2015四川大学计算机网络期末复习要点

Ch1 计算机网络与因特网

1.1什么是因特网

具体构成

? 主机==端系统

端系统通过通信链路communication link和分组交换机paket switch连接到一起 发送的数据分段加上首部后形成分组packet

?

?

? 分组交换机：路由器 链路层交换机link-layer switch ? 端系统通过因特网服务提供商ISP接入因特网 ? 协议：因特网最重要的两个协议 IP/TCP ? RFC：请求评论（说明性文档）

提供服务

与英特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口

协议

一个协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序， 以及在报文传输、接收或其他事件方面所采取的的动作

1.2网络边缘

? 端系统:客户机/服务器

? 因特网应用程序:P2P、分布式

? 接入网:将端系统连接到其边缘路由器edge router的物理链路

如DSL 数字用户线digital subscribe line 和HFC混合光纤同轴电缆hybrid fiber-coaxial cable

? 物理媒体

1.3网络核心

通过网络链路和交换机移动数据的两种基本方法：电路交换

switching

circuit switching

和分组交换

packet

电路交换

多路复用：

? 频分多路复用 FDM 每条连接专用一个频段 频段宽度即带宽 ? 时分多路复用TDM 时间被划分为固定区间的帧 每帧划分为固定时隙 缺点：连接耗时 且效率低 静默期的空闲资源未得到充分利用 优点：预留带宽： 确保恒定速率发送数据

分组交换

虚电路交换 数据报交换

报文message 能包含任何东西（控制功能和数据） 长报文划分为多个分组

分组以该通信链路的最大传输速率传输 分组交换机

? 存储转发传输store-and-forward transmission：交换机必须接收到整个分组后再传输该分组进入链

路 存储转发时延QL/R Q代表链路段数

? 输出缓存output buffer/输出队列：需排队进入链路 因此有排队时延 队列满后会造成分组 丢失或丢包

缺点：端到端时延是变动和不可预测的（主要是因为排队时延），不适合实时服务 优点：提供了更好的带宽共享；比电路交换简单有效成本低

分组和电路交换：一个是预先分配资源，一个是按需共享资源（统计多路复用statistical multiplexing）

1.4分组交换网时延、丢包、吞吐量

时延delay

节点处理时延：检查首部和决定导向何处

排队时延：取决于流量强度traffic intensity：La/R a为分组到达的平均速率，R为推出去的传输速率 当La/R>1时无限排队 La/R<=1时 单个分组到达空队列不用排队 分组突发到达需排队

传输transmission时延：R/L 传播propagation时延：S/V

丢包loss

输出缓冲（排队容量）满后将出现丢包

吞吐量throughput

F/T F文件大小-比特 T接收时间

吞吐量取决于 路径传输速率和干扰流量（占用）

1.5 协议层次和它们的服务模型

协议栈

各层的所有协议 物理层 链路层 网络层 传输层 应用层组成了因特网的协议栈

信息分组各层的名称

应用层 报文message 传输层 报文段segment 网络层 数据报datagram 链路层 帧frame

?

?

?

?

分组具有两个类型的字段：首部字段 有效载荷字段payload field

层的服务模型

某一层向上一层提供的服务

1.6攻击威胁下的网络

僵尸网络

botnet

DDoS

拒绝服务攻击DoS Denail-of-service 分布式拒绝服务攻击DDoS distributed DoS 分组嗅探器packet sniffer IP哄骗spoofing

中间人攻击man-in-middle attack

Ch2 应用层

2.1体系结构

客户机服务器C/S 基础设施密集infrastructure intensive

P2P体系结构 对基础设施 服务器有最小的依赖 流量密集型 自扩展性self-scalability

?

?

