计算机网络原理知识点整理
该领域经历了半个多世纪的发展历程
2.计算机—计算机网络 ARPA网象征着目前所称的计算机网络在早期阶段的发展 。** ARPANET** 是一个具有里程碑意义的著名体系结构，在计算机网络技术发展史上扮演了关键角色。
IBM---SNA 和 ****DEC-- DNA
3.三大网络包括：电信网络 、广播电视网络 以及计算机网络
4.电话系统由三个主要的部件构成：（1）本地网络 ；（2）干线；（3）交换局 。
未来网络发展趋势方向：涵盖宽带网、全光网、多媒體網絡、移動網絡、下一代Network NGN
6.一个计算机网络是由资源子网 和通信子网 构成的,
资源子网负责 信息处理 ,通信子网负责全网中的 信息传递 。
资源子网涵盖多种类型的设备，并非仅限于传统的计算机或其他电子设备；这些设备通常充当信息传递的主要客户端或服务器端角色；在某些特定场景下也可以统称为终端设备
通信子网主要由 网络节点和通信链路组成 。
- 计算机网络的主要功能体现在共享资源机制中的硬件部分、软件部分以及用户之间的信息交互机制 三个方面。
根据不同的topology类型进行分类分析的topology主要包括：星形网络结构（star shape）、总线型网络结构（linear arrangement）、环状网络结构（cyclic configuration）、树状网络架构（hierarchical design）、混合网络架构（composite setup）以及网格状网络布局（grid pattern）。
在进行网络拓扑结构的选择时，应重点关注以下几点：（1）系统的稳定性和抗干扰能力（2）整体成本预算（3）系统的适应性或可扩展性（4）处理速度与数据传输效率
根据交换方式的不同进行划分，计算机网络主要包括电路交换网 、数据包交换网 和分组交换网
11.按网络传输技术分类：广播方式 和点对点方式 。
在广播式网络中所使用的报文分组目的地址分为三类：单播地址、多播地址以及广播地址。
通过分组存储转发以及路由选择机制的采用，构成了P2P网络与广播网络之间的关键特征。
12.按所采用的传输介质分为 双绞线网、同轴电缆网、光纤网、无线网 ；
根据信道的带宽进行分类时，则可分为窄带宽网络和宽带网络；按照不同的应用场景划分，则包括科研通信网、教育通信网、商业通信网以及企业通信网络等。
- ISO、ITU、NBS、ANSI、ECMA和因特网体系结构局IAB
14.网络协议：计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。
15.OSI包括了体系结构、服务定义 和协议规范 三级抽象。
OSI七层次架构自下而上依次包括：底层（Physical Layer PH）、网络介质访问层面（Data Link Layer DL）、网络层面（Network Layer N）、数据传输层面（Network Transmission Layer T）、会话管理层面（Session Layer S）、表示管理层面（Presentation Layer P）以及业务应用层面（Application Layer A）。
17.通信服务可以分为两大类：面向连接服务 和无连接服务 。
18.网络数据传输可靠性一般通过确认 和重传机制 保证。
第19章的TCP/IP参考模型由四部分构成；自顶向下包括：应用层面（Layer 7）、传输层面（Layer 6）、互连层面（Layer 5）以及主机-网络连接
网络协议主要包含三个基本要素。1）语义方面涉及用于协调与错误处理所需的控制信息。2）语法方面涉及数据及其相关控制信息的格式、编码方式以及信号电平等细节。3）定时方面涉及速率匹配以及顺序管理等内容。
层次结构的好处：1每一层负责独立完成特定功能；2各层无需深入了解下一层的具体实现细节；3结构简单且便于实施与维护；4当某一层发生变动或被替换时（确保不修改与其上下层之间的接口服务关系），其他层次不受影响。
22.物理层（比特流）：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性 。
数据链路层（帧）：其主要功能是通过检测并纠正传输过程中的错误信息来改善数据传输质量，并旨在将存在传输误差或不稳定（即不可靠）的物理介质连接转变为没有传输错误的数据链路。
网络层（组）负责处理数据分组通过通信子网由源节点传输至目的节点的过程，并为此，在通信子网中执行路由选择被确定为关键步骤。
传输层：全链路（全程），即系统间（系统与系统之间）的层次结构。该层负责实现从终端到终端的全链路通信...
- 会话层次（进程间通信与对话）： 基于进程-进程的层次结构。该系统负责通过创建和终止会话链接来建立和维持对话连接。
表示层为上层用户提供相关信息的语法表达方式转换功能。数据压缩及还原过程与加密及解密过程同样是表示层可提供的核心转换服务。
面向连接服务的核心特点包括以下几点：首先，在数据传输前需要完成创建连接、管理连接状态以及断开连接等操作；其次，在数据传输过程中各分组单元无需携带目标节点标识信息；最后，在采用基于连接的数据传输模式时保证了收发数据顺序的一致性这一特性带来的可靠传输效果。然而这种模式也带来了相应的代价：即需要预先付出一定的开销成本，并伴随复杂的协议设计与较低的通信效率。
无连接服务的特点如下：
1）每一个分组都包含目的地节点地址信息，并且各分组在通信子网中实现独立传输；
2）无连接服务的数据传输流程无需经历创建连接、维持连接以及断开连接这三个步骤；
3）无连接服务运行过程中可能会出现顺序混乱、数据冗余以及数据丢失的情况。
TCP/IP协议具有以下显著特点：首先采用开放式的架构设计；其次不受具体硬件设备限制；再次提供统一的IP地址分配机制；最后遵循标准化协议通信接口
31.互连层的功能主要由IP来提供。
网络层提供了数据分块和重组功能。
在传输层架构中，TCP网络协议确保了稳定可靠的逐字节数据传输通道；而UDP协议则提供了基于分段广播式的数据报传送通道
在应用程序层次上，在此层面上有四个重要的网络通信协议：SMTP被定义为其用于实现简单邮件传送功能；DNS被指定为其负责管理与域名相关的一系列操作；FTP被确定为其提供文件传输的支持；而TELMET也被识别为其能够实现远程终端接入服务。
32.OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较。
两者均基于协议栈这一基础概念，并且两个模型中均采用了层次结构这一概念。各层间的功能划分具有相似性。
不同之处：首先，在OSI架构中包含七个层次（也可称为七个层级），而相比而言，在TCP/IP架构中仅存在四个层次（或者说是四个层级）。它们都包含网络层面（也可称为互连网层面）、传输层面以及应用层面（也可以视为应用程序接口）。然而，在其余层次上两者的配置存在显著差异。其次，在OSI架构中的网络层面同时支持无连接通信与面向连接通信（或者说是数据链路级别的双向通信），但相比之下，在传输层面仅限于面向连接型通信。而在TCP/IP架构中，则是在网络层数值上仅具备无连接型特性（或是零可靠性），但在传输层数值上则同时具备无连接型特性和半开放性特性。
3 DTE（三维数据终端设备）代表的是所有属于用户合法拥有的连接到网络的终端设备或工作站这一类别；它是通信系统中不可或缺的重要组成部分，在信息传输过程中扮演着信源与信宿的角色。而DCE（数据电路终接设备/数据通信设备）则指的是为用户提供接入网络服务的所有入网连接点所属的一类网络设备类别。
DTE与DCE接口导线间的电气连接采用三种不同的平衡策略：常规模式、差动接受器辅助下的非平衡连接以及第三种完全稳定的平衡模式。
根据X.21和X.21 bis的标准，在三个层次上规范了物理电路的配置参数，并规定了动态资源租用、实时通信服务和地址解析通信。
13 物理层的功能和提供的服务：
- 机械特性 物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔及其排列方式、锁定装置形式等作了详细的规定。
- 电气特性 电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性，一般包括：接受器和发送器电路特性的说明，表示信号状态的电压/电流电平的识别、最大数据传输速率的说明，以及互连电缆相关的规则等。
