介质访问控制

静态划分信道（信道划分介质访问控制）

频分多路复用FDM

时分多路复用TDM

波分多路复用WDM

码分多路复用CDM

动态分配信道

随机访问MAC协议

ALOHA协议

  • 基本思想：不监听信道，想发就发。

    CSMA协议（先听再说）

  • 基本思想：发送帧之前监听信道，结果为：

    • 信道空闲：发送完整帧；
    • 信道忙：推迟发送，对于推迟的程度划分如下：
      • 1-坚持CSMA：一直监听直到空闲后马上传输；
      • 非坚持CSMA：等待一个随机时间后再进行监听；
      • p-坚持CSMA：监测空闲则以 p 概率直接传输，以 1-p 概率等下一个时间槽再传输，忙则等随机时间后再监听。

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CSMA/CD协议（先听再说，边听边说）

  • 基本思想：边发送边监听，发生碰撞则通过截断二进制指数规避算法选择重传时机；
  • 主机最多经过两倍的总线端到端传播时延发现发生碰撞，故只要经过 2τ 的时间还没检测到碰撞故这次发送不会发生碰撞；
  • 最小帧长 = 数据传输速率 * 2τ；

  • 以太网规定最短帧长为 64B。

    CSMA/CA协议

  • 基本思想：发送数据前先检测信道是否空闲：

    • 空闲，则向接收方发送 RTS ，接收端收到后响应 CTS，发送端收到 CTS 后开始发送数据帧，接收端收到数据帧后通过 CRC 检验数据，正确则相应 ACK 帧；
    • 忙则等待；

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轮询访问MAC协议

  • 既不产生冲突，又能发送时占全部带宽

    轮询协议

  • 基本思想：主节点通过轮流发送数据帧访问从属节点是否发送数据。

    令牌传递协议

  • 基本思想：通过一个令牌（特殊格式的MAC控制帧）控制信道使用，确保同一时刻只有一个结点独占信道。

  • 物理星型拓扑，逻辑环形拓扑。

局域网基本概念和体系结构

局域网

  • 简称 LAN，使用广播信道共享信道；

    拓扑结构

  • 星型拓扑

  • 总线型拓扑（最优）
  • 环形拓扑

  • 树形拓扑

    传输介质

  • 有线局域网：双绞线、同轴电缆、光纤

  • 无线局域网：电磁波

    介质访问控制方法

  • CSMA/CD：常用于总线型局域网；

  • 令牌总线：常用与总线型局域网；

  • 令牌环：常用与环形局域网。

    分类

  • 以太网：应用最广泛局域网；

  • 令牌环网：物理星形拓扑结构，逻辑环形拓扑结构；
  • FDDI网：使用光纤作为传输介质；
  • ATM网；

  • 无线局域网（WLAN）：采用 IEEE 802.11 标准。

    IEEE 802 现有标准

  • IEEE 802.3：以太网介质访问控制协议；

  • IEEE 802.5：令牌环网的介质访问控制协议；
  • IEEE 802.8：光纤技术咨询组；

  • IEEE 802.11：无线局域网的介质访问控制；

    MAC子层和LLC子层

  • IEEE 802 标准所描述的局域网参考模型只对应 OSI 参考模型的数据链路层与物理层，将数据链路层划分为逻辑链路层 LLC 子层和介质访问控制 MAC 子层。

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  • LLC 子层：为网络层提供服务，负责识别网络层协议；
  • MAC 子层：负责数据帧的封装/卸装、接收与发送等；

    以太网

  • 是一种基带总线局域网规范，使用 CSMA/CD 技术；
  • 两个标准：DIX Ethernet V2、IEEE 802.3；
  • 提供无连接、不可靠的服务：
    • 无连接：发送方与接收方无握手过程；
    • 不可靠：接收方不向发送方进行确认，差错帧直接丢弃；
  • 以太网拓扑：逻辑上总线型，物理上星型；

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10 BASE-T 以太网

  • 传输速度为 10Mb/s，传送的是基带信号，传输介质是无屏蔽双绞线；
  • 物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型；
  • 采用曼彻斯特编码；

  • 采用 CSMA/CD 介质访问控制。

    适配器和 MAC 地址

  • 计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的；

  • MAC 地址：每个适配器的标识，常用 6 个 16 进制数表示；

    以太网的 MAC 帧

  • 常用的 MAC 帧格式：

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高速以太网

  • 速率 >= 100Mb/s 的以太网称为高速以太网；

    100 BASE-T 以太网

  • 在双绞线上传送 100Mb/s 基带信号的星型拓扑以太网，使用 IEEE 802.3 的 CSMA/CD 协议，支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。

    吉比特以太网

  • 在光纤或双绞线上传送 1Gb/s 信号，支持全双工与半双工，可在全双工方式下工作而无冲突。

    10 吉比特

  • 在光纤上传送 10 Gb/s 信号，只支持全双工，无争用问题。

    IEEE 802.11

  • 无线局域网通用的标准；

  • 802.11 的 MAC 帧头格式：

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PPP协议 & HDLC协议

广域网

  • 覆盖物理层、数据链路层与网络层，局域网只覆盖物理层与数据链路层；
  • 应用如互联网 Internet；

  • 广域网中的数据链路层协议：PPP 协议与 HDLC 协议

    PPP 协议

  • 只支持全双工链路；

  • 简单：对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制；
  • 封装成帧：帧定界符；
  • 透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据照样传送；
  • 差错检测：错则丢弃；
  • 实现功能：①一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法；②链路控制协议LCP ：身份验证，建立并维护数据链路连接；③网络控制协议NCP ：不同的网络层协议都要一个相应的 NCP 来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接；

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HDLC 协议

  • HDLC 的站：
    • 主站：发送命令帧、接收响应帧；
    • 从站：接收由主站发来的命令帧，向主站发送响应帧；
    • 复合站：既能发送又能接收命令帧和响应帧；
  • 三种数据操作方式：
    • 正常响应方式：从站经过主站同意后进行数据传输；
    • 异步平衡方式：各站地位平等，每个站都可以对别的站点进行数据传输；
    • 异步响应方式：从站可不经过主站同意进行数据传输；

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链路层设备

物理层扩展以太网

  • 通过集线器扩大冲突域内主机数量，弊端是提高了冲突概率；

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链路层扩展以太网

网桥

  • 根据 MAC 帧目的地址进行转发和过滤，检查帧目的 MAC 地址，转发到指定接口，或者是丢弃（过滤）；

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  • 可以互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率的以太网；

  • 可分为：①透明网桥：以太网上的站点不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，通过自学习算法开展工作；②源路由网桥：发送帧时，把详细的最佳路由信息放在帧的首部；

    交换机

  • 又称多端口网桥，可独占传输媒体总带宽；

    交换方式

  • 直通式交换机：只检查目的帧 MAC 地址，延迟小，可靠性低，不支持具有不同速率的端口交换；

  • 存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，检查正确则转发，错误则丢弃，延迟大，可靠性高，支持具有不同速率的端口交换；

    冲突域与广播域

  • 冲突域：同一时间内只能有一台设备发送信息的范围；

  • 广播域：站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备范围；

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