計算機網絡知識點總結
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3、數據鏈路層
3.1概述
數據鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較複雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機的數據發 。
3.2三個基本問題
(1) 封裝成幀
就是在一段數據的前後分別添加首部和尾部，然後就構成了一個幀。確定幀的界限。
(2) 透明傳輸
當傳輸的數據中含有首部和尾部的字符時，需要進行轉義（用字節填充解決，給數據中的特殊字符前面填充轉義字符）
(3) 差錯控制
傳輸過程中可能產生比特差錯，1變成0，0變成1等情況，在一段時間內，傳輸錯誤的比特佔所傳輸比特總數的比值稱爲誤碼率，誤碼率與信噪比有很大的關係；
爲了保證數據傳輸的可靠性，在計算機傳輸數據的過程中，必須採用各種差錯檢驗措施（循環冗餘檢驗CRC）；FSC爲CRC後的結果，幀檢驗序列FSC是指在數據後面加上冗餘碼（FSC），循環冗餘檢驗CRC和幀檢驗序列FCS並不等同；
CRC:是一種常用的檢錯方法；
FSC:是添加在數據後面的冗餘碼，FSC可以用CRC得出，而CRC並非是得出FSC的唯一途徑；
3.3點對點信道及協議（PPP）
1、概念
現在全世界使用得最多的數據鏈路層協議是點對點協議 PPP (Point-to-Point Protocol)。用戶使用撥號電話線接入因特網時，一般都是使用 PPP 協議。一對一的通信。
2、功能
(1) 簡單：在同一條物理鏈路上進行點對點的數據傳輸，對數據鏈路層的幀不進行糾錯，不需要序號，不需要流量控制。
(2) 封裝成幀：加入幀界定符。
(3) 透明性：字節填充法。
(4) 多種網絡層協議：在同一條物理鏈路上同時支持多種網絡層協議（如IP和IPX等）的運行。
(5) 多種鏈路類型：PPP必須能夠在多種類型的鏈路上運行，例如串行或並行鏈路。
(6) 差錯檢測：接收方收到一個幀後進行CRC檢驗，若正確就收下這個幀，反之則丟棄。
(7) 檢測連接狀態：自動檢測鏈路是否處於正常工作狀態。
3、PPP協議組成
(1) 提供一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法。IP數據報在PPP幀中就是信息部分，長度受最大傳送單元MTU的限制。PPP支持異步鏈路（無奇偶校驗的8比特數據）和麪向比特的同步鏈路。
(2) 鏈路控制協議LCP（Link Control Protocol）
當線路不再需要時，挑出這些線路，測試它們，商議選擇，並仔細地再次釋放鏈路控制協議。
(3) 一套網絡控制協議NCP（Network Control Protocol）
其中每一個協議支持不同的網絡層協議，如IP、OSI的網絡層等。
(4) 認證協議
最常用的包括口令驗證協議PAP（Password Authentication Protocol）和挑戰握手驗證協議CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。
4、PPP幀格式
5、PPP協議的工作狀態
PPP通訊是兩個端點之間的通訊，每一端必須首先發送LCP packets數據來設定和測試數據鏈路，當鏈路建立後，peer纔可以被認證，認證完成後，再通過發送NCP packets來選定網絡層協議，這些後續的通訊就可以在網絡層進行了
3.4局域網數據鏈路層
1、局域網的特點
局域網最主要的特點：就是網絡爲一個單位所擁有，且地理範圍和站點數目均有限。
注：在局域網剛剛出現時，局域網比廣域網具有較高的數據率、較低的時延和較小的誤碼率。但隨着光纖技術在廣域網中普遍使用，現在的廣域網也具有很高的數據率和很低的誤碼率。
2、局域網的主要優點
(1)具有廣播功能，從一個站點可方便地訪問全網。局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。
(2)便於系統的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活地調整和改變。
(3)提高系統的可靠性(reliability)、可用性(availibility)、生存性(survivability)。
3、局域網按網絡拓撲的分類
星形網：由於集線器(hub)的出現和雙絞線大量用於局域網中，星形以太網和多級星形結構的以太網獲得了非常廣泛的應用。
環形網： 最典型的就是令牌環形網(token ring)，簡稱爲令牌環。
總線網：各站直接連在總線上。總線兩端的匹配電阻吸收在總線上傳播的電磁波信號的能量，避免在總線上產生有害的電磁波反射。總線網可使用兩種協議：(1)傳統以太網使用的CSMA/CD。(2)令牌傳遞總線網，即物理上是總線網而邏輯上是令牌環形網。前一種總線網現在已演變爲星形網，而後一種令牌傳遞總線網早已退出了市場。
樹形網： 樹形網是總線網的變形，都屬於使用廣播信道的網絡，但這主要用於頻分複用的寬帶局域網。
3.5 以太網
1、以太網的兩個標準
（1）DIX Ethernet V2：是世界上第一個局域網產品（以太網）的規約，取代了其他局域網技術如令牌環、FDDI和ARCNET。
（2）IEEE 802.3[W-IEEE802.3]：爲了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標準，802 委員會就將局域網的數據鏈路層拆成兩個子層：**邏輯鏈路控制 LLC (Logical Link Control)子層媒體接入控制 MAC (Medium Access Control)子層。**與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關，不管採用何種協議的局域網對 LLC 子層來說都是透明的 。