- 信号的功能特性 它规定了接口信号的来源、作用以及与其它信号之间的关系。接口信号线按功能一般可分为数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线等四类。
- 规程特性 规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤。
3.2****传输介质
1传输介质可分为有线 和无线 两大类。
2 三种有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤 。
双绞线 分为无屏蔽 的和屏蔽 的。3类线能承受16MHz，5类线 能承载100MHz。
同轴电缆 分为基带 同轴电缆和宽带 同轴电缆。
光纤将电信号转换为光信号后再转换为电信号。光纤主要用于单点对单点的连接；光纤通信的优势在于损失小、频率范围广以及信息传输速度快和承载能力强等。
3 无线传输介质：无线电通信、微波通信、红外通信 以及激光 通信的信息载体。
4 传输介质的选择受以下因素影响：网络结构的设计、所需的传输容量需求、系统可靠性标准以及价格区间内的经济性要求。
5传输介质的特性：物理特性、传输特性、连同性、地理范围、抗干扰性、相对价格。
7 多址接入的主要方式主要包括以下三种：基于频率分割的多址接入技术FDMA、基于时间分割的多址接入技术TDMA、基于码元分割的多址接入技术CDMA。
8 卫星通信的主要优点包括不受通信距离影响、覆盖范围广、不受地理环境等因素的影响、拥有较宽的频率带宽以及主要应用于固定轨道卫星系统和移动卫星系统的领域。
9 使用卫星通信时，需要注意到它的延时，传输延时的典型值为540毫秒。
3.3****数据通信技术
数据传输速率：该指标用于衡量单位时间内能够传递的数据量（P42）
2 信号传输速率也被定义为码元速率、调制速率或波率，在通信领域通常表示为波特（Baud）。它即每单位时间通过信道传递的码元数量，并且反映了经调制后的传输速率为：（P42）。
4 信道容量与数据传输速率的区别在于,前者代表信道所能达到的最大信息传递速度,而后者则反映实际的信息传递效率
5 奈奎斯特公式，香农公式（P43）。
第6章中的误码率（BER）被定义为一种评估数据通信系统在正常运行条件下信息传递准确度的关键指标。这种指标被称为二进制数据位传输中发生错误的概率。参考公式（P44）。
7 通信包含两类基础的传输手段：顺序传输与并线传输。
其中，并线传输主要用于近距离通信；而顺序传输则主要用于远程通信。
8 串行数据通信的方向性结构有三种：单工、半双工、全双工
- 移动通信中基于通话类型和频率使用的方案通常可分为三种类型：单工型、半双工型和双工型
10基本术语：
- 数据：可定义为有意义的实体，分为 模拟数据和数字数据 两大类。模拟数据是 在某个区间内连续变化的值 ，数字数据是 离散的值 。
- 信号：数据的电子或电磁编码 。分为模拟信号和数字信号。
- 信息：数据的内容和解释。
- 信源：通信过程中 产生和发送信息 的设备或计算机。
- 信宿：通信过程中 接受和处理信息 的设备和计算机。
- 信道：信源和信宿之间的通信线路。
11数字数据也可以用模拟信号来表示，此时要利用调制解调器MODEM。
模拟数据也可以用数字信号来表示；负责实现这一功能的设备是编码解码器CODCE。
3.4****数据编码
1 基带：表示 二进制比特序列的矩形脉冲信号所占的固有频带 ，称为基本频带。
3同步方法：位同步 和群同步 两种。
- 位 同 歌 包 括 外 同 歌 法 和 自 同 歌 法 两 大 类 别 。
- 群 同 歌 涉 及 字 符 之 间 的 异 步 定 时 以 及 字 符 内 部 比 特 之 间 的 同 步 定 时 ， 这 是 群 同 歌 即 异 步 传 输 的 核 心 特 征 。
5 信号数字化的转换过程可包括：采样、量化、编码 三个步骤。
6 在数字通信领域中，在数字化语音通讯、数据传输以及视频信息传递等技术方案的应用下主要呈现出两大显著特点：其抗干扰能力显著，并且能够确保信息保密效果突出。
3.5****数据交换技术
1网络站：作为信源或信宿的一批设备，提供中间通信的设备称为节点。
2根据所采用的数据传输技术进行分类，在信息通信领域中将交换网络划分为电路交换网、报文交换网 和数据分组交换网络
当前因特网的主干线路主要采用的是同步光纤SONEF或是同步数字系列SDH，并且其本质属于电路交换技术。
4 当今的因特网采用的是 电路交换技术和分组交换技术结合 。
5 目前光交换技术发展的主要原因主要有哪些：基于微电子机械结构设计的新型光交换设备、采用智能路由算法的非交换式光纤分组路由器以及基于阵列波导技术和智能路由算法的高效传输系统。
6 三种交换技术的主要特点：(p68)
7电路交换：
- 电路交换网是以电路交换技术为标准范例的经典案例。其主要包含三个过程：建立电路、完成数据传输以及拆除原有的通信线路。
- 采用电路交换方式的优势在于其能够实现数据传输的稳定高效，并能保证数据完整性并按原有顺序传输。然而，在某些特定场景下会存在未被利用的通信渠道带宽浪费的问题。
8 报文交换：
- 该报文交换方式采用的"存储-转发"机制确保了数据传输的可靠性。
- 报文交换的优点主要体现在提高通信效率、增强网络可靠性和减少信号干扰等方面。
A 电路利用率高。
通过报文交换网络机制中，在当通信负载较大时依然能够接收数据包，并且传输延迟随之提升
C 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。
D 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。
主要局限性在于其无法有效适应实时和交互式通信的需求；报文中所经历的网络时延具有不确定性和显著的滞后性
9 分组交换
- 数据报分组交换：将一个报文分割为若干个子分组，并规定每个子分组的最大长度；数据报分组交换主要应用于交互式通信系统中，在其中可区分的数据报分组交换和虚电路分组交换两种形式。
- 逻辑电路：在采用逻辑电路的方式实现数据传输时，在网络中源节点与目的节点之间需预先建立一条逻辑路径；其显著特点在于，在完成数据传送前需预先规划并建立各站点之间的连接通路。
- 数据报方式（66）
在广播类型的网络接口配置中采用全"1"位设置来标识所有子网段号。其中被称为广播类型的网络接口配置。
而全"0"位设置则对应于没有任何站点的情况。
内容：
- 数据链路层的基本功能。向网络层提供透明 的和可靠 的数据传送服务。透明性是指该层上传输的数据的内容、格式及编码没有限制，也没有必要解释信息结构的意义；可靠的传输使用户免去对丢失信息，干扰信息及顺序不正确等的担心。
- 目前较普遍使用的帧同步法是比特填充法 和违法编码法 。
- 数据链路层通过使用计数器 和序号 来保证每帧最终都能被正确地递交给目标网络层一次。
- 许多高层协议中也提供流量控制功能，只不过流量控制的对象不同而已。对于数据链路层来说，控制的相邻两节点之间数据链路上的流量，而对于传输层来说，控制的则是从源到最终目的之间端对端的流量。
- 流量控制 实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方所能承受的能力。
- 最常用的流量控制方案：停止等待方案 和滑动窗口机制 。
- 链路管理功能主要用于面向连接的服务。数据链路层连接的 建立、维持和释放 就称作链路管理。
- 差错检测应包含两个任务：即差错控制编码 和差错校验 。
- 差错控制编码方法基本上有两类：一类是自动请求重发ARQ ，另一类是前向纠错FEC 。
- 差错控制编码又可分为检错码 和纠错码 。检错码是指能自动发现差错的编码，纠错码是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。
- 奇偶校验码 、循环冗余码 和海明码 是几种最常用的差错控制编码方法。
- “+”指的是模二加，也即异或运算。（相同为0，不同为1）
- 垂直奇偶校验方法的编码效率为R=p/(p+1)。
- 水平奇偶校验的编码效率为R=q/(q+1).
