢失（lost）：接收方未收到
乱序（outoforder）：先发后到，后发先到
重复（repeatedlydelivery）：一次发送，多次接收
解决方案：差错检测与纠正、确认重传
确认：接收方校验数据（差错校验），并给发送方应答，防止差错
定时器：发送方启动定时器，防止丢失
顺序号：接收方检查序号，防止乱序递交、重复递交
4.2差错检验与纠正
目标
保证一定差错检测和纠错能力的前提下，如何减少冗余信息量？
考虑的问题
信道的特征和传输需求
冗余信息的计算方法、携带的冗余信息量
计算的复杂度等
两种主要策略
检错码（error-detectingcode）
在被发送的数据块中，包含一些冗余信息，但这些信息只能使接收方推断是否发生错误但不能推断哪位发生错误，接收方可以请求发送方重传数据主要用在高可靠、误码率较低的信道上，例如光纤链路偶尔发生的差错，可以通过重传解决差错问题
纠错码（error-correctingcode)
发送方在每个数据块中加入足够的冗余信息，使得接收方能够判断接收到的数据是否有错，并能纠正错误（定位出错的位置）主要用于错误发生比较频繁的信道上，如无线链路也经常用于物理层，以及更高层（例如，实时流媒体应用和内容分发）使用纠错码的技术通常称为前向纠错（FEC，ForwardErrorCorrection)
常用的检错码包括：
①奇偶检验(ParityCheck)
1位奇偶校验是最简单、最基础的检错码。
1位奇偶校验：增加1位校验位，可以检查奇数位错误。
②校验和(Checksum)
主要用于TCP/IP体系中的网络层和传输层
③循环冗余校验(CyclicRedundancyCheck，CRC)
数据链路层广泛使用的校验方法
CRC校验码计算方法
设原始数据D为k位二进制位模式
如果要产生n位CRC校验码，事先选定一个n+1位二进制位模式G(称为生成多项式，收发双方提前商定)，G的最高位为1
将原始数据D乘以2^n（相当于在D后面添加n个0），产生k+n位二进制位模式，用G对该位模式做模2除，得到余数R（n位，不足n位前面用0补齐）即为CRC校验码
CRC校验码计算示例
D=1010001101
n=5
G=110101或G=x5+x4+x2+1
R=01110
实际传输数据：101000110101110
④汉明码
目标：以奇偶校验为基础，找到出错位置，提供1位纠错能力
给定n位待发送的数据，首先确定校验位的个数k（根据2^k≥k+n+1）
确定校验位在码流中的位置，2^i，i=0，1，2，……，得到校验位P_1，P_2，P_4，P_8，……
确定分组，即每个校验位分别负责哪些数据位
P_1负责位置号的二进制符合XXXX1形式的数据位，即1，3，5，7，9，……
P_2负责位置号的二进制符合XXX1X形式的数据位，即2，3，6，7，10，……
P_3负责位置号的二进制符合XX1XX形式的数据位，即4，5，6，7，12，13，14，15，……
基于偶校验确定每组的校验位（0或1）
注：汉明码是采用奇偶校验的码。它采用了一种非常巧妙的方式，把这串数字分了组，通过分组校验来确定哪一位出现了错误。
实际的海明码编码的过程也并不复杂，我们通过用不同过的校验位，去匹配多个不同的数据组，确保任何一个数据位出错，都会产生一个多个校验码位出错的唯一组合。这样，在出错的时候，我们就可以反过来找到出错的数据位，并纠正过来。当只有一个校验码位出错的时候，我们就知道实际出错的是校验码位了。
5.流量控制
链路层存在的另一个问题：接收方的处理速率
接收方的接收缓冲区溢出
解决方案
基于反馈(feedback-based)的流量控制
接收方反馈，发送方调整发送速率
基于速率(rate-based)的流量控制
发送方根据内建机制，自行限速
6.媒体接入控制MAC(MediumAccessControl)子层
数据链路层分为两个子层：
MAC子层：介质访问
LLC子层：承上启下（弱层）
6.1信道分配问题
①时分多址接入-TDMA
TDMA:timedivisionmultipleaccess
按顺序依次接入并使用信道
每个用户使用固定且相同长度的时隙
某时隙轮到某用户使用时，该用户没有数据要发送，则该时隙被闲置
例子:6-userLAN，1，3，4时隙有数据发送，2，5，6时隙被闲置
②频分多址接入-FDMA