2.2HTTP超文本传输协议

? 无状态协议stateless 不记录用户状态

用户与服务器的交互Cookie 用于服务器识别用户

组成：报文Cookie首部行 本地cookie文件 服务器后端数据库

? 持久性连接persistent connection 所有的请求及相应的响应经相同TCP连接发送

? 往返时间RTT 浏览器和WEB服务器建立连接 需要三次握手 即两次RTT 第二次服务器

传回时连带数据一起传回 ? 请求报文/响应报文

GET把数据在地址栏中明文的形式发送

POST 数据在实体里 安全性高 效率低 容量大

WEB缓存 条件GET方法 查看是否修改

2.3FTP文件传输协议

? 控制信息是带外传送out-of-band：两个并行TCP连接 一个数据连接 一个控制连接

控制连接一直相连直到会话结束 数据连接每次传送重新建立 ? 保留用户状态：追踪用户在远程目录树上的当前位置

2.4因特网中的电子邮件

? 用户代理user agent ? 邮件服务器

? 简单邮件传输协议SMTP

? 邮件传输协议 持久连接 推协议push protocol

SMTP 用于从发送方的邮件服务器发送报文到接收方的邮件服务器

MIME 多用途因特网邮件扩展Mutipurpose Internet Mail Extension 支持多媒体和非ASCII文本格式

? 邮件访问协议 拉协议 邮件从邮件服务器传送到接收方用户代理

POP3 第三版的邮局协议Post Office Protocol-Version 3 特许 事务处理 更新 功能：下载/删除 IMAP 因特网邮件访问协议

Internet Mail Access Protocol

可以在远程服务器创建层次文件夹 可以

获取报文组件（只获取首部等）

2.5DNS域名系统

? 提供主机名到IP地址转换的目录服务 ? UDP

? 额外作用：主机别名 邮件服务器别名 负载分配

? 分布式层次数据库：根DNS服务器 顶级域TLD Top Level Domain服务器 权威DNS服务器

2.6 P2P应用

扩展性：服务器上传第一个后接收到文件的对等方参与上载 BitTorrent 用于文件分发的流行P2P协议

洪流torrent 参与一个特定文件分发的所有对等方的集合

最稀罕优先rarest first：向被拷贝次数最少的优先请求 用于均衡每个块的拷贝数量 对换算法：4+1 解决免费搭车free-riding问题

Ch3 传输层

为运行在不同主机上的应用进程之间提供了逻辑通信logic

3.1多路复用和多路分解

将两个端系统间IP的交付服务扩展到运行在两个端系统之上的进程间的交付服务 多路分解demultiplexing 将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字 多路复用

multiplxing

从源主机不同套接字中收集数据块封装首部信息生成报文段传递到网络

层

要求：①套接字有唯一标识符 ②每个报文段有特殊字段指示要交付的套接字 即源端口号字段 和目的端口号字段

UDP套接字由一个包含目的IP地址和目的端口号的二元组全面标识：两个具有不同源IP地址或源端口好但具有相同目的IP地址和目的端口号的报文段对应同一个套接字

TCP套接字由四元组标识：两个具有不同源IP地址或源端口好但具有相同目的IP地址和目的端口号的报文段对应两个不同套接字

3.2无连接运输 UDP

UDP 用户数据报协议user datagram protocol

多路复用/多路分解功能+轻型差错检测（求和反码） 优点：

? 应用层能更好地控制要发送的数据和时间 适用于实时应用和容忍丢失（无拥塞机制） ? 无需建立连接 （DNS使用它的主要原因）

? 无连接状态 不需维护连接状态（缓存，序号，确认号，参数） ? 分组首部开销小 8字节VS20字节

注意：使用UDP的应用程序，通过自身建立可靠性机制可以实现可靠数据传输

3.3可靠数据传输的原理

ARQ（Automatic Repeat reQuest，自动重复请求协议）

rdt1.0完全可靠信道上的可靠数据传输

未考虑报文段受损

rdt2.0 具有比特差错信道上的可靠数据传输

基于重传机制 停等协议stop-and-wait ? 差错检测detection 校验和

? 接收方反馈（ACK NAK） ACK分组

重传retransmission

?

