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网络工程师教程(第一部:网络层面介绍)

第一章:计算机网络概论

  • 计算机网络的定义和分类
  • 计算机网络的体系结构
  • 计算机网络的传输介质和传输方式
  • 计算机网络的协议和标准
  • 计算机网络的拓扑结构
  • 计算机网络的安全性和管理

  • 计算机网络的定义和分类:计算机网络是指将地理位置不同的独立计算机系统,通过传输介质链接起来,它们遵守共同的协议,达到通信和资源共享的目的。计算机网络按照规模分为局域网、城域网、广域网等。
  • 计算机网络的体系结构:计算机网络体系结构是指计算机网络中各层次之间的关系和协议。常见的体系结构有OSI参考模型和TCP/IP参考模型。
  • 计算机网络的传输介质和传输方式:计算机网络的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等。传输方式包括电路交换、报文交换和分组交换。
  • 计算机网络的协议和标准:计算机网络中使用的协议有TCP/IP、HTTP、FTP等。标准有ISO/OSI标准和IEEE标准等。
  • 计算机网络的拓扑结构:计算机网络的拓扑结构包括总线型、星型、环型、树型等。
  • 计算机网络的安全性和管理:计算机网络安全性包括数据加密、访问控制等。管理包括配置管理、性能管理等。

计算机网络分类的知识点:

  • 按照规模分为局域网、城域网、广域网等。
  • 按照拓扑结构分为总线型、星型、环型、树型等。
  • 按照传输介质分为双绞线、同轴电缆、光纤等。
  • 按照传输方式分为电路交换、报文交换和分组交换。

计算机网络体系结构:

有很多种,其中比较常见的有OSI体系结构TCP/IP体系结构五层体系结构。OSI体系结构是由国际标准化组织(ISO)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标准体系,一般称为OSI参考模型或七层模型。它是一个七层协议的结构,从下到上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。每一层都有各自的功能,每一层之间都有明确的接口和协议规定,各层之间相互独立,只在相邻两层之间进行通信。TCP/IP体系结构是互联网所采用的协议族,它是一个四层体系结构,得到了广泛的运用,分别是应用层、传输层、网络层和数据链路层;五层体系结构则是为了方便学习,分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层,折中OSI体系结构和TCP/IP体系结构,综合二者的优点,这样既简洁,又能将概念讲清楚。

计算机网络的传输介质和传输方式知识点包括:
- 传输介质:计算机网络中,数据的传输需要通过一定的物理媒介,如双绞线、同轴电缆、光纤等。需要掌握这些传输介质的特点、优缺点、使用范围等信息。

  • 双绞线:是一种综合布线工程中最常用的传输介质,由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。特点是价格低廉,使用方便,但带宽较低,衰减较高,即距离越远,性能越低。适用于局域网等小范围内的数据传输。
  • 同轴电缆:指有两个同心导体,而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。特点是抗干扰能力强,传输数据稳定,但价格较高。适用于长距离的数据传输。
  • 光纤:是一种由玻璃或塑料制成的纤维,可作为光传导工具。特点是带宽大,衰减小,抗干扰能力强,但价格较高。适用于长距离、大容量的数据传输。

- 传输方式:计算机网络中,数据的传输方式有很多种,如广播式、点对点式、多播式等。需要掌握这些传输方式的特点、优缺点、使用范围等信息。

  • 广播式:是一种一对多的通信方式,即一个主机向网络中所有其他主机发送信息。特点是简单易用,但容易产生网络拥塞,且不安全。适用于局域网等小范围内的数据传输。
  • 点对点式:是一种一对一的通信方式,即两个主机之间进行通信。特点是安全可靠,但需要建立连接,且不适用于广域网等长距离数据传输。适用于局域网等小范围内的数据传输。
  • 多播式:是一种一对多的通信方式,即一个主机向网络中一部分主机发送信息。特点是节省网络带宽,但需要支持多播协议,且不安全。适用于广域网等长距离数据传输。

几种商用网络体系结构以及与之前的体系结构的关系和区别:

X.25协议是一种由CCITT(现ITU-T)建议的协议,它定义了终端和计算机到分组交换网络的连接。TCP/IP协议是一种互联网协议,它是互联网的基础。OSI模型是一种通信协议的标准,它将通信协议分为七层,每一层都有自己的功能和任务。虚电路是一种面向连接的通信方式,它在数据传输过程中提供了可靠性保证。

SNA和TCP/IP是两个不同的概念,无法进行比较。SNA是IBM公司开发的网络体系结构,在IBM公司的主机环境中得到广泛的应用,后面推出了更高级的:高级点对点网络(APPN),使得SNA由集中式网络演变成点对点的网络环境。 而TCP/IP是一种协议,是互联网的基础协议之一。

X.25协议和TCP/IP协议在很多方面都有所不同。X.25协议使用虚电路技术,而TCP/IP协议使用IP地址和端口号来标识网络上的主机和应用程序。X.25协议在数据传输过程中提供了可靠性保证,而TCP/IP协议则不提供可靠性保证。OSI模型是一种通信协议的标准,它将通信协议分为七层,每一层都有自己的功能和任务。X.25协议和TCP/IP协议都是OSI模型中的网络层协议。

第二章:数据通信基础

数字传输系统是指用于传输数字信号的通信系统。它包括信源、信道和信宿三个部分。

信源是指产生数字信号的设备,例如计算机、电话机等。

信道是指用于传输数字信号的物理媒介,例如电缆、光纤、无线电波等。

信宿是指接收数字信号的设备,例如计算机、电话机等。

在数字传输系统中,数字信号经过编码、调制和复用等处理后,通过信道传输到达信宿。然后,信宿对接收到的信号进行解复用、解调和解码等处理,还原出原始的数字信号

基本概念:模拟通信和数字通信

模拟通信和数字通信是两种不同的通信方式,它们的区别如下:

模拟通信是指用模拟信号在发送方和接收方之间传输数据的通信系统。模拟通信可以传输任何类型的数据,但也容易受到噪声的干扰,难以再生和保密。例如声音、温度、电压等。

数字通信是指用数字信号在发送方和接收方之间传输数据的通信系统。数字通信可以通过编码和解码进行转换,具有抗噪声、易再生和保密的优点,但也存在量化误差和采样频率的限制。例如二进制码、字符、图像等。

信道的一些特性:信道带宽、误码率、传输介质。

信道带宽:信道带宽是指信道能够容纳的信号频率范围,其值为频率最大值减去频率最小值,单位为Hz

奈奎斯特定理是指在理想低通(没有噪音、带宽有限)的信道中,极限码元传输率为2W(Baud)。其中W是理想低通信道的带宽,单位为Hz。

香农定理是指有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。 香农定理给出了信道信息传送速率的上限(比特每秒)和信道信噪比及带宽的关系。

公式是:最大限制数据速率C=W log2 (1+S/N),其中S/N是信噪比。

假设我们有一个理想低通信道,其带宽为10kHz。那么,根据奈奎斯特定理,
极限码元传输速率为2W波特,其中W是理想低通信道的带宽。
因此,极限码元传输速率为20kbps。¹² 另一方面,根据香农定理,最大限制数据速率C=W log2 (1+S/N),
其中S/N是信噪比。例如,如果我们有一个信噪比为20dB的信道,
并且带宽为10kHz,则最大数据速率为C=10*log2(1+10^(20/10))=33.22kbps。

误码率:是指在数字通信中,接收端收到的比特流中出现错误比特的比率。是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。

以下是各种传输介质的优缺点

  • 双绞线:通信容量大,传输损耗小,抗干扰性好,保密性好,体积小重量轻,需要专用设备连接。成本低,密度高,节省空间,安装容易,高速率,抗干扰性一般,连接距离较短。
  • 同轴电缆:传输速度比双绞线快,但价格也更高。抗干扰性好,适用于长距离传输。
  • 光纤:传输速度非常快,而且不会受到电磁干扰。体积小、重量轻、寿命长、价格低廉。绝缘、耐高压、耐高温、耐腐蚀,适于特殊环境之工作。几何形状可依环境要求调整,讯号传输容易。
  • 无线传输媒介:无需布线,安装方便。但受到天气、地形等因素影响较大。

常见的编码方式: 

曼彻斯特编码是一种双相码,在曼彻斯特编码中,每一位的中间有一跳变,位中间的跳变既作时钟信号,又作数据信号;从高到低跳变表示"0",从低到高跳变表示"1"。差分曼彻斯特编码在每个时钟周期的中间都有一次电平的跳转,可以实现自同步。在每个时钟周期的起始处:跳变则说明该比特是0,不跳变则说明该比特是1。

极性码使用了两极(正极表示0,负极表示1)。单极性码只使用正的或负的电压表示数据。双极性码则使用了正负两极和零电平(其中有一种典型的双极性码是信号交替反转编码AMI,它用零电平表示0,1则使电平在正、负极间交替翻转)。

归零码指码元中间的信号回归到0电平。不归零码则不回归零(而是当1时电平翻转,0时不翻转),这也称之为差分机制。双相码要求每一位中都要有一个电平转换。

 数字调制技术:

数字调制是指用数字数据调制模拟信号。可以调制模拟载波信号的3个参数:幅度、频移、相移来表示数字数据。常见的数字调制技术有幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)等。

幅度键控(ASK)是指载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值。

频移键控(FSK)是指按照数字数据的值调制载波的频率。

相移键控(PSK)是指用数字数据的值调制载波相位。

正交幅度调制(QAM)是指两个幅度相同,相位相差90°的模拟信号合成为一个模拟信号,把ASK和PSK技术结合,形成幅度相位复合调制。

各自的优缺点和适用场景:

幅度键控(ASK)技术实现简单,但抗干扰性能较差。它适用于信噪比较高的场景。

频移键控(FSK)抗干扰性能好,但占用的带宽较大。它适用于信道带宽充足的场景。

相移键控(PSK)抗干扰性能好,相位的变化可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟。它适用于需要同步时钟的场景。

正交幅度调制(QAM)结合了ASK和PSK技术,形成了幅度相位复合调制。它可以形成多种不同的码元,每一个码元可以表示多位二进制数据,使数据速率大大提高。它适用于需要高速传输数据的场景。

例如,在无线通信中,QAM技术被广泛应用于提高数据传输速率。在数字电视广播中,QAM技术也被用于提高信道容量。

重要性:

数字调制技术在计算机网络通信中有很广泛的应用,其中包括以下几个常见的例子:
1. 调制解调器:调制解调器是数字调制技术在计算机网络通信中最为常见的应用。它将计算机产生的数字信号转换成模拟信号,然后在电话线路、电缆电视线路等传输介质上进行传输。另一方面,接收端的解调器会将模拟信号还原为数字信号,以便计算机进行处理和存储。
2. 以太网:以太网采用CSMA/CD协议进行数据传输,而数字调制技术可以最大化地利用有限带宽资源,在不增加错误率的前提下提高数据传输速率。因此,在以太网中广泛采用了四维脉冲振幅调制(4D-PAM5)等数字调制技术。
3. 无线局域网:IEEE 802.11系列协议中都采用了各种数字调制技术,如DBPSK、DQPSK、CCK、OFDM等。这些技术可以将数字信息转换成适合在无线信道上传输的模拟信号,并在接收端恢复出正确的数字信息。
4. 数字音视频编码:现代音视频编码标准(如H.264、HEVC、VP9等)采用了各种数字调制技术来压缩和优化数据流。例如,在H.264编码中使用了运动估计和运动补偿等技术,将视频帧间的冗余信息去除。
总之,数字调制技术在计算机网络通信中发挥着重要的作用,可以提高数据传输速率和质量,并为各种网络应用提供可靠的技术支持。

脉冲编码调制技术以及它和数字调制技术的特点:

脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)和数字调制技术都是数字通信系统中的重要技术。

脉冲编码调制是一种模拟信号数字化的技术,它把模拟数据(如声音、图像)变换成数字信号。脉冲编码调制包括取样、量化和编码三个步骤。取样是指每隔一定的时间,取模拟信号的当前值作为样本。量化是指将取样后得到的样本值量化为离散值。编码是指把量化后的样本值变成相应的二进制代码。

数字调制技术则是指用数字数据调制模拟信号。可以调制模拟载波信号的3个参数:幅度、频移、相移来表示数字数据。常见的数字调制技术有幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)等。

脉冲编码调制和数字调制技术之间既有联系又有区别。它们都属于数字通信系统中的重要技术,但它们所处的位置不同。脉冲编码调制主要用于模拟信号数字化,而数字调制技术则用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。

例如,在电话通信中,当我们说话时,声音会被麦克风转换为模拟电信号。然后,这个模拟电信号会通过脉冲编码调制技术转换为数字信号。接着,这个数字信号会通过数字调制技术转换为模拟信号进行传输。当传输到达接收端时,再通过解调和解码还原为原始的声音信号。

