主题一 · 比特差错控制方法

1-1 搜集比特差错控制方法有哪些？

什么是差错控制

  • 差错控制是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字消息传输的准确性。

    差错控制包括

  • 差错检测：

  • 前向纠错（FEC）：实时性好，单工通信采用。
  • 自动请求重发（ARQ）：强调检错能力，不要求有纠错能力，双向通道采用。
  • 混合纠错（HEC）
  • 信息反馈（IRQ）

  • …

    差错控制应用

  • 差错控制已经成功地应用于卫星通信和数据通信。

    • 在卫星通信中一般用卷积码或级连码进行前向纠错，而在数据通信中一般用分组码进行反馈重传。
  • 差错控制技术也广泛应用于计算机，其具体实现方法大致有两种：
    • 利用纠错码由硬件自动纠正产生的差错。
    • 利用检错码在发现差错后通过指令的重复执行或程序的部分返回以消除差错。

差错控制方法：

  • 奇偶校验码
    • 垂直奇偶校验码
    • 水平奇偶校验码
    • 水平垂直奇偶校验码
  • 循环冗余码（CRC）
  • 海明码

差错控制方法(奇偶校验码、循环冗余码、海明码).pdf

1-2 网络各层如果使用差错控制方法，分别使用哪种控制方法？

物理层：零比特填充
数据链路层：循环冗余检测
网络层：TCP通过三个简单的工具来完成其差错控制：检验和、确认以及超时。
TCP差错控制包括：
A. 检测并重传受损伤的报文段；
B. 重传丢失的报文段；
C. 丢弃重传的报文段并重传该报文段的ACK；
D. 保证接收缓冲区的报文段按序交给接收端的应用程序。

1-3 分别讲述每种差错控制方法

物理层

数据链路层

网络层

TCP：
1、检验和
每个报文都包含了一个检验和字段，用来检查报文段是否收到损伤。如果某个报文段因检验和无效而被检查出受到损伤，就由终点TCP将其丢弃，并被认为是丢失了。TCP规定每个报文段都必须使用16位的检验和。
2、确认
控制报文段不携带数据，但需要消耗一个序号，它也需要被确认，而ACK报文段永远不需要确认，ACK报文段不消耗序号，也不需要被确认。在以前，TCP只使用一种类型的确认：积累确认。目前有一些TCP实现还采用了选择确认。

  • 积累确认（ACK）

    1. 接收方通告它期望接收的下一个字节的序号，并忽略所有失序到达并被保存的报文段。有时这被称为肯定积累确认或ACK。在TCP首部的32位ACK字段用于积累确认，而它的值仅在ACK标志为1时才有效。

  • 选择确认（SACK）

    选择确认（selective acknowledgment）或SACK。SACK并没有取代ACK，而是向发送方报告了更多的信息。SACK要报告失序的数据块以及重复的报文段块。SACK是作为TCP首部末尾的选项来实现的。

  • 产生确认的情况：

    1. 当A端向B端发送数据报文段时，必须包含（捎带）一个确认，它给出A端期望接收的下一个序号。
    2. 当接收方没有数据要发送，但是收到了按序到达（序号是所期望的）的报文段，同时前一个报文段也已经确认过了，那么接收方就推迟发送确认报文段，直到另一个报文段到达，或经过了一段时间（通常是500ms）。
    3. 当具有所期望的序号的报文段到达，而前一个按序到达的报文段还没有被确认，那么接收方就要立即发送ACK报文段。
    4. 当序号比期望的序号还大的失序报文段到达时，接收方立即发送ACK报文段，并宣布下一个期望的报文段序号。这将导致对丢失报文段的快重传。
    5. 当一个丢失的报文段到达时，接收方要发送ACK报文段，并宣布下一个所期望的序号。
    6. 如果到达一个重复的报文段，接收方丢弃该报文段，但是应当立即发送确认，指出下一个期望的报文段。

3、重传
差错控制机制的核心就是报文段的重传。在一个报文段发送时，它会被保存到一个队列中，直至被确认为止。当重传计时器超时，或者发送方收到该队列中第一个报文段的三个重复的ACK时，该报文段被重传。

  1. RTO重传（超时重传）

发送方TCP的计时器时间到，TCP发送队列中最前面的报文段（即序列号最小的报文段），并重启计时器。在TCP中RTO的值是动态的，它根据报文段的往返时间（RTT）更新。TCP整个连接期间只有一个RTO计时器