未考虑ACK或者NAK受损

接受到含混不清的ACK就重发会造成冗余分组duplicate （根本困难是接收方不知道该分组是新的还是重传，引入序号sequence加以区分）

rdt2.1 引入序号机制

在数据分组中引入一个新字段——1bit的序号

接收方只需比较该分组与上一次接收到的分组的序号是否相同就知道是新分组还是重传

rdt2.2 NAK-Free

当发送方接收到对同一分组的两个ACK（即冗余duplicate AKC），即表明后一个分组未收到

rdt3.0 具有比特差错的丢包Lossy信道上的可靠数据传输（比特交换协议）

在rdt2.2考虑了比特差错的基础上再考虑底层信道的丢包问题

校验和、ACK分组、重传、序号+倒计数定时器countdown timer 核心问题：是停等协议 效率低

3.4流水线可靠数据传输协议

信道利用率utilization

发送方实际用于传输的时间与发送时间之比（传输+传播） 注意单位的换算Byte*8对应bps

流水线技术pipelining

? 增加序号范围（每一个传输分组有唯一序号） ? 发送方和接收方缓存分组

解决流水线的差错恢复的两种基本办法：回退N步 选择重传

回退N步 Go-Back-N GBN

允许发送方发送多个分组而不需等待确认，未确认分组数不超过N（窗口长度） 也称滑动窗口协议sliding-window

? 窗口长度：对发送方的限制，用于流量控制和拥塞控制

? 累积确认cumulative acknowledgement：ACK N 表明接收方已收到序号n及其以前的所有分组 ? 超时事件timeout：定时器，超时的未确认分组会重发

接收方：当收到n及其前面所有分组就为n发送ACK，否则丢弃，发送最近收到的分组序号ACK(缓存简单，分组不失序，增加重传，效率较低)

选择重传 selective repeat SR

当窗口宽度大和带宽时延大时，一个单个分组的差错就可能引起GBN大量重传 选择重传：让发送方仅重传那些怀疑在接收方出错的分组而避免不必要重传

接收方：收到后面的分组缓存并发送ACK，即使收到已接收的分组也要发送ACK（说明之前ACK可能丢失），防止发送方窗口不移动

问题：接收方窗口太大时会无法确定是一个新分组还是重传，因此窗口大小长度必须小于或等于序号空间大小的一半

分组重排序message reorder：表现为可能存在一个发送和接收方窗口都不存在的分组旧拷贝，是一个冗余分组

分组最大寿命：解决分组重排序reorder问题

3.5面向连接的传输 TCP

TCP 传输控制协议

? 全双工服务full-duplex service 双向连接 ? 点对点point-to-point 多播在TCP中不可能

? 三次握手：前两个报文段不承载有效载荷（一个来自客户机 一个来自服务器）第三个

承载有效载荷（来自客户机） ? 发送缓存

send buffer：在三次握手初期设置的缓存之一，TCP

将套接字传递的数据流引导

到发送缓存里

? 最大报文段长度Maximum Segment sizeMSS：TCP从发送缓存中取出并放入报文段的数据量大

小限制，根据最大链路层帧长度即最大传输单元Maximun transmission unit MTU设置，MSS只是数据的最大长度，不包括报文段首部

? TCP连接组成：两套（发送方和接收方）主机缓存、变量、与一个进程连接的套接字

TCP 提供服务

? 可靠数据传输

? 流量控制服务flow-control service速度匹配服务，消除发送方使接收方缓存溢出的可能性 ? 拥塞控制congestion control TCP发送方因IP网络的拥塞而被遏制

可靠数据传输

TCP 发送方：

? 超时（定时器与最早未被确认的报文段关联）且未被确认就重传

? 每发生一次超时事件就加倍doubling超时间隔，收到数据或收到ACK后超时间隔又换算为

TimeOutInterval（由EstimatedRTT 和DevRTT推算得出） ? 快速重传fast retransmit 接受到3个冗余ACK立即重传

流量控制

TCP双方各维护一个接收窗口，将窗口剩余大小信息通过报文段通知对方

TCP连接管理

建立连接：三次握手

SYN=1 Seq=client_isn

SYN=1 Seq=server_isn ACK=client_isn+1 SYN=0 Seq=client_isn+1 ACK=server_isn+1

拆除连接 SYN洪泛攻击

3.6拥塞控制

丢失一般在网络变拥塞时路由器缓存溢出引起 分组重传作为网络拥塞的征兆

TCP拥塞算法

? 加性增、乘性减 AIMD 每次丢包拥塞窗口CongWin减半 ，即收到一次确认增大一个

MSS*MSS/CongWin ，即每过一个RTT增加一个MSS

? 慢启动SS：Congwin初始为1MSS，每过一个RTT，加倍，即收到一次确认增大一个MSS ? 超时：重新进入慢启动 （阈值Threshold减半，CongWin设为一MSS）