- 水平垂直奇偶校验的编码效率为R=pq/[(p+1)(q+1)]
- 连续重发请求方案及时指顺序接收管道协议。
- 基于窗口机制的流量控制方法可限制发送方已发出而未被确认的帧数目。发送方的发送窗口指示已发送但尚未确认的帧序号。接收方类似地也有接收窗口，它指示允许接收的帧的序号。
- 基本数据链路协议有** 停等协议、顺序接收管道协议、选择重传协议** 。
- 数据链路控制协议也称链路通信规程，也就是OSI模型中的数据链路层协议。链路控制协议可分为异步协议 和同步协议 两大类。
- 同步协议采用帧作为传输单位，也便于实现差错控制、流量控制等功能。
- 同步协议可分为 面向字符 的同步协议、 面向比特 的同步协议及 面向字节计数 的同步协议三种类型。
- 面向字符的同步协议是最早提出的同步协议，其典型的代表是BSC协议 。
- 监控报文一般由单个传输控制字符或由若干个其它字符引导的单个传输控制字符组成。引导字符统称为前缀。
- HDLC有信息帧 （I帧）、监控帧 （S帧）和无编号帧 （U帧）三种不同类型的帧。
- 在因特网有两个广泛使用的链路层协议：串行线路IP协议 （SLIP）和点到点协议 （PPP）。
- 数据链路层的 作用 。对物理层传输原始比特流的功能的加强，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无出错的数据链路，即使之对网络层表现为一条无差错的链路。
- 数据链路层的功能。帧同步功能、差错控制功能、流量控制功能、链路管理管理。
- 帧同步的方法：1）使用字符填充的 首尾定界符法 。用一些特定的字符来定界一帧的起始与终止。BSC规程是其典型例子；2）使用比特填充的 首尾标志法 。HDLC规程即采用该法；3） 违法编码法 。该法在物理层采用特定的比特编码方法时采用。例如曼彻斯特编码方法；4） 字节计数法 。这种方法以一个特殊字符表征一帧的起始，并以一个专门字段来标明帧内的字节数。面向字节计数的同步规程的典型实例是数字数据通信报文协议DDCMP。
- 停止等待方案的工作原理 ：发送方发出一帧，然后等待应答信号到达后在发送下一帧；接收方每收到一帧后送回一个应答信号，表示愿意接收下一帧，如果接收方不送回应答，则发送方必须一直等待。
- 滑动窗口机制的工作原理 ：发送方每次发送一帧后，待确认帧的数目便增1，每收到一个确认信息后，待确认帧的数目便减1。窗口随着数据传送过程的发展而向前滑动。当重发表长度计数值，即待确认帧的数目等于发送窗口尺寸时，便停止发送新的帧。
- 传输中差错都是由噪声引起的。噪声有两大类：随机热噪声、冲击噪声 。热噪声引起的差错称为随机错；冲击噪声呈突发状，由其引起的差错称为突发错。
- 理论上可以证明 循环冗余校验的检错能力 有以下特点：1）可检测出所有技术位错。2）可检测出所有双比特的错。3）可检测出所有小于、等译校验位长度的突发错。
- 基本的数据链路协议：1）停等协议 2）顺序接收管道协议 3）选择重传协议
- 差错控制方法中的自动重发请求法即ARQ有几种实现方案，空闲重发请求 （IRQ）和连续重发请求 （CRQ）是其中最基本的两种方案
- 空闲重发请求方案也称停等法，该方案规定发送方每发送一帧后就要停下来等待接收方的确认返回，仅当接收方确认正确接收或再继续发送下一帧。
- 停等协议 最主要的优点就是所需的 缓冲存储空间最小 ，最大缺点是：发送方要停下来等待ACK帧返回后再继续发送而造成 信道浪费 。
- Go-back-N策略的基本原理是，当接收方检测出失序的信息帧后，要求发送方重发最后一个正确接收的信息帧之后的所有未被确认的帧。或者当发送方发送了n个帧后，若发现该n帧的前一帧在计时器超时区间内仍未返回其确认信息，则该帧被判定未出错或丢失，此时发送方就不得不重新发送该出错帧及其后的n帧。这就是Go-back-N法名称的由来。
- 停等协议可以看成是发送窗口、接收窗口等于1；Go-back-N是发送窗口大于1、接收窗口等于1的特例，选择重传协议是发送窗口、接收窗口均大于1。
- 选择重传协议的思想：当接收方发现某帧出错后，其后继续送来的正确的帧虽然不能立即递交给接收方的高层，但接收方仍可收下来，存放在一个缓冲区中，同时要求发送方重新传送出错的那一帧。一旦收到重新传来的帧后，就可与原已存于缓冲区中的其余帧一并按正确的顺序递交高层。
- 选择重传协议在某帧出错时减少了后面所有帧都要重传的浪费，但要求接收方有足够大的缓冲区空间来暂存未按顺序正确接收到的帧。
- BSC协议的个传输控制字符的功能：SOH：序始。STX：文始。ETX：文终。EOT：送毕。ENQ：询问。ACK：确认。DLE：转义。NAK：否认。SYN：同步字符。ETB：块终或组终。
- BSC协议将在链路上传输的信息分为数据报文和监控报文两类。监控报文又可分为正向监控或反向监控两种。每一种报文中至少包含一个传输控制字符，用以确定报文中信息的性质或实现某种控制作用。（BSC协议是一个半双工协议。）
- HSLC协议（高级数据链路控制协议）具有的特点：协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，不必等待确认便可连续发送数据，有较高的数据链路传输效率；所有帧均采用CRC校验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重收，传输可靠性高；传输控制功能与处理分离，具有较大灵活性。
- HDLC中常用的操作方式有三种：1）正常响应方式NRM。这种操作方式中，传输过程由主站启动。2）异步响应方式ARM。ARM下的传输过程由从站启动。3）异步平衡方式ABM。这种方式允许任何节点来启动传输的操作方式。
- HDLC协议采用“0”比特插入法实现数据的透明传输，该法在发送端检测除标志码以外的所有字段，若发现连续5个“1”出现时，便在其后添插1个“0”，然后继续发送后面的比特流；在接收端同样检测除标志码以外的所有字段，若发现连续5个“1”后面是“0”，则将其删除以恢复比特流的原貌。
- SLIP协议。SLIP提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法。SLIP是一种简单的组帧方式，使用时存在一些问题。首先，SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配；其次，SLIP帧中无协议类型字段；再有，SLIP帧中无校验字段。
- PPP提供了3类功能。1）成帧：它可以毫无歧义地分割出一帧的起始与结束。其帧格式支持错误检测、2）链路控制：LCP（链路控制协议）可用于启动线路、检测线路、协商参数，以及关闭线路；3）网络控制。NCP（网络控制协议）。
- PPP与HDLC之间最主要的区别。PPP是面向字符的，HDLC是面向位的；特别是PPP在拨号调制解调器线路上使用了字节填充技术，所以，所有的帧都是整数个字节。
- PPP帧都以一个标准的HDLC标志字节（01111110）为开始，地址域总是被设置成二进制值11111111。控制域的默认值是00000011，此值表示这是一个无序号帧，即在默认方式下，PPP并没有采用序列号和确认来实现可靠传输。协议域的任务是指明净荷域中是哪一种分组。已定义了代码的协议为：LCP、NCP、IP、IPX、AppleTalx和其它协议。以0位作为开始的协议是网络层协议，以1位作为开始的协议被用于协商其它的协议。净荷是变长的，最多可达到某一个商定的最大值，其默认长度位1500字节。
- PPP是一种多协议成帧机制，它适合于调制解调器、HDLC位序列线路、SONET和其它的物理层上使用。它支持错误检测、选项协商、头部压缩以及使用HDLC类型帧格式的可靠传输。
帧格式：
DDCMP协议所采用的帧格式结构：起始标志（SOH）字段占用了8个比特。计数字段总共占用了一百四十四个比特，并用于指示数据段内实际存储的数据字节数量。为了满足传输需求的最大容量要求，在这种情况下报文中所需的最大总长度被定义为八百三十八千四百一十六个比特。为了确保总长度是完整的字节块，请确保所有相关参数设置正确无误。报告相关的状态信息所需的标志字段仅占用两个比特空间。确认应答字段则占据了八个比特空间来反映接收方的状态反馈情况。seg、addr各占八个比特来标识相应的地址信息位置参数以及地址空间位置标识符的位置参数等信息内容。两个校验码——crc-1和crc-2分别负责对报文标题信息块以及正文信息块执行双重验证任务以确保传输过程中的完整性与可靠性
| SOH | Count | Flag | Ack | Seg | Addr | CRC1 | Data | CRC2 |
|---|
BSC协议的数据块按照以下形式分为四类：其中第一类为无头单一数据包或分段传输过程中的最后一个数据段。
| SYN | SYN | STX | 报文 | ETX | BCC |
|---|
| SYN | SYN | SOH | 报文 | STX | 报文 | ETX | BCC |
|---|
2)带报头的单块报文：
3）分块传输中的第一块报文：
| SYN | SYN | SOH | 报文 | STX | 报文 | ETB | BCC |
|---|
4）分块传输中的中间报文：
| SYN | SYN | STX | 报文 | ETB | BCC |
|---|
反向监控报文的四种格式：1）肯定确认和选择响应：
| SYN | SYN | ACK |
|---|
| SYN | SYN | NAK |
|---|
2）否定确认和选择响应：
| SYN | SYN | P/S前缀 | 站地址 | ENQ |
|---|
3）轮询/选择请求：
4）拆链：
| SYN | SYN | EOT |
|---|
HDLC的帧格式：
| 标志 | 地址 | 控制 | 信息 | 帧校验序列 | 标志 |
|---|---|---|---|---|---|
| F 01111110 | A 8位 | C 8位 | I N位 | FCS 16位 | F 01111110 |
5. PPP帧的格式：
| 标志 | 地址 | 控制 | 信息 | 帧校验序列 | 标志 |
|---|---|---|---|---|---|
| F 01111110 | A 8位 | C 8位 | I N位 | FCS 16位 | F 01111110 |
第五章 网络层
网络层的目的是负责实现两个端系统之间的数据完整性和及时性的传输过程，并包含动态选择最优传输路径、平衡网络资源以避免拥塞以及确保不同网络之间的有效通信等功能。
在分组交换网络中，网络层终端节点通过VC tunnels和datagrams两种形式实现与外部系统的连接，并且内部处理也同样采用VC tunnels和datagrams两种方式进行处理。
- 在虚拟电路的操作模式下，在实现数据传输的过程中, 网络中的源端点与目的端点之间必须构建一条逻辑通道. 由于这条通道不具备专用属性, 因此将其命名为虚拟电路.