数据的通信方式:

电路交换是指在通信双方之间建立一条专用的物理通路,用于传输数据。这种方式的优点是传输速度快,延迟小,但缺点是资源利用率低,建立连接时间长。

电路交换适用于需要长时间连续传输大量数据的场景,例如电话通信。在电话通信中,通信双方需要建立一条专用的物理通路,用于传输语音数据。

分组交换是指将数据分成若干个数据包,每个数据包独立传输。这种方式的优点是资源利用率高,建立连接时间短,但缺点是传输速度慢,延迟大。它在网络上的传播又分为两种方式,分别为数据报和虚电路。

分组交换适用于需要传输大量小数据包的场景,例如互联网通信。在互联网通信中,数据被分成若干个数据包,每个数据包独立传输。

报文交换是指将整个报文作为一个整体进行传输。这种方式的优点是不需要建立连接,但缺点是传输速度慢,延迟大。

报文交换适用于需要传输小量数据的场景,例如电子邮件。在电子邮件通信中,整个邮件作为一个整体进行传输。

多路复用技术有哪些以及他们的适用场景:

数据通信中常用的复用技术有频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)和码分复用(CDM)。

频分复用(FDM)是指将不同的信号分配到不同的频率带上进行传输。这种方式的优点是实现简单,但缺点是需要较宽的频带。

  • 在无线通信中,由于无线信道的带宽有限,通常采用频分复用(FDM)技术将不同的信号分配到不同的频率带上进行传输。

时分复用(TDM)是指将不同的信号分配到不同的时间段上进行传输。这种方式的优点是资源利用率高,但缺点是需要精确的时钟同步。

  • 在电话通信中,由于电话线路的数量有限,通常采用时分复用(TDM)技术将不同的电话信号分配到不同的时间段上进行传输。

波分复用(WDM)是指将不同波长的光信号复用到一根光纤上进行传输。这种方式的优点是传输速度快,传输距离远,但缺点是设备成本高。

  • 在光纤通信中,由于光纤的传输容量巨大,通常采用波分复用(WDM)技术将不同波长的光信号复用到一根光纤上进行传输。

码分复用(CDM)是指将不同的信号编码成不同的码片序列进行传输。这种方式的优点是抗干扰能力强,但缺点是实现复杂。

  • 在卫星通信中,由于卫星信道受到多种干扰,通常采用码分复用(CDM)技术将不同的信号编码成不同的码片序列进行传输。

差错控制提供的一些检错方法:奇偶效验、海明码、循环冗余效验码

奇偶校验是一种简单的错误检测方法,它通过添加一个冗余位(称为奇偶校验位)来检测数据中的错误。奇偶校验位被添加,以使数据中1的数量为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)。例如,如果使用偶校验,数据“1011”将添加一个奇偶校验位“0”,因为它已经有偶数个1。

奇偶校验是一种简单的错误检测方法,通常用于串行数据传输,以检测单个比特错误。它不提供纠错能力。

海明码是一种线性纠错码,可以检测并纠正单比特错误,或在不检测未纠正错误的情况下纠正单比特错误。例如,使用Hamming(7,4)码,可以将4位数据“1101”编码为7位数据“0111001”,其中包含3个奇偶校验位。如果接收器接收到“0101001”,则可以检测到错误并将其纠正为正确的数据“0111001”。

海明码提供了一种检测并纠正单比特错误的方法,通常用于计算机内存(ECC内存)和数据存储设备中。它也可以用于通信系统,以提供更高的可靠性。

循环冗余检查(CRC)是一种基于多项式除法的错误检测方法。它通过将数据除以预定义的生成器多项式来计算余数,并将余数附加到数据末尾来添加冗余信息。例如,如果使用多项式x³+x+1作为生成器多项式,则可以将4位数据“1101”编码为7位数据“1101010”,其中包含3个冗余位。如果接收器接收到“1101000”,则可以检测到错误。

循环冗余检查(CRC)是一种常用于数字网络和存储设备的错误检测方法,用于检测多比特错误。它不提供纠错能力,但可以检测到更多类型的错误,因此通常用于更复杂的系统。

例题所学知识:

PCM其实就是基带传输。基带传输也就是数字信息。

而ASK、FSK、PSK、QAM技术都是频带调制技术。

ASK、FSK、PSK和QAM都是数字调制技术。ASK是幅移键控,FSK是频移键控,PSK是相移键控,而QAM是正交幅度调制。在数字通信的三种调制方式(ASK、FSK、PSK)中,就频带利用率和抗噪声性能(或功率利用率)两个方面来看,一般而言,都是PSK系统最佳。所以PSK在中、高速数据传输中得到了广泛的应用。

PCM是基带传输。PCM(脉冲编码调制)是一种将模拟信号转换为数字信号的技术。它通过抽样、量化和编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。这种数字信号也被称为数字基带信号

关于使用信道特性的计算几个误点:

基本公式:

比特率是每秒传输的比特(bit)数,而码元速率(也称为波特率)是每秒传输的码元(symbol)数量。码元是携带数据信息的信号单元,也称为符号。一个码元可以用不同位数的比特表示,这取决于码元支持的状态数量。因此,比特率和码元速率之间的换算公式为:比特率 = 波特率 * log2(码元状态总数量)

这个也就是奈奎斯特定理,也是用的最多的计算公式。

R=B*log2(N).这个N在后面的调制技术给出了。

香农公式(Shannon’s theorem)描述了在一个有噪声的信道中,能够传输的最大数据速率。香农公式的数学表达式为:

C=Blog2​(1+S/N)

需要了解这些符号的含义:

R、C        信息传输速率

B             码元传输速率     单位是波特,也称为波特率。

N             码元种类数      (*码元数、N个量化等级、N个信号状态)

注意量化等级是在PCM中的采样值使用。

S/N          信噪比

基于PCM的相关要点:

其实就是脉冲编码调制技术,就是将模拟信号转换成数字信号。

过程:采样、量化、编码。采样速率:最高频率的两倍。数据速率:

对于基于PCM的传输速率来计算,又有点不同于基本公式,虽然可以用,但仅限于条件不足的情况下使用,一般情况都是:

先采样得到最高采样率,通过量化(条件提供)得到每个样本用多少位的二进制数字表示。最后得到的传输速率就是最高采样率*多少位的二进制数字。而不是什么量化得到N值再去思考B值在哪里。注意这个多少位的二进制可以用bit数量来表示。这里!!!注意

因为我们用调制技术这一部分,就是使用基本公式来计算的,基本公式,它的波特率是2W,而W是最高-最低。在基于PCM则不同,它是最高的两倍。而不是相减。

这两个的数据编码比较特殊:

曼彻斯特编码:用于传统以太网

差分曼彻斯特:令牌环网

比如说,已知波特率为10Mbps,他们的数据速率是5Mbps。而不能用上面那个基本公式。只能通过效率来计算(50%),更详细的说,这两个数据编码传送的是电平信号,而不是下面的那种载波信号,这里每两个码元表示一个比特。固直接得到传输速率。

调制技术:      码元种类:          特点:了解他们的图形特点

ASK                        2

FSK                        2

PSK                        2

2DPSK                   2

4DPSK                   4

QPSK                     4

QAM                       无

在题目中可以通过这些技术得到他们的码元种类,即得到N的数量。

这些调制技术都是为了通过调制改变载波的振幅、频率或相位来传输数字数据(为载波服务),他们都是数字调制技术。表现形式是载波信号

所以,例如,一个256QAM技术,表示它有256种码元,每一个码元可携带8位数据。用载波来形容就是,一个载波可以调制8位比特信息。

数字传输系统:

最后一部分就是关于差错控制的一些计算方法:比如奇偶码、海明码、CRC。

他们的计算方法和作用。

第三章:广域通信网 

广域网可以分为公共传输网络、专用传输网络和无线传输网络。

广域网技术主要包含:公共电话交换网(PSTN),公用数据分组网(X.25数据网)-工作在OSI低三层,帧中继网(FRN)-工作在第二层,综合业务数字网(ISDN)。

PSTN(Public Switched Telephone Network,公共交换电话网)是基于电路交换技术的公共电话网。它由电路语音交换机和固话终端构成。与后来出现的ISDN(数字网络)相对照,PSTN一般也被称为模拟电话网络¹。PSTN(公共交换电话网)是一种电路交换网络,它在通信之前需要建立一条物理连接,然后再进行数据传输。PSTN网络主要通过有线连接来传输数据,也可以通过无线连接来传输数据。例如,移动电话网络使用无线电波来传输数据。

ISDN(Integrated Service Digital Network,综合业务数字网)是一种数字化的网络,它的主要设计目的就是弥补PSTN的不足,可以同时提供电话业务与数据通信业务,即所谓综合业务。与PSTN相比,ISDN的最重要特征是端到端的数字化¹。

X.25是一种公共数据网络协议,它是第一个面向连接的网络,也是第一个公共数据网络,广泛应用于早期的广域网(WAN),对之后的其他协议有深远的影响(比如帧中继)。X.25拥有拥塞控制、差错控制、重传功能²。X.25 协议分为三个协议层,分别对应于ISO/OSI模型的低三层。 物理层:采用X.21协议,规定了用户终端与网络之间的物理接口。 链路层:链路层提供可靠的数据传输服务,使用LAP-B协议,这个协议是HDLC协议的子集。 分组层(网络层):采用 X.25 PLP 协议,提供分组虚电路服务,这一层协议是x.25的核心所在¹。

帧中继(Frame Relay)网络就是一种X.25的改良版。每个交换机在帧的传递过程中仅仅起到中继,向下一个节点传输的作用,没有流量控制、拥塞控制和重传机制。帧中继具有吞吐量高、时延短、适合突发性业务等特点。帧中继(Frame Relay)是一种数据包交换通信网络,它一般用在开放系统互连参考模型(Open System Interconnection,OSI)中的数据链路层(Data Link Layer)

它们的优缺点以及应用场景:

PSTN(公共交换电话网)的优点是它能够提供稳定的电话服务,但缺点是它只能承载电话这一种业务,随着数据通信的需求的增加,逐步已不能满足对运营商网络的要求¹。

主要用于提供基于回线交换方式的音声通话服务。它能够让用户通过拨打电话号码来连接到其他用户,并进行实时语音通话。PSTN网络也可以用于数据通信,例如拨号上网

拨号上网是一种通过PSTN(公共交换电话网)连接到互联网的方法。它需要使用调制解调器将数字信号转换为模拟信号,以便通过PSTN网络传输,然后再将模拟信号转换回数字信号。

当你使用拨号上网时,你的计算机会通过调制解调器拨打互联网服务提供商的电话号码。一旦连接建立,你的计算机就可以通过PSTN网络与互联网服务提供商进行数据通信。拨号上网曾经是连接到互联网的主要方式之一,但随着宽带技术的普及,它已经不太常用了。

ISDN(综合业务数字网)的优点是它能够同时提供电话业务与数据通信业务,即所谓综合业务。但随着数据业务需求发展太快了,ISDN很快就被ADSL等技术替代¹。

X.25协议的优点是它拥有拥塞控制、差错控制、重传功能,能够为当时高差错率的网络环境提供可靠的网络传输。但这些机制也造成了很大的开销,随着光纤等新传输介质的出现,差错率逐渐降低,X.25协议差错机制带来的开销已经远大于出现差错带来的开销,所以后来逐渐被新出现的协议取代。从当下WAN的应用来看,X.25的绝大部分应用场景已经被帧中继等新协议代替,但在交易系统等仍有部分应用²。

X.25协议在某些特定情况下仍然会被使用。例如,在一些遥远的地区,宽带互联网连接可能不可用,而X.25网络仍然可以提供低速的数据连接。

帧中继(Frame Relay)网络就是一种X.25的改良版。它具有吞吐量高、时延短、适合突发性业务等特点。但由于采用了基于变长帧的异步多路复用技术,帧中继主要用于数据传输,而不适合语音、视频或其他对时延时间敏感的信息传输。相比X.25,采用帧中继方式下的中间节点由于不用拥塞控制、流量控制、重传,处理速度更快²。

面向连接的网络:

分组交换网络与电路交换网络不同,它在通信之前不需要建立一条物理连接,而是通过虚拟电路来传输数据。

面向连接的网络是指在通信之前需要建立一个连接,然后再进行数据传输。除了X.25协议(第一个,注意尽管pstn更早,但pstn是一种电路交换的网络)外,还有许多其他的面向连接的网络协议,例如:

  • 帧中继(Frame Relay):一种用于广域网的高速分组交换协议。
  • ISDN(Integrated Services Digital Network):一种数字化的电话网络,能够同时传输语音和数据。
  • ATM(Asynchronous Transfer Mode):一种面向连接的分组交换技术,用于传输多种类型的数据。

这些协议都是面向连接的,它们在通信之前都需要建立一个虚拟电路来传输数据。

流量控制和差错控制:

在X.25协议中,流量控制是通过协调发送站和接收站工作步调来实现的,以避免发送速度过快,接受站处理不过来。差错控制则是通过检测和纠正传输错误的机制来实现的¹。

X.25协议中流量控制采用了停等协议(X25、TCP)和滑动窗口协议两种方式。差错控制则采用了超时重传ARQ的三种协议(常用),包括停等ARQ协议、选择重发和后退N帧协议¹。

流量控制:

停等协议(Stop-and-Wait)是一种流量控制协议,它规定发送方每发送一帧后就要停下来,等待接收方已正确接收的确认(acknowledgement)返回后才能继续发送下一帧。这时接受方的窗口和发送方的窗口大小都是1,1个比特就够表示了,所以也叫1比特滑动窗口协议。发送方这时自然发送每次只能发送一个,并且必须等待这个数据包的ACK,才能发送下一个。虽然在效率上比较低,带宽利用率明显不高,但是在简单性上有优势。

滑动窗口协议是一种更高效的流量控制协议。它允许发送方在没有收到确认前连续发送多个分组。滑动窗口协议中,增加多个分组序号,发送方和接收方可以缓存多个分组。发送窗口 (Ws): 发送方可以发送未被确认分组的最大数量。 接收窗口 (Wr): 接收方可以缓存的正确到达的分组的最大数量。

计算方式:

对于停等协议,其效率可以用信道利用率来衡量。信道利用率定义为发送时间与发送周期的比值,即信道利用率=发送时间/发送周期。其中,发送时间指的是发送方发送数据帧所需的时间,而发送周期指的是从发送方开始发送数据到收到第一个确认帧ACK为止的时间。

对于滑动窗口协议,其效率可以用吞吐量来衡量。吞吐量定义为单位时间内通过网络的数据量。在滑动窗口协议中,吞吐量与发送窗口大小和往返时延有关。往返时延指的是从发送方发送数据到接收方接收数据再返回确认信息所需的时间。

举个例子,假设有一个网络连接,其带宽为1Mbps,往返时延为50ms。如果使用停等协议,那么每次发送一个数据包后都需要等待50ms才能收到确认信息,才能继续发送下一个数据包。因此,信道利用率=1Mbps*50ms=0.05。

而如果使用滑动窗口协议,并且假设发送窗口大小为10,则在50ms内可以连续发送10个数据包,不需要等待确认信息。因此,吞吐量=10*1Mbps=10Mbps。

差错控制:

自动重传请求ARQ技术(包括三个协议)(Automatic Repeat-reQuest,ARQ)是 OSI 模型中数据链路层和传输层的错误纠正协议之一。它通过使用确认和超时这两个机制,在不可靠服务的基础上实现可靠的信息传输。如果发送方在发送后一段时间之内没有收到确认帧,它通常会重新发送。ARQ包括停止等待ARQ协议连续ARQ协议(包括选择重发ARQ协议后退N帧ARQ协议)

停止等待ARQ协议(Stop-and-Wait ARQ)是一种简单的流量控制协议。它规定发送方每发送一帧后就要停下来,等待接收方已正确接收的确认(acknowledgement)返回后才能继续发送下一帧。这时接受方的窗口和发送方的窗口大小都是1,1个比特就够表示了,所以也叫1比特滑动窗口协议。发送方这时自然发送每次只能发送一个,并且必须等待这个数据包的ACK,才能发送下一个。虽然在效率上比较低,带宽利用率明显不高,但是在简单性上有优势。

后退N帧ARQ协议(Go-Back-N ARQ)是一种更高效的流量控制协议。它允许发送方在没有收到确认前连续发送多个分组。如果发送方发送了前N个分组,而中间的第M个分组丢失了。这时接收方只能对前M-1个分组发出确认。发送方无法知道后面N-M+1个分组的下落,而只好把后面的N-M+1个分组都再重传一次。

选择重传ARQ协议(Selective Repeat ARQ)是另一种更高效的流量控制协议。与后退N帧协议不同,选择重传协议只会重传丢失或损坏的分组,而不会重传已经成功接收的分组。

x.25的三个协议层的介绍:

X.21协议是一种物理层协议,它规定了用户终端与网络之间的物理接口。它定义了电缆、连接器和信号电平等物理特性,以及建立、维护和断开物理连接的过程。

LAP-B协议(Link Access Procedure, Balanced)是一种链路层协议,它是HDLC(High-Level Data Link Control)协议的子集。它负责在DTE(数据终端设备)和DCE(数据电路终接设备)之间进行通信和数据帧的组织。这是一个可靠的协议,它使用窗口来实现流量控制,并使用后退N帧ARQ协议来实现差错控制。

X.25 PLP(Packet Layer Protocol)协议是一种网络层协议,它提供分组虚电路服务。这一层协议是X.25的核心所在。它支持两种虚电路:交换虚电路(Switched Virtual Circuit,SVC)和永久虚电路(Permanent Virtual Circuit,PVC)。PLP协议会在两个DTE之间建立连接,然后再开始传输数据。PLP协议也采用窗口进行流量控制,并使用后退N帧ARQ实现差错控制。

HDLC协议的单独介绍:

HDLC(High-Level Data Link Control)协议是一种数据链路层协议,它提供了一种标准方法来传输数据包在点对点或多点网络连接上。它是一种面向比特的协议,支持全双工和半双工通信,并提供了差错检测和流量控制功能。

HDLC定义了三种基本帧类型:信息帧(I帧)、监督帧(S帧)和无编号帧(U帧)。信息帧用于传输用户数据和控制信息;监督帧用于流量控制和差错检测;无编号帧用于建立、维护和断开链路连接。

HDLC协议被广泛应用于计算机网络和通信系统中,并且许多其他链路层协议都是基于HDLC协议的。

  1. HDLC协议的基本结构和功能:了解HDLC协议如何在数据链路层提供可靠的数据传输服务,包括差错检测和流量控制功能。

  2. HDLC帧的类型和格式:了解HDLC协议定义的三种基本帧类型(信息帧、监督帧和无编号帧)以及它们的格式和用途。

  3. HDLC协议的工作模式:了解HDLC协议支持的不同工作模式,包括规范响应模式(NRM)、异步响应模式(ARM)和异步平衡模式(ABM)。

HDLC协议如何在数据链路层提供可靠的数据传输服务(这里是过程,原因就是两大功能):

假设我们有两个设备A和B,它们之间通过串行接口相连,并使用HDLC协议进行通信。设备A需要向设备B发送一条消息“Hello”。

首先,设备A会将消息“Hello”封装成一个HDLC帧,并计算其CRC值。然后,设备A将这个帧通过串行接口发送给设备B。

设备B在接收到这个帧后,会重新计算数据的CRC值,并将其与帧中的CRC值进行比较。如果两者匹配,则说明数据在传输过程中没有发生差错。此时,设备B会向设备A发送一个确认帧,表示它已经成功接收到了这个帧。

如果设备B在接收到这个帧后发现CRC值不匹配,则说明数据在传输过程中发生了差错。此时,设备B可以选择丢弃这个帧,并向设备A发送一个否定确认帧(NAK),表示它没有成功接收到这个帧。设备A在接收到NAK帧后,会重新发送这个帧,直到设备B成功接收为止。

HDLC桢格式及用途:

HDLC协议定义了三种基本帧类型:信息帧(I帧)、监督帧(S帧)和无编号帧(U帧)。

  • 信息帧(I帧):用于传输用户数据和一些控制信息。它包含一个发送序号(N(S))和一个接收序号(N®),用于对帧进行编号和排序。

  • 监督帧(S帧):用于流量控制和差错检测。它包含一个接收序号(N®),用于对接收到的帧进行确认。S帧还定义了四种不同的类型,分别用于不同的目的:接收就绪(RR)、接收未就绪(RNR)、拒绝(REJ)和选择拒绝(SREJ)。

  • 无编号帧(U帧):用于建立、维护和断开链路连接。U帧定义了多种不同的类型,用于执行不同的命令和响应。例如,设置模式(SABM)、断开模式(DISC)、非编号信息(UI)、非编号确认(UA)等。

HDLC帧的格式如下:

+----------+----------+------------+------------+----------+
|   标志   | 地址字段 | 控制字段   | 信息字段   | 帧校验序列(CRC值) |
| (8位)  | (8位)  | (8或16位)| (可变长) | (16位)  |
+----------+----------+------------+------------+----------+
  • 标志字段(F):用于标识帧的开始和结束。它是一个8位的字段,其值固定为01111110。

  • 地址字段(A):用于指定帧的目的地址。它是一个8位的字段,可以指定多达256个不同的地址。

  • 控制字段(C):用于指定帧类型和功能。它可以是8位或16位,具体取决于所使用的HDLC变体。

  • 信息字段(INFO):用于传输用户数据和控制信息。它是一个可变长度的字段,其长度取决于所传输的数据。

  • 帧校验序列(FCS):用于检测传输过程中的差错。它是一个16位的字段,包含了数据的循环冗余校验值(CRC)。

 HDLC协议的工作模式:

HDLC协议支持多种工作模式,包括规范响应模式(NRM)、异步响应模式(ARM)和异步平衡模式(ABM)。选择哪种工作模式取决于通信双方的需求和网络环境。

  • 规范响应模式(NRM):在这种模式下,主站可以发送命令帧,从站只能在收到命令帧后才能发送响应帧。这种模式适用于主从式通信场景,其中一个设备充当主站,负责控制通信过程。

  • 异步响应模式(ARM):在这种模式下,从站可以在任何时候发送响应帧,而不需要等待主站的命令帧。这种模式适用于需要快速响应的通信场景。

  • 异步平衡模式(ABM):在这种模式下,通信双方都可以在任何时候发送命令帧和响应帧。这种模式适用于点对点通信场景,其中两个设备都具有相同的地位。

X.25 PLP协议:

X.25 PLP(Packet Layer Protocol,分组层协议)是X.25协议中的网络层协议,它提供分组虚电路服务,这一层协议是x.25的核心所在。PLP协议会在两个DTE之间建立连接,然后再开始传输数据。PLP协议也采用窗口进行流量控制;使用后退N帧ARQ实现差错控制。

PLP提供两种面向连接的业务:永久虚电路(PVC)和交换虚电路(SVC)。无论是哪种虚电路,都是由几条虚电路共享物理信道。PLP将数据运载网与信令控制和管理网在同一物理网络中实现,即采用通信界常说的“带内信令”(In-band Signaling)技术,是一类典型的面向连接的网络层协议。

 简单了解一下:

与其他网络层协议相比,X.25 PLP协议与IP协议不同之处在于它们所处的网络环境不同。X.25 PLP协议设计用于低速、不可靠的广域网环境,因此它提供了差错检测、重传和流量控制等功能。而IP协议设计用于更快速、更可靠的网络环境,因此它不提供这些功能。此外,X.25 PLP协议是面向连接的,而IP协议是无连接的。

异步传输模式(ATM):

帧中继(Frame Relay)和异步传输模式(ATM)都是高速分组交换技术,但它们之间有一些区别。帧中继是一种相对高速协议,它能提供一些在诸如DSL、有线电视和T线路等其他WAN技术中没有的服务。ATM作为一种高速协议,当它部署诸如SONET的物理层载波时,可以成为通信高速公路。

帧中继是同步传输,而ATM是异步传输。此外,在接口上,以太网是RJ45,而帧中继是串口Serial。

题目、视频还需学习的知识点:

常见广域网技术:PPP

PPP(Point-to-Point Protocol,点到点协议)是一种常见的广域网数据链路层协议,主要用于在全双工的链路上进行点到点的数据传输封装。它既支持同步传输又支持异步传输,具有很好的扩展性。例如,当需要在以太网链路上承载PPP协议时,PPP可以扩展为PPPoE

PPP提供了LCP(Link Control Protocol)协议,用于各种链路层参数的协商。它还提供了各种NCP(Network Control Protocol)协议(如IPCP、IPXCP),用于各网络层参数的协商,更好地支持了网络层协议。此外,PPP还提供了认证协议CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol)、PAP(Password Authentication Protocol),更好地保证了网络的安全性。

比较一下认证协议:

CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol,质询握手认证协议)和PAP(Password Authentication Protocol,口令认证协议)都是PPP协议支持的认证协议。

PAP认证过程非常简单,采用二次握手机制。它使用明文格式发送用户名和密码。发起方为被认证方,可以做无限次的尝试(暴力破解)。只在链路建立的阶段进行PAP认证,一旦链路建立成功将不再进行认证检测。目前在PPPOE拨号环境中用的比较常见。

CHAP认证过程比较复杂,采用三次握手机制。它使用密文格式发送CHAP认证信息。由认证方发起CHAP认证,有效避免暴力破解。在链路建立成功后具有再次认证检测机制。目前在企业网的远程接入环境中用的比较常见。

总之,PAP使用双向握手来验证客户端会话,而CHAP使用三次握手。两种身份验证过程都很常见,但CHAP更安全。

常见广域网的接入网技术:(接入网技术)例如ADSL......

