Chapter5
2017-01-08 19:12:10 0 举报AI智能生成
在第五章中，故事的情节发生了巨大的转折。主角们面临着前所未有的挑战和困难，他们必须克服内心的恐惧和外部的压力，才能继续前进。这一章充满了紧张和悬念，读者无法预测接下来会发生什么。同时，这一章也揭示了一些角色的深层内心世界和动机，使人物形象更加立体和丰富。此外，第五章也是全书的一个重要转折点，它为接下来的剧情发展设定了基调。总的来说，第五章是全书的高潮部分，它的精彩纷呈让人欲罢不能。
作者其他创作
大纲/内容
Framing
问题的提出
接收节点的适配器要判断帧的开始和结束
组帧：在数据的前后添加首部和尾部
首部和尾部作用：帧定界
方法
Character Count
帧头用一个域表示整个帧的字符个数
缺点：若计数出错，对本帧和后面的帧有影响
Flag Bytes With Byte Stuffing
Starting And End Flag With Bit Stuffing
起始和结束都用特殊的位串flag 01111110
0比特插入删除计数
连续的5个1后插入0
Physical Layer Coding Violations
只适用于物理层编码有冗余的网络
曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码：用high-high或low-low作为定界符
Medium Access Control
竞争系统
多路访问协议
Channel Partitioning Protocol
频分复用FDMA
适合模拟数据信号传输
时分复用TDMA
时间片
波分复用WDMA
光的频分复用
码分复用CDMA
用于无线广播信道
码片序列chip sequence
码片chip
每一个比特时间划分为m个短的间隔
每个站被指派一个m bits码片序列
发送比特1，则发送码片序列
发送比特0，则发送码片序列的反码
码片向量：码片序列0表示-1,1表示1
编码
原始数据 x 码片速率序列
解码
编码的信号与码片速率序列的內积
Random Access Protocol
ALOHA
定义
控制多个用户共用一个信道的协议
目的
解决信道的动态分配
分类
纯ALOHA
基本思想
每个站随时发送数据
监听信道看是否发生冲突
产生冲突，则等待一段随机的时间重发，直到成功
成功发送的条件
发送一帧的时间为T（帧时）
必须在该帧发送前后各T时间内无其他帧发送
效率分析
最大效率
18%
S = Ge^(-2G)
吞吐率S
T时间内成功发送的平均帧数
网络负载G
T时间内总共发送的平均帧数
时隙ALOHA
基本思想
把信道时间划分为离散的时间隙，隙长为一个帧发送所需时间
每个站点只能在时隙开始时才能发送
其他同纯ALOHA
效率分析
最大效率
37%
S = Ge^(-G)
载波监听多路访问协议CSMA
发送前先监听信道有无载波
类型
1-persistent CSMA
原理
一直监听到信道空闲
优点
减少信道空闲的时间
缺点
增加了发生冲突的概率
nonpersistent CSMA
原理
延迟一段随机时间后再监听
优点
减少了发生冲突的概率
缺点
增加了信道空闲时间
数据发送延迟增大
p-persistent CSMA
原理
以概率(1-p)延迟一段时间
载波监听多路访问/碰撞检测CSMA/CD
原理
使用CSMA协议进行数据发送
检测到冲突，停止发送，并发送瞬间干扰信号
等待一段随机时间
要点
先听后发
边听边发
冲突停止
延迟重发
工作状态
传输周期
竞争周期
空闲周期
重要特性
使用CSMA/CD协议的以太网只能进行半双工通信
发送数据后的一小段时间内，存在遭遇碰撞的可能性
以太网的平均通信量 < 最高数据率
争用期/碰撞窗口
以太网的端到端往返时延 2τ
经过争用期还没有检测到碰撞，才可确定无碰撞
Taking Turns Protocol
Token Passing
原理
控制令牌从一个结点顺序传递到下一个结点
得到令牌的结点可以发送数据
问题
轮询开销
时延
单点故障（令牌）
Polling
原理
主结点“邀请”从结点依次传输
问题
轮询时延
单点故障（主结点）
Wide Area Network
point-to-point channel
Point-to-Point Protocol (PPP)
特点
不使用帧序号，没有流量控制
只支持点-点连接，不支持点-多点连接
只支持全双工，不支持单工与半双工
支持异步、串行通信，也支持同步、并行传输
组成部分
用于串行链路的基于HDLC的数据帧封装机制
将IP数据报封装到串行链路
Link Control Protocol (LCP)
建立、配置、管理、测试数据链路连接
Network Control Protocol (NCP)
建立和配置不同的网络层协议
通信过程
建立物理连接
发送PPP帧传送LCP包，协商PPP参数和网络层协议
发送PPP帧传送NCP包，配置网络层
发送和接收PPP帧来发送和接收IP包，进行数据通信
发送NCP包断开网络层连接并释放IP地址
发送LCP包，拆除数据链路层连接
断开物理连接
帧格式
首部