在内部区域里，各个逻辑通道分别利用独特的逻辑通道号来标识并分辨各自的任务。而多个逻辑通道则依次按时间间隔轮转地使用同一个物理通道来进行数据传输。
在各个节点内部需要设立一个虚拟电路记录表，并用于记录每个经过该点的虚拟电路占用的各个逻辑信道编号。
6、各节点的虚电路表是在虚电路建立过程中建立的。
对于采用分组传输的数据通信系统中，在每一分组操作过程中，“每个分组被定义为一个单独的数据包”，而这些“多个这样的分组组合在一起形成一个完整的传输请求或者信息载体”。
8、各数据报不能保证按顺序到达目的节点。
在数据包传输过程中，无需设置虚拟通道；然而，在每个数据包的路由决策上必须由网络节点负责。
虚电路服务通过网络层向传输层发送数据，并确保所有分组按顺序到达目的端系统以实现可靠的传送。
支持提供这种虚电路服务的通信子网内部的实际操作既可以采用虚电路方式实施也可以采用数据报方式进行处理
12、SNA就是采用这种虚电路操作支持虚电路服务方式的实例。
以分组传输技术的操作网络同样能够建立虚拟专用电路连接。具体而言，在通信子网内部节点通过分组交换技术实现双向通信功能。而对于主机端设备而言，则会自动为每个主机建立一个独立的虚拟专用通道连接。
14、通常情况下，仅由数据报交换网来支持的数据包服务功能。
端系统与网络节点之间的关系是基于统一的数据报交换机制完成的数据传输。
15、数据报服务与OSI的无连接网络服务类似。
在子网内部运行时，在采用虚电路与数据报两种传输方式之间需要考虑的主要方面包括：一是路由器内存容量与带宽性能之间的权衡关系。另一个需要考虑的平衡点是建立虚电路所需的时延与进行地址解析所需时延之间的权衡关系。
数据传输层上的设备接收到一个数据分组后根据接收到的数据分组确定下一传输路径这一步骤即为路由选择它是网络层实现核心功能的关键机制
在网络数据包传输过程中，在分组转发模式下（即数据包方式中），网络节点需要为每一个分组的路径进行规划和选择；而在虚电路传输模式下（即虚电路方式中），则仅需在连接建立时确定相应的传输路径。
19、路由选择涉及两个核心操作：最佳路径的判定与网间信息包的传送。其中路径的判定相对较为复杂。确定路由选择的方法称为路由选择算法。
20、路由选择的核心是路由选择算法。
即为最优路径原则。若路由器J位于从路由器I至K的最佳路径上，则其从J至K的最佳路径必定位于该共同路径上。
所有源端到目的端之间的最佳路径集合构成了一个以目的地为基础构建的树结构；这种特定的树被称为汇聚树；需要注意的是这样的汇聚树并不具有唯一性
23、路由选择算法的目的就是为所有路由器找出并使用汇集树。
基于固定策略运行的一类无需实时测量或依赖网络数据的路由选择机制被称为静态路由选择算法。需要注意的是这种分类更多是一种管理工具性质的角色而不是严格的算法规则通常由系统管理员在配置阶段预先设置好相关参数和映射关系
24、静态路由选择的主要三种算法包括基于距离的路由选择算法、传播法以及流量驱动的路由选择算法。
25、最短路由选择算法是一种简单易懂而应用广泛的技术。
Dijkstra算法遵循将每个节点标记为从源节点沿着最短路径到达该点的距离。
27、扩散法则被视为最为基础的一种 routing algorithm，在网络术语中常被称作 broadcast routing protocol。其中较为实用的一种变体称为 selective diffusion method。
主要依据流量的变化设计的一种静态路由算法。
这种算法在已知平均通信量的前提下对流量进行数学分析，
以优化路由选择。
要采用基于流量信息的路径选择策略，在网络中实现动态路由配置的前提条件是需要某些关键数据。首先，在网络运行过程中其拓扑结构已经被明确确定；其次系统应提供节点间通信量矩阵以及各线路传输容量矩阵；最后需要为路径选择策略提供相应的数学模型与算法支撑。
节点的路由选择是基于当前网络状态信息而采取的一种方法之一，在网络运行中根据实时反馈进行优化调整以实现路径最优化的目的；这种决策机制被称为动态路径选择策略或自适应路径规划方法。其中最常见的两种算法包括距离矢量路由算法以及基于链路状态的信息聚合更新机制等
距离矢量路由算法最初是在ARPENET上采用的路由算法，并被称为被用于INTERNET上的RIP路由信息协议
在互联网领域中得到了广泛应用的OSPF（最短路径优先）协议主要依赖于链路状态路由算法
恒定不变的主机被称作固定主机；这些设备通常通过以铜缆或光纤形式接入网络。
移动主机也大体上是固定不变的,但通常会从一个固定的位置转移到另一个固定的位置,然而只有当这些主机通过物理连接连接到网络时才会使用网络功能。
在执行计算的过程中发生漫游的主机，在转移过程中持续在网络中保持连接的状态。这些主机希望能够持续在网络中保持连接的状态。我们将其称为移动型设备或称作移机设备以表示此类设备的特点。简而言之地说即指那些从原有位置脱离但仍需维持网络连接状态的机器。
将该目标地址发送至网络层以便于后续处理，在此过程中提出了五种不同的实现方案：第一方案要求支持特定地址广播机制；第二方案采用按路径传播法；第三方案应用多路路由技术；第四方案基于以起始路由器为根节点构建无环结构体；第五方案则通过逆向路径转发机制完成数据包传播任务
37、逆向路径转发的优点是：它的效率相对合理，而且容易实现。
支持将信息发送至一些预先定义明确的群组。尽管这些群组拥有较多成员数量,但相对于整个网络规模而言依然较小。向此类群组传输信息的过程被称为多播（也称作网络分发）。该过程通常采用特定的路由算法进行选择和优化。
39、多播传送需要对组进行管理。
40、清除生成树所有子网的最简便的方法适用于使用链路状态路由算法的网络。
当通信子网某一部分接收的分组数量超过其处理能力时，在这种情况下会导致该部分网络无法及时处理 incoming traffic, 进而影响到该部分以及整个网络的工作效率. 在极端情况下可能完全阻塞 network performance, 即可能导致 deadlocks.
42、网络拥塞问题可以通过控制理论进行分析。解决的办法主要分为开环和闭环两大类。
完成开环控制的方式包括：一是及时判定新的流量到达时机、二是准确识别待丢分组的时间节点及其具体内容、三是根据不同接入点的任务优先级自主做出调度决策。
44、开换算法可以分成在源端采取动作还是在目的端采取动作两类算法。
一旦网络出现拥塞现象时，则会立即联想到两种解决方案可供选择：一方面可以通过提升带宽容量来增加资源供给能力；另一方面则可以通过优化资源分配策略来实现降载目的。而解决网络拥塞问题最有效的手段则是通过优化资源分配策略来实现降载目标。具体实施降载措施时可采取以下几种途径：对部分用户提供优先级处理、对部分或所有用户提供降级服务，并鼓励用户预估需求并提前规划资源分配方案以提高系统效率
46、丢弃策略是指当没有空间的时候，指明该丢弃哪个分组的规则。
load shedding occurs when a router is overwhelmed by too many packets, and the solution is to discard these packets.
48、负载丢弃策略有两种类型：其中旧的分组优于新的分组时称为葡萄酒型；而当新的分组优于旧的分组时，则被称为牛奶型。一种新型流行算法在实际耗尽所有缓冲区空间前便开始丢弃数据包。这种做法正是基于RED随机选择且采用早期预测机制的经典算法。
49、路由器采用何种方式通知源主机有关的问题？其中一种方法是向主机发送一个被抑制的分组；而另一种策略则是仅将筛选出的分组丢弃，并不通知源主机。
50、分组到达时间的变化量（即标准偏差）被称为抖动。
51、从一个源到一个目标的分组流称为流。
通过4个基础参数来详细描述每个网络流量的需求特性：包括可靠传输、最低延迟、波动范围以及带宽容量。这些关键指标共同决定了网络流量所需要达到的服务质量等级QoS。
53、该机构规范网络多媒体数据流的体系架构，通常称为以数据流为基础的方法或集成型服务。
该方法主要依据每台路由器本地的配置信息实现对服务质量的管理，并不影响整体路径规划这一核心策略被定义为基于类别区分的服务质量。IETC已制定该服务机制的标准规范被称为区分服务
55、标记分组流的做法非常接近于虚电路的思想。
56、MPLS是确保QoS得到保障的核心技术。其目的是优化网络设备的性价比和处理能力。该技术最初由Cisco等网络设备相关公司提出。
网际互连的主要目标是使一个网络上的用户能够接入其他网络上的资源。它是不同网络之间用户进行通信与数据交换的方式。
网际互连的主要目标是使一个网络上的用户能够接入其他网络上的资源。它是不同网络之间用户进行通信与数据交换的方式。
58、局域网、广域网的网际互连有“LAN-LAN”、“LAN-WAN”、“WAN-WAN”、“LAN-WAN-LAN”四种形式。
59、节点需基于当前网络状态信息确定其路由选择的策略，则称该种方式为动态路由选择策略，并即为自适应 routing algorithm.
转发器是一种底层设备,负责将网络物理层进行连接,它对网段上的信号衰减进行放大、整形或再生.其主要作用是扩大传输范围,因此在这种情况下所形成的网络仍然被视为同一个网络系统.
