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）

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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