计算机网络笔记(不全)

一、计算机网络体系结构

1.计算机网络的概念

计算机网络：

由若干结点和连接这些结点的链路组成。结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等。

互连网(internet)：

多个计算机网络通过路由器互相连接而成，可用任意协议通信。

互联网(因特网Internet)：

由各大ISP和国际机构组建的，覆盖全球范围的互连网。互联网必须使用TCP/IP协议通信，互连网可使用任意协议通信。

2.计算机网络的组成和功能

组成

1.从组成部分来看

硬件：主机(端系统)、通信设备、通信链路

软件：方便用户使用，实现资源共享。

协议：规定计算机网络中的通信规则，由硬件软件共同实现。(例如：网络适配器+软件)

2.从工作方式看

核心部分：为边缘部分服务，由网络和连接网络的路由器组成。

边缘部分：直接为用户服务的部分，由主机及其软件组成。

3.从逻辑功能看

资源子网：连接到互联网上的主机组成。

通信子网：负责信息传输，通信链路+通信设备+协议+主机内部实现信息传输的网络适配器、底层协议。

功能

数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡等

3.三种交换技术

电路交换(早期电话网络采用)

建立连接(尝试占用通信资源) => 通信(一直占用通信资源) => 释放连接(归还通信资源)

优点：会建立一条专用的物理通路，传输速率高。

缺点：

1.建立和释放连接，需要额外的时间开销。

2.线路被占用，利用率低。

3.线路分配的灵活性差。

4.不支持差错控制。 

报文交换(电报)

存储转发：把传送的数据单元存储进中间节点，再根据目的地址转发至下一节点。

优点：

1.通信前无需建立连接。

2.数据以报文为单位存储转发，线路可以灵活分配。

3.支持差错控制。

4.线路利用率高。

缺点：

1.报文不定长，不方便存储转发管理。

2.长报文的存储转发时间、缓存开销大。

3.长报文容易出错，重传代价高。

分组交换

现代的计算机网络采用的是分组交换技术。

路由器就是一个分组交换机。

优点：

1.拥有报文交换的所有优点。

2.分组定长，管理方便。

3.分组小，存储转发的时间、缓存开销小。

4.分组不易出错，重传代价低。

缺点：

1.相比于报文交换，每个分组都有一个首部，控制信息占比增加。

2.相比于电路交换，存在存储转发时延，速度慢一些。

3.报文被拆分为多个分组，可能造成分组失序、丢失，增加处理的复杂度。

4.计算机网络的分类

1.分布范围：广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网/以太网(LAN)、个域网(PAN)。

局域网通过路由器接入广域网。

2.传输技术：广播式网络、点对点网络。

3.拓扑结构：

1.总线型结构(广播式，有总线争用问题)，典型代表：集线器

2.环形结构，广播式，通过“令牌”解决争用问题。只有一个令牌，令牌会逐一传递，只有持有令牌的设备才能发送设备。

3.星形结构：点对点传输，不存在总线争用问题。典型代表：以太网交换机。

4.网状结构：点对点传输。典型代表：众多路由器构建的广域网。

网状结构常见于广域网，其他三种结构常见于局域网。 

4.使用者：公用网、专用网。

5.传输介质：有线网络、无线网络。

5.性能指标 

1.速率：连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率。也称数据率/比特率/数据传输速率

单位：bit/s b/s bps 

2.带宽：《计算机网络》中，表示某信道所能传送的最高数据率。单位bps

              《通信原理》中，表示某信道允许通过的信号频带范围。单位Hz

注意：节点间通信实际能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制。

3.吞吐量：单位时间内，通过某个网络/信道/接口的实际数据量。单位bps

!4.时延：指数据从网络中的A点传送到B点所需要的时间。也称为延迟或迟延。

总时延 = 发送时延/传输时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

发送时延/传输时延：节点将数据推向信道所花费的时间。 数据长度(bit)/数据传输速率(bps)