网络 bridge 作为关键组件，在数据链路层面负责执行协议转换功能。在网络环境切换或保持一致时处理数据帧的存储与转发任务。
62、路由器（Router），一种用于通信网络中工作的设备，在其工作所处的网络层面上实现协议转换功能，并负责接收来自不同子网的分组数据包（traffic packets），将其存储并转发至相应的目标子网以完成信息传递过程。
63、网关，提供传输层及传输层以上各层间的协议转换，又称协议转换器。
64、桥路器兼有网桥和路由器两者的功能。
65、最初是为了将一类具有相同物理层架构及介质访问控制子层特征的局域网连接在一起而设计出网桥。
66、IEEE802.1规范了网桥的协议结构；网络桥接必须具备寻址能力；其主要功能通过过滤和转发机制得以实现。
67、基于主机端实现的RIP运行于被动模式；而位于路由器内的RIP则采用主动模式操作。其中，在被动型配置下仅负责接收而不进行发送；相反，在主动型设置下既能发送也能接收相关数据报信息
RIP所采用的距离计算方式是一种相对直接且简洁的有效手段。
这一计算方式基于站点计数度量的方法进行。
对于直接与之相连的网络节点而言，在计算时被设定为1。
当两个节点间的最短路径长度为n时，
该路径上则需要穿越n个中继路由器。
这种设计确保了路由选择过程的高度效率和准确性，
从而实现了网络资源的有效优化和管理。
69、开放最短路径优先OSPF协议已被广泛认为是当前最主流的内部网关协议之一。该协议基于链路状态的技术构建其数据平面。作为一种动态路由算法，在网络拓扑发生变化时能迅速而有效地响应变化情况，并通过其自适应机制能迅速而有效地响应网络拓扑的变化情况。该动态路由算法通过其自适应机制能迅速而有效地响应网络拓扑的变化情况；此外该方案具备负载均衡机制
70、OSPF采用三种类型的连接和网络：点对点连接、广播连接以及非广播连接。
71、路由器通过扩散把自己的链路状态信息告诉它所在区域的其它路由器。
72、网桥是一种数据传输设备，在用于连接相似类型的局域网时发挥了重要作用。在互连网络结构分析中发现其作为DCE级端到端连接的核心组件；而在协议层次上分析时，则可看出其位于链路层并负责对数据帧实施存储转发操作。研究发现其核心功能体现在寻址与路由选择机制上
局域网的逻辑功能从上往下划分包括物理层面、以太网MAC地址以及逻辑链路控制实体LLC三个层级，在异构局域网中其差异主要表现在物理层面以及以太网MAC地址层面
74、路由器的主要服务功能：①建立并维护路由表。②提供网络间的分组转发功能。
在网络层中，互联网被视为由一组相互连接的子网络或自治系统（Autonomous System, AS）构成。在互联网体系中，负责将这些子网络或AS互联起来的就是互连层协议（Layer 3）。其中一种核心的技术就是IP协议（Internet Protocol），它正是为了实现网络之间的互连而发展起来的。IP协议是TCP/IP协议族中的核心部分，在传输层上使用的各种数据信息都会被封装成IP报文的形式进行传输。此外，在网络通信的过程中，从源端到目的端之间通过IP报文进行高效可靠的通信是一种标准的技术方案。
76、位于互联网层次结构中包含四种核心的通信protocol：internet protocol IP、internet control message protocol ICMP以及address translation protocol ARP和reverse address translation protocol RARP
77、互连层的功能主要由网络接口协议（ IP）来实现，并且负责进行 IP寻址、路由选择以及对各类型的数据包进行分割和组装工作。在互联网传输中，每个接收方都会处理自己的 IP数据包，并将它们重组为完整的消息块以供解码和解密处理。
78、TCP/IP分别采用了IP地址作为物理数据帧与物理地址的统一描述形式。
IP数据报通常包含两个主要组成部分：头信息字段和核心数据内容。其中包含了两个关键字段：一个是固定长度为20字节的头识别区（如版本号、协议标识等），另一个是可变长度的数据分段区。
80、IP数据报是通过物理帧封装的方式来实现传输过程的。在IP协议头部中负责控制分段与重组功能的是三个特定字段：分别为标识字段、标志字段和分段偏移字段。从输入到输出端，在接收端与发送端分别实施的数据报处理主要包括两部分：一部分由本地设备进行处理；另一部分则由网络设备执行操作。
81、ARP：IP→MAC，RARP：MAC→IP。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。
为了使互联网能够报告差错或提供意外情况的信息，在该层面上引入了一种特殊的报文机制用于处理异常情况，并作为该协议体系中的一员。
83、因特网支持两类组地址：永久组地址和临时组地址。
84、因特网组管理协议IGMP类似于ICMP，但只有两种报文：询问和响应。
85、当多播报文在传输过程中遭遇不支持多播的路由器或网络时，则需采用隧道技术来解决
86、Ipv6把IP地址长度增加到128比特，使地址空间增大了296倍。
简答：
- 在设计路由算法时需综合考量多项要素。首先决定采用最短路径策略还是最佳路径策略；其次明确通信网络中采用虚电路还是数据报传输方式；其三确定是采用分布式还是集中式路由机制；最后明确静态或动态路由选择策略的具体实现方式。
- 最短路径选择原理即为构建基于权重评估的通信网络模型，在此模型中节点代表路由器而弧线代表连接线路，并以权重数值表征各线路传输效率或延迟程度。
- 针对特定传输介质而言的数据流量管理策略主要是通过统计分析和数学建模来预测和优化数据传输效率。
- 在距离矢量路由协议下,路由器通过维护动态更新的路由表来实现信息传递,其中每条记录都包含目标节点名称及其相对距离值。
- 每个路由器的工作流程包括:首先探测本地邻居节点并获取其地址信息;其次测量各邻居节点间的传输延迟或带宽消耗;再次生成包含最新探测数据的信息包;之后将该信息包发送至网络中的所有节点;最后根据接收到的信息重新计算并更新全局最优路径信息。
- 移动主机登录过程主要包括五个步骤:一是外部代理定期发布寻址分组声明自身存在及其IP地址;二是移动主机完成身份认证后获取当前位置信息并建立本地会话连接;三是外部代理与移动主机主代理进行身份验证确认其真实存在;四是主代理验证成功后将访问权限授权给移动主机;五是移动主机获得认证后完成登录操作并完成整个身份认证流程。
- 网络拥塞发生的主要原因包括:当多条输入链路同时发送数据包至同一条输出线路时,若目标线路内存不足以存储所有分组可能导致部分分组丢失；此外,路由器处理器运行速度较慢可能导致无法及时处理接收的数据包从而造成队列积累现象。
- 拥塞控制与流量控制的本质区别在于:前者是从全局角度确保网络能够承载所能承受的最大流量,涉及多个层次节点之间的协作工作；而后者则是针对单一对接关系进行实时监控和反馈调节以避免单点拥塞问题。
- 影响网络拥塞的主要策略包括:优先级调度、带宽 reserved机制、负载均衡管理以及 Quality of Service (QoS)参数设置等综合措施的应用。
| 层 | 策略 |
|---|---|
| 传输层 | ●重传策略 |
| ●乱序缓存策略 | |
| ●确认策略 | |
| ●流控制策略 | |
| ●确定超时策略 | |
| 网络层 | ●子网内部的虚电路与数据报策略 |
| ●分组排队和服务策略 | |
| ●分组丢弃策略 | |
| ●路由策略 | |
| ●分组生存管理 | |
| 数据链路层 | ●重传策略 |
| ●乱序缓存策略 | |
| ●确认策略 | |
| ●流控制策略 |
虚电路子网的动态拥塞控制方法。（1）防止已经拥塞的子网进一步恶化的技术是准入控制。（2）虽然允许建立新的虚电路，但要谨慎地选择路由，使所有新的虚电路都绕开有问题的区域。（3）进行资源预留。
2. 要实现网际互连，必须：（1）在网络之间至少提供一条物理上连接的链路，并具有对这条链路的控制规程；（2）在不同网络的进程之间的路由实现数据交换；（3）有一个始终记录不同网络使用情况并维护该状态信息的统一的计费服务；（4）在提供以上服务时，尽可能不对互连在一起的网络的体系结构做任何修改。
3. 路由器和网桥的区别：（1）网桥工作在数据链路层，而路由器工作在网络层。网桥利用物理地址来确定是否转发该分组。（2）如果使用网桥去连接两个局域网，那么两个局域网的物理层与数据链路层协议可以是不同的，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议。如果使用路由器去连接两个局域网，那么两个局域网的物理层、数据链路层与网络层协议可以是不同的，但网络层以上的高层要采用相同的协议。（3）网桥工作在数据链路层，由于传统局域网采取的是广播方式，因此容易产生“广播风暴”问题，而路由器可以有效地将多个局域网的广播通信量相互隔离开来，使得互连的每一个局域网都是独立的子网。
4. 数据报和虚电路的比较
| 比较项目 | 数据报子网 | 虚电路子网 |
|---|---|---|
| 建立电路 | 不需要 | 需要 |
