计网笔记第五章

计网笔记

数据结构：

1. data
2. segment
3. datagram
4. frame

datagram到frame需要加头加尾，前面都是只需要加头。

网络适配器交流

位校验

EDC: Error Detection and Correction bits (redundancy)位校验和纠正位

原理：

奇偶校验

差错通常不是百分之一百的

例子，两维的奇偶校验，右边发生位错误，左边正确：

1的个数：奇1偶0

Cyclic redundancy check循环冗余校验

• 数据位D
• 产生一个r+1位G
• CRC位r位

计算CRC例子：

Multiple access links protocol多路访问链路协议

• 点对点链路
• 广播链路

信道划分协议

• 时分多路复用TDM
• 频分多路复用FDM
• 码分多址CDMA

随机接入协议

要解决的问题：

1. 解决冲突
2. 怎么从冲突中恢复

随机接入协议有：

• slotted ALOHA时隙ALOHA
• ALOHA
• CSMA CSMA/CD CSMA/CA

时隙ALOHA

• 每帧L比特
• 每个时隙L/R，就是每个时隙可以传输一个帧，节点只有在时隙起点开始传输帧
• 节点是同步的
• 如果有冲突，那么所有节点可以在时隙结束之前检查到碰撞

在每个节点中：

• 当一个节点有新帧，在下一个时隙开始传输这个帧
• 如果没有碰撞，那么成功传输
• 如果有，节点以p的概率重传它，1-p的概率再下一个时隙决定重传的概率
  例子：
  

有点：

• 当只有一个节点活跃的时候可以全速传输
• 高度分散
• 简单

缺点：

• 碰撞，浪费时隙
• 空闲时隙
• 效率不高，最高只有0.37

ALOHA

原理：

• 当有帧到达时，立刻完整地传输整个帧
• 如果有碰撞，在传输完它的碰撞帧之后以概率p传输该帧。否则改节点等待一个帧传输时间。等待之后，p传输或者1-p在另一个帧时间等待

特点：

• 无时隙，更简单，不同步
• 碰撞概率增加
• 效率很低，只有时隙ALOHA的一半

载波侦听多路复用CSMA

• 传输之前先监听
• 如果信道空闲则传输帧
• 如果忙碌推迟传输

就是传输之前先监听，不要打扰别人的意思

CSMA碰撞

这样的情况下还是有碰撞的，因为即使CSMA在传输之前会监听别人是否在传输，但是由于信道传播时延，还是会出现碰撞的情况

具有碰撞检测的CSMA/CD

过程：

1. 适配器从网络岑获得数据报，准备链路层帧，并放入帧适配器缓存中
2. 如果适配器监听到信道空闲(即无能量进入适配器)，开始传输，如果信道正忙，那么等待，知道监听到没有能量进入信道
3. 在传输过程中，如果监听到有能量进入，那么终止传输，否则完成传输
4. 终止传输之后，适配器等待一个随机时间量，然后回到步骤2

效率：
Tprop是信号能量在任意两个适配器之间传输的最大时间
ttrans是传输一个最大帧的时间
效率为：

轮流协议taking turn

轮询协议polling protocol

• 主节点邀请依次邀请其他节点，告诉它可以发送的最大帧数，发送完之后询问下一个节点

令牌传递协议token-passing protocal

• 就是谁有令牌谁就传输

线路接入网络cable access network

mac地址和arp

32位ip地址：

• 网络层接口使用
• 被网络层转发

48位mac地址(或者叫LAN地址或者以太网地址)：

• 被本地接口从另一个物理链接的接口中获取帧

ARP协议

arp表每一个在LAN中的ip节点(主机或者路由器)都有一张ARP表

形式：

相同LAN下的arp协议

一台机器获取另一台机器的mac地址

1. A想给B发datagram，但是B的MAC地址不在A的arp表中
2. A广播arp请求包arp query packet，其中包含了A的ip地址，所有在LAN下的节点都受到这个广播
3. B接受到ARP packet，用自己的MAC地址回应A
4. A缓存保存ip-mac地址对到它自己的arp表知道超时

不同LAN之间的routing

情形：

• A知道B的ip地址，但是不知道mac地址
• A知道第一跳路由器的ip地址和mac地址

• A创建一个带有src ip A dst ip B的ip datagram
• A创建一个链路层的frame，带有R的mac地址作为dst mac，frame包含了A-B的ip datagram
• 这个frame被从A发送给R

经过路由器

• 路由器R接收到这个frame之后，datagram被拿出来，放到ip层
• R转发这个ip datagram
• 路由器创建一个链路层的frame，包含A-B的datagram

Etherent以太网

网络结构：

• 总线结构
  所有节点之间会发生碰撞
• 星型结构
  所有节点之间不会发生碰撞

Ethernet frame以太网传输frame

Etherent 帧结构：

特点：

• 无连接的
• 不可靠的尽我所能的

NIC是网卡

Ethernet CSMA/CD algorithm

1. 网卡从网络层接受数据，创建链路层frame
2. 如果网卡监听到信道空闲，开始传输帧，否则等到信道空闲再传输
3. 如果网卡传输完整个帧，那么完成
4. 如果在传输过程中监听到其他传输，那么终止传输，发哦是那个jam信号(让其他传输者也知道这个碰撞)
5. 终止之后，网卡进入指数倒退:第m次碰撞之后，从{0,1,2,...,2^m - 1}中选择K，网卡等待K*512位时间，返回步骤2

CSMA/CD的效率

效率还是之前那样

比ALOHA更好：更简单和偏移，也分散

Manchester encoding曼彻斯特编码

点对点数据链路控制

• 一方发送，一方接受，一个链接:比广播链路更容易
  
  • 没有数据接入控制
  • 不需要明确的MAC地址
• 例子：
  
  • PPP(point-to-point协议)
  • HDLC

LAN

hub结构

不缓存，会发生碰撞

以太网交换机

功能：

1. 过滤
2. 转发

过滤和转发依靠交换机内的交换机表，交换机和路由器的区别在于：交换机转发和分组基于mac地址而不是ip地址

交换机过滤和转发机制：
当有一个目的地址DD-DD-DD-DD-DD-DD的帧从x接口到达，交换机查找它的交换机表，有三种情况：

1. 没有找到一个符合的表项，则向除了x之外的所有接口转发这个帧的副本
2. 找到一个接口，但是就是x，这时候过滤掉这个帧，就是抛弃了
3. 找到一个y！=x，向y转发这个帧

交换机的自学习：

1. 交换机表初始为空
2. 对于在每个接口受到的帧，在表中存一项:1 帧源mac地址；2 帧到达的接口；3 当前时间
3. 老化期之后删除这个地址

交换机和路由器对比

交换机优点：

• 即插即用
• 便于管理
• 较高的分组过滤和转发速率
  交换机缺点：
• 对广播风暴没有保护措施

路由器优点：

• 可为广播风暴提供防火墙保护

路由器缺点：

• 不是即插即用 要设置ip什么的

VLAN虚拟局域网

同一个交换机下两个vlan的交流

不同交换机上的vlan的交流，trunk模式

多协议标签交换MPLS

格式： (MAC address of host, interface to reach host, time stamp)
(主机的mac地址，去往主机的接口，时间戳)

Interconnecting switch互相连通的交换机

例子：一开始switch table为空，从A发送到G，然后从G发送到A

A一开始不知道G的mac地址以及链路接口，所以它只能往S1

浏览网页步骤

1. DHCP获取ip地址