标志字段F
0x7E
地址字段A
0xFF
控制字段C
0x03
协议
2字节
0x0021:IP数据报
0xC021:链路控制数据
0x8021:网络控制数据
数据
IP数据报
不超过1500个字节
尾部
帧校验字段FCS
2字节
F
0x7E
High-level Data Link Control (HDLC)
数据链路配置方式
非平衡配置
主站
控制数据链路的工作过程，发出命令
从站
接受命令，发出响应，配合主站工作
数据传输模式
Normal Response Mode (NRM)
Asynchronous Response Mode (ARM)
平衡配置
复合站
同时具有主站和从站的功能
都可以发出命令与响应
Asynchronous Balanced Mode (ABM)
透明传输
零比特填充法
连续5个1后插入0
帧结构
结构
标志字段F
01111110
地址字段A
非平衡配置
从站地址
平衡配置
应答站地址
全1：广播地址
控制字段C
信息帧Information
监控帧Supervisory
无编号帧Unnumbered
帧校验字段FCS
CRC校验
生成多项式CRC-CCITT
校验范围：A/C/I字段
Data Link Layer Device
Bridge
功能
在数据链路层扩展局域网
根据MAC帧的目的地址对收到帧进行转发
过滤帧
好处
互连不同物理层、不同MAC子层、不同速率的局域网
使各网段成为不同的冲突域（但仍在同一广播域内）
内部结构
自学习和转发帧
自学习
转发帧
Transparent Bridge
即插即用设备
Spanning Tree
选择一个网桥作为生成树的根
按根到每个网桥的最短路径构成生成树
拓扑结构变化时对生成树进行更新
优点
容易安装
缺点
网络资源利用不充分
Source Route Bridge
在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部
源站以广播方式向目的站发送发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由
发现帧到达目的站就沿各自的路返回源站
源站从所有可能的路由中选择一个最佳路由
凡从源站向目的站发送的帧的首部，都必须携带最佳路由信息
Switch
实质
多接口网桥
全双工方式
最大优点：独享传输介质的带宽
虚拟路由网VLAN
定义
由局域网网段构成的，与物理位置无关的逻辑组
网段具有某些共同的需求
每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符
作用
限制了接收广播信息的工作站数
帧格式
在以太网帧的源地址字段后插入一个VLAN tag（4字节）
functions of Data Link
terminology
Node
host
router
Link
wired link
wireless link
LANs
Frame
functions
Framing & Link access
Reliable deliver between adjacent nodes
Flow control
Error detection
错误产生原因
信号衰减
噪声
接收方检测
通知发送方重传或丢弃
Error correction
where?
adaptor
aka Network Interface Card (NIC)
Ethernet card
PCMCI card
802.11 Card
combination of hardware & software
Error Control
EDC
Error Detection and Correction bits (redundancy)
D
原始数据
Error Detection
用于highly reliable channel
fiber
方法
Single Bit Parity Checking
增加冗余位，使码字中1的个数恒为奇数或偶数
能够检测奇数个比特差错
分类
垂直奇偶校验
水平奇偶校验
Internet Checksum
参照UDP checksum
Cyclic Redundancy Check
特点
实现容易，检错能力强，广泛使用
常使用反馈重传法保证可靠传输
生成方法
双方根据事前约定的r次生成多项式G(x)
最高项和最低项系数为1
r+1个比特位
x^r*K(x)/G(x) = Q(x) + R(x)/G(x)
K(x)为数据码生成的二进制比特序列多项式
R(x)即为校验码
常用生成多项式
CRC-8
x8 + x2 + x + 1
CRC-12
x12 + x11 +x3 + x2 +x + 1
CRC-16
x16 + x15 + x2 + 1
CRC-CCITT
x16 + x12 + x5 + 1
校验
[x^r * K(x) + R(x)]/G(x) = Q(x) + E(x)/G(x)
E(x) = 0 无错
否则 有错
多项式运算
模2运算，即异或运算
码字组成
n位码字 = m位数据码 + r位CRC校验码
检验能力
所有单个错、奇数个错和离散的二位错