| 地址信息 | 每个分组包含完整的源地址和目标地址 | 每个分组包含一个很短的虚电路号 |
| 状态信息 | 路由器不保留任何有关连接的状态信息 | 每个虚电路都要求路由器为每个连接建立表项 |
| 路由 | 每个分组被独立地路由 | 当虚电路建立的时候选择路径，所有的分组都沿着这条路径 |
| 路由器失效的影响 | 没有，除非在崩溃过程中分组丢失 | 所有经过此失效路由器的虚电路都将终止 |
| 服务质量 | 很难实现 | 如果有足够的资源可以提前分配给每一个虚电路，则很容易实现 |
| 拥塞控制 | 很难实现 | 如果有足够的资源可以提前分配给每一个虚电路，则很容易实现 |
Chap6****传输层
1 传输层是整个协议层次结构的关键组成部分，在确保数据可靠传输的同时保持成本较低的成本水平，并不受当前网络或使用的网关的影响。
传输层的主要任务是为用户提供高质量的服务。该层通过确保服务的有效性、可靠性以及最佳性来实现这一目标。
- 传输层级居于网络层层与应用层层之间，并借助网络层层提供的各项服务为上一层提供必要的支持。
4传输实体：传输层中完成向应用层提供服务的硬件和软件称为传输实体
5传输实体可能存在与下列硬软件环境中：
。。。（操作系统的内核中）
（一个单独的用户进程内）
（网络应用的程序库中）
（网络接口卡中）
6网络层是通信子网的最高层
传输层负责将通信子网的技术、设计和各种缺欠与其上层区隔开的关键作用。
8传输层协议和数据涟路层协议有相似的地方
。。。两者都必须解决差错控制、分组顺序、流量控制及其他问题。
两者的主要区别在于它们运行的环境存在显著差异。由此产生的影响即是两者的功能定位不同。在数据链路层中涉及相邻节点之间数据的信息传递过程。而在传输层中双方则通过通信子网实现信息的具体发送与接收。
- 传输层与数据链路层的主要区别在于：传输层在寻址和建立连接的过程中较为繁琐，并且在数据缓冲区的管理和流量控制方法上存在差异。
10三次握手算法的工作原理：首先，在第1阶段中, 客户端( sender )向服务器( receiver )发起建立连接的询问报文;在第2阶段中, 服务器接收到该询问后回复一个确认信息;最后, 在第3阶段中, 客户端随后再次传输一个双重确认的信息以完成整个过程
从功能角度看，传输层的主要任务包括：第一，在保障通信质量的前提下实现全连接路径；第二，在会话层之上提供可靠的、基于网络独立性的传输服务。
12传输层的主要功能：为对话或会话建立可靠传输通道，在单个物理通道上传输数据时实现多路复用，并支持从头到尾的数据编号管理与流量控制，并确保数据传输过程中的差错检测与恢复。
TCP的服务特点主要包括以下几点：（1）基于连接的通信；（2）两端之间直接通信；（3）具有高度可靠性；（4）支持双向通信；（5）采用分段传输的方式；（6）具备快速数据发送功能。
14 UDP提供的服务具有以下主要特点：（1）无需预先设置连接；（2）未对数据包进行检查或篡改；（3）无需等待对方回应；（4）由于上述特点的存在，在实时性方面表现突出，并且运行效率较高。
Chap7****应用层
1 IP地址由网络标识和主机标识两部分组成
2 A类地址：0.0.0.0----127.255.255.255
B类地址：128.0.0.0---191.255.255.255
C类地址：192。0。0。0-----223。255。255。255
3 利用子网掩码可以判断两台主机是否同一子网中。
4 INTERNET引进了字符形式的IP地址，即域名。
该网络环境下的所有连接到互联网的主机或路由器都拥有一个唯一确定的层级式名称，并称其为'域名'。
DNS可被视为一个分布式的数据库系统，并主要包含以下三个关键组件：首先是由域名空间负责管理顶级域中的主机名分配功能；其次是由域名服务器处理来自客户端的查询请求并进行内部转达；最后通过地址转换请求程序来完成地址转换请求。
6 域名分为两类：一类是网络域名（主要用于标识一个特定的网络），另一类是主机域名（用于标识一台具体的计算机主机）。
七 三类不同的域名服务器（1）本地域服务器（2）根域服务器（3）权限认证型名服
8 简单邮件传输协议SMTP 邮局协议POP 因特网邮件存取协议IMAP
9 WWW指通过HTTP协议链接起来的无数WEB服务器中的网页资源。
10 WWW采用壳户机/服务器的工作模式
第八章 局域网技术
8.1
局域网（LAN）通过构建一系列网络节点实现了不同类型的通信设备与计算机系统的互联，在此基础之上实现了信息的共享与数据交换功能。相比传统网络系统，在相同覆盖范围内可提供显著提升的传输速度以及更低的数据时延表现，并且能够保证更高的数据传输可靠性。
基于传输技术的基础上
transmission
broadcasting architecture
notable
interference
有时也被称为多路接入通道或随机接入通道。
通信信道又称数据介质。
网络节点借助特定通道进行信息交换的行为称为介质接入过程。
优化各参与方的操作流程以及用于分配广播通道权限的过程规则即为Medium Access Control Protocol（MAC）机制。
4、介质访问控制子层MAC负责广播式网络的信道分配，并缓解信道冲突问题；在点对点网络中不存在MAC分层概念。
几乎所有的局域网都以广播信道作为通信的基础。
5、广播信道的分配策略主要包括静态分配策略和动态分配策略两大类。
6、固定频段分配方案涉及频率复用技术和时间复用技术。在该方案下,各个网络节点被预先指定独立的频率资源,确保这些资源互不重叠以避免干扰。当网络中的用户数量较少且相对稳定时,并且每个用户都需要传输大量数据的时候,在这种情况下信道利用率较高
动态分配策略包含随机访问和控制访问，并本质上属于异步时分多路复用技术。其中一种方法被称为争用（random access）。在控制访问方面有两种主要方法：轮转（round-robin）与预约（polling）。其中一种方法是轮转：让每个网络节点轮流使用信道权限；另一种方法则是让所有网络节点首先声明自己有待发送的数据，并按照声明的先后顺序依次获取信道使用权来进行数据传输。
一、争用协议
1、介质访问控制协议可划分为3类：争用协议、无冲突协议和有限争用协议。
2、最早采用争用协议的计算机网络是ALOHA系统。
ALOHA网络通信技术主要有两种主要类型：纯Aloha与分时段Aloha两种模式。二者的根本区别就在于它们在实现机制上的不同特点。纯Aloha工作模式下运行时间为持续不断的状态，并不需要依赖全局统一的时间同步机制；相反，在分时段Aloha工作模式下，则将时间段划分为若干个独立的时间片，并需要实现精确的时间同步机制以保证通信效率。
纯ALOHA系统的基本思想是：当用户具备发送数据的能力时均可进行发送操作；通过持续监控信道状态以便判断是否存在冲突或数据传输的成功与否；一旦检测到冲突导致传输失败，则需等待随机时间后重新尝试。
5、帧时 表示发送一个标准长度的帧所需要的时间。
6、S：通常被称作吞吐率，在单位时间内的信息传输效率被用来衡量系统的处理能力。该指标表示为S时，在实际应用中其取值范围为0到1之间，并且当S达到最大值时表明信道资源使用效率极高
网络负载G定义为，在每单位帧时间内系统发送的所有数据帧的平均数量，并包含成功发送以及因冲突而重发的所有帧。
在稳定转台下的实际运行系统中，S和G之间的关系表现为S=GP；其中P表示系统中单个帧成功发送的概率。
9、纯ALOHA系统中存在一个可破坏区间长度为2t。在一个周期内（这里指持续时间T），发生一次冲突的概率即表示单次成功发送的可能性P = e^{-\lambda T}；由此推导出系统的吞吐量S = \lambda T e^{-\lambda T}
10、时分ALOHA系统的易破坏区长度为t。 帧成功发送的概率 P=e-G S=Ge-G
11、时分ALOHA系统的中心思想在于将连续时间划分为等长的时间段，在每个时间段内允许发送一个数据帧；当用户拥有所需的数据帧准备发射时，则无论该帧生成的具体时间如何都必须等到当前时间段结束前才能发射；通过实时监控信道状态来检测潜在冲突并确认传输结果；一旦检测到冲突即导致传输失败，则需随机等待一定数量的时间段后再次尝试发射。值得注意的是，在这种情况下所采用的随机等待时间和传播延迟均应为时间段的整数倍。
载波监听多路访问的CSMA协议与ALOHA协议的核心区别在于前者增加了专门的载波探测机构。该协议具体包括以下四种类型：
（1）1-采用CSMA技术。主要工作原理是：当某个设备试图发送数据时,先监测信道状态;若发现信路空闲,则立即进行数据传输;若此时发现信路被占用,则需暂时搁置当前传输任务,持续监测直至信路解冻;若发生冲突事件,则随机等待一段适当的时间后,重新启动监测流程。
1-坚持的含义是指，在接收到信道处于忙的状态时会持续进行监控行为；而当监测到信道处于空闲状态时，则会确定必然是发送的数据，并立即执行发送操作。
（2）非坚持型CSMA协议的基本思路如下所述：当一个节点试图发送数据时首先要检查信道状态；若此时信道处于空闲状态则可以直接发送数据；反之若发现信道被占用则会放弃当前的捕获机会随后随机等待一段时间再重新开始捕获过程。
