408 计算机网络 知识点记忆（4）

前言

本文基于王道考研课程与湖科大计算机网络课程教学内容，系统梳理核心知识记忆点和框架，既为个人复习沉淀思考，亦希望能与同行者互助共进。（PS：后续将持续迭代优化细节）

往期内容

408 计算机网络 知识点记忆（1）

408 计算机网络 知识点记忆（2）

408 计算机网络 知识点记忆（3）

核心知识记忆点

介质访问控制MAC
MAC地址属于数据链路层

信道划分介质访问控制
时分复用TDM 统计时分复用STDM
频分复用FDM
波分复用WDM
码分复用 不同码片序列相互正交 ST=0 码片向量自身内积为1 SS=1

随机介质访问控制 胜利者征用获得信道，进而获得信息发送权
争用型协议

ALOHA协议
纯ALOHA协议 不进行任何检测发送数据，冲突随机等待一段时间后重发
时隙ALOHA协议 将时间划分等长时隙 站点只能在每个时隙开始时才发送帧，冲突随机等待一段时间后重发

CSMA协议(载波监听多路访问)
1-坚持CSMA 信道空闲 发送 ；忙，继续监听
1-非坚持CSMA 信道空闲，发送；忙，放弃监听，随机时间后再监听
p-坚持CSMA 信道空闲，p概率发送；忙，继续监听

CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检测
总线型/半双工
先听后发 边听边发 冲突停发 随即重发
发送站开始发送数据后最多经过时间 $2\tau$(端到端传播距离的2倍) 争用期/碰撞窗口
最短帧长/传输=最大单向传播时延*2（便发送便检测，不发送不检测）
10Mb/s以太网 51.2us争用期时间

截断二进制指数退避算法
$2\tau r$
k<=10, r$\in [0,2^k-1]$随机
k>10, r$\in [0,2^{1}0-1$随机
k=16，直接放弃，报告上级网络层
以太网最小帧间隔96比特时间，接收缓存及时清理
1 准备发送
2 检测信道：忙，持续监测，直至空闲；若在9.6us时间内信道空闲（保持帧间最小间隔），发送该帧
3 发送过程中适配器继续检测信道：发送成功；失败，退避一段时间后继续2 16次失败

CSMA/CA协议 冲突避免
所有站检测到信道空闲后，还要等待一段时间（持续监听）才能发送帧，帧间间隔（IFS）
SIFS（短IFS） 28us ACK帧
PIFS（点协调IFS）
DIFS（分布式协调IFS）
发送方：先听后发，忙则退避：信道空闲，间隔DIFS，再发送；若不，随即退避（i次，$[0,2^{2+k}-1]$,max 255 k=6）
接收方：停止等待协议，每收到一个返回ACK帧

1.若站点最初有数据要发送（而非有数据发送不成功再重传），且检测到信道空闲，等待DIFS后，发送整个数据帧
2.否则，CSMA/CA 信道忙，退避计时器不变；空闲，倒计时
3.退避倒计时归零，站点发送整个帧并等待确认
4.发送站收到ACK 则已被正确接收，发送下一帧从2开始；未收到ACK，重传

基本服务集BSS
拓展服务集ESS
服务集标识符SSID

隐蔽站问题：RTS和CTS
A AP B（A和B都检测到信道空闲）
解决办法：对信道进行预约
1.源站点发送数据之前，先监听信道，空闲等待DIFS后，广播RTS
2.AP正确收到RTS且信道空闲，等待SIFS，广播CTS
3.源站收到CTS后，等待SIFS，发送数据
4.Ap收到源站数据，等待SIFS发送ACK
源站在RTS帧填写持续时间为收到RTS后，SIFS+CTS+SIFS+数据帧+SIFS+ACK
AP填写CTS持续时间为收到CTS后，SIFS+数据帧+SIPS+ACK
其他站根据CTS设置网络分配向量NAV

802.11无线局域网的MAC帧
数据帧 传输数据
控制帧 负责区域的清空，虚拟载波监听维护以及信道接入，并给收到的数据帧予以确认 eg ACK帧 RTS帧 CTS帧
管理帧 用于加入或退出无线网络，以及处理AP之间连接的转移事宜 eg 信标帧 关联请求帧 身份认证帧

帧头：帧控制（2字节）持续期（2）地址1（6） 地址2 （6） 地址3（6）序号控制（2） 地址4（6）
数据：数据载荷（0–2312）
帧尾：FCS(4)
帧控制：协议版本（2b）类型（2）子类型（4）去往AP（1）来自AP（1）更多分片（1）重试（1）功率管理（1）更多数据（1）WEP（1）顺序（1）

轮询访问：令牌传递协议
1.当网络空闲时，环路中只有令牌帧循环传递
2.当令牌传递到有数据要发送的站点时，该站点就修改令牌中的一个标志位，并在令牌附加自己需要传输的数据，将令牌变成一个数据帧，发送出去
3.数据帧沿环路传输，接收到的站点，一边转发一查看帧的目的地址，若与自己相同，则接受站复制该数据帧，进一步处理
4.数据帧沿环路传输，直到该帧的源站点，原站点收到自己发出的帧后不再转发，通过检验返回帧查看数据传输过程是否出错，若出错，重传
5.源点站发送完数据后，重新生成一个令牌，并传递给下一站点，交出信道控制权

结语

介质访问控制（MAC）作为数据链路层的核心，是共享信道中秩序与效率的守护者。从时分复用到码分复用的频谱交响，从ALOHA的随机碰撞到CSMA/CD的冲突博弈，从CSMA/CA的无线避让到令牌传递的精密轮询，每一种协议都在诠释着“共享”与“竞争”的哲学平衡。无论是总线型以太网的二进制退避智慧，还是无线局域网的RTS/CTS预约艺术，技术的演进始终围绕一个目标：让多用户环境下的信道资源分配更公平、更高效、更可靠。

在CSMA/CD的碰撞窗口中，我们见证了有线网络的果断回溯；在CSMA/CA的帧间间隔里，我们领悟了无线通信的谦逊避让；而令牌环路的优雅流转，则展现了确定性时延场景的独特价值。802.11帧结构的多重地址设计、隐蔽站问题的创新攻克，无不体现着协议设计者对现实复杂性的深刻洞察与精准应对。

参考资料

1.王道考研课程
2.湖科大计算机网络课程