  1. 三个重复的ACK报文段（快重传）

三个重复ACK则立即重传丢失的报文段的规则。这一特性称为快重传（fast retransmission），如果针对某个报文段有三个重复的确认（即原始的ACK再加上三个完全一样的副本）到达，那么将立即重传，并重启RTO计时器，而不用等待计时器超时。
4、相关
现在的TCP不会丢弃失序到达的报文段，而是暂时保存下来，并把他们标志为失序，直至缺失的报文段到齐。但是请注意，TCP从来不会把失序的报文段交付给进程。TCP保证数据必须按序交付到进程。

主题二 · CSMA/CD协议

2-1 以太网提供服务是什么？传统10MB采用编码是什么？

1）以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。
差错的纠正由高层来决定。
如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，以太网并不知道这是一个重传的帧。
2）10Mbps传统以太网4B5B码

4B5B was popularized by fiber distributed data interface (FDDI) in the mid-1980s. It was adopted for digital audio transmission by MADI in 1989. and by Fast Ethernet in 1995. [1] AES10-2008（r2019）：AES数字音频工程推荐实践-串行多通道音频数字接口（MADI），音频工程学会 数据取自于维基百科： https://en.wikipedia.org/wiki/4B5B

2-2 简述CSMA/CD工作过程？

先听后说，边听边说，一旦冲突，立即停说，等待时机，然后再说
在发送数据前，先监听总线是否空闲，若总线忙，则不发送；若总线空闲，则把准备好的数据发送到总线上。在发送数据的过程中，工作站边发送边检测总线，看是否自己发送的数据有冲突。若无冲突，则继续发送直到全部数据传完为止；若有冲突，则立即停止发送数据，但是要发送一个加强冲突信号，以便使网络上所有工作站都知道网上发生了冲突，然后，等待一个预定的随机时间，且在总线为空闲时，再重新发送未发完的数据。

2-3 10MB以太网帧长为什么最小是64B？

以太网取51.2 us为争用期的长度。对于10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512bit，即 64字节。

第二次讨论课 - 图1

2-4 10BASE-T 与10BASE-5 10BASE-2 区别是什么？集线器工作原理是什么？

1） 10BASE - T 使用非屏蔽双绞线，最大网段长度为100m
10BASE－2 使用细同轴电缆，最大网段长度为185m。
10BASE－5 使用粗同轴电缆，最大网段长度为500m。
2）在局域网内,集线器是中枢,是为优化网络布线结构、简化网络管理而设计的。
用集线器连接的网络拓扑结构是星形,但内部仍用广播方式工作,因此仍然是总线型网络,应遵守总线型以太网组网规则。
集线器具有信号再生、重新定时以及碰撞检测等功能:当数据信号到达集线器时,集线器先对此信号的幅度和相位失真进行补偿,然后将再生的信号向与集线器相连的其他站点广播,所以在共享集线器下面同一网段的所有机器的网卡都能接收到数据。

2-5-1 网络适配器功能是什么？什么是MAC地址？适配器MAC地址可变么？

（1）适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件
网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）
A．网络适配器的一个重要功能是进行数据串行传输和并行传输的转换。
B．网络适配器中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。
C．要把管理网络适配器的设备驱动程序安装在计算机的操作系统中。
D．网络适配器最重要的功能是实现以太网协议。
（2）MAC地址（英语：Media Access Control Address），直译为媒体存取控制位址，也称为局域网地址（LAN Address），以太网地址（Ethernet Address）或物理地址（Physical Address），它是一个用来确认网路设备位置的位址。在OSI模型中，第三层网路层负责IP地址，第二层资料链结层则负责MAC位址。MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有一或多个网卡，则每个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。
（3）正常情况下不可改变，使用一些软件可以修改
第二个十六进制位可以是2，6，A，E

第二次讨论课 - 图2

2-5-2 网络适配器可以接受哪三种类型的帧

  1. 单播帧及收到的帧的Mac地址与本站的硬件地址相同。（一对一）
  2. 广播帧，即发送给本局域网上所有站点的帧。（一对全体）
  3. 多播帧，即发送给本局域网上一部分站点的帧。（一对多）

    主题三 · 以太网扩展

    3-1 简述以太网扩展方法

  • 在物理层面进行扩展

在物理层进行扩展使用的是集线器,还记得我们讲过的星型局域网吧.一个集线器就就是一个以太网,把几个集线器连在一个主干集线器上,那么这几个以太网就变成一个以太网了.我们借由离散数学中的树的概念来理解一下.顶层的节点视为主干集线器,主干集线器下的节点为普通集线器,普通集线器下的节点为用户.
但是在物理层面进行扩展有一个很大的问题,本来每一个普通集线器节点包括下面的用户就为一个碰撞域(CSMA/CD中的”碰撞检测”),现在由于最顶层的主干集线器,变成了主干集线器,主干集线器下的所有普通集线器包括普通集线器的用户享用一个碰撞域.这意味什么呢,这意味着这个扩张的局域网中的所有人要共同分享这个局域网的速度.例如一个速度有10M/S的以太网,用户有10个,那么每个用户可能只有1M/S的速度(也不一定是平均的)。
优点：

