计算机网络总结(物理层,链路层)

目录

第一章 概述

1.基本概念

2.- C/S模式,B/S模式,P2P模式

3.- LAN,WAN,MAN,PAN的划分

4.电路交换与分组交换,数据报交换和虚电路交换

第二章 物理层

1.信号编码:不归零编码,曼切斯特编码

2.几种复用技术的特点:频分复用,时分复用,统计时分复用,波分复用,码分复用

3.CDMA原理:

第三章 数据链路层

1.三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检测

2.使用点对点信道的链路层:信道特点,PPP帧格式,零比特填充法和字节填充法,差错检测(CRC)

3.使用广播信道的链路层:CSMA/CD协议,MAC帧格式,最小帧长和最大帧长

4.网卡的功能和MAC地址,帧的类型(单播帧,广播帧,多播帧)


第一章 概述


1.基本概念

链路:连接结点的称为链路,例如光纤
结点:例如主机,集线器,交换机或路由器等
协议: 两个对等实体之间的通信规则。协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的动作。协议有三要素:语法(数据与控制信息的结构或格式、信号电平)、语义(需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应、差错控制)、时序(事件顺序、速度匹配)
服务:在协议的控制下,本层向上一层提供服务,本层使用下一层所提供的服务
实体:任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
对等实体:位于同等层中相互通信的两个实体。对等实体之间处理相同的PDU。
各层PDU:PDU:对等层之间传送的数据单位

2.- C/S模式,B/S模式,P2P模式

C/S模式:也即客户-服务器方式。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。客户必须知道服务器的地址,反之不必
B/S模式:也即浏览器-服务器方式。例如浏览器通过web server同数据库进行数据交换
P2P模式:对等方式,通信在对等实体之间直接进行。每一个主机既是客户又是服务器

3.- LAN,WAN,MAN,PAN的划分

LAN,WAN,MAN,PAN的划分:按照网络的作用范围进行分类,分别为:广域网WAN(几十到几千公里)、城域网MAN(5~50KM)、局域网LAN(1km左右)、个人局域网PAN(10米左右)

4.电路交换与分组交换,数据报交换和虚电路交换

电路交换:建立专用通信路径,全程独占资源

分组交换:数据拆分为分组独立传输,共享链路资源

数据报交换:每个分组自带地址独立路由

虚电路交换:预先建立逻辑路径,分组按固定路由有序传输

第二章 物理层

1.信号编码:不归零编码,曼切斯特编码

不归零编码:1为高电平,0为低电平
曼切斯特编码:1开始为高电平中间转为低电平,0开始为低电平中间转为高电平

2.几种复用技术的特点:频分复用,时分复用,统计时分复用,波分复用,码分复用

频分复用:将信道带宽划分为多个不同频率的子通道,同时传输多路信号(起点到终点有不同的路)

时分复用:将时间划分为固定时隙,多路信号分时占用同一信道(给用户A、B、C分时间片,类似操作系统的分时间片。如果之前B用户已经完成了任务,还会分时间片,会造成浪费)

统计时分复用:动态分配时隙,按需传输数据(时分复用的优化,如果之前B用户已经完成了任务,就不再给B用户分时间片,防止浪费)

波分复用:利用不同光波长在同一光纤中同时传输多路光信号(类似频分复用,只是这次是波而已)

码分复用(CDMA): 就像在一个嘈杂的房间里,每个人用不同的语言说话,你只听懂属于自己的那种语言,不需要计算,靠的是“语言过滤”(例如:手机通话时,所有人在同一频率说话,但你的手机只用你的编码过滤,其他人的通话变成背景噪音。)

3.CDMA原理:

A站向C站发出的信号用一个向量表示,B站向C站发出的信号用另一个向量表示,2个向量要相互正交。向量中的分量就是码片。

令向量S表示A站的码片向量,T表示B站的码片向量。假设A站的码片序列被指派为00011011,则A站发送00011011就表示发送2进制的1,反码11100100就表示发送2进制的0。为了方便计算,将码片序列中0写为   一1,1写为   +1。因此最终A站的码片序列是(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)