所有长度<=r的突发差错
实现
硬件
CRC校验电路
多段移位寄存器
异或门
软件
快速CRC校验软件
Error Correction
用于Error prone chanel
wireless
方法
Two Dimensional Parity Checking
检测并纠正单比特错误
Hamming Codes
可纠正一位错
码字1...n
r个校验位
2^k位置
m个数据位
编码简便法
码字中为1的码字位号表示为二进制，模2求和
解码简便法
码字中为1的码字位号表示为二进制，模2求和
和为0：无差错
和不为0：有差错，且和为差错位号
Local Area Network
broadcast channel
3 characteristics
Restricted in Size
Transmission technology
media
rate
Topology
关键技术
拓扑结构
传输介质
介质访问控制方式
IEEE 802参考模型
逻辑链路控制LLC
保证结点之间数据传输的正确性
主要功能
建立和释放数据链路层的逻辑连接
提供与高层的接口
差错控制
给帧加序号
三种服务
不确认的数据报服务
有确认的数据报服务
可靠的面向连接服务
LLC帧结构
目的地址+源地址+数据
目的地址
128位
最低位（第1位）
0：单个地址（单播）
1：组地址（多播）
全1：广播地址
源地址
128位
最低位（第1位）
0：命令帧
1：应答帧
媒体访问控制MAC
解决多个结点对共享信道的访问问题
主要功能
成帧与拆帧
比特差错检测
寻址
竞争处理
物理层PHY
主要功能
信号的编码与译码
比特的传输与接收
MAC地址/LAN地址
用途
将数据报从一个借口传送到物理上相互连接的另一个接口
48 bit
固化在ROM中
Address Resolution Protocol (ARP)
IP地址 → ARP → 物理地址
物理地址 → RARP → IP地址
ARP cache
每个主机上设有
ARP表
<IP地址;MAC地址;TTL>
原理
A在ARP cache中查看有无B的IP地址
如有，查出B的MAC地址，写入MAC帧，发送
没有，A广播发送ARP请求packet，B向A发送ARP响应packet
注意
ARP解决的是同一个局域网上的地址映射问题
目的主机和源主机在不同局域网，则发给本局域网的一个路由器，转发给另一个网络
为什么不直接使用MAC地址通信？
硬件地址不同
IP地址统一
Ethernet
dominant
cheap NIC
first widely used
simple,cheaper than Token LAN & ATM
keep up with speed race : 10Mbps ~ 10Gbps
Topology
早期：bus
all notes in same Collision Domain
现在：star
中心：switch
nodes do not collide with each other
两个标准
DIX
第一个
DIX Ethernet V2
IEEE802
IEEE 802.3
MAC
前3个字节：机构唯一标识符
后3个字节：网卡厂商自行分配
CSMA/CD
冲突窗口
51.2us
数据传输速率10Mbps
冲突窗口内可以发送512bit（Ethernet的最短帧长度）
随机延迟重发
最大重发次数
16
后退延迟算法
截止二进制指数后退延迟算法
τ = 2^k * R * a
k：min(n,10)，n为冲突次数
R：随机数
a：冲突窗口值
帧结构
帧结构
前导码与帧前定界符
前导码
1010...1010序列
帧前定界符
10101011
用于接收同步阶段
接收后不需要同步，也不计入帧头长度
类型
表示网络层协议
IP → 0x0800
帧校验字段
CRC校验
校验范围：目的地址+源地址+长度+数据等字段
Wireless LAN
IEEE 802.11
MAC层
点协调功能PCF
无争用服务
分布协调功能DCF
争用服务
CSMA/CA
CSMA/CA
帧间间隔IFS (Inter-Frame Space)
S(Short)IFS
PIFS
SIFS + slot
PCF方式
DIFS
PIFS + slot
DCF方式
工作原理
物理层执行信道载波监听功能
信道空闲，源结点等待DIFS，信道仍然空闲，发送一帧，等待ACK帧
目的结点收到正确的帧后，等待SIFS，发送ACK帧
虚拟载波监听Virtual Carrier Sense
源站将要占用的时间通知其他所有站
源站在MAC帧首部的持续时间字段中填入在本帧结束后还要占用信道多少时间
一个站监测到“持续时间”字段，调整Network Allocation Vector
争用窗口
二进制指数退避算法
第i次退避在{0,1,...,2^(2+i)-1}个slot中选一个
Token Ring Networks
IEEE 802.5
工作过程
五种多路访问协议比较
Ethernet接收过程
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