  • 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
  • 扩大了局域网覆盖的地理范围。

缺点：

  • 碰撞域增大了，每一台计算机与另一台计算机通信都要通过主干集线器给所有计算机发送数据，但总的吞吐量并未提高。计算机数量越多效率越低，所以计算机数量不宜超过30台。
  • 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。
    • 在数据链路层进行扩展

在数据链路层进行以太网的扩展使用的是网桥.因为网桥是工作数据链路层,所以它可以根据数据中的目的地址结合自身存储的转发表对数据进行过滤再进行转发,这意味从此你没有在物理层进行扩展时的碰撞域问题.同时这也意味这每一个网桥的两边都是独立的碰撞域。

3-2 使用集线器扩展以太网存在问题？为什么？

  • 可扩展性 - 在集线器网络中，共享带宽是有限的，在不牺牲性能的情况下很难适应网络发展的新的需要。现在的新的技术需要比以前更多的带宽。通常的话，必须要定期的重新设计整个网络才能适应网络增长。
  • 延迟 – 延迟是数据包传送到目的地节点所花费的时间。为了避免传送冲突，那些基于集线器的组成的网络中的每个节点都必须依次等待传输机会才能避免掉冲突，因此当人们需要添加更多节点时，延迟就会明显的加大。或者，如果有人通过网络传输大文件，则其他所有节点都必须等待上一个大文件传送完毕才能发送自己的数据包。工作的时候经常遇到过这种情况-在使用互联网时，突然间整个网络都变慢了。
  • 网络故障 - 在一个典型的网络中，由于网络速度设置的不正确（10 Mbps集线器被设置成100 Mbps）或过度的广播而给附加到集线器的其他设备造成影响。这种可以配置合适的交换机来限制广播级别。

  • 冲突 - 以太网使用CSMA / CD（带冲突检测的载波监听多路访问技术）的过程在网络上进行通信。在CSMA / CD下，除非网络没有流量，否则节点不会发送数据包。如果两个节点同时发送数据包，则会发生冲突并丢失数据包。然后两个节点随机等待一段时间并重新发送数据包。网络中来自两个或多个节点的数据包相互干扰的所有部分都是同一冲突域的一部分。在同一网段上具有大数量节点的网络经常会发生大量冲突，因此也会出现很大的冲突域。

    3-3 简述交换机工作原理与工作过程

    原理：
    1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。
    2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。
    3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。
    4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。

    3-4 交换机与集线器区别是什么？

    集线器工作于物理层，每个端口相当于一个中继器，原理很简单，只对物理电信号放大中继，所有端口同属一个冲突域，主要用来延伸网络访问距离，扩展终端数量。
    交换机工作于数据链路层，它的每个端口相当于一个集线器，原理是根据数据帧头的MAC地址转发帧到合适的端口，每个端口是一个独立的冲突域。

  • [x] 集结器相当于一个大办公区，两个人之间沟通必然会干扰其他人，影响效率，同时也没有私密性。

  • 交换机相当于每个人都在独立的办公室，沟通只需要根据办公室门牌号（MAC地址）找到本人，在办公室私聊就可以了，影响的只是办公室外面走廊（背板带宽）。 |
    | 集线器 | 交换机 | | :—-: | :—-: | :—-: | | 工作层次 | 物理层 | 数据链路层 | | 数据传输方式 | 广播 | 有目的发送 | | 带宽占用 | 共享 | 相对独立 | | 传输模式 | 半双工 | 可以是半双工操作也可是全双工操作 |

3-5-1 使用交换机组建局域网，是否存在冲突域？

不存在冲突域，为了有效避免冲突，局域网中使用交换机（Switch）来分割冲突域。
对网络进行分割的原因是为了分离流量并创建更小的冲突域来使用户获得更高的带宽，否则同一时刻数据太多容易导致网络拥挤形成阻塞。

3-5-2 如果存在广播信号，交换机如何处理？

交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域。

3-6 虚拟局域网概念是什么？功能是什么?