传播时延：电磁波在信道中传播所花费的时间。信道长度(m)/电磁波速度(m/s)

处理时延：被路由器处理所花费的时间。

排队时延：数据排队进入、排队发出路由器所花的时间。

5.时延带宽积：时延带宽积(bit) = 传播时延(s) * 带宽(bit/s)，含义为已从发送端发出但还未到达接收端的最大比特数。

6.往返时延RTT：从发送方发送完数据到发送方收到来自接收方的确认的时间。(发送时延不计入RTT中)。玩游戏时显示的游戏延迟就是指手机到服务器之间的往返时间RTT。

7.信道利用率：信道有百分之多少的时间是有数据通过的。

信道利用率 = 有数据通过的时间 / 总时间

信道利用率太低：浪费资源。

信道利用率太高：网络拥塞。

6.计算机网络的分层结构

OSI参考模型

(法律上的标准)：国际标准化组织ISO提出。

七层：物理层 数据链路层 网络层 运输层 会话层 表示层 应用层

1.物理层：实现相邻节点之间比特(0或1)的传输。

功能：定义电路接口参数、定义传输信号的含义、电气特征。

传输单位：bit

2.数据链路层：确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错。

功能：差错控制(检错+纠错 或 检错+丢弃+重传,单位是帧)、流量控制(协调两个节点的速率)

传输单位：帧

3.网络层：把“分组”从源节点转发到目的节点。

功能：路由选择(构造维护路由表，决定分组达到目的节点的最佳路径)、分组转发(将分组从合适的端口转发出去)、拥塞控制(缓解网络拥塞)、网际互联(实现异构网络互联)、差错控制(单位是分组)、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理(接收方需返回分组确认消息)。

传输单位：分组

4.运输层：实现端到端的通信(端指的是端口)

功能：复用和分用(发送端几个高层实体复用一条低层的连接，在接收端再进行分用)、差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理 (传输层以报文段为单位)

传输单位：报文段

5.会话层：管理进程之间的会话。

功能：会话管理(当通信失效时，能从检查点继续恢复通信)

6.表示层：解决不同主机信息表示不一致的问题。

功能：数据格式转换(编码转换、压缩解压缩、加密解密)

7.应用层：实现特定的网络应用(app)

传输单位：报文

TCP/IP

（事实上的标准）：阿帕网ARPANET的成果。

四层：网络接口层 网际层 传输层 应用层

和OSI的区别

1.表示层和会话层的功能不是所有app都需要的，所以在TCP/IP协议中被删除了，如果需要可以在应用层实现。

2.OSI详细规定了物理层和数据链路层，在TCP/IP模型中没有具体描述网络接口层的功能和协议，更加灵活。

3.TCP/IP的网络层去除了差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理，只在传输层去进行差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理。(保证全局数据的正确性即可)，降低了网络核心部分的负载。

四层：

1.网络接口层：实现相邻节点之间的数据传输(为网络层传输分组)

2.网际层：路由选择、分组转发(将分组从合适的端口转发出去)、拥塞控制、网际互联

3.传输层：和OSI模型类似。

4.应用层：实现特定的网络应用(app)

PDU、PCI、SDU

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据单位。

协议控制信息PCI:控制协议操作的信息。

服务数据单元SDU：完成上一次实体要求的功能而传送的数据。

7.协议

协议：网络协议，是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的。

协议由语法、语义和同步三部分组成：

语法：数据与控制信息的格式。

语义：发出何种控制信息、完成何种动作、做出何种应答。

同步/时序：执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。

二、物理层

实现相邻节点之间比特的传输。

1.通信基础

数据：信息的实体，在计算机内部为二进制形式。

信源：信号的来源(数据的发送方)

信宿：信号的"归宿"(数据的接收方)

信道：信号的通道。

信号：数据的载体。数字信号(离散的)/模拟信号(连续的)