? 收到三个冗余ACK：Congwin减半（阈值为Congwin的一半，然后Congwin改为阈值）

快速恢复fast recovery

TCP维持一个阈值threshold管理这些复杂动态，用来确定慢启动结束与拥塞避免CA将开始的窗口长度

阈值初始值很大，发生丢包则减半，当CongWin达到阈值时，进入拥塞避免阶段（阈值不变）

Ch4 网络层

每台主机和路由器中都有一个网络层部分

4.1概述

主要功能

转发forwarding 是指将分组从一个输入链路接口转移到适当的输出链路接口的路由器本地动作 选路routing 是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程

连接建立Connection Setup 从源到目的地沿着所选择的路径彼此握手，以便在网络层数据分组能够开始流动之前，给定源到目的地连接之间建立起状态

网络服务模型

最大时延抖动时间量

? 因特网 尽力而为best-effort service服务 ? 恒定Constant比特率ATM网络服务 CBR ? 可用Available比特率ATM网络服务 ABR

jitter

发送方发送两个相继分组之间的时间量等于在目的地接收到它们之间的

4.2 虚电路和数据报网络

网络层的连接服务和无连接服务：是否有握手预备步骤 和传输层不同点： ①主机到主机

②不同时提供连接服务和无连接服务，仅提供连接服务的计算机网络称为虚电路（Virtual-Circuit VC）网络，仅提供无连接的计算机网络称为数据报网络datagram network

③除了在网络边缘的端系统中实现外，也在网络中心的路由器中实现

虚电路网络

因特网为数据报网络，ATM和帧中继frame relay为虚电路网络，网络层连接被称为虚电路 虚电路组成：

①源和目的主机之间的路径（链路、路由器） ②VC号，沿着该路径的每段链路一个号码 ③沿着该路径的每台路由器中的转发表表项

? 维持连接状态信息Connection state information当创建一条新的虚电路，转发表就增加一个新项，

终止一条时，就删除沿着该路径每个表中的相应项

? 分组首部的VC号一直在变化（减少首部长度），而每条链路上可能有多个VC号（简化

虚电路建立）

? 虚电路建立（确定链路VC号和路由器表项，还可预留资源）、数据流动、虚电路拆除

（更新转发表）

? 指示虚电路启动和终止以及路由器之间传递的用于建立虚电路的报文被称为信令报文

signaling message，用来交换这些报文的协议为信令协议signaling protocol

数据报网络

分组上加上目的地端系统的地址，然后推进网络中，不需建立连接

路由器有多少个链路，其表项就只需要多少，进行最大前缀匹配longest prefix matching rule 路由器的转发表可能在任何时刻修改，因此数据报可能会无序到达

4.3路由器

? 路由器具有删减的协议栈 即无网络层以上部分 ? 选路算法决定了路由器转发表中的值

? 分组交换机：根据分组首部字段中的值，从输入链路接口到输出链路接口传送分组 ? 路由器：基于网络层字段的值作转发决定的分组交换机 ? 链路交换机：基于链路层字段中的值作转发决定的分组交换机 ? 组成：

输入端口：查找与转发 线路端接 数据链路处理 交换结构Switch fabric：一台路由器中的网络 选路处理器Routing processor：执行选路协议 输出端口：缓存管理 线路端接 数据链路处理

CAM 内容可寻址内存 WFQ 加权公平排队 QoS 服务质量 AQM 主动队列管理 RED 随机早期检测 HOL 线路前部

4.4网际协议：因特网中的转发和编址

因特网网络层的三个主要组件：IP协议，选路组件，报告数据报中的差错和对某些网络层信息请求进行响应的设施，即互联网控制报文协议ICMP Internet Control Message Protocol

IPV4

? 字段数据报长度为16比特，因此 数据报理论最大长度65535字节； 20字节首部； ? IP地址长32比特

? 寿命TTL Time-To-Live 每当经过一台路由器，值减1； ? 首部校验和（反码求和）

? IP分片：4000字节数据报（含20字节TCP首部），MTU1500字节，所以需3980/1480

片 ? 重新组装：

标识identifer （属于哪一个数据报）

偏移fragmentation offset （除以8，在数据报内的顺序） 标志flag（flag=0表示最后一片）

IPV4编址addressing

? IP地址：与一个接口相关，而非主机，主机的接口和路由器接口都拥有自己的IP地址 ? 点分十制记法dotted-decimal notation+子网掩码subnet mask