概念

虚拟局域网是一种建构于局域网交换技术(LAN Switch)的网络管理的技术，网管人员可以借此通过控制交换机有效分派出入局域网的数据包到正确的出入端口，达到对不同实体局域网中的设备进行逻辑分群(Grouping)管理，并降低局域网内大量数据流通时，因无用数据包过多导致雍塞的问题，以及提升局域网的信息安全保障。
简单来说：
是指网络中的站点不拘泥物理位置，利用VLAN技术可以将有交换机连接成的物理网络划分成多个逻辑子网。

功能

  • 安全

在虚拟环境下你可以将这个局域网设计得无限复杂，而不需要购买昂贵的硬件设备，这将造成侵入网络的成本变得十分巨大，可以有效防御很多黑客攻击。在某些领域，甚至可以用虚拟网络制造出蜜罐系统（也有人将其称为“陷阱”，但都一个意思），来误导入侵者，进而对入侵者实施反入侵。

  • 测试

这个顾名思义，当我们要对某个大型网络环境进行调整升级，或是某个初学者希望磨练自己的技巧的时候，直接让他们操作真实网络无疑是相当危险的，一旦出现操作失误，将对整个系统带来巨大的损失，所以我们一般会在虚拟环境下进行大量的实验，找到最快，最简单，最不会出错的解决方案后，再到真机上去操作。

  • 云计算和大数据

云计算和大数据都离不开网络，而云计算本身其实就是虚拟化的结果，利用虚拟网络，我们可以让云计算的虚拟环境变得更加逼真，更加高性能。而且跟重要的是，虚拟机之间如果让他们通过后台直接通信的话，这将是十分高成本，且十分危险的，如果能够在虚拟机之间搭建起虚拟的网络，那么通信的成本将被压缩到几乎等于零，并且安全策略也会变得非常简单，使用传统的防火墙和反病毒软件即可。

3-7 100MB以太网标准有哪些？

执行标准是802.3u

Fast Ethernet was introduced in 1995 as the IEEE 802.3u standard and remained the fastest version of Ethernet for three years before the introduction of Gigabit Ethernet. The acronym GE/FE is sometimes used for devices supporting both standards.

100BASE-FX

100BASE-FX是光纤上的快速以太网版本。100BASE-FX物理相关介质（PMD）子层由FDDI的PMD定义，因此100BASE-FX与10BASE-FL（光纤上的10 Mbit / s版本）不兼容。
100BASE-FX仍用于不需要更高速度的现有多模光纤安装，例如工业自动化工厂。

100BASE-LFX

100BASE-LFX是一个非标准术语，用于指代快速以太网传输。它与100BASE-FX非常相似，但是通过使用在1310 nm波长上运行的Fabry-Pérot激光发射器可以在一对多模光纤上达到4-5 km的更长距离。1300 nm处每km的信号衰减约为850nm损耗的一半。

100BASE-SX

100BASE-SX是TIA / EIA-785-1-2002中标准化的基于光纤的快速以太网版本。它是100BASE-FX的低成本，短距离替代产品。由于使用的波长更短（850 nm），支持的距离更短，因此100BASE-SX使用了较便宜的光学组件（LED代替了激光器）。
由于100BASE-SX使用与10BASE-FL相同的波长（光纤上的10 Mbit / s以太网版本），因此可以与10BASE-FL向后兼容。成本和兼容性使100BASE-SX成为从10BASE-FL升级和不需要长距离传输的用户的有吸引力的选择。

100BASE-LX10

100BASE-LX10是802.3ah-2004条款58中标准化的基于光纤的快速以太网版本。它在一对单模光纤上的覆盖范围为10 km。

100BASE-BX10

100BASE-BX10是802.3ah-2004条款58中标准化的基于光纤的快速以太网版本。它使用光复用器在同一根光纤上将TX和RX信号分成不同的波长。它在单模单根光纤上的延伸距离为10 km。

100BASE-EX

100BASE-EX是非标准的，但业界公认的术语是指快速以太网传输。它与100BASE-LX10非常相似，但是由于比在1310 nm波长激光器上运行的LX10更高的光学质量，因此在一对单模光纤上可以实现长达40 km的更长距离。它有时被称为LH（长途），并且很容易与100BASE-LX10或100BASE-ZX混淆，因为供应商之间对-LX（10），-LH，-EX和-ZX的使用不明确。

100BASE-ZX

100BASE-ZX是一个非标准的，但多供应商的术语，指的是使用1,550 nm波长的快速以太网传输，以在单模光纤上实现至少70 km的距离。一些供应商规定单模光纤（有时称为100BASE-EZX）的最大距离为160公里。超过80 km的范围在很大程度上取决于所用光纤的路径损耗，特别是衰减系数（以dB / km为单位），连接器/配线架和位于收发器之间的接头的数量和质量。

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