不同站的码片序列相互正交,即向量S和T规格化内积为0

令向量T为(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1)

即当A站向C站发送2进制的1时,就发送向量S(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)

即当B站向C站发送2进制的0时,就发送向量(+1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1)

S+=(0 0 -2 2 0 -2 0 2 )

到达C站后,进行数据分离,若要得到来自A站的数据,则C站就必须知道A站的码片序列,让S与S+规格化内积。其他站点的信号都在内积的结果中被过滤掉,内积的相关项都是0,只剩下A站发送的信号为S·(S+)=1。所以A站发送的信号是1。同理,若要得到来自B站的数据,则T·(S+)= 一1,所以从B站发过来的信号向量是一个反码向量,代表0

第三章 数据链路层

1.三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检测

封装成帧:在一段数据的前后分别添加首部和尾部,构成一个帧。帧定界符:SOH(帧开始符),EOT(帧结束符)
透明传输:若帧出现定界符,在其前面用字符填充法
差错检测:循环冗余检验的原理:在发送端,计算CRC冗余码(在待发送数据(k位)后面再添加供差错检测用的CRC冗余码(n位),实际发送k+n位);在接收端:利用n位CRC冗余码对收到的数据进行检验

2.使用点对点信道的链路层:信道特点,PPP帧格式,零比特填充法和字节填充法,差错检测(CRC)

  • 信道特点:点对点信道使用一对一的点对点通信方式。通常使用PPP协议,用户通过PPP协议接入ISP,再接入互联网

  • PPP帧格式

图中F为标志字段表示开始和结束,是PPP帧的定界符;A和C实际上并没有携带PPP帧的信息;协议字段中的不同数据表示该帧的数据部分的作用不同

零比特填充法:同步传输(一连串比特连续传送)
在原始数据中出现连续5个1时在其后面加一个0,在接收端收到数据时将这个0删去

字节填充法:异步传输(逐个字符传送)
在原始数据中若出现开始符7E修改为7D5E;出现7D修改为7D5D;出现03修改为7D23;

  • 差错检测(CRC) :同上面的差错检验,用冗杂码进行加密检验

3.使用广播信道的链路层:CSMA/CD协议,MAC帧格式,最小帧长和最大帧长

CSMA/CD协议:载波监听多点接入/碰撞检测

“多点接入”:使用广播信道的总线型网络
“载波监听”:不停地检测信道(发送前、发送中)
“碰撞检测”:检测到碰撞→立即停止发送→等待随机事件后再发送
争用期=以太网的端到端往返时间2τ
10Mbit/s以太网的争用期2τ=51.2μs。
最先发送数据的站,在争用期内没有检测到碰撞,则这次发送肯定不会发生碰撞
如果在争用期内发生发生碰撞,需要用截断二进制支书退避算法来计算等待时间。即退避时间=r倍的争用期=r*2τ,r为离散集合【0,1,…,2^k-1】中的一个随机数。k=Min[重传次数,10]。当重传次数=16次,仍不能成功时即丢弃该帧,并向高层报告

MAC帧格式:类型:0x0800(IP数据报)、0x0806(ARP报文)
 

  • 最小帧长和最大帧长:最小:64,最大1518主要取决于数据部分的长度

4.网卡的功能和MAC地址,帧的类型(单播帧,广播帧,多播帧)

网卡的功能:计算机通过网络适配器(网卡)和局域网进行通信

MAC地址:MAC地址固化在网卡的ROM中,全球唯一。由6个字节组成,前3个字节由IEEE注册管理机构RA分配,后3个字节由厂家自行指派。
注意:当主机或路由器安装有多个适配器,就有多个“MAC地址”
帧的类型(单播帧,广播帧,多播帧):

一台主机发送单播帧,仅当帧的目的地址与本网卡地址相同时才接收
一台主机发送广播帧,其他主机都接收该帧
一台主机发送多播帧,即发送给本局域网上一部分站点

 

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