FDMA:frequencydivisionmultipleaccess
信道总频带被划分为多个相同宽度的子频带
每个用户占用一个子频带，不管用户是否有数据发送
例子:6-userLAN，1，3，4频带有数据发送，2，5，6频带被闲置
6.2多路访问协议
6.2.1随机访问协议
特点：冲突不可避免
①ALOHA
纯ALOHA协议
原理：想发就发！
特点：
冲突：两个或以上的帧
随时可能冲突
冲突的帧完全破坏
破坏了的帧要重传
分隙ALOHA
分隙ALOHA是把时间分成时隙（时槽）
时隙的长度对应一帧的传输时间。
帧的发送必须在时隙的起点。
冲突只发生在时隙的起点
②载波侦听多路访问协议CSMA
特点：“先听后发”
改进ALOHA的侦听/发送策略分类
非持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如果介质空闲，开始发送
②如果介质忙，则等待一个随机分布的时间，然后重复步骤①
2.好处
等待一个随机时间可以减少再次碰撞冲突的可能性
3.缺点
等待时间内介质上如果没有数据传送，这段时间是浪费的
持续式CSMA
p-持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如介质空闲，那么以p的概率发送，以(1–p)的概率延迟一个时间单元发送
②如介质忙，持续侦听，一旦空闲重复①
③如果发送已推迟一个时间单元，再重复步骤①
1-持续式CSMA
1.特点
①经侦听，如介质空闲，则发送
②如介质忙，持续侦听，一旦空闲立即发送
③如果发生冲突，等待一个随机分布的时间再重复步骤①
2.好处：持续式的延迟时间要少于非持续式
3.主要问题：如果两个以上的站等待发送，一旦介质空闲就一定会发生冲突
4.注意
1-持续式是p-持续式的特例
6.2.2受控访问协议
特点：克服了冲突
①位图协议（预留协议）
竞争期：在自己的时槽内发送竞争比特
举手示意
资源预留
传输期：按序发送
明确的使用权，避免了冲突
②令牌传递
令牌：发送权限
令牌的运行：发送工作站去抓取，获得发送权
除了环，令牌也可以运行在其它拓扑上，如令牌总线
发送的帧需要目的站或发送站将其从共享信道上去除；防止无限循环
缺点：令牌的维护代价
③二进制倒计数协议
站点：编序号，序号长度相同
竞争期：有数据发送的站点从高序号到低序号排队，高者得到发送权
特点：高序号站点优先
6.2.3有限竞争协议
利用上述二者的优势
①自适应树搜索协议（AdaptiveTreeWalkProtocol）
在一次成功传输后的第一个竞争时隙，所有站点同时竞争。
如果只有一个站点申请，则获得信道。
否则在下一竞争时隙，有一半站点参与竞争（递归），下一时隙由另一半站点参与竞争
即所有站点构成一棵完全二叉树。
6.3虚拟局域网VLAN
广播域（BroadcastingDomain）
广播域是广播帧能够到达的范围；
缺省情况下，交换机所有端口同属于一个广播域，无法隔离广播域；
广播帧在广播域中传播，占用资源，降低性能，且具有安全隐患。
VLAN是一个在物理网络上根据用途，工作组、应用等来逻辑划分的局域网络，与用户的物理位置没有关系。
通过路由器或三层交换机进行VLAN间路由，实现VLAN间通信。
VLAN类型
基于端口的VLAN
基于MAC地址的VLAN
基于协议的VLAN
基于子网的VLAN
6.4无线局域网WLAN
无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN)：指以无线信道作为传输介质的计算机局域网
基础架构模式（Infrastructure）
分布式系统（DS）
访问点（AP）
站点（STA）
基本服务集（BSS）
扩展服务集（ESS）
站点之间通信通过AP转发
自组织模式（Adhoc）
站点（STA）
独立基本服务集（IBSS）
站点之间直接通信
共享同一无线信道
无线局域网需要解决的问题
1.有限的无线频谱带宽资源
通道划分、空间重用
提高传输速率，解决传输问题
提高抗干扰能力和保密性
2.共享的无线信道
介质访问控制方法（CSMA/CA）
可靠性传输、安全性
3.组网模式管理
BSS构建、认证、关联
移动性支持（漫游）
睡眠管理（节能模式）
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