第一章 概述

1. 基本概念

鏈路，結點，協議和服務，物體和對等物體，各層 PDU

1. 鏈路：連接結點的稱為鏈路，可以是銅纜，光纖，衛星等

2. 結點：可以是計算機，集線器，交換機或路由器等

3. 協議：兩個對等物體之間的通信規則，協議規定了通信物體之間所交換的訊息的格式、意義、順序以及針對收到資訊或發生的事件所采取的動作，協議有三要素：語法（資料與控制資訊的結構或格式、信號電平）、語意（需要發出何種控制資訊、完成何種動作以及做出何種回應、差錯控制）、時序（事件順序、速度匹配）

4. 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

5. 物體：任何可發送或接收資訊的硬體或軟體行程

6. 對等物體：位于同等層中相互通信的兩個物體，對等物體之間處理相同的 PDU，

7. 各層 PDU：PDU: 對等層之間傳送的資料單位

- C/S 模式，B/S 模式，P2P 模式

1. 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

2. B/S 模式：也即瀏覽器 - 服務器方式，在服務器安裝 SQLserver，MYSQL 等資料庫，瀏覽器通過 web server 同資料庫進行資料交換

3. P2P 模式：對等方式，通信在對等物體之間直接進行，每一個主機既是客戶又是服務器，本質上仍是 C/S

LAN,WAN,MAN,PAN 的劃分

LAN,WAN,MAN,PAN 的劃分：按照網路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）

網路性能引數：速率，帶寬，吞吐量，時延，往返時間，[信道]利用率

1. 速率：資料的傳送速率，單位是 Bit/s

2. 帶寬: 在計算機網路中，網路帶寬表示單位時間內網路中某信道所能通過的 “最高資料率”，單位為 bit/s

3. 吞吐量: 表示在發送端與接收端之間實際的傳送資料速率（bit/s）

4. 時延: 指資料從網路的一端傳送到另外一端所需的時間，

   1. 發送時延：是主機或路由器發送資料幀所需要的時間，公式為：資料幀長度（bit）/ 發送速率（bit/s）

   2. 傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間，公式為：信道長度（m）/ 電磁波在信道上的傳播速率（m/s）

   3. 處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理

   4. 排隊時延：在分組進入路由器后要先在輸入佇列中排隊等待處理

5. 往返時間: 從發送方發送資料開始，到發送方收到來自接受方的確認，總共經歷的時間

6. 信道利用率: 指某信道有百分之幾的時間是有資料通過的

   1. 信道利用率并非越高越好，因為當利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加

7. 互聯網的組成（邊緣部分與核心部分的作用）

邊緣部分：各種端系統如主機，手機，大型或超級計算機組成，位于網路邊緣；運行網路應用程式
核心部分：互聯的路由器網路，關鍵功能：路由和轉發，其中交換機是在同一個子網內部轉發資料，路由器是在不同子網之間轉發資料，以資料交換的方式實作資料從源主機通過網路核心到達目的主機，

1. 電路交換與[分組交換]，資料報交換和虛電路交換的特點

1. 電路交換：最經典的電路交換網路是電話網路，主要特點就是獨占資源，電路交換的三個階段：建立連接（呼叫）、通信、釋放連接（掛機），用多路復用技術解決一條鏈路被多路通信共享的問題

2. 分組交換：
   報文：源應用發送的資訊整體
   分組：由報文拆分成較小的資料塊

   1. 在發送端，先把較長的報文劃分成較短的，固定長度的資料段

   2. 每一個資料段前面添加上首部構成分組，每一個分組的首部都含有地址等控制資訊

   3. 依次把各分組發送到接收端，每個分組在互聯網中獨立地選擇傳輸路徑

   4. 接收端收到分組后剝去首部還原成報文

3. 資料報交換：將整個報文先傳送到相鄰結點，全部存盤下來后查找轉發表，轉發到下一個結點

4. 虛電路交換：
   即先建一條邏輯通路，其通信程序類似電路交換，每個分組除了包含資料之外還包含一個虛電路標識號，而不是目的地址的資訊；在預先建好的路徑上的每個節點都知道把這些分組引導到哪里去，資料分組按已建立的路徑順序通過網路，不再需要路由選擇判定，