（3）CSMA协议中采用的p坚持策略应用于时分共享信道。其核心概念是：当节点试图发送数据时先进行信道探测。若当前时刻信道 busy，则持续等待下一个时间片；若当前时刻信道 free，则以概率 p 发送数据包；否则以概率 1-p 推延至下个时间片；此过程持续进行直至成功发送数据包或检测到其它节点正在发送数据。
p-坚持的目的旨在降低在多个节点检测到信道空闲后同时发送时所导致的冲突概率；采用持续监听机制能够有效克服非持续型CSMA协议因随机等待而导致延迟较长的问题。
采用冲突检测机制的CSMA协议（即CSMA/CD）广泛应用于局域网中的MAC子层协议。其基本工作原理如下：当一个节点想要发送数据时：
- 首先监控信道状态；
- 如果信道处于空闲状态，则允许该节点进行数据传输，并持续监控；
- 在发现发生冲突的情况下，则立即停止当前的数据传输；
- 然后等待一段随机的时间后重新开始尝试进行数据传输。
CSMA/CD额工作流程就是传输阶段、竞争阶段和空闲阶段反复进行、轮流出现的一个流程。
SLOT TIME**≈2S/0.7C+2tPHY SLOT TIME=Lmin/R**
基于单向传输的特点，在宽带总线环境中...其冲突检测所需的时间是任意两站点间最大传播延迟的四倍。
二进制指数退避算法的具体操作步骤如下：
- 对于每一个数据帧，在初次出现冲突情况时，请设置参数L的初始值为2；
- 在计算退避时间间隔时，在1至当前L值的时间片范围内随机选择一个；
- 当遇到再次出现冲突情况时，请将参数L翻倍；
- 设定最大允许重传次数，在此限制下若无法完成重传任务，则将停止重传操作并记录错误信息
二进制指数退避算法是按后进先出LIFO（last in first out）的次序控制的。
IEEE802.3就是采用二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD介质访问控制方法。
二、无冲突协议
该协议的核心概念是通过划分分配与传输两个阶段来进行高效的数据管理。整个系统被划分为多个独立的时间片段，在每一个时间段内都对应特定的一个节点进行操作。具体来说，在分配阶段中每个时间片对应特定的一个节点当其在其分配的时间片内发送比特值1时，则表示其拥有待发送的数据帧；在完成分配阶段后，则进入数据传输阶段各个信道中的节点按照编号顺序依次发送其负载的数据，在所有节点完成数据发送之后则开始新一轮分配阶段这些分配时段共同构成了一个位图式的资源管理框架这种机制使得该协议得名于位图技术
协议效率d/(d+1)。
（2）二进制倒计数协议。其核心概念在于将各节点标识码采用二进制形式表示，并假定所有标识码长度一致；对于希望传输数据的节点而言，在启动传输前需先将自身标识码转换为二进制位串形式并按从高位至低位顺序完成广播操作；系统接收方会对所有接收到的信息执行相应位位置逻辑OR运算；在同一时间维度上，“同时监控信道状态”的机制有助于及时发现冲突信号源；最终决定参与竞争的主要条件是某一位自变量发生变化的情况发生时会触发竞争决策机制；完成一次竞争过程后系统会自动进入新的竞争阶段
当系统参与者数量达到N时，则该系统所需的地址位数即为其对数值\log_2 N；与此同时，在每个数据帧获取信道授权的过程中所引入的额外开销成本亦为其对数值\log_2 N。若假设单个数据帧的长度参数值设定为d时，则基于二进制倒计数协议设计出的一种通信机制下的信道效率计算公式即为此处所讨论的核心指标
d/(d+log2N).
（3）有限争用协议的核心概念是将网络节点进行分类管理，在每个争用时段内仅允许一个类别参与信道争夺。该协议的关键在于科学分配时段资源：只要实现合理的分类策略，则能在每个时段内最大限度地减少竞争冲突的发生概率。具体而言，在当前网络负载较低的情况下（即网速较慢），应扩大各分类中的成员数量；反之，则应在每个分类中精简成员规模以应对高强度竞争环境的变化需求。
有限争用协议的主要代表是自适应步长协议。当系统负载加重时，则应当降低初始搜索层级。假设当前存在q个待发送节点，则建议从第log2(q)层开始展开搜索操作。
8.2
IEEE于1980年2月设立了一个负责统一制定局域网相关规范的组织—— IEEE 802委员会，并将这一系列技术规范统称为 IEEE 802系列标准
局域网主要是一个通信网络，在其架构中仅涵盖相当于0SI/RM通信子网的功能。一般情况下，并不会单独设立网络层。
对于局域网而言，在网络架构中物理层至关重要。它承担了体现机械、电气以及过程特性的重要职责，并处理建立、维持以及断开物理连接的任务；数据链路层则致力于将不可靠的通信介质转换为稳定可靠的传输介质，并通过差错检测与纠正机制以及帧确认技术来保证通信质量。
在局域网中，多个设备通常会共享一套公共传输介质，在数据传输过程中，首先要确定哪些设备对介质拥有优先权。因此，在局域网中实现数据链路层的可靠通信必须要设置 medium access control（MAC）机制。为了确保 data frame 的传输与其所采用的 physical medium 以及 medium access control method 完全分离，在 IEEE 标准体系中特别地将 low-level logical connection（LLC）独立出来作为单独的一层协议。由于 MAC 子层的确立，在 IEEE 802 标准体系中实现了良好的扩展性
仅限于局域网时,物理层与数据链路层能够实现报文分组的转发功能.当涉及网络互联时,必须设置一个层次来负责网络功能,在IEEE 802标准中该层次被称作网际层.
在LLC子层中规范地设置了包括无确认无连接、有确认无连接以及面向连接等三种类型的链路服务配置项...其中不带确认的报文传输属于数据报传输范畴；带确认但不带有握手机制的数据传输属于另一种类型；而支持双向通信的高可靠性和低延迟应用则采用面向连接的服务模式
MAC到MAC的操作通过同等层协议来进行。
IEEE 802标准协议（binary exponential backoff 和 hold-on CSMA/CD 协议）作为基带总线局域网的基础标准。
世界上第一台CSMA/CD局域网是由美国Xerox公司于1975年成功研发的，其物理介质通常称为以太网。其介质访问控制方法即为载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。
集线器的作用相当于一个转发器，在同一条线路上传收一系列信号，并向前端所有连接的线路传递这些信息
IEEE 802.3遵循CSMA/CD介质访问控制策略作为其局域网标准。从逻辑架构上可分为两大类：一类由LLC子层与MAC子层构成，并负责OSI模型与RM架构的数据链路层功能；另一类则专注于物理层面的操作
MAC子层与物理层之间的通道负责处理包括分段编码、侦听载波状态、启动过程中的数据传输以及冲突时的处理机制等功能，并通过传递按顺序的数据比特流实现两层间的通信连接；同时包含一个用于定时等待的时间控制模块。
IEEE802.3MAC帧格式
| 前导码P | SFD | DA | SA | LEN | 数据 | PAD | FCS |
|---|
SFD ：帧起始定界符 DA：目的地址 SA：源地址 LEN：LLC帧长度字段 PAD：填充字段
FCS：帧校验序列
前导码字段P占用7个字节。其主要功能在于帮助接收端通过交替变化的'1'和'0'比特模式快速实现比特同步。该字段在检测到连续两个'1'符号时，会将后续数据传递给MAC子层进行处理。
目的地址（Destination Address）占据2到6个字节。
DA字段的最高有效位若为"0"时，则表示单个具体站点。
若DA字段的最高有效位为"1"且其余各位并非全部为"1"时，则表示一组多个站点。
当DA字段的所有位均为"1"时，则表示广播类型的站点。
源地址（Source Address）同样占据2到6个字节。
其长度必须与目的地址（Destination Address）相同。
在使用6个字节的情况下，则可以利用其中次高位来区分这两类不同的地址类型。
其中，在局部地址中，默认由网络管理员分配；而全球地址则是由IEEE统一规划分配的。
帧校验序列FCS字段是32位的循环冗余码。
IEEE802.3标准涵盖了MAC子层的功能描述，并主要涉及两大核心功能：数据封装与介质访问管理。
数据打包过程涉及多个关键环节，主要包括分组编码、地址分配以及错误校验等技术；在介质接入控制方面，则需要完成资源分配与冲突调节的任务。
当LLC子层发起发送一个数据帧请求时，在MAC子层负责将该数据封装部分按照MSC子层的数据框架进行组网。首要任务是在该数据包头部添加前导编码信息P以及起始标记SFD，并填入目标地址和源地址信息，并计算该LLC层次的数据包所需占用的总字节数。随后需要考虑是否在该编码字段后追加填充字符P来确保传输长度符合最短编码要求。最后通过计算生成CRC检验码并附加至该包的数据校验字段FCS中完成整个封装过程。完成后生成的MAC层次编码即可被提交至MAC子层的数据发送管理机制以供后续传输使用。