码元：每一个信号就是一个码元(表示二进制编码的元素)。信号周期称为码元宽度。

一个码元有4种状态，就可以称为4进制码元(此时一个码元2bit)(四种信号：00,01,10,11)

波特率：每秒传输几个码元。单位为：码元/秒 或 波特(Baud)

2.信道的极限容量

噪声：对信道产生干扰，影响信道的数据传输效率。

奈奎斯特定理/奈式准则：对于一个理想低通信道(没有噪声、带宽有限的信道)，极限波特率 = 2W(单位：波特,码元/秒)(W为信道的频率带宽，单位Hz)

香农定理：对于一个有噪声，带宽有限的信道，极限比特率 = ，单位bit/s

(W是信道的频率带宽，单位Hz。)

信噪比：信号的功率/噪声的功率， S/N (无单位) 或 ,单位dB(分贝)

3.编码和调制

编码：二进制数据转换为数字信号。

解码：数字信号转换为二进制数据。

有线网络适配器(编码-解码器)

调制：二进制数据转换为模拟信号。

解调：模拟信号转换为二进制数据。

光猫(调制-解调器)

 常用编码方式

不归零编码(NRZ)：低0高1，中不变

归零编码(RZ)：低0高1，中归零

反向非归零编码(NRZI)：跳0不跳1看起点，中不变

曼彻斯特编码(以太网默认使用曼彻斯特编码)：上0下1看中间，中必变(通常上跳为0，下跳为1)

差分曼彻斯特编码：跳0不跳1看起点，中必变

常用调制方法

正交调幅调制 QAM：AM + PM 结合，形成叠加信号。

4.传输介质

常用传输介质：导向型：双绞线、同轴电缆、光纤，非导向型：无线传输介质。

导向型

双绞线

结构：两根导线相互绞合(麻花状)而成。

抗干扰能力较好。绞合和屏蔽层可以提升电磁干扰能力。

应用：近期局域网、早期电话线。

同轴电缆

构成：内导体(传输信号) + 外导体屏蔽层(抗电磁干扰)

内导体越粗，电阻越低，传输距离越长。

抗干扰能力好。屏蔽层提供良好的抗干扰性。

应用：早期局域网、早期有线电视

光纤

构成：纤芯(高折射率) + 包层(低折射率)，利用全反射传播光脉冲信号

抗干扰能力非常好，光信号对电磁干扰不敏感、信号传输损耗小、长距离传输时中继器少、很细省空间。

多模光纤：纤芯更粗，可同时传输多条光线，信号损耗高，适合近距离传输。

单模光纤：纤芯更细，只能传输一条光线，损耗低，适合远距离传输。

以太网对有线传输介质的命名规则

速度 + Base + 介质信息

10Base5   10Mbps,同轴电缆，最远传输距离500m

10BaseF*  光纤

1000BaseT1  双绞线，1000Mbps

非导向型(无线)

本质都是电磁波

无线电波：穿透能力强、传输距离长、信号指向性弱。如：手机信号，WIFI。

微(短)波通信：频率带宽高，信号指向性强，保密性差。如：卫星通信(传播时延大)

其他：红外线通信、激光通信等。信号指向性强

物理层接口的特性

机械特性、电气特性(规定了电压范围、传输速率等)、功能特性(电平电压的意义)、过程特性(不同功能的各种可能事件的出现顺序)

5.物理层设备

中继器(Repeater)

信号传输过程中会失真，可以通过中继器来将信号整形再生。

半双工通信(两端不可以同时发送数据，会冲突)

集线器

本质上是多端口的中继器。各端口不可以同时发送数据，会冲突。

冲突域：集线器和中继器连接的网段处于一个冲突域，需要信道争用。

1.集线器、中继器不能无限串联。

2.集线器在逻辑上是总线型的拓扑结构，存在信道争用问题。

3.集线器连接的各网段共享带宽。

三、数据链路层

功能

封装成帧(组帧)：将网络层的数据封装成一个帧。帧定界和透明传输(帧的操作对网络层透明)。

差错控制：发现/解决帧内部的位错。

可靠传输：发现并解决帧错误。(帧丢失、帧重复、帧失序)