SONET/SDH  :

SONET(Synchronous Optical Networking,同步光网络)和SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字层次结构)是标准化的协议,它们使用激光器或高度相干的发光二极管(LED)发出的光在光纤上同步传输多个数字比特流。在低传输速率下,数据也可以通过电气接口传输。

SONET和SDH本质上是相同的,它们最初设计用于传输来自不同来源的多种电路模式通信(例如DS1、DS3),但它们主要设计用于支持实时、未压缩、电路交换语音编码为PCM格式。SONET和SDH不是完整的通信协议本身,而是一种传输协议。

SONET在美国和加拿大使用,而SDH在世界其他地方使用。尽管SONET标准在SDH之前开发,但由于SDH在全球市场渗透率更高,因此被认为是SDH的一种变体。

需要记忆:SONET信号              比特率          SDH信号

                 STS-1和OC-1            51.840               空

                 STS-3和OC-3           155.520              STM-1

                 STS-12和OC-12        622.080             STM-4

重点:接入网技术:

就是如何将我们的用户接入骨干核心网的问题。又称为最后一公里。

广域网(WAN)接入技术有很多种,包括ADSL(非对称数字用户线路)、VDSL(非常高速数字用户线路)、RADSL(速率自适应数字用户线路)等。这些技术都可以通过标准的双绞电话线为用户提供宽带数据服务,并且还能实现电话、数据业务互不干扰。

此外,还有一些其他的广域网接入技术,如DDN、X.25分组交换数据网、PSTN公共电话网、ISDN综合业务数据网、Frame Relay帧中继、有线宽带网、LAN(小区宽带)、PON(无源光网络)、LMDS(无线接入宽带)等。

1.ISDN综合业务数字网     已被淘汰

2.xDSL       对称性             下行带宽          上行带宽  (逐渐增大)

ADSL             非对称

HDSL             对称

SDSL             对称

VDSL             非对称

RADSL          非对称

它们都是频分复用技术

 

常见接入技术:HFC

HFC(Hybrid Fiber Coax,混合光纤同轴电缆)是一种结合光纤与同轴电缆的宽带接入网,是一种以频分复用技术为基础,综合应用数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术的智能宽带接入网,是有线电视(CATV)和电话网结合的产物。从接入用户的角度看,HFC是经过双向改造的有线电视网,但从整体上看,它是以同轴电缆网络为最终接入部分的宽带网络系统。

接入是通过光纤到小区,到户是接入同轴电缆。

图解:

用户通过cable modem 连接HFC  到CMTS   到Router  最后到Internet

目前主流:常见接入技术:光纤接入网

光纤接入网(OAN, Optical access network)是指在接入网中采用光纤作为主要的传输媒质,实现用户信息传送的应用形式。它不是传统意义上的光纤传输系统,而是针对接入网环境所设计的光纤传输网络。

分为有源接入和无源光网络

有源接入:

主要基于SDH(同步数字层次结构)的多业务传送平台、基于以太网或ATM。但任然无法摆脱环境影响

无源光网络(PON):

无源光网络(PON,Passive Optical Network)是一种光纤接入网技术,它采用无源光学分路器将一个光纤分成多条,从而实现多个用户共享一个光纤的目的。PON由一个光线路终端(OLT)、至少一个光分配网(ODN)、至少一个光网络单元(ONU)及适配设施(AF)组成。

它采用点到多点模式,其下行采用广播模式,上行采用TDMA时分多址方式。

它可以有效避免有源设备的干扰。

PON技术是宽带接入网业务承载的重要方式,最早由英国电信公司于1987年提出,后来根据数据链路层和物理层的不同,PON技术渐渐细分为APON、EPON(以太网)、GPON,其中APON技术由于成本高、带宽低现已被市场淘汰。

PON技术主要用于提供宽带接入服务,如FTTH(Fiber To The Home)和FTTB(Fiber To The Building),可以提供高速互联网接入、IPTV、VoIP等业务。

题目所学:

使用ADSL接入电话网采用的认证协议:PPPOE

首先ADSL,接入网技术,它用于以太网,而PPP技术应用到以太网时,变成PPPOE,上面有。

卫星通信:采用的差错控制机制:选择重发ARQ

以太网帧长(64b - 1518b),应答帧,只做响应,保持最小合法帧长(64b)。

需要掌握REJ3 、SREJ3的发送方法。

还需要掌握ISDN、B-ISDN(后续学)

帧中继(详细)

第四章:局域网和城域网

特点及拓扑结构:

局域网(Local Area Network,LAN)是指在一个较小的地理范围(如所学校)内,将各种计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质互相连接起来,组成资源和信息共享的计算机互联网络。主要特点如下: 为一个单位所拥有,且地理范围和站点数目均有限。所有站点共享较高的总带宽(即较高的数据传输速率)。较低的时延和较低的误码率。各站为平等关系而非主从关系。能进行广播和组播 。

局域网的类型:局域网一般分为两种类型:有线局域网和无线局域网。有线局域网使用各种不同的传输技术,大多使用铜线作为传输介质,但也有一些使用光纤。无线局域网则使用无线电波作为传输介质。

此外,如果按照网络拓扑结构分类,局域网还可以分为总线型、星型、环型、树型、混合型等;如果按照传输介质所使用的访问控制方法分类,又可以分为以太网、令牌环网、FDDI网和无线局域网等。

城域网(Metropolitan Area Network,MAN)是指覆盖一个城市或几个城市的计算机网络。它介于局域网和广域网之间,具有局域网的高速传输特性,又具有广域网的远距离传输能力。城域网采用的技术与局域网类似,两种网络协议都包含在IEEE LAN/MAN 委员会制定的标准中。

局域网常用的几种网络拓扑结构及其优缺点如下:

1. 星形网络拓扑结构:以一台中心处理机(通信设备)为主而构成的网络,其它入网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路,中心处理机采用分时或轮询的方法为入网机器服务,所有的数据必须经过中心处理机。星形网的优点包括:网络结构简单,便于管理(集中式);入网主机故障不影响整个网络的正常工作。缺点包括:每台入网机均需物理线路与处理机互连,线路利用率低;处理机负载重(需处理所有的服务),因为任何两台入网机之间交换信息,都必须通过中心处理机;中心处理机的故障将导致网络的瘫痪。

2. 总线形网络拓扑结构:所有入网设备共用一条物理传输线路,所有的数据发往同一条线路,并能够由附接在线路上的所有设备感知。入网设备通过专用的分接头接入线路。总线网拓扑是局域网的一种组成形式。总线网的优点包括:多台机器共用一条传输信道,信道利用率较高;某个结点的故障不影响网络的工作。缺点包括:同一时刻只能由两台计算机通信;网络的延伸距离有限,结点数有限。

3. 环形网络拓扑结构:入网设备通过转发器接入网络,每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的物理线路。环形网的数据传输具有单向性,一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。环形网优点包括:实时性较好(信息在网中传输的最大时间固定);每个结点只与相邻两个结点有物理链路;传输控制机制比较简单。缺点包括:某个结点的故障将导致物理瘫痪;单个环网的结点数有限。

选择局域网拓扑结构(适用场景):

  1. 星形网络拓扑结构:如果您希望建立一个易于管理和维护的网络,且对可靠性要求较高,可以考虑使用星形网络拓扑结构。例如,在一个办公室内,可以使用星形网络拓扑结构将所有计算机连接到一个中心交换机上,这样可以方便地管理和维护网络。

  2. 总线形网络拓扑结构:如果您希望建立一个成本较低且易于扩展的网络,可以考虑使用总线形网络拓扑结构。例如,在一个实验室内,可以使用总线形网络拓扑结构将所有计算机连接到一条总线上,这样可以方便地添加新的计算机,并且成本较低。

  3. 环形网络拓扑结构:如果您希望建立一个实时性较好且传输控制机制简单的网络,可以考虑使用环形网络拓扑结构。例如,在一个工厂车间内,可以使用环形网络拓扑结构将所有生产设备连接起来,这样可以保证信息在网中传输的最大时间固定,并且传输控制机制简单。

局域网和城域网的国际标准(需要了解,后面还有802.11(wlan标准)):

局域网和城域网的国际标准是由IEEE 802 LAN/MAN标准委员会制定的。IEEE 802系列标准包括了多种局域网和城域网技术标准,其中最广泛使用的有以太网、令牌环、无线局域网等 ¹。

IEEE 802委员会成立于1980年2月,它的任务是制定局域网和城域网标准。目前有20多个分委员会,他们的研究内容及分工如下:802.1研究局域网体系结构、寻址、网络互联和网络管理;802.2研究逻辑链路控制子层(LCC)的定义802.3研究以太网介质访问控制协议CSMA/CD及物理技术规范;802.4研究令牌总线网(Token-bus)的介质访问控制协议及物理层技术规范;802.5研究令牌环网(Token-Ring)的介质访问控制协议及物理层技术规范;802.6研究城域网介质访问控制协议DQDB及物理层技术规范 。

 IEE 802.2标准:逻辑链路控制子层

IEEE 802.2标准定义了逻辑链路控制(LLC)子层,它是数据链路层的上层子层。LLC子层的目的是为不同的网络协议提供统一的接口,以便它们能够通过不同的介质访问控制子层进行通信。LLC子层通过在数据帧中添加控制信息来实现这一目的。

学习LLC层就需要了解它和HDLC帧的区别:

在局域网里面,数据链路层分为:逻辑链路控制子层(LLC协议)和介质访问控制子层。

而在广域网里面,我们暂时只介绍了一种x.25体系网络结构对应的:数据链路层HDLC协议的子集LAP-B协议

MAC帧和LLC帧的联系与区别:

MAC帧结构包括前导字段、帧起始符、目的地址、源地址、长度/类型、数据、填充、帧校验和。MAC主要用于在物理层上传输数据,并负责介质访问控制。

MAC帧结构可以根据不同的网络标准有所不同。例如,在IEEE 802.3以太网标准中,MAC帧还包含一个长度为2字节的长度字段,用于指定帧中数据的长度。在IEEE 802.11无线局域网标准中,MAC帧还包含一个序列控制字段和一个帧控制字段,用于支持无线网络中的特殊功能

LLC和MAC之间的联系在于,LLC帧通常被封装在MAC帧的数据字段中进行传输。例如,在一个以太网中,两台计算机之间可以使用LLC协议建立逻辑链路并进行数据传输,而这些LLC帧会被封装在以太网MAC帧中进行传输。

LLC和MAC之间的区别在于,LLC负责逻辑链路控制,而MAC负责物理层上传输数据和介质访问控制。它们分别位于数据链路层的上层和下层,各自负责不同的功能。

LLC帧结构和HDLC帧:

LLC帧结构包括目的服务访问点(DSAP)、源服务访问点(SSAP)、控制字段和信息字段。DSAP和SSAP分别指示帧的目的和源,控制字段用于指示帧的类型和功能,信息字段包含帧的有效载荷。

LLC帧有三种类型:无连接服务(Type 1)、有连接服务(Type 2)和确认无连接服务(Type 3)。无连接服务用于不需要确认的数据传输,有连接服务用于需要确认和流量控制的数据传输,确认无连接服务用于需要确认但不需要流量控制的数据传输。

HDLC帧和LLC帧的区别:HDLC是一种面向比特的链路层协议,它与LLC帧不同。HDLC帧结构包括标志字段、地址字段、控制字段、信息字段和帧校验序列字段。HDLC帧有三种类型:信息帧(I帧)、监控帧(S帧)和无编号帧(U帧)。信息帧用于传输数据,监控帧用于流量控制和差错控制,无编号帧用于链路建立、拆除和其他控制功能。HDLC主要用于点对点和点对多点链路(远程站点)的数据传输。LLC主要用于在局域网上提供逻辑链路控制。

例如:在一个局域网中,两台计算机之间可以使用LLC协议建立逻辑链路并进行数据传输。而在一个广域网中,两个远程站点之间可以使用HDLC协议建立点对点链路并进行数据传输。

 IEE 802.3标准(CSMA/CD协议):