该系统功能主要由PLS模块来实现：首先通过捕获 incoming frames完成接收 clock 与 reference code 的同步过程，并建立 receive carrier lock机制；其次对该组件需对接收的 frame 进行有效性检查：一是确认 frame 是否存在错误；二是判断 frame length 是否超出最大限制；三是确保 data length 是 8 的整数倍；此外还需过滤由于冲突产生的 fragment signals。
IEEE802.3主要应用于办公自动化系统领域，在实时性要求较高的工厂自动化系统中则难以适用。其主要原因在于：一方面由于IEEE802.3采用了无序争用机制，并运用二进制指数退避算法来解决冲突问题，在实际运行中仍存在不确定性因素；另一方面由于在这种协议下缺乏对数据包优先级的管理机制，在传输过程中容易导致关键信息未能可靠送达。
IEEE802.4令牌总线
为了解决网络可靠性和高效通信的问题，在综合考虑总线网和环网的优点后提出了一种新的网络架构设计。这种架构从物理层的角度来看，采用了总线结构以提高物理可靠性；但从逻辑层的角度来看，则采用了令牌环的工作原理来实现各站点轮流发令进行通信。
按照地址从高位到低位依次传递。
其本质是一种广播式通信介质。
各个站点接收到了总线上发送的数据。
仅对那些与自身地址不符的帧进行过滤。
令牌环总线的故障处理：(1)逻辑环中断（2）令牌丢失（3）重复令牌
IEEE802.5令牌环 工作原理
（1）衡量环长时使用的比特数量。计算时通常将环的实际长度转换为等效的比特数目。单个比特占用的空间即为1个比特在其所处环上的实际物理长度。
该环的位宽等于信号沿介质传播所经历的时间间隔乘以数据传输速率与接口延迟位数之和，并具体由以下两部分构成：第一部分为环路介质长度乘以5（ms/公里），第二部分则为数据传输速率与接口延迟位数组合的结果。
以太网中的令牌环机制在物理层上由多个环状接口及其间相互连接的点对点链路共同形成一个封闭的回路。各个站点通过各自的环状接口连接至该网络中。
该系统采用循环单星技术实现网络通信管理方案：在空闲时段下运行中只有一个令牌环绕整个网络。当某一站点需要发送信息包时，则需先获取到一个令牌才能进行操作；接收方一旦获得许可后即可开始发送信息包传输；接收方在接收过程中同时检查 incoming的数据包的目的字段；若目标字段指向本机地址，则可执行相关处理；一旦所有数据传输完毕则会释放该通信通道以便其他节点接入；系统采用循环单星技术实现网络通信管理方案
- 该系统的主要功能是维护和保护用于交换信息的安全通道，并通过动态调整参数来优化通信质量，在网络中自动选择最优传输路径。
- 网络节点会根据实时反馈调整连接参数，并通过多种算法进行负载均衡分配。
IEEE802.5 令牌环
IEEE 802.5标准明确定义了令牌环网络中介质访问控制子层与物理层所采用的数据单元格式与通信协议，并规范了服务项及其在物理介质上的连接方法。
IEEE802.5令牌环的MAC帧有两种基本格式：令牌帧和数据帧
1 1 1 字节
| SD | AC | ED |
|---|
令牌帧
1 1 1 2或6 2或6 ≥0 4 1 1
| SD | AC | FC | DA | SA | 数据 | FCS | ED | FS |
|---|
数据帧
SD作为起始定界符使用 AC代表访问权限控制 FC定义了帧格式设置 DA字段表示目的地址信息 SA字段记录数据来源的IP地址 FCS序列用于验证数据包的完整性
ED：结束定界符 FS：帧状态
| P | P | P | T | M | R | R | R |
|---|
访问控制字段AC
T为令牌/数据帧标志位，该位为“0”表示令牌，为“1”表示数据帧。
在FC字段中开头两个标志位标识为两种类型：一种用"01"表示一般信息帧，另一种用"00"表示MAC控制帧。
IEEE802.5的介质访问控制功能：帧发送令牌发送帧接受④优先权操作
IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5对比：其中IEEE802.3总线网因其架构简单、易于部署以及遵循清晰的协议规则，在网络负载较低时可实现较低延迟水平（甚至达到零延迟）。然而，在网络负载增加后将导致冲突事件导致整体网络性能下降，并且无法预知数据传输的最大延迟上限；此外不支持优先级机制，在实时系统中应用受限；同时增加了设备复杂度和不可靠性，在处理较短数据包时需附加冗余数据以确保传输完整性，并因此产生额外开销；此外难以扩展网络规模。相比之下IEEE802.4令牌总线网采用多通道光纤或同轴电缆技术，并通过轮转发送权机制实现公平分配权值（即不需限制最小帧长度），但存在最大帧长度限制问题；其设备复杂度较高且成本高昂，在某些场景下延迟特性较差且协议较为复杂。而 IEEE802.5令牌环网则基于点对点拓扑结构并采用多种通信介质类型配合全数字传输技术方案（即具备独特的故障检测与隔离功能）；其支持不同优先级数据包的处理以及接收较短数据包的能力提升，在高负载状态下能显著提高传输效率；但在低负载状态下时延较大，并对低优先级数据包采用非公平分配策略；此外该方案采用了集中式控制模式并要求监控站具备较高的可靠性保障能力。
IEEE在城市网络建设领域制定了一个城域网标准，并将其称为IEEE 802.6协议中的分队列双总线技术规范。
DQDB系统的主要架构由两个相互平行的单向传输介质构成，在城市范围内周密布置。各个站点均通过双轨连接方式与两条独立传输介质实现通信。每条传输介质均具备一个前端节点，在其指引下能够持续输出稳定的数据单元流（共53个字节）。每个前端节点能够持续输出稳定的数据单元流（共53个字节），当该数据单元到达传输介质末端时将最终消失于该介质之后。在DQDB协议框架下，默认操作原则规定各站点应遵循"等待确认"策略：即当前站点仅在收到下层所有数据后才开始发送本层数据。典型的DQDB系统能够覆盖的最大距离为160公里（约160km），其最大吞吐量可达44.736兆比特每秒（T3）。
8.3
FDDI是一种基于光纤作为信息传输介质的高效率令牌环网络系统，在其设计中实现了对现有局域网技术的有效整合与兼容
FDDI和802.5的主要特性比较
| 特性 | FDDI | 802.5 |
|---|---|---|
| 介质类型 | 光纤 | 屏蔽双绞线 |
| 数据速率 | 100Mbps | 4Mbps |
| 可靠性措施 | 可靠性规范 | 无可靠性规范 |
| 数据编码 | 4B/5B编码 | 差分曼彻斯特编码 |
| 编码效率 | 80% | 50% |
| 时钟同步 | 分布式时钟 | 集中式时钟 |
| 信道分配 | 定时令牌循环时间 | 优先级位 |
| 令牌发送 | 发送后产生新令牌 | 接受完后产生新令牌 |
| 环上帧数 | 可多个 | 最多一个 |
FDDI标准采用分布式时钟方案作为其核心机制；具体而言，在每个站点均配备独立运行的时钟装置和弹性缓冲机制。
FDDI MAC帧格式
8 1 1 1 字节
| 前导码P | SD | FC | ED |
|---|
令牌帧
8 1 1 2或6 2或6 ≥0 4 0.5 0.5
| 前导码P | SD | FC | DA | SA | INFO | FCS | ED | FS |
|---|
数据帧
SD：起始定界符 FC：帧格式 DA：目的地址 SA：源地址 FCS：帧校验序列
ED：结束定界符 FS：帧状态
- 无线局域网与有线局域网相比有以下诸多优点：（1）安装便捷（2）使用灵活（3）经济节约（4）易于扩展
- 无线局域网必须实现以下技术要求：（1）可靠性（2）兼容性（3）数据速率（4）通信保密（5）移动性（6）节能管理（7）小型化、低价格（8）电磁环境
- 无线局域网的硬件设备有：（1）无线网卡（2）无线AP（3）无线天线
- 无线局域网协议主要分为两大阵营：IEEE 802.11系列标准和欧洲的HiperLAN。
- 蓝牙1.0标准由两个文件组成。一个是核心部分，它规定的是设计标准；另一个叫协议子集部分，它规定的是运作性准则。
- 蓝牙协议可以分为4层，即核心协议层、电缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其它协议层。
- 蓝牙的核心协议包括基带、链路管理、逻辑链路控制与适合协议四部分。
- WAP主要包括3部分：客户、网关和WWW服务器。
- 移动Ad Hoc网络是一种移动、多跳、自律式系统，它是移动通信和计算机网络相结合的网络，网络中的每个节点都兼有路由器和主机两种功能。
- 移动Ad Hoc网络的特点主要体现在以下方面：（1）网络的独立性。（2）动态变化的网络拓扑结构。（3）有限的无线通信带宽。（4）有限的主机能源。（5）网络的分布式特点。（6）生存周期短。（7）有限的物理安全。
- Ad Hoc无线网络的拓扑结构可以分为两种：对等式平面结构和分级结构。
- 根据路由接发原理，目前的路由协议大致可以分为先验式路由协议、反应式路由协议和混合式路由协议3种。
- 局域网操作系统的基本服务功能：（1）文件服务（2）打印服务（3）数据库服务（4）通信服务（5）信息服务（6）分布式服务
- 文件服务是局域网操作系统中最重要、最基本的网络服务功能。
- WDP是属于无线网络传输层的协议，其作用是为了使WAP能使用TCP/IP访问因特网。