流量控制：控制帧发送的速率。

介质访问控制(指物理传输介质)：广播信道需要实现该功能，决定传输介质的使用权先分配给哪个节点。点对点信道无需实现该功能。

1.组帧

1.字符计数法：在每个帧的开头，用一个定长计数字段表示帧长。

缺点：任何一个计数字段出错，都会导致后续所有的帧都无法定界。

2.字节填充法：在帧的开始和结束添加控制字符SOH和EOT、数据内部和SOH、EOT、ESC相同的字符前要添加转义字符ESC。

3.零比特填充法(常用)：以一串特殊的字符串(01111110)作为帧的开始和结束。

发送方发送时，每5个连续的1，填充一个0。

接收方需要对帧进行逆处理，每遇到连续的5个1，就删掉后面的0。

(HDLC协议和PPP协议使用的就是零比特填充法)

4.违规编码法：在帧的开始和结束插入违规信号(周期的中间点不跳变，则“违规”)

2.差错控制

发现并解决一个帧内部的“位错”。

检错编码：奇偶校验码、CRC校验码

纠错编码：海明校验码

奇偶校验

在首部或尾部添加一个奇偶校验位，奇偶校验位占一位。

奇偶校验码 = 奇偶校验位 + 有效信息

奇校验码：奇偶校验码“1”的个数为奇数。

偶校验码：奇偶校验码“1”的个数为偶数。

偶校验码更常用，因为偶校验的有效信息进行异或运算，得到的结果就是偶校验位。

循环冗余校验码(CRC码)

数据发送、接收方约定一个“除数”。K个信息位 + R个校验位作为被除数，添加校验位后需保证除法的结果为0，结果不为0时代表数据错误了。

使用模2除(只看最高位做除法)，模2减(除法的最高位以外的位做异或运算)

上方对应的CRC码为：101001001

海明校验码

设计思路：将信息位分组进行偶校验 => 多个校验位

1.需要多少校验位：n个信息位 ，k个校验位。需满足公式： (n+k位中任意一位都可能出错，1代表一种正确状态，公式的含义是校验位要能表示每一种可能的状态)

2.校验位怎么放：校验位Pⁱ放在海明位号为的位置上

3.求校验位的值

4.纠错

另外，在海明码的首部还要加上一位全校验位，对整体进行偶校验。

3.流量控制、可靠传输、滑动窗口机制

发送窗口：发送方当前允许发送的帧。

接收窗口：接收方当前允许接收的帧。

接收方通过确认机制控制发送方的窗口向前滑动，从而实现流量控制。

停止-等待协议(S-W)

发送窗口 = 1，接收窗口 = 1，确认机制(接收方收到帧要返回给发送方确认信息)，超时重传(发送帧时计时，一定时间内没收到确认帧会超时重传)，帧编号(,n为编号使用的比特数。不满足时，数据帧序号落在接收窗口内，会被错误的接收。)。

帧的首部和尾部要标记：帧类型(数据帧、确认帧)、帧序号等。

接收方如果收到了重复的数据帧，会丢弃重复的帧并且返回给发送方确认帧。

后退N帧协议(GBN)

发送窗口 > 1，接收窗口 = 1。

接收方可以累积确认(仅返回最后一个帧的ACK即可)

发送方超时未收到i号帧的确认，会重传i号帧及其之后的所有帧。

选择重传协议(SR)

发送窗口 > 1，接收窗口 > 1，发送窗口要比接收窗口大。

1.每个正确的数据帧都需要确认ACK。

2.否认帧NAK_i：接收方丢弃帧后，返回否认帧给发送方。

3.请求重传：发送方收到否认帧NAK_i，则重传对应的数据帧。

!!!(重点) 三种协议的信道利用率

(指的是发送信道)