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/collision detection,带有冲突检测的载波侦听多路存取)是IEEE 802.3使用的一种媒体访问控制方法。它严格对应于OSI开放系统互连模式的最低两层(但不包括LLC子层)。LLC子层和MAC子层在一起完成OSI模式的数据链路层的功能。CSMA/CD的基本原理是:所有节点都共享网络传输信道,节点在发送数据之前,首先检测信道是否空闲,如果信道空闲则发送,否则就等待;在发送出信息后,再对冲突进行检测,当发现冲突时,则取消发送。

载波监听(CSMA):

CSMA/CD协议中的载波监听(CSMA)指的是设备在发送数据之前先监听网络上的信号,以检测是否有其他设备正在发送数据。根据设备在监听到信道忙碌时的不同行为,可以将载波监听分为以下几种算法:

1. 1-坚持CSMA:在这种算法中,当设备监听到信道忙碌时,它会一直等待直到信道变为空闲,然后立即发送数据。

2. 非坚持CSMA:在这种算法中,当设备监听到信道忙碌时,它不会一直等待,而是会等待一个随机时间后再次监听信道。如果信道仍然忙碌,则再次等待一个随机时间,直到信道变为空闲。

3. p-坚持CSMA:这种算法是1-坚持CSMA和非坚持CSMA的折中。当设备监听到信道忙碌时,它会以概率p等待直到信道变为空闲,然后立即发送数据;以概率1-p等待一个随机时间后再次监听信道。

这些算法都旨在避免数据包的冲突,并提高网络效率。不同的算法在不同的网络条件下可能会有不同的性能。例如:在网络流量较小,冲突概率较低的情况下,可以使用1-坚持CSMA算法,因为这种算法可以最大限度地利用信道,提高网络效率。

扩展:基带总线和宽带总线的区别

基带总线(Baseband)是一种数据传输技术,其中一个信号需要通道的整个带宽来传输数据。在基带传输中,整个信道只传输一种信号,通信信道利用率低。在局域网中,基带指的是数字信号的数字传输。基带相对来说较简单,费用也比宽带低,同时仍能保持高速率。因此比宽带应用广泛得多¹。

宽带总线(Broadband)是一种传输技术,许多不同频率的信号同时在一个通道上发送数据。可以将链路容量分解成两个或更多的信道,每个信道可以携带不同的信号,这就是宽带传输。宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如CATV、ISDN等。宽带是传输模拟信号,数据传输速率范围为0~400Mb/s,而且一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道¹。

CSMA/CD协议主要用于基带总线以太网中。在这种网络中,所有设备共享一个总线,并使用CSMA/CD协议来协调对总线的访问。设备在发送数据之前会先监听总线上的信号,以检测是否有其他设备正在发送数据。如果检测到总线忙碌,则设备将等待直到总线空闲再发送数据。如果检测到冲突,则设备将停止发送数据,并等待随机时间后再次尝试发送。

基带和宽带的区别还在于数据传输速率不同。基带数据传输速率为0~10 Mb/s,更典型的是1Mb/s~2.5Mb/s,通常用于传输数字信息。宽带是传输模拟信号,数据传输速率范围为0~400Mb/s,而通常使用的传输速率是5Mb/s~10 Mb/s,而且一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。

关于以太网和局域网的区别:

以太网(Ethernet)是一种计算机局域网(LAN)技术。它是一种广泛使用的有线网络标准,用于在局域网中连接计算机和其他设备。以太网使用CSMA/CD协议来协调设备对网络的访问,并支持多种拓扑结构,包括总线型、星型和环型。

虽然以太网是一种局域网技术,但并不是所有的局域网都是以太网。局域网是指在一个有限的地理范围内(如一个建筑物或一个校园)连接计算机和其他设备的计算机网络。除了以太网外,还有其他类型的局域网技术,如令牌环网络和FDDI。

早期的以太网标准:

  • 10Base2:这是一种以太网标准,使用50欧姆同轴电缆作为传输介质,最大传输距离为185米。
  • 10Base5:这是一种以太网标准,使用50欧姆同轴电缆作为传输介质,最大传输距离为500米。
  • 10BaseF:这是一种以太网标准,使用光纤作为传输介质。
  • 10BaseT:这是一种以太网标准,使用双绞线作为传输介质,最大传输距离为100米。
  • 10Broad36:这是一种宽带以太网标准,使用同轴电缆作为传输介质,最大传输距离为3600米。

快速以太网标准:

快速以太网是一种以太网标准,它支持100 Mbps的数据传输速率。快速以太网的物理媒体类型包括:

  • 100BaseT:这是一种快速以太网标准,使用双绞线或光纤作为传输介质。
  • 100BaseT4:这是一种快速以太网标准,使用4对3类双绞线作为传输介质,最大传输距离为100米。
  • 100BaseTX:这是一种快速以太网标准,使用2对5类双绞线或2对屏蔽双绞线作为传输介质,最大传输距离为100米。
  • 100BaseFX:这是一种快速以太网标准,使用光纤作为传输介质,最大传输距离为2000米。

虚拟局域网VLAN(IEEE 802.1Q标准):

VLAN属于IEEE 802.1Q标准。IEEE 802.1Q标准对Ethernet帧格式进行了修改,在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1Q Tag。VLAN帧最小帧长为64字节¹。

在一个VLAN交换网络中,以太网帧主要有以下两种形式:有标记帧(Tagged帧):加入了4字节VLAN标签的帧;无标记帧(Untagged帧):原始的、未加入4字节VLAN标签的帧。

VLAN(Virtual Local Area Network)的中文名为“虚拟局域网”。它是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段,从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中,但主流应用还是在交换机之中

VLAN的划分方法:

有很多种,包括基于端口划分(也称为静态分配)、基于MAC地址划分(也称为动态分配)、基于网络层协议划分等。其中,基于端口划分的VLAN是最常应用的一种VLAN划分方法,应用也最为广泛、最有效。这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的交换端口来划分的,它是将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC(永久虚电路)端口分成若干个组,每个组构成一个虚拟网,相当于一个独立的VLAN交换机。

划分VLAN的好处和它存在的一些弊端:

  1. 网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少。
  2. 控制网络流量,可以控制广播活动。
  3. 可提高网络的安全性。
  4. 成本高昂的网络升级需求减少,现有带宽和上行链路的利用率更高,因此可节约成本。
  5. 将第二层平面网络划分为多个逻辑工作组(广播域)可以减少网络上不必要的流量并提高性能。

但是,VLAN也有一些缺点。例如,基于端口的VLAN划分简单、有效,但其缺点是当用户从一个端口移动到另一个端口时,网络管理员必须对VLAN成员进行重新配置。此外,动态VLAN建立初期需要的工作量大。

802.1q帧标记的格式(不是这整个帧的格式):

VLAN标签包含4个字段,各字段含义如下:

TPID(Tag Protocol Identifier):2字节,表示数据帧类型。取值为0x8100时表示IEEE 802.1Q的VLAN数据帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧,会将其丢弃。
PRI(Priority):3位,表示数据帧的802.1p优先级。取值范围为0~7,值越大优先级越高。当网络阻塞时,交换机优先发送优先级高的数据帧。
CFI(Canonical Format Indicator):1位,表示MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装,用于兼容以太网和令牌环网。CFI取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装,为1表示以非标准格式封装。在以太网中,CFI的值为0。
VID(VLAN ID):12位,表示该数据帧所属VLAN的编号。VLAN ID取值范围是0~4095。由于0和4095为协议保留取值,所以VLAN ID的有效取值范围是1~4094

具体实现VLAN划分的步骤可能会因设备厂商和型号不同而有所差异。例如,以TP-LINK SL3226为例,可以通过以下步骤实现VLAN划分:
1. 登录交换机管理界面。
2. 选择VLAN。
3. 配置端口类型。
4. 新建VLAN。
5. 配置PVID。
6. 修改管理VLAN号和管理IP。
7. 保存配置。

你可以参考设备厂商提供的文档或技术支持来获取更详细的配置步骤。

局域网互连:

局域网互连是在网络互连技术的基础上实现的。局域网互连需要一定的设备来实现,例如中继器、网桥、路由器等。这些设备可以在不同层次上实现网络互连。这里我们只介绍通过网桥互连。

网桥:

网桥(Bridge)是早期的两端口二层网络设备,用来连接不同网段。它能将一个大的LAN分割为多个网段,或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN,使LAN(局域网)上的所有用户都可访问服务器。网桥工作在数据链路层(L2)。以太网中,数据链路层地址就是mac地址,网桥与hub(集线器)的区别在于,网桥会过滤mac,只有目的mac地址匹配的数据才会发送到出口。一个bridge指的是一个输入到一个输出的桥接。

类型:分为基于生成树算法(IEE 802.1d标准),可实现透明网桥和基于源路由网桥规范(IEE 802.5标准)

生成树网桥:

这种网桥插入电缆后就可以自动完成路由选择的功能,无须由用户装入路由表或者设置参数。

网桥协议数据单元

网桥协议数据单元(BPDU,Bridge Protocol Data Unit)是生成树协议的一种桥嵌套协议,在IEEE 802.1d规范里定义,可以用来消除桥回路。它的工作原理是这样的:生成树协议定义了一个数据包,叫做桥协议数据单元BPDU(Bridge Protocol Data Unit)。网桥用BPDU来相互通信,并用BPDU的相关机能来动态选择根桥和备份桥。但是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在,所以桥回路被消除。

BPDU的类型有两种:Configuration BPDU和TCN (Topology Change Notification)BPDU(也就是)。要实现生成树的功能,交换机之间传递BPDU报文实现信息交互,所有支持STP协议的交换机都会接收并处理收到的报文。该报文在数据区里携带了用于生成树计算的所有有用信息。

标准生成树的BPDU帧格式及字段说明:
- Protocol identifier: 协议标识
- Version: 协议版本
- Message type : BPDU类型(Configuration BPDU和TCN BPDU)
- Flag : 标志位
- Root ID : 根桥ID,由两字节的优先级和6字节MAC地址构成
- Root path cost : 根路径开销
- Bridge ID : 桥ID,表示发送BPDU的桥的ID,由2字节优先级和6字节MAC地址构成
- Port ID : 端口ID,标识发出BPDU的端口
- Message age : BPDU生存时间
- Maximum age : 当前BPDU的老化时间,即端口保存BPDU的最长时间
- Hello time : 根桥发送BPDU的周期
- Forward delay : 表示在拓扑改变后,交换机在发送数据包前维持在监听和学习状态的时间。

生成树网桥的实现过程可以归纳为以下三个步骤:
1. 选择根网桥:在网络中的所有交换机的中,选取出根交换机,剩余的交换机为非根交换机。选择根交换机的依据是网桥ID,网桥ID是由网桥优先级和网桥MAC地址组成的。选择标识符最小的网桥作为根网桥。
2. 选择根端口:在每个非根交换机上选出一个根端口。首先比较交换机端口到根路径的成本。根路径成本低的为根端口。当根路径成本相同的时候,比较对端的网桥ID。对端的网桥ID小的为根端口。当网桥ID相同的时候,比较对端的端口ID。对端的端口ID较小的为根端口。
3. 选择指定端口并阻塞备用端口:在每个网段选出一个指定端口DP,并且只有一个。根交换机的所有端口都是指定端口DP;根端口的对端端口一定是指定端口DP;同一网段上的端口,到根路径成本最低的;当根路径成本相同的时候,比较这个端口所在的网桥ID,选择一个网桥ID值小的作为指定的端口;当网桥ID相同的时候,比较端口ID值,选择较小的作为指定端口。

这样就能形成一个逻辑上无环路的生成树网络拓扑。

让我们来看一个简单的例子。假设我们有三台交换机,分别为A、B和C。它们之间的连接如下图所示:

```
A
| \
|  \
B---C
```

在这个网络中,我们需要执行以下步骤来实现生成树网桥:

1. 选择根网桥:首先,我们需要确定哪台交换机将成为根网桥。假设交换机A的网桥ID最小,那么它将成为根网桥。

2. 选择根端口:接下来,我们需要在每个非根交换机上选择一个根端口。在这个例子中,非根交换机有两个:B和C。对于交换机B,它有两个端口可以到达根网桥A:直接连接到A的端口和通过C连接到A的端口。假设直接连接到A的端口的路径成本更低,那么这个端口将成为B的根端口。同理,对于交换机C,它也有两个端口可以到达根网桥A:直接连接到A的端口和通过B连接到A的端口。假设直接连接到A的端口的路径成本更低,那么这个端口将成为C的根端口。