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

1. 影響信號失真程度的因素

影響信號失真程度的因素：傳輸速率、傳輸距離、傳輸介質、噪聲干擾
在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，否則會出現碼間串擾

1. 傳輸介質：雙絞線，同軸電纜，光纖（單模和多模），無線介質

雙絞線：

• 又 4 組絞合起來的線（共 8 根）組成

• 分為非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線，區別在于每組線上是否包有屏蔽材料，

• 如果兩頭都是 T568A 或 T568B 型別，則為直通雙絞線，適用于不同設備；如果兩端型別不同則為交叉雙絞線，適用于連接相同設備

同軸電纜：

• 50Ω同軸電纜常用于 LAN / 數字傳輸

• 75Ω同軸電纜常用語有線電視 / 模擬傳輸

光纖（單模和多模）：

• 由低折射率的包層和高折射率的纖芯組成，光線在纖芯中通過全反射傳輸

• 多模光纖適用于近距離，可以存在多條不同角度入射的光線，允許更大的散射，會導致信號丟失，消耗較大，使用 LED 作為光源

• 單模光纖適用于遠距離，光纖直徑小，使光線一直向前傳播，不產生反射，制作成本高，使用半導體激光器作為光源
  無線介質：

1. 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

幾種復用技術的特點：

1. 頻分復用

   • 將整個寬帶分為多份，用戶在分配到一定的頻帶后，在通信程序中自始至終都占用這個頻帶

   • 所有用戶在同樣的時間占用不同的寬帶資源

2. 時分復用

   • 將時間劃分為等長時間復用幀

   • 所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度

   • 當某用戶暫時無資料發送時，在時分復用幀中分配給該用戶的時隙只能處于空閑狀態

3. 統計時分復用
   STDM 幀不是固定分配時隙，而是按需動態分配時隙

4. 波分復用
   使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號，就是光的頻分復用

5. 碼分復用

   • 常用名稱：碼分多址 CDMA，廣泛應用于 2G,3G 網路

   • 各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型（必須各不相同，必須相互正交），彼此不會干擾

   • CDMA 信號有很強的抗干擾能力，保密性強

   • 不同用戶在相同的時間占用同樣的頻帶寬度

   • 每一個位元時間劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片

   • 每個站被指派一個唯一的 mbit 碼片序列，如果發送 1 則發送自己的 mbit 碼片序列，如果發送 0 則發送該碼片序列的二進制反碼

   • 兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和 T 的規格化內積等于 0

   • 任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是 1，和 giant 碼片反碼的向量的規格化內積值是 - 1

6. 寬帶接入技術：ADSL,HFC,FTTX

• ADSL

  • 使用現有的模擬電話用戶線，采用頻分復用技術

• HFC

  • 使用有線電視網 CATV，采用頻分復用技術

  • 使用同軸電纜連接到機頂盒，機頂盒再連接到電視機

  • 使用電纜調制解調器連接到計算機

• FTTx

  • 光纖到戶 FTTH：光纖一直鋪設到用戶家庭

  • 光纖到大樓 FTTB: 光纖進入大樓，用電纜或雙絞線分配到各用戶

  • 光纖到路邊 FTTC：光纖鋪到路邊，從路邊到各用戶可使用星型結構雙絞線作為傳輸媒體

第三章 資料鏈路層

1. 理解資料鏈路層的地位與作用，三個基本問題

1. 鏈路：從一個結點到相鄰結點的一段物理線路（有線或無線），中間沒有任何其他交換結點

2. 資料鏈路：物理鏈路 + 通信協議

3. 資料鏈路層的地位：局域網中的主機、交換機必須實作資料鏈路層；網路中的主機、路由器必須實作資料鏈路層，

4. 資料鏈路層的作用：網路中兩個主機發送資料所經過的網路可以是多種不同型別的，不同型別網路的鏈路層可能采用不同的協議

5. 三個基本問題：

   • 封裝成幀：在一段資料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：回圈冗余檢驗的原理：在發送端，計算 CRC 冗余碼（在待發送資料（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 冗余碼對收到的資料進行檢驗