1.S-W协议的信道利用率

信道利用率 = 数据帧传输时延/(单向传播时延*2 + 确认帧传输时延 + 数据帧传输时延)

2.GBN协议和SR协议的信道利用率

信道利用率 = N*数据帧传输时延/(单向传播时延*2 + 确认帧传输时延 + 数据帧传输时延)

N为发送数据帧的数量

信道利用率最大为 1 

补充

滑动窗口协议：指GBN协议、SR协议

ARQ协议：指S-W协议、GBN协议、SR协议

连续ARQ协议：指GBN协议、SR协议

4.介质访问控制(MAC)

信道划分

介质访问控制(MAC)：多个节点共享同一个“总线型”广播信道时，可能发生“信号冲突”。介质访问控制可以解决这个问题。

信道划分：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CDM

时分复用(TDM)

将时间分为等长的"TDM帧"，每个"TDM帧"又分为等长的m个“时隙”，将m个时隙分配给m对用户(节点)使用。

缺点：每个节点最多只能分到总带宽的m分之一，节点暂时不发送数据，会导致被分配的时隙闲置，信道利用率低。

统计时分复用(STDM)

又称异步时分复用，在TDM的基础上，动态按序分配时隙。

频分复用(FDM,Frequency Division Multiplexing)

将信道的总频带划分为多个子频带，每个子频带作为一个子信道，对每个用户使用一个子信道进行通信。

缺点：FDM技术只能用于传输模拟信号。

波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)

将不同波长的光信号分离出来，即光的频分复用。

码分复用(CDM,Code Division Multiplexing)

1.各节点分配专属码片序列发送数据(码片序列包含m个码片，可看作m维向量，m维向量的分量通常取1或-1)。

2.相互通信的各节点知道彼此的码片序列。

3.各节点的m维向量必须相互正交。

随机访问

ALOHA协议

纯ALOHA：如果准备好数据帧，就立刻发送到信道上。引入了接收方的确认ACK，如果发送方超时没有收到ACK，就随机等待一段时间后再重新发送数据帧。

时隙ALOHA：将时间切割为大小相等的时隙，数据帧在下一个时隙开始时才能发送帧。避免了发送数据的随意性，降低了冲突概率，提高了信道利用率。

CSMA协议

Carrier Sense Multiple Access 载波监听多路访问协议

在ALOHA基础上改进：在发送数据之前，先监听信道是否空闲(利用载波监听装置)，只有信道空闲，才会尝试发送数据。

CSMA分为：

1-坚持CSMA协议：

监听到信道不空闲时，会坚持的监听信道，直到信道空闲时，发送数据。

优点：信道利用率高。

缺点：冲突概率大。

非坚持CSMA:

监听到信道不空闲时，会放弃监听信道，随机推迟一段时间之后再次监听信道。

优点：降低了冲突概率。

缺点：相比于1-坚持CSMA协议，信道利用率降低了。

p-坚持CSMA协议：

监听到信道不空闲时，会坚持的监听信道，直到信道空闲时，有p概率发送数据帧，有1-p的概率推迟一段时间再尝试发送数据帧。

p-坚持CSMA协议是1-坚持CSMA协议和非坚持CSMA的折中，既降低了冲突概率，又提高了信道利用率。

!!!重要 CSMA/CD协议

Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection 载波监听多路访问/冲突检测协议

1.用于早期的有线以太网(总线型)