? 因特网的地址分配策略 无类别域间选路CIDR Classless Interdomain Routing

? IP地址由 因特网名字与号码分配机构ICANN Internet Corporation for Assigned Name and Numbers 管理

1.获取一块地址

2.获取主机地址：动态主机配置协议DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

分配临时的IP地址，允许主机获取子网掩码、第一条路由器地址（默认网关）

具有能将主机连接进一个网络的自动化网络相关方面的能力，也称为即插即用协议plug-and-play 动态分配和收回IP地址

3.网络地址转换NAT network address translation

NAT路由器对外界的行为就如同具有单一IP地址的单一设备（该单一地址由DHCP获得） NAT转换表translation table 包含了LAN端的端口号、IP地址和WAN端的端口号、IP地址 NAT会妨碍P2P 利用NAT穿越traversal 4.UPnP 通用即插即用

允许主机发现并配置邻近NAT的协议

ICMP互联网控制报文协议

用于主机和路由器彼此交互网络信息，最典型用途是差错报告，也用于TraceRouter ICMP作为IP的有效载荷

IPV6

? IP地址长度 128比特 ? 40字节首部 简单高效 ? 跳限制Hop limit 相当于TTL

比IPV4多了流标签与优先级，少了首部校验和、选项（使得首部定长），以及分片/重新组装fragmentation/reassembly只能在源与目的地，不能在中间路由器

IPV4向IPV6迁移

双栈dual-stack

建隧道tunneling：两台IPV6路由器间的IPV4路由器的集合称为一个隧道，隧道里IPV4封装IPV6

4.5选路算法

全局选路算法global routing algorithm 分布式选路算法decentralized routing algorithm 静态选路算法 动态选路算法

负载敏感算法load-sensitive 负载迟钝算法load-insensitive RIP/BGP/OSPF都属于后者

链路状态选路LS算法

即dijkstra算法 画表计算: 步骤 N’ D(v),P(v)*n列 链路费用等于链路上的承载负载 问题：震荡

解决：强制链路费用不依赖所承载流量（不可接受） 确保非所有路由器同时运行LS算法

距离向量DV算法Distance-Vector

迭代、异步、分布式

结点x到y的费用为x所有邻居到y的结点费用+x到其邻居费用 的最小值 dx(y)=minv{c(x,v)+dv(y)} ①初始化

每个节点都有一个向量表，一个向量表有N行，每行代表一个距离向量如Dx=[dx(x), dx(y), dx(z)] 除了自己行外其他行初始值为无穷大

②向邻居发送距离向量，仅发送自己的那一行距离向量，根据dx(y)=minv{c(x,v)+dv(y)}公式更新向量表

③有更新则向邻居发送更新后的自己的距离向量，直到所有都更新完毕

问题：链路费用增加时，需要迭代次数很多，选路环路routing loop 计数到无穷count-to-infinity 解决:毒性逆转poisoned reverse 如果Z通过选路y到达目的地x，则z将通告y，它到x的距离是无穷大

LS与DV的比较

报文复杂性：LS每当一条链路费用改变，必须向所有结点发送新的链路费用，DV仅当新的链路费用导致与该链路结点的最低费用路径方式改变时，才传播已改变的链路费用 收敛速度 LS更快 健壮性：LS更优越

层次选路Hierarchical

自治系统Autonomous System AS

自治系统内部选路协议intra-autonomous system routing protocol

网关路由器gateway router：负责向本AS之外的目的地转发分组 自治系统间选路协议inter-autonomous system routing protocol

①知道相邻AS可达哪些目的地 ②向系统内所有路由器传播这些可达信息

路由器根据 间和内 两个协议的信息配置其转发表 热土豆选路hot potato routing 选择具有最低费用的网关

4.6因特网中的选路

自治系统内部选路

AS内部选路协议又称内部网关协议interior gateway protocol ? 选路信息协议RIP routing information protocol RIP 距离向量协议 配合UDP

费用测度：跳数（一条路径的最大费用为15跳） RIP响应报文

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RIP response message

选路更新信息在邻居间通过使用它来交换 也叫做RIP通告

? 开放最短路径优先 OSPF

核心：使用一个洪泛链路状态信息的链路状态协议和一个Dijkstra最低费用路径算法 路由器在各本地运行Dijkstra最短路径算法，以确定一个以自身为根节点的到所有子网的最短路径树