2、適配器
（1）網絡接口板又稱爲通信適配器(adapter)或網絡接口卡 NIC (Network Interface Card)，或**“網卡**”。
（2）適配器的重要功能：
1、進行串行/並行轉換。
2、對數據進行緩存。
3、在計算機的操作系統安裝設備驅動程序。
4、實現以太網協議。
（3）適配器和局域網之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的，而適配器和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以並行傳輸方式進行的。
(4) 計算機的硬件地址——MAC地址，就在適配器的ROM中。
(5) 計算機的軟件地址——IP地址，就在計算機的存儲器中
3、最小幀長與最大幀長
以太網的幀開銷是18字節，是“目的MAC（6）＋源MAC（6）＋Type（2）＋CRC（4）”。以太網最小幀長爲64字節，那麼IP報文最小爲46字節，而局域網規定IP最大傳輸單元1500字節，實際上加上以太網幀的18字節，就是1518字節。
4、爲了通信的簡便以太網採取了兩種重要的措施
（1）較爲靈活的無連接的工作方式，即不必先建立連接就可以直接發送數據。
（2）對發送的數據幀不進行編號，也不要求對方發回確認。
5、以太網提供的服務
（1）不可靠的交付，即盡最大努力的交付。
（2）站收到有差錯的數據幀時就丟棄此幀，其他什麼也不做。差錯的糾正由高層來決定。
（3）如果高層發現丟失了一些數據而進行重傳，但以太網並不知道這是一個重傳的幀，而是當作一個新的數據幀來發送。
3.6 CSMA/CD協議
1、概念
CSMA/CD是英文carrier sense multiple access/collision detected 的縮寫，可把它翻成“載波監聽多路訪問/衝突檢測”
（1）多點接入：表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。
（2）載波監聽：是指每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他計算機在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，以免發生碰撞。
（3）碰撞檢測：就是計算機邊發送數據邊檢測信道上的信號電壓大小。當幾個站同時在總線上發送數據時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加）。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定的門限值時，就認爲總線上至少有兩個站同時在發送數據，表明產生了碰撞。
2、使用CD協議的以太網工作過程
(1) 準備發送：適配器從網絡層獲得一個分組，加上以太網的首部和尾部，組成以太網幀，放入適配器的緩存中。但在發送之前，必須先檢測信道。
(2) 檢測信道：若檢測到信道忙，則應不停地檢測，一直等待信道轉爲空閒。若檢測到信道空閒，並在96比特時間內信道保持空閒（保證了幀間最小間隔），就發送這個幀。
(3) 在發送過程中仍不停地檢測信道，即網絡適配器要邊發送邊監聽。兩種情況
(a) 發送成功：在爭用期內一直未檢測到碰撞。這個幀肯定能夠發送成功。
(b) 發送失敗：在爭用期內檢測到碰撞。這時立即停止發送數據，並按規定發送人爲干擾信號。適配器接着就執行指數退避算法，等待r倍512比特時間後，返回到步驟（2），繼續檢測信道。但若重傳達16次仍不能成功，則停止重傳而向上報錯。
3、使用CD協議的以太網特性
（1）使用 CSMA/CD 協議的以太網不能進行全雙工通信而只能進行雙向交替通信（半雙工通信）。
（2）每個站在發送數據之後的一小段時間內，存在着遭遇碰撞的可能性。0
（3）這種發送的不確定性使整個以太網的平均通信量遠小於以太網的最高數據率。
3.7 CSMA/CD和交換機
1、概述
（1）以太網訪問控制用的是CSMA/CD，即載波偵聽多點接入/ 衝突檢測，是以廣播的方式將數據發送到所有端口；
（2）交換機能主動學習端口所接設備的MAC地址，在獲知該端口的MAC 地址後，就會把傳送給目標設備的直接發送到該端口而不是廣播出去。
2、以太網交換機的特點
（1）以太網交換機的每個接口都直接與主機相連，並且一般都工作在全雙工方式。
（2）交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨佔通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數據。
（3）以太網交換機由於使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。
平均通信量遠小於以太網的最高數據率。
3.8 CSMA/CD和交換機
1、概述
（1）以太網訪問控制用的是CSMA/CD，即載波偵聽多點接入/ 衝突檢測，是以廣播的方式將數據發送到所有端口；
（2）交換機能主動學習端口所接設備的MAC地址，在獲知該端口的MAC 地址後，就會把傳送給目標設備的直接發送到該端口而不是廣播出去。
2、以太網交換機的特點
（1）以太網交換機的每個接口都直接與主機相連，並且一般都工作在全雙工方式。
（2）交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨佔通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數據。
（3）以太網交換機由於使用了專用的交換結構芯片，其交換速率就較高。