2.先监听(1-坚持监听)后发送，边监听边发送，冲突停发，随机重发

3.如何随机重发：

截断二进制指数退避算法：

随即等待一段时间 = r倍争用期(争用期=2*最大单向传播时延)，其中r是随机数

1.k<=10，在区间随机取一个整数r。

2.k>10，在区间随机取一个整数r。

k=16时，传输失败，放弃传输此帧，并报告网络层。

4.争用期：若争用期内未发生冲突，就不可能再冲突。

5.CSMA/CD没有没有ACK机制，若发送过程中未检测到冲突就认为帧发送成功。

6.最短帧长 = 2 * 最大单向传播时延 * 信道带宽(争用期*信道带宽)，不满足最短帧长时可能导致节点误以为发送过程中没有发生冲突，但实际上已经发生了冲突

7.最长帧长 ：规定最长帧长，用于防止某节点一直占用信道。

以太网规定：最短帧长 = 64B，最长帧长 = 1518B

8.接收方流程：收到帧 -> 是否大于最短帧长(不满足则丢弃帧) -> 是不是给自己发的 -> CRC校验 ->接收帧，交给网络层

~难点 CSMA/CA协议

Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance 载波监听多路访问/冲突避免协议

发送过程中不会检测冲突，发送前想办法避免冲突。

1.用于IEEE 802.11 无线局域网(WiFi)

WiFi为什么不采用CSMA/CD协议？

1.硬件上很难实现边听边发，冲突检测。

2.存在隐蔽站问题。

2.AP(Access Point)：接入点，无线信号收/发装置，就是无线WiFi热点。

3.发送方和接收方

发送方：先听后发，忙则退避。

若信道空闲，间隔DIFS(分布式协调IFS:最长的帧间间隔)后，再发送帧(中途无需检测冲突)。

接收方：停止等待协议。(数据正确返回ACK，发送方超时未收到ACK，则随机退避)

等待SIFS(最短的帧间间隔,用于处理收到的帧)时间后，再发送ACK。

4.随机退避：根据二进制指数退避算法确定一段随机退避时间(倒计时)

发送方会监听信道，只有信道空闲时才扣除倒计时，倒计时结束时立刻发送数据。

5.解决隐蔽站问题：信道预约功能(可以不启用)

1.发送方广播RTS控制帧(请求发送，包括源地址、目的地址和这次通信持续的时间)。

2.AP广播CTS控制帧(允许发送，包括源地址、目的地址和这次通信持续的时间)。

3.其他无关节点收到CTS后自觉禁言(推迟访问)一段时间，发送方收到CTS后，就可以发送数据。

4.AP收到数据，进行CRC校验，没错误就返回ACK。

轮询访问

令牌传递协议(过时了)

令牌环网技术：环形拓扑结构，各节点轮询访问信道，不会发生信道冲突。

实现介质访问控制：令牌传递协议

令牌帧：令牌号,表示当前获得令牌使用权的节点。

数据帧：令牌号、源地址、目的地址、数据部分、已接收(boolean,开始为false)

发送数据时，令牌帧转换为数据帧，接收方成功接收时，将已接收部分改为true，传输一圈回来后再转换回令牌帧，释放令牌，创建新令牌给下一个节点。

如果数据帧检查有异常，可以重新发送。

令牌传递协议适用于负载很高的网络。

5.局域网

IEEE 802

IEEE 电气电子工程师协会 -> IEEE 802 委员会：推进局域网技术的标准化工作 ->

802.3工作组：负责以太网技术(有线局域网)，802.11工作组：负责WIFI技术(无线局域网)，802.5工作组(已解散)：令牌环网技术

令牌环网

1984~2000

拓扑结构：环形

传输介质：同轴电缆或双绞线

介质访问控制：令牌传递协议

以太网/802.3

物理层采用曼彻斯特编码。

同轴电缆以太网(1982年)

10Base5 10Mbps 曼彻斯特编码 500米

拓扑结构：总线型

传输介质：同轴电缆

介质访问控制：CSMA/CD协议

光纤以太网 (1993年)

10BaseF 10Mbps 曼彻斯特编码 光纤

拓扑结构：点对点(用于中继器、集线器、交换机之间的传输，也就是说不会直接连接终端节点)

传输介质：光纤

介质访问控制：无（两条光纤实现全双工通信）

双绞线以太网 (1994年)

10BaseT 10Mbps 曼彻斯特编码 双绞线

形式一：集线器(半双工)