3. 选择指定端口并阻塞备用端口:最后,我们需要在每个网段中选择一个指定端口并阻塞备用端口。在这个例子中,有两个网段:AB和BC。对于AB网段,由于A是根网桥,所以它的端口是指定端口;对于BC网段,我们需要比较B和C到根网桥A的路径成本。假设B到A的路径成本更低,那么B的端口将成为指定端口,而C的端口将被阻塞。

最终,我们得到了一个逻辑上无环路的生成树网络拓扑:

```
A
|
|
B---C
```

其中,A是根网桥;B和C分别通过它们直接连接到A的端口作为它们的根端口;AB网段中A的端口是指定端口;BC网段中B的端口是指定端口,而C的端口被阻塞。

快速生成树协议(RSTP):IEE 802.1w标准

源路由网桥(IEEE 802.5标准):

源路由网桥曾经是给IEEE 802.1委员会的一个提议,和透明桥接技术相竞争以期成为局域网联接的数据链路层的标准。而当802.1委员会决定采用透明桥接的时候,源路由网桥的推荐者则将这个概念提交给802.5委员会加以标准化,使其成为802.5局域网互连的方式

 概念:源路由网桥(source routing bridge)是一种局域网互连的方式,它在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧,每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后,从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部,都必须携带源站所确定的这一路由信息。

生成树网桥和源路由网桥的区别:

生成树网桥采用逆向学习法,能够自动完成路由选择。它能将一个大的LAN分割为多个网段,或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN,使LAN上的所有用户都可访问服务器。但是这种网桥并没有最佳地利用带宽,因为它们仅仅用到了拓扑结构的一个子集(生成树);

而源路由网桥则需要在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。如果您需要简单易用且能够自动完成路由选择的局域网互连方式,那么透明网桥可能是一个不错的选择;如果您需要更精细地控制局域网互连方式,那么源路由网桥可能更适合您。

城域网:

城域以太网:运营商网桥协议(IEE 802.1ad标准),被称为Q-in-Q技术。

运营商网桥协议(IEE 802.1ad标准)也称为QinQ或VLAN stacking。它是一种以802.1Q为基础衍生出来的通讯协定。原始802.1Q为允许加入单一Vlan header。QinQ允许两个Vlan header被放置在同一个frame中。这意味着,电信供应商可以使用QinQ技术在客户的数据包上添加一个额外的VLAN标签,以便在其网络中识别和传输这些数据包,而无需更改客户原始数据包中的VLAN标签。

运营商主干网桥(IEE 802.1ah标准):也称为PBB协议或MAC-in-MAC技术,解决上一个Q-in-Q技术存在MAC地址暴露在外的风险。

IEEE 802.1ah标准,也称为提供商主干网桥(Provider Backbone Bridges,PBB),是一种用于扩展以太网服务的技术。它提供了一种框架来互连多个提供商桥接网络,通常称为PBN。这种技术通过在客户数据包上添加额外的MAC地址和VLAN标签来实现,从而扩展了VLAN空间并允许提供商支持多达2^20个服务实例。用户以太帧被封装在主干网以太帧中,所以这种技术也被称为MAC-in-MAC技术

第五章 无线通信网

需要掌握的无线通信网知识点包括移动通信网,无线局域网,无线个人网和无线城域网等方面的内容。

移动通信网包括第一代到第五代移动通信系统的发展历程。

无线局域网包括WLAN基本概念,WLAN通信技术,IEEE802.11体系结构和Adhoc网络等内容。

无线个人网包括802.15技术规范,蓝牙技术和ZigBee技术等内容。

无线城域网包括802.16标准,关键技术和MAC子层等内容。

移动通信网:

移动通信网主要服务对象是移动电话,从第一代(1G)到第三代(3G)都是针对语音通信设计,4G开始与Internet无缝对接,开始普及移动互联网。

第一代移动蜂窝系统是1978年美国贝尔实验室开发的高级移动电话系统(AMPS)。

第二代移动通信技术是数字蜂窝电话,世界不同地方采用了不同的数字调制方式,如欧洲电信的GSM系统和美国高通公司的码分多址(CDMA)系统。

第三代移动通信系统有六个国际标准:IMT-DS:W-CDMA, IMT-MC:CDMA200, IMT-TC:TD-SCDMA, IMT-SC:EDGE, IMT-FT:DECT和WiMAX: IMT-2000 OFDMA TDD WMAN。

第四代移动通信系统4G的传输速率可达到100Mbps,关键技术包含OFDM,MIMO,智能天线和软件无线电技术。第五代移动通信系统5G是最新一代蜂窝移动通信技术,目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

无线局域网(WLAN):

1.基本概念:

无线局域网(WLAN)技术分为两大阵营:IEEE802.11标准体系和HIPERLAN标准体系。目前市场上的大部分产品都是根据802.11标准开发。IEEE802.11标准工作在2.4G频段或5G频段,采用扩频通信技术

IEEE 802.11标准包括多个不同的协议,它们之间在传输速率、传输距离和频段方面存在一些区别。

  • 802.11a:工作在5GHz频段,最大传输速率为54Mbps,传输距离较短。
  • 802.11b:工作在2.4GHz频段,最大传输速率为11Mbps,传输距离较长。
  • 802.11g:工作在2.4GHz频段,最大传输速率为54Mbps,传输距离较长。
  • 802.11n:可以工作在2.4GHz和5GHz频段,最大传输速率可达600Mbps,传输距离较长。
  • 802.11ac:工作在5GHz频段,最大传输速率可达1Gbps以上,传输距离较长。

802.11定义的两种拓扑结构是基础设施网络特殊网络 (Ad Hoc)基础设施网络中无线终端通过接入点(AP)访问骨干网设备。Ad Hoc网络是一种点对点网络,不需要有线网络和接入点的支持,终端设备间通过无线网卡直接通信。

2.WLAN通信技术

WLAN通信技术主要有三种:红外通信、扩展频谱通信和窄带微波通信。

- 红外通信:红外(IR)通信相对于无线电波通信有一些优点,比如频谱无限可提供较高速率,且频谱不收管制,设备简单等等。但也存在一定的缺点,比如受光线干扰,通信范围小。
- 扩展频谱通信:扩展频谱通信技术起源于军事,主要想法是将信号散布到更宽的宽带上以减少发生阻塞和干扰的机会。主要思想是用带宽换取信噪比。扩展频谱通信技术包括频率跳动扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)两种。
- 窄带微波通信:窄带微波(RF)是指使用微波无线电频带进行数据传输。窄带微波通信分为申请许可证的窄带RF和免许可证的窄带RF两种。

3.IEEE 802.11体系结构

IEEE 802.11体系结构定义了两种拓扑结构:基础设施网络Ad Hoc网络

  • 基础设施网络:在基础设施网络中,无线终端通过接入点(AP)访问骨干网设备。一个接入点(AP)覆盖区域叫做基本服务区(BSA)。接入点控制的所有终端组成一个基本服务集(BSS)。多个基本服务集互联就形成了分布式系统(DS)。DS支持的所有服务叫做扩展服务集(ESS)。基础设施网络提供了一种稳定、可靠的无线连接方式,可以支持大量的无线终端设备
  • Ad Hoc网络:Ad Hoc网络是一种能点对点网络,不需要有线网络和接入点的支持,终端设备间通过无线网卡直接通信。

一:WLAN协议栈模型遵循OSI七层模型,包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。IEEE 802.11标准定义了物理层和数据链路层的规范。

  • 物理层:负责无线电信号的传输,包括调制解调、信道编码和信号检测等功能。
  • 数据链路层:负责数据帧的封装和解封装,以及对无线信道的访问控制。数据链路层分为两个子层:逻辑链路控制(LLC)子层和媒体访问控制(MAC)子层。LLC子层负责将网络层的数据包封装成帧,MAC子层负责帧的传输和接收,以及对无线信道的访问控制。

网络层及以上的协议与有线网络相同,不受IEEE 802.11标准的限制。

IEEE 802.11标准定义了多种物理层规范,包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac等。这些规范定义了在不同频段内使用的调制解调技术和信道编码方案。

  • 802.11a:工作在5GHz频段,使用正交频分复用(OFDM)调制技术。
  • 802.11b:工作在2.4GHz频段,使用互补码键控(CCK)调制技术。
  • 802.11g:工作在2.4GHz频段,使用正交频分复用(OFDM)调制技术。
  • 802.11n:可以工作在2.4GHz和5GHz频段,使用正交频分复用(OFDM)调制技术和多输入多输出(MIMO)技术。
  • 802.11ac:工作在5GHz频段,使用正交频分复用(OFDM)调制技术和多输入多输出(MIMO)技术。

IEEE 802.11标准定义了数据链路层的规范。数据链路层负责数据帧的封装和解封装,以及对无线信道的访问控制。数据链路层分为两个子层:逻辑链路控制(LLC)子层和媒体访问控制(MAC)子层。

  • 逻辑链路控制(LLC)子层:LLC子层负责将网络层的数据包封装成帧,以便在数据链路层传输。LLC子层使用IEEE 802.2标准定义的协议。
  • 媒体访问控制(MAC)子层:MAC子层负责帧的传输和接收,以及对无线信道的访问控制。IEEE 802.11标准定义了一种称为CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)的媒体访问控制协议。CSMA/CA协议通过监听信道状态来避免冲突,并使用确认机制来确保数据帧的成功传输。(注意这个协议和之前在局域网之间使用的CSMA/CD协议的区别)

(扩展)CSMA/CD协议和CSMA/CA协议的区别:

CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)和CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)都是媒体访问控制协议,用于在共享信道上协调多个设备的数据传输。这两种协议的主要区别在于它们处理冲突的方式不同。

- CSMA/CD:在CSMA/CD协议中,设备在发送数据之前会监听信道,如果信道空闲,则开始发送数据。如果发生冲突(即两个或多个设备同时发送数据),则设备会停止发送数据,并等待一段随机时间后再次尝试发送数据。CSMA/CD协议主要用于有线以太网。
- CSMA/CA:在CSMA/CA协议中,设备在发送数据之前也会监听信道,如果信道空闲,则等待一段固定时间(称为DIFS),然后再发送数据。如果信道忙,则设备会等待一段随机时间后再次尝试发送数据。此外,CSMA/CA协议还使用确认机制来确保数据帧的成功传输。接收方在收到数据帧后,会发送一个确认帧(ACK)给发送方,以确认数据帧已成功接收。如果发送方在一定时间内未收到确认帧,则会重发数据帧。CSMA/CA协议主要用于无线局域网。

关于IEEE 802.11标准的数据链路层的规范的MAC子层更详细一点介绍:

IEEE 802.11标准的MAC子层定义了三种访问控制机制,分别是分布式协调功能(DCF)、点协调功能(PCF)和混合协调功能(HCF)。

  • 分布式协调功能(DCF):DCF是一种基于CSMA/CA协议的访问控制机制。它是IEEE 802.11标准中最基本的访问控制机制,所有的无线局域网设备都必须支持DCF。
  • 点协调功能(PCF):PCF是一种可选的访问控制机制,它提供了一种轮询机制,用于支持实时数据传输。在PCF模式下,接入点(AP)会定期轮询网络中的每个设备,询问它们是否有数据要发送。如果设备有数据要发送,则可以在被轮询到时发送数据。
  • 混合协调功能(HCF):HCF是一种结合了DCF和PCF的访问控制机制,它提供了更灵活的带宽分配和更好的QoS支持。HCF定义了两种操作模式:HCF受控信道访问(HCCA)和增强型分布式信道访问(EDCA)。HCCA类似于PCF,由接入点(AP)进行轮询;EDCA类似于DCF,但提供了更多的参数用于支持QoS。

二:移动Ad Hoc网络

Ad Hoc网络,又称为自组织网络或点对点网络,是一种无需预先建立基础设施的无线网络。在Ad Hoc网络中,每个设备都可以直接与其他设备通信,不需要通过接入点(AP)或其他中间设备。Ad Hoc网络通常用于临时性的、特定场合的通信需求,如会议、救灾现场等。

Ad Hoc网络的优点包括快速部署、灵活性强、成本低等。但由于缺乏中心化的管理和控制,Ad Hoc网络也面临着一些挑战,如路由选择、安全性和可靠性等。

Ad Hoc网络具有许多优点,例如它可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持,快速构建起一个移动通信网络²。它具有无中心、自组织、多跳路由和动态拓扑等特点¹。由于Ad Hoc网络的节点对等,所以鲁棒性好,抗打击性好。在基础设施类类网络中如果AP损坏,网络就会瘫痪,而Ad Hoc网络中每一个节点的损坏对网络的影响不会很大³。

Ad Hoc网络适用于现场无网络,需要快速建网、便捷安装的场景,如地震救援、火灾救援、林区通信、安保通信等。

由Ad Hoc网络形成的MANET网络:

MANET(Mobile Ad hoc network)是一种无中心的自组织网络,分为固定节点移动节点两种。它是独立的网络自治系统,不依赖于固定主干网(但可以与其配合)或基站,该系统能快速部署到位,建立起一套完整、强大、高抗毁的网络通信系统,提供有效的数据和多媒体通信服务。

DSDV协议:

目标排序的距离矢量协议DSDV(Destination-Sequenced Distance Vector)协议是一种主动路由协议,也称为表驱动路由协议。每个节点都维护着整个网络的路由信息。它采用最短路径法则,每个节点维护一张包含到达节点的路由信息的路由表,并根据每个节点broadcast来update router table来适应网络的拓扑变化。DSDV协议的基本原理是:每一个节点维持一个到其它节点的路由表,表的内容为路由的“下一跳”节点。

优缺点:

DSDV协议的优点包括保持了距离矢量DV算法的简单性,保证了无环路(引入了序列号机制),对拓扑变化反应迅速,通过立即广播进行更新。

但是,由于DSDV协议是一类表驱动路由协议,网络中的每个节点都需要维护最新的路由信息,这会增加网络的开销,且需要根据频繁变化的拓扑结构不停更新路由信息。

AODV协议:

按需分配的距离矢量协议AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)路由协议是专门为移动Ad Hoc网络设计的路由协议,它是一个按需路由协议,只要当需要建立到目的节点的路由时才会进行路由发现。当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时,如果没有到达目标节点的路由,则必须先以多播的形式发出RREQ (路由请求)报文。

AODV协议定义了四种信息类型:路由请求(RREQ)、路由回复(RREP)、路由错误(RERR)和活跃路由检测(HELLO)。这些信息用UDP进行传输,所以可以使用IP协议的地址,比如可以使用节点自身的IP地址作为RREQ信息中的源地址,可以使用255.255.255.255进行全域的广播。

比较一下DSDV路由协议和AODV路由协议:

DSDV(Destination-Sequenced Distance Vector)路由协议是一种表驱动式路由协议,适用于Ad Hoc网络。它是一种先应式路由,即在实际需要前已预先建立好路径,通过查表找到下一跳邻居,路径可以立即使用。但是路由的表规模可能会很大,表中的过时信息也会导致路由错误。

AODV(Ad Hoc On-Demand Distance Vector)路由协议也是专门为移动Ad Hoc网络设计的路由协议,它是一个按需路由协议,只要当需要建立到目的节点的路由时才会进行路由发现。AODV协议定义了四种信息类型:路由请求(RREQ)、路由回复(RREP)、路由错误(RERR)和活跃路由检测(HELLO)。

DSDV和AODV之间的主要区别在于它们对于路由发现和维护的方式不同。DSDV是一种先应式路由,它预先建立好路径并通过查表找到下一跳邻居。而AODV是一种按需路由,只有当需要建立到目的节点的路由时才会进行路由发现。

选择使用哪个协议取决于你的具体需求。例如,在要求高实时性的服务和网络环境中,DSDV可能更合适,因为它预先建立好路径并通过查表找到下一跳邻居。而在其他情况下,AODV可能更合适,因为它只有在需要时才进行路由发现和维护。

举个例子,在一个快速变化的网络环境中,AODV可能更合适,因为它能够快速地进行路由发现和维护。而在一个相对稳定的网络环境中,DSDV可能更合适,因为它能够提供更快的实时性。

四、WLAN的安全和传输速率

SSID是Service Set Identifier的缩写,它是无线局域网(WLAN)的主要名称,包括家庭网络和公共热点。客户端设备使用此名称来识别并加入无线网络。简单来说,它就是您的Wi-Fi网络的名称。

STA是Station的缩写,它指的是无线局域网(WLAN)中的一个客户端设备,例如笔记本电脑、智能手机或平板电脑。STA可以连接到无线接入点(AP)来访问无线网络。

在无线局域网(WLAN)中可以采用下列安全措施:

(1)SSID访问控制

(2)物理地址过滤

(3)有线等效保密(WEP)

(4)WPA

(5)IEEE 802.11i

在无线局域网(WLAN)中,可以采用多种安全措施来保护网络安全。

1. SSID访问控制:SSID是无线网络的名称,可以通过更改默认设置来限制只有特定的设备才能连接到网络。例如,可以更改管理员密码和用户名,更新AP的固件,以修复已知的安全漏洞并添加新的安全措施。

2. 物理地址过滤:物理地址过滤可以防止未经授权的设备访问网络。可以使用MAC地址过滤来实现对STA的接入控制,以保证合法STA能够正常接入WLAN网络,避免非法STA强行接入WLAN网络。

3. 有线等效保密(WEP):WEP是一种加密协议,可以保护无线网络中传输的数据。它使用RC4加密算法,一方面用于防止没有正确的WEP密钥的非法用户接入网络,另一方面只允许具有正确的WEP 密钥的用户对数据进行加密和解密。

4. WPA:WPA是一种无线网络安全协议,它提供了更强大的加密和身份验证功能。WPA利用临时密钥完整性协议(TKIP)传递密钥,它在密钥管理上采用了类似于 RSA 的公钥、私钥方式。利用TKIP,以及各个厂商计划推出TKIP固件补丁,用户在 WLAN硬件上的投资将得到保护。

5. IEEE 802.11i(也称为WPA2):IEEE 802.11i是一种无线网络安全标准,它提供了更强大的加密和身份验证功能。IEEE 802.11i通过了基于SIM卡认证和AES加密的方法为无线局域网提供了安全保障,使得无线局域网拥有了更为广阔的应用空间。

选择哪种措施取决于您的网络环境和安全需求:

例如,如果您希望限制只有特定的设备才能连接到网络,可以使用SSID访问控制和物理地址过滤。SSID访问控制可以通过更改默认设置来限制只有特定的设备才能连接到网络。物理地址过滤可以防止未经授权的设备访问网络。

如果您希望保护无线网络中传输的数据,可以使用WEP、WPA或IEEE 802.11i等加密协议。这些协议提供了不同程度的加密和身份验证功能,可以根据您的安全需求选择适当的协议。

例如,如果您希望使用一种简单且易于配置的加密协议,可以选择WEP。但是,WEP已经被证明存在安全漏洞,因此不建议用于保护敏感数据。如果您希望使用更强大的加密和身份验证功能,可以选择WPA或IEEE 802.11i。(WPA比IEEE 802.11i更低)

总之,在选择安全措施时,应该根据您的网络环境和安全需求进行选择,并结合多种措施来提供更全面的安全保护。

五、无线个人网

IEEE 802.15工作组负责制定无线个人网(WPAN)的标准。IEEE 802.15.1是基于蓝牙技术的无线个人网标准,它提供了短距离的无线通信功能。IEEE 802.15.4是另一种无线个人网标准,它定义了一种低功耗、低速率的无线连接技术,被广泛应用于ZigBee技术中。

蓝牙技术:

IEEE 802.15.1是IEEE提出的第一个取代有线连接的无线个人网(WPAN)技术标准,以蓝牙技术为基础。蓝牙是一种无线通讯技术标准,用来让固定与移动设备,在短距离间交换资料,以形成个人局域网(PAN)。所以,IEEE 802.15.1是一个标准,而蓝牙是这个标准的实现技术。

了解一下L2CAP协议在蓝牙技术的应用:

L2CAP协议是蓝牙协议栈中的一个重要协议,它位于蓝牙协议栈的中间层,负责适配基带中的上层协议。它同LM并行工作,向上层协议提供面向连接和无连接的数据服务,并提供多路复用,分段和重组操作,允许高层次的协议和应用能够以64KB的长度发送和接收数据包 (L2CAP Serveice Data Units, SDU)。

与其他蓝牙协议相比,L2CAP协议主要负责逻辑链路控制和适配,它为上层应用程序提供了一个简单的接口,使得上层应用程序无需关心底层的数据传输细节。它主要功能包括:1.协议信道复用(protocol/channel multiplexing);2.分段与重组(segmentation and reassembly SAR);3.每个信道流控(per-channel flow control);4.差错控制(error control)。

ZigBee技术:

ZigBee技术是一种应用于短距离范围内,低传输数据速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。它是一种低速短距离传输的无线网上协议,底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

ZigBee技术的应用包括智能家庭、工业控制、自动抄表、医疗监护、传感器网络应用、电信应用和仓储物流系统应用等领埴。

ZigBee技术和蓝牙技术的比较使用:

ZigBee技术和蓝牙技术都是短距离无线通信技术,但它们在设计目的、应用领域和技术特点上有所不同。

ZigBee技术主要用于传输范围短、数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。它具有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全等特点。ZigBee技术主要应用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。例如,ZigBee技术可以用于智能家居系统中,实现家庭自动化控制。

蓝牙技术则主要用于个人电子设备之间的短距离无线通信。它具有快速、方便、安全等特点,但功耗相对较高。蓝牙技术主要应用于个人电子设备之间的数据传输,例如手机与耳机之间的音频传输,或者手机与电脑之间的文件传输。

总之,在需要大量节点、低功耗和低成本的应用场景中,可以考虑使用ZigBee技术;而在个人电子设备之间的短距离快速数据传输场景中,则可以考虑使用蓝牙技术。

六、无线城域网

无线城域网包括802.16标准,关键技术和MAC子层等内容。

无线城域网(WMAN)是为了满足宽带无线接入的市场需求,解决城域网的最后一公里接入问题,代替电缆、数字用户线和光纤等。1999年,IEEE设立了IEEE 802.16工作组,研究无线城域网技术标准。在IEEE 802.16工作组的努力下,近些年陆续推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16b、IEEE 802.16d等一系列标准。

WiMAX(全球微波接入互通性)是一种基于IEEE 802.16标准的无线宽带通信标准,提供物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)选项。WiMAX论坛成立于2001年6月,旨在促进一致性和互操作性,包括为商业供应商定义系统配置文件。论坛将WiMAX描述为“一种基于标准的技术,能够作为有线电视和DSL的替代品,提供最后一英里的无线宽带接入”。

关键技术:802.16采用的多路复用方式OFDM/OFDMA。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)和OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,正交频分多址)是两种多路复用技术。

OFDM是一种多载波调制技术,它将一个高速数据流分成多个低速数据流,在不同的正交子载波上进行调制。OFDM技术能够有效抵抗多径干扰和频率选择性衰落,提高信道容量。

OFDMA是一种多址技术,它基于OFDM技术,在子载波上分配不同的用户。OFDMA能够支持多用户同时接入,提供更好的频谱效率和灵活的资源分配。

这两种技术都被广泛应用于无线通信系统中,如WiMAX、LTE等。

MAC子层:802.16 MAC层功能非常强大,可以支持市场上任何频带内的各种不同的物理层。IEEE 802.16规定了多业务点对多点宽带无线接入系统的空中接口,包括MAC层和物理层两大部分。MAC层能够支持多种物理层规范,以适合各种应用环境。

视频所学(局域网第四章):

以太网技术

第一个要点:- CSMA/CD协议

第一步是监听算法(三种):1-坚持监听算法。。。。

第二步是冲突检测方法:

最短帧长公式:

发现冲突,停止发送,到最后一步:选择重传。

使用截断二进制指数退避算法。(需要掌握)

第二个要点:MAC地址(主机的地址问题)

MAC地址长度48位,前24位由供应商标识,需要记一下IBM、CISCO这两种。

第三个要点:以太网帧格式

第四个:网络传输介质

UTP无屏蔽双绞线

STP屏蔽双绞线

同轴电缆

直通线:DCE(交换机、Hub)到DTE(路由器、pc)

交叉线:DCE到DCE、DTE到DTE(同种设备)

第五个:快速以太网技术、千兆以太网

工作:半双工/全双工(在全双工模式下不用CSMA\CD的方式,因为不会出现冲突)

第六个:冲突域和广播域

                  分割冲突域      分割广播域

集线器        ×                             ×               物理层设备

交换机        √                              ×              数据链路层设备

路由器        √                              √              网络层设备

第七个:交换式以太网

工作:全双工通信,不使用CSMA/CD技术。

过程:广播    ---   学习(学习接收的数据帧的源MAC地址形成MAC地址表) ----转发    ----更新(300秒更新)

第八个:堆叠和级联

虚拟局域网---VLAN产生:

同一个VLAN可以互相发送信息,它有效的分割了广播域。避免了广播风暴。

VLAN划分:静态VLAN(交换机端口)、动态VLAN(MAC、网络协议、子网、策略)

IEEE 802.1q   

以太网端口类型:

Access端口:连接终端,仅允许一个VLAN的帧通过

Trunk端口:连接其它交换机端口,允许多个VLAN的帧通过

Hybrid端口:连接其它交换机端口,连接终端,

Access端口,Trunk端口和Hybrid端口是交换机的三种端口模式。

Access端口只能属于一个VLAN,一般用于连接计算机的端口;

Trunk端口可以属于多个VLAN,可以接收和发送多个VLAN的报文,一般用于交换机之间连接的端口;

Hybrid端口也可以属于多个VLAN,可以接收和发送多个VLAN的报文,可以用于交换机之间的连接也可以用于交换机和用户计算机之间的连接。

VLAN注册协议---GVRP协议

GVRP(GARP VLAN Registration Protocol)是一种VLAN注册协议,用于维护交换机中的VLAN动态注册信息,并传播该信息到其他交换机中。这样可以避免手工配置静态VLAN,提高工作效率。

GVRP协议有三种注册模式:Normal模式、Fixed模式和Forbidden模式。

Normal模式允许端口动态注册、注销VLAN,传播动态VLAN以及静态VLAN信息;

Fixed模式禁止接口动态注册、注销VLAN,只传播静态VLAN信息;

Forbidden模式禁止端口动态注册、注销VLAN,不传播除vlan1之外的任何vlan信息。

GVRP协议的优点是它可以实现动态分发、注册和传播VLAN属性,从而达到减少网络管理员的手工配置量及保证VLAN配置正确的目的。它可以帮助我们消去了对端不需要的vlan帧,起到流量控制的作用。

生成树协议---STP

网桥,其实换成现代就是交换机。

网桥ID:由优先级(2字节)和网桥的MAC地址(6字节)组成。取值:0~65535。缺省值:32768

注意网桥优先级的值越低,则网桥优先级越高。优先级相同比较MAC地址

STP利用BPDU选择根网桥,计算根路径成本。

过程:转发、学习、侦听、阻塞、禁用(Forwarding、Learning、Listening、Blocking和Disabled)

生成树协议(STP)有五种端口状态:转发、学习、侦听、阻塞和禁用。

转发状态下,端口可以转发数据帧学习MAC地址表,参与生成树计算,并接收并发送BPDU。

学习状态下,端口不转发数据帧,但可以学习MAC地址表,参与生成树计算,并接收并发送BPDU。

侦听状态下,端口不转发数据帧,也不学习MAC地址表,但可以参与生成树计算,并接收并发送BPDU。

阻塞状态下,端口不转发数据帧,也不学习MAC地址表,但可以接收并处理BPDU。

禁用状态下,端口不转发数据帧,也不学习MAC地址表,并且不参与生成树计算。

RSTP提出了快速收敛机制。

九、以太网通道(链路聚合、端口聚合、eth-trunk)

多条链路负载均衡、提高带宽

以太网通道(Eth-Trunk)也称为链路聚合(Link Aggregation),它通过将多条以太网物理链路捆绑在一起成为一条逻辑链路,从而实现增加链路带宽的目的。链路聚合技术具有增加带宽、提高可靠性和负载分担的优势。

根据是否启用链路聚合控制协议LACP(Link Aggregation Control Protocol),Eth-Trunk分为手工模式和LACP模式。手工模式下,Eth-Trunk的建立、成员接口的加入由手工配置,没有链路聚合控制协议的参与。LACP模式下,Eth-Trunk接口的创建、成员接口的加入由手工配置LACP协议参与链路动态调整,负责链路状态维护。在聚合条件发生变化时,自动调整或解散链路聚合。

协议:PAGP(端口聚合协议,Cisco私有)、LACP(链路聚合控制协议):IEEE802.3ad。

十、无线局域网

WLAN标准,需要记。

如果工作在2.4G,有14组信道,每5个信道为一组。我国现在只有13组信道。

在MAC层:

有点协调功能(PCF)-----无争用服务,其实就是轮询;

分布式协调功能(DCF)----争用服务,其实就是CSMA/CA。

AP(无线接入点,Wireless Access Point)是一个无线网络的接入点,俗称“热点”,它是用于无线网络的无线交换机,也是无线网络的核心。AP就是传统有线网络中的HUB,也是组建小型无线局域网时最常用的设备。

AC(无线接入控制器,Access Control)是一种网络设备,用来集中化控制局域网内可控的无线AP。AC是一个无线网络的核心,负责管理无线网络中的所有无线AP,包括下发配置、修改相关配置参数、射频智能管理、接入安全控制等等,相当于调度官。

综合布线技术:

有图提供,分别了解干线子系统(垂直子系统)、水平子系统、工作区子系统、建筑群子系统、管理子系统、设备间子系统。

继续视频:

局域网技术(8_1的视频):

VTP域(和STP(生成树)不一样的):前面讲的是GVRP协议

VTP(VLAN中继协议,VLAN Trunking Protocol)是思科私有协议。它的作用是在大型网络中,会有多台交换机,同时也会有多个VLAN,如果在每个交换机上分别把VLAN创建一遍,这会是一个工作量很大的任务。VTP协议可以帮助管理员减少这些枯燥繁重的工作。管理员在网络中设置一个或者多个VTP Server,然后在Server上创建和修改VLAN,VTP协议会将这些修改通告其它交换机上,这些交换机自动更新VLAN信息 (VLAN ID和VLAN Name) 。

VTP域(VTP Domain)是由需要共享相同VLAN信息的交换机组成。只有在同一个VTP域的交换机才能同步VLAN信息。根据交换机在VTP域中的作用不同,VTP可以分为以下三种模式:Server (服务器模式)、Client (客户机模式)、Transparent (透明模式) 。

VTP可以分为以下三种模式:

1. Server (服务器模式):在VTP服务器模式可创建、修改和删除VLAN,同时将这些信息发送给其它交换机。

2. Client (客户机模式):在VTP客户机上不允许创建、修改和删除VLAN,但它会监听来自其它交换机的VTP通告并更改自己的VLAN信息,接收到的VTP信息也会在Trunk链路上向其它交换机转发。

3. Transparent (透明模式):透明模式的交换机不完全参与VTP。可以在这种模式的交换机上创建、修改和删除VLAN,但是这些VLAN信息并不会通告给其它交换机,它也不接受其它交换机的VTP通告而更新自己的VLAN信息 。

例题补充知识:

GVRP,由IEEE 802.1p制定。

OFDM(正交频分复用技术),在4G LTE技术中应用。而在5G,使用的是F -OFDM。

二进制指数退避算法:前面我们提到它是,最后选择重发时使用的,补充:它是通过扩大退避窗口杜绝了再次冲突。

根据交换机的帧转发方式,交换机可以分为以下几种类型:

1. 存储转发(Store-and-Forward):交换机在接收到数据帧后,会先将整个数据帧存储到缓存中,然后对数据帧进行完整性检查,如果数据帧没有错误,再将其转发到目的端口。

2. 直通(Cut-Through):交换机在接收到数据帧的目的地址后,立即将数据帧转发到目的端口,不对数据帧进行完整性检查。

3. 碎片自由(Fragment-Free):这种方式是直通方式和存储转发方式的折中。交换机在接收到数据帧的前64字节后,再将数据帧转发到目的端口。这样可以避免大部分的碰撞和错误帧。

题目:存储转发的交换延迟会比直通转发的延迟长。

背板带宽:计算方式:例如全双工16口千兆以太网交换机。需要回去补习

WLAN无线漫游(需要补)

其实就好比你拿着手机出省,你的手机的的网络连接不会中断,漫游的行为,决定权在你。

WIFI5,相当于:802.11ac。运行在5GHz。数据速率:1Gbps

WIFI6,图,相当于:802.11ax。运行在2.4GHz和5GHz。数据速率:9.6Gbps

再来像CSMA/CD,当两个站点发生连续3次冲突后,再次发生冲突的概率是:1/8.

我的理解是:注意是发生冲突之后,这个之后,用的是截断二进制指数退避算法,所以三次之后,就是2**3次方。

你可以好好补习一下。

CSMA/CD和CSMA/CA的区别:,CSMA/CD相比于CA,站点竞争信道,提高了信道的利用率。

因为CSMA要等待一个时间,侦听信道。

以太网帧长度最小64B,最大1518B

VLAN帧长度最小64B,最大1518B+4B(VLAN标记字段。)而最小可以不用加VLAN标记。

二层交换机有且仅有一个关系表:MAC地址表。

注意交换机存在的环路问题导致的广播风暴不一定会填满MAC地址表,只是重复学一个MAC地址。而且题目说的是二层转发表填满,和环路问题无关。被占满的原因可能是利用了假的MAC进行攻击。

10GBase-ER标准,单模光纤,最大传输距离,40KM,参考图。

VLAN中继的含义就是一台交换机上的VLAN配置信息可以传播、复制到网络中的相连的其它交换机上。在思科,指的是VTP协议,后面我们学的是GVRP协议。

突出:网桥、交换机,一个端口表示一个冲突域;路由器,一个端口表示一个广播域。题目数多少个端口就可以。

IEEE 802.11定义了多种帧间间隔(IFS),以便提供基于优先级的访问控制。这些帧间间隔包括:

1. 短帧间间隔(Short Interframe Space,SIFS):用于高优先级帧之间的传输,例如ACK帧和CTS帧

2. PCF帧间间隔(PCF Interframe Space,PIFS):用于点协调功能(Point Coordination Function,PCF)模式下的轮询操作

3. DCF帧间间隔(DCF Interframe Space,DIFS):用于分布协调功能(Distributed Coordination Function,DCF)模式下的数据帧传输

4. 扩展帧间间隔(Extended Interframe Space,EIFS):用于处理错误或不可识别的帧。

时间长度依次增大,时间越短,优先级越高。需要记忆!点协调功能、分布式协调功能,参照书本p153,IEEE 802.11标准的MAC子层定义的三种访问控制机制。需要补习

哪些指标用于双绞线测试、光纤测试。

在双绞线布线标准中,对一些用户最关心的双绞线性能指标做了明确的说明。这些指标包括衰减(Attenuation)、近端串扰(NEXT)、直流电阻、阻抗特性、衰减串扰比(ACR)和电缆特性(SNR)等。

光纤测试指标包括衰减、长度与极性。光损耗测试仪OLTS可以测量每条光纤链路的衰减并计算光纤长度。此外,还可以利用OTDR曲线获得信道或链路中各点的衰减、回波损耗值

IEEE 802.11标准的无线网络加密协议:

WPA     TKIP

WPA2    AES

数据速率对应传输时延

信号速率对应传播时延

由此可以通过传输时延>=2*传播时延,传输时延=帧长/数据速率。传播时延=网段长/信号速率。

从而得到最短帧长。

这个公式应用于CSMA/CD的以太网帧,作用是:确保发送数据站点在传输时能检测到可能存在的冲突。即为了冲突检测,需要设置最短帧长。

补充:以太网帧。

以太网帧最大帧长是1518字节,其中18字节是以太网帧头部分,其中数据部分占1500字节。

而这个数据部分是(网络层头部+数据),如果题目问的是:包含在IP数据包中的数据部分,就需要去除头部,所以最终结果是1480字节。

IP数据包中的数据部分最长1480字节,TCP数据包中的数据部分最长1460字节。头部占20字节。

TCP包=1500-IP头(20)-TCP头(20)=1460byte

IP数据包的组成:目的MAC(6)+源MAC(6)+类型(2)+IP头(20)+TCP头(20)+数据(1460字节)+FCS(4字节)=1500+FCS(4)

黑色粗体是以太网MAC帧的数据部分,它1500字节再加上帧头长18,就是最大以太网帧的长度。

IP数据包的长度:IP头+TCP头+数据(1460字节)

数据包中的数据部分是:TCP头+TCP的数据(1460字节)

有个关于编码技术(4B/5B)对应的应用(100base-FX),对应线缆,特点(半/全双工)。有个图需要记忆。

补充:只有在点对点链路类型,才支持快速切换机制,所以stp是在点对点环境。而中继模式是用于交换机之间连接,是trunk口,和stp没有关系。两端均工作在全双工模式才可能成为点对点链路。

关于VLAN标记在二层转发之间的运行特点需要掌握。什么时候删除,(P76题解析)

缺省既是默认状态的意思

千兆以太网的两个标准:IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab

IEEE 802.3z分为3个。x

IEEE 802.3ab分为一个,T。

交换机接收到数据帧后,如果没有对应表项,则广播转发

用来承载多个VLAN流量的协议组是:ISL(思科私有)和802.1q(现在主流,通过加vlan标记)

ITU-R(国际电信联盟)对4G的标准:100Mbps。OFDM技术

4G移动通信标准TD-LTE和FDD-LTE的区别是:划分上下行信道的方式不同。TD时分,FD频分,但它们并不是调制技术。

本文标签: 网络工程师教程(第一部网络层面介绍)