路由器向自治系统内所有其他路由器广播选路信息，每当链路状态变化就广播，即使未变化也要周期广播，增加了算法的健壮性

自治系统间的选路BGP

? 边界网关协议Broder Gateway Protocol

①从相邻AS处获得子网可达性信息

②向该AS内部的所有路由器传播这些可达性信息 ③基于可达性信息和AS策略，决定到达子网的“好”路由 利用半永久TCP交换选路信息

BGP会话 沿着该连接发送所有BGP报文的TCP连接 eBGP 外部BGP会话 AS间 iBGP 内部BGP会话 AS内

BGP中，目的地时CIDR化的前缀而非主机 ASN自治系统号 全局唯一

比较重要的两个BGP属性 （BGP属性：包含在 BGP会话通告的前缀里） ? AS-PATH

包含了前缀的通告已经通过的那些AS，检测和防止循环通告

? NEXT-HOP

是一个开始某AS-PATH的路由器接口

Ch5链路层和局域网

两种截然不同的链路层信道: ? 广播信道

用于局域网LANLocal Area Network 无线LAN 卫星网 混合光线同轴电缆HFC接入网中 需要媒体访问协议来协调传输和避免“碰撞” ? 点对点通信链路

成帧、可靠数据传输、差错检测、流量控制

5.1链路层概述和服务

链路层协议link-layer protocol

定义了在链路两端的结点之间交互的分组格式，以及当发送和接收分组时这些节点采取的动作

其动作包括差错检测、重传、流量控制、随机接入

链路层协议的任务：将网络层的数据报通过路径中的单段链路节点到节点地传送 不同：数据报在路径的不同链路上可能由不同类型的链路层协议承载

可能提供的服务

? 成帧framing 网络层数据报用链路层帧封装起来 ? 链路接入link access 帧在链路上的传输规则 ? 可靠交付reliable delivery 确认和重传

? 流量控制 链路的每一端的节点都具有有限容量的帧缓存能力，防止接收方缓存区溢出 ? 差错检测error detection ? 差错纠正error correction

? 半双工half-duplex和全双工full-duplex 一节点能否同时传输和接收

网络适配器

链路层的主体部分是在网络适配器network adapter中实现的，也称为网络接口卡Network Interface Card NIC

5.2差错检测和纠错技术 比特级

差错检测和纠错error detection and correction EDC

接收方检测和纠正差错的能力 前向纠错FEC Forward Error Correction

? 奇偶校验parity check

二维奇偶校验 行校验和列校验 可检测和纠正一位或检测两位 ? 循环冗余码 CRC Cyclic Redundancy Check

检测任何奇数个比特差错 ? 检验和方法

包括检验和一起求和变反看是否全1

5.3多路访问协议

点对点链路 是由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成 ? 点对点协议PPP point-to-point protocol

? 高级数据链路协议HDLC High-Level Data Link Protocol

广播链路 它能够让多个发送和接收节点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上

多路访问问题 如何协调多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问

多路访问协议multiple access protocol 即节点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为

碰撞collide 接收节点同时接收到多个帧

信道划分协议 channel partitioning protocol

时分多路复用TDM 分配时隙 频分多路复用FDM 分配频率 带宽没有充分利用

码分多址复用 CDMA code division multiple access

对每个节点分配一种不同的编码，不同的节点能够同时传输，而不在乎其它节点的干扰传输

随机接入协议 Random access protocol

一个传输节点总是以信道的全部速率进行发送，当有碰撞时，随机选择一个等待时延发送，直到无碰撞通过 ? 时隙slotted ALOHA

划分时隙为L/R，节点同步，且都从时隙开始，如果发生碰撞，就在下一个时隙以P的概率重传，直到无碰撞

唯一未浪费的时隙是刚好只有一个节点传输的时隙 即成功时隙success slot

? ALOHA

非时隙 完全分散协议

最大效率为时隙ALOHA的一般 即1/(2e) ? 载波侦听多路访问CSMA carrier sensing multiple access

载波侦听CS 一个节点在传输前先听信道，信道忙则等随机时间再侦听，直到空闲 碰撞检测CD collision detection 检测到另一个节点正在传输干扰帧，就停止传输 CSMA/CD 带有碰撞检测的载波侦听多路访问

为什么载波侦听还会有碰撞？因为端到端的信道传播时延channel propagation delay ，监听时传

输的数据还未抵达

轮流协议Taking-Turns Protocol

? 轮询协议polling protocol

节点之一被指定为主节点，主节点以循环的方式轮询每个节点 优点：消除了困扰随机接入协议的碰撞和空时隙问题 缺点：轮询时延，主节点故障整个信道无法操作 ? 令牌传递协议token-passing protocol