拓扑结构：物理上星型，逻辑上总线型

传输介质：双绞线

介质访问控制：CSMA/CD协议

形式二：交换机

拓扑结构：星型

传输介质：双绞线

介质访问控制：CSMA/CD协议(半双工) 或 无(全双工)

WiFi/802.11

拓扑结构：IEEE 802.11定义为星型

传输介质：无线

介质访问控制：CSMA/CA协议

硬件架构

网络适配器（网卡）

以太网适配器/WiFi适配器

适配器内部：

ROM存储全球唯一的MAC地址。

RAM作为帧缓冲。

以太网适配器通过网线插口连接802.3局域网。

WiFi适配器通过内置WiFi天线连接802.11局域网。

功能： 

1.负责把帧发送到局域网。

2.负责从局域网接收帧。

3.根据接入的局域网类型，实现数据链路层 + 物理层功能。

4.完成数据的串/并行转换。

5.需要支持帧缓冲。

6.以太网与IEEE 802.3

同轴电缆只支持半双工，双绞线>=2.5Gbps仅支持全双工，<2.5Gbps支持半双工和全双工。

交换机连接的终端都可以全双工，集线器连接的节点只支持半双工。

DIX Ethernet V2 标准 MAC帧格式

单播帧、广播帧如何传播

路由器、交换机又MAC地址，集线器没有MAC地址。

7.VLAN 虚拟局域网

VLAN

由IEEE 802.1Q 工作组负责。

大型局域网中：广播导致负载高，且关键节点暴露在局域网中。

1.可以将一个大型局域网划分成若干个较小的VLAN，每个VLAN是一个广播域。

2.每个VLAN对应一个VID，VID相同的虚拟局域网可以互相访问。

3.VLAN需要使用支持VLAN功能的以太网交换机来实现。

VLAN划分方式

1.基于接口

2.基于MAC地址

3.基于IP地址(可以跨越路由器，让多个局域网的主机组成一个VLAN，需要网络层功能支持)

交换机之间，传输的是802.1Q帧，其中包含了VID。

8.无线局域网

分为：有固定基础设施无线局域网(802.11无线局域网WiFi)、无固定基础设施移动自组织网络(苹果隔空投送、华为分享等)

家用路由器的硬件架构：路由器 + 以太网交换机 + AP，通过门户设备将两类局域网连接，变成一个更大的局域网。

在802.11无线局域网内，两个移动站之间不能直接通信，必须通过基站AP转发。

基本概念：

802.11无线局域网是星型拓扑，中心成为AP(接入点)，或WAP(无线接入点)

基本服务集BSS：1个基站(AP)(就是WiFi热点) + 多个移动站(就是连接热点的设备)

服务集标识符SSID：就是无线局域网的名字，不超过32字节。

基本服务区BSA：只一个基本服务集的地理覆盖范围。(站在哪能搜索到WiFi)

门户(Portal)：可将802.11无线局域网接入802.3有线局域网。

扩展服务集：将多个AP连接到同一个分配系统，组成一个更大的服务集。(全屋WiFi的实现)

漫游：一个移动站从一个基本服务集切换到另一个基本服务集，仍然可以保存通信。(丝滑的切换WiFi热点)

802.11帧的分类：

数据帧

控制帧：如ACK、RTS、CTS帧等

管理帧：如探测请求/探测响应帧(用于发现WiFi)

9.以太网交换机

自学习功能：交换表(记录MAC地址、端口号)

不知道接收方在哪，广播。

知道接收方在哪，精准转发帧。

表项有有效时间，过期表项自动作废。

两种交换方式：

直通交换：只有帧开头的六个字节(目的地址)会被接收并处理。转发时延低。

存储转发交换：接收并处理整个帧。可以差错检测、协议转换、速率匹配。

10.广域网及相关协议

分组交换，资源共享，广域网由多个局域网组建。

PPP协议

Point to Point(点对点协议)

简单、封装成帧、透明传输、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测链接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商、无需纠错、流量控制、序号、多点线路