1. • 用除數 P 再除去收到的數，若余數 R=0，則證明這個幀無差錯，接受

2. 使用點對點信道的鏈路層：信道特點，PPP 幀格式，零位元填充法和位元組填充法，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 為標志欄位表示開始和結束，是 PPP 幀的定界符；A 和 C 實際上并沒有攜帶 PPP 幀的資訊；協議欄位中的不同資料表示該幀的資料部分的作用不同（背）

• 零位元填充法：同步傳輸（一連串位元連續傳送）
  在原始資料中出現連續 5 個 1 時在其后面加一個 0，在接收端收到資料時將這個 0 刪去

• 位元組填充法：異步傳輸（逐個字符傳送）
  在原始資料中若出現開始符 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

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

• 信道特點：

  • 局域網使用廣播信道；

  • 多臺主機共享局域網內軟硬體資源；

  • 若多個設備在共享的廣播信道上同時發送資料，則會彼此干擾，導致發送失敗

• 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路

  • “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，

  • 最先發送資料的站，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演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】中的一個亂數，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：型別：0x0800（IP 資料報）、0x0806（ARP 報文）

• 最小幀長和最大幀長：最小：64，最大 1518 主要取決于資料部分的長度

1. 網卡的功能和 MAC 地址，幀的型別（單播幀，廣播幀，多播幀）

網卡的功能：計算機通過網路配接器（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 個位元組組成，前 3 個位元組由 IEEE 注冊管理機構 RA 分配，后 3 個位元組由廠家自行指派，
注意：當主機或路由器安裝有多個配接器，就有多個 “MAC 地址”
幀的型別（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

1. 比較集線器與交換機，交換機的自學習功能及轉發幀的程序

比較集線器與交換機：

• 集線器：物理上星型，邏輯上總線型；每個主機到集線器的距離不超過 100m；可以使用光纖擴展主機和集線器之間的距離，使用集線器擴展以太網（前提是連接的多個以太網段的速率要相同）；采用 CSMA/CD，不具有交換機的自學習能力，發送資料采用廣播的方式，整個集線器是個碰撞域，不可以快取幀

• 交換機：以太網交換機作業在資料鏈路層，處理物件是幀；全雙工，不使用 CSMA/CD；向某個介面轉發幀；每一個介面是個碰撞域；可快取幀，可自學習，

• 半雙工資料傳輸允許資料在兩個方向上傳輸，但是同一時刻只允許一個方向；全雙工也允許在兩個方向傳輸，但同時刻可以同時接受和發送資訊

交換機的自學習功能及轉發幀的程序：

1. 開始時，交換表是空的

2. 收到第一個幀后，廣播發到其他介面，非目標主機會把收到的幀丟棄，并記錄這個介面對應的 MAC 地址

3. 當一個介面發送幀時，先從原介面進入，查找交換表是否有目的地址的記錄，如果有就直接發送；如果沒有就廣播發幀，

4. 交換表上的記錄會存在有效時間，過了有效時間會清除記錄，以免介面更換主機或者主機更換網卡

5. 如果兩個交換機有兩個介面相互連接，會利用生成樹協議，在邏輯上洗掉一個介面

6. 廣播域和碰撞域，VLAN，生成樹協議 STP

廣播域：指網路中一個站點發出廣播幀所影響的范圍
碰撞域：指網路中一個站點發出的單播幀會與其他站點發出的單播幀產生碰撞的范圍；任一個時刻在一個碰撞域中只能有一個主機發送資料
VLAN：即虛擬局域網，不改變網路的物理局域網，在邏輯上劃分虛擬局域網，可以基于交換機埠，基于主機 MAC 地址，基于主機 IP 地址（交換機只在 802.1Q 標記相同的介面之間轉發幀）劃分 VLAN

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