令牌token：一个特殊目的帧在节点之间以某种固定次序进行交换 缺点：节点故障或节点忘记释放令牌会使整个信道崩溃

局域网

两类LAN技术

第一类 以太网LAN 基于随机接入 第二类 由令牌传递技术构成 令牌环FDDI Fiber Distributed Data Interface

FDDI为更大的LAN设计，包括城域网MANMetropolitan Area Network

token ring

也称IEEE 802.5 以及光纤式分布数据接口

5.4链路层编址

链路层地址

节点的适配器具有链路层地址，即MAC地址

一般为6字节，每个字节表示为一对十六进制数 前24比特公司同一 后24比特公司自由分配

IEEE公司管理MAC地址空间

MAC地址具有扁平结构flat structure，无论到哪里都不会变化

MAC广播地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF 发送适配器想让所有LAN上的其他适配器接收并处理该帧

地址解析协议ARP

地址解析协议Address Resolution Protocol 网络层地址IP和链路层地址MAC的转换 类似DNS 不同点在于ARP只为在同一个子网上的节点解析IP地址 ARP表 IP地址 MAC地址 TTL（一般为20分钟）

当ARP表上无目的节点MAC地址时，用ARP协议解析该地址，构造一个特殊分组 ARP分组，广播查询 ARP是即插即用的

5.5以太网Ethernet

以太网是最流行的有线局域网技术

集线器hub 一种物理设备，作用于各个比特而不是作用于帧，当比特到达接口，集线器重新生成该比特，将其能量强度放大，并将该比特向其他所有接口传输出去，收到一个比特向所有其他接口广播其拷贝，若集线器同时从两个不同接口接收到帧，出现一次碰撞，生成该帧的节点必须重新传输该帧

以太网安装：基于集线器的星型拓扑，主机直接用双绞铜线与集线器相连 之后位于中心的集线器被交换机取代

以太网技术向网络层提供无连接服务 不可靠服务

以太网的多路访问协议CSMA/CD

工作流程

1）为数据报准备以太网帧，放入适配器缓冲器 2）适配器缓冲器侦听到信道空闲 96比特时间

3）传输过程，适配器监视是否有来自其他适配器的信号能量出现

4）如果有，停止传输，取而代之传输一个48比特的阻塞jam信号（形成足够能量能检测到） 5）中止以后，适配器进入一个指数后退exponential backoff阶段，经受第n次碰撞后，在0,1,2，2m-1中随机为K选一个值，m=min(n,10) ,然后适配器等待K*512比特时间返回第2步

以太网效率efficiency of Ethernet

当有大量的活跃节点，每个节点有大量的帧要发送时，帧在信道中无碰撞地传输的那部分时间占长期运行时的份额

以太网效率近似式：1/X X=1+5dprop/dtrans

5.6链路层交换机

链路层交换机的任务：接收链路层帧并将它们转发到出链路

交换机的转发和过滤

过滤filtering：是交换机决定一个帧是应该转发还是应当丢弃

转发：是决定一个帧应当被导向哪个接口，并把该帧接口移动到这些接口的交换机功能

借助于交换机表完成 表项没有目的MAC地址则广播

有且与接口x联系，则过滤（说明该帧已广播过了） 有且接口不为x联系，则转发给y 自学习

即插即用，表自动地、动态地自治地建立

交换机的性质

消除碰撞

路由器和交换机

交换机即插即用，处理速度更快（只到链路层），适用于小网络 路由器有更健壮的流量隔离和对广播风暴的控制，适用于大网络

5.7PPP点对点协议

PPP通常是住宅主机拨号链路所选择的协议，广泛

点对点协议：是一个运行于点对点链路之上的链路层协议

透明性transparency PPP协议不能对出现在网络层分组中的数据做任何限制

标志字段1字节 作为帧的开始和结束标志01111110 字节填充

byte stuffing

如果数据中出现标志字段或控制转义字节则在前面插入控制转义字节

01111101

PPP不要求提供 差错纠正（只需检测 用CRC）、流量控制（由更高的协议完成）、有序

5.8 链路虚拟化：网络作为链路层

多协议标签交换MPLS

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6vla.html