【计网】第五章部分知识点

差错检测和纠错技术

1. 发送方接受的挑战：为避免比特差错，使用差错检测和纠错比特（error-detection and-correction，EDC）来增强数据D。由于传输中比特翻转，到达目的地的EDC’和D’可能不同。

2. 接收方接受的挑战：只接收到D’和EDC’判断D’和初始D是否相同，接收方可能无法知道接收的信息中包含比特差错。

3. 奇偶校验

   1. 单个比特校验：不够健壮。
   2. 二位奇偶校验（two dimensional parity）：包含比特值改变的列和行的校验值都会出现差错。——检测到出错并纠正。
   3. 前向纠错（Forward Error Correction，FEC）：接收方检测和纠正差错的能力。

4. 检验和方法

   1. 互联网检验和（Internet checksum）：数据的两个字节作为16比特的整数对待并求和，这个和的反码形成了携带在报文首部的互联网检验和。
   2. 对检验和方法的评价：分组开销小，差错保护相对较弱。

5. 循环冗余检测

   1. 循环冗余检测（Cyclic Redundancy Check，CRC），也称为多项式编码（polynomial code），将发送的比特传看做是系数为0和1的一个多项式。
   2. CRC编码操作：发送方和接收方首先协商一个r+1比特模式，称为生成多项式（generator），表示为G。要求G的最高有效位为1。对于一个给定的数据D，发送方选择r个附加比特R，并附加到D上，用模2运算正好能被G整除。
   3. CRC差错检测过程：接收方用G除接收到的d+r比特，余数非0则出现差错。

多路访问协议

对于速率为Rbps的广播信道

1. 充分利用资源：当仅有一个结点有数据发送时，该结点具有Rbps的吞吐量
2. 公平：当有M个结点要发送数据时，每个结点的平均吞吐量为R/Mbps
3. 分布式：不会因某主结点故障而使整个系统崩溃
4. 简单：实现不昂贵

CSMA

CSMA/CA 具有碰撞避免的载波侦听多路访问

1. 如果最开始站点监听到信道空闲，则在分布式帧间间隔(DIFS)后发送该帧
2. 否则，选取一个随机回退值并且在监听到信道空闲时递减该值，监听到信道忙时，保持该值不变
3. 计数值减为0时，站点发送整个数据帧并等待确认
4. 若收到确认，则帧已被正确接收

CSMA/CD 具有碰撞检测的载波侦听多路访问

1. 若适配器监听到信道空闲，则传输该帧；若监听到信道忙，则等待到不再监听到后传输
2. 传输过程中，若未监听到其他信号能量，则持续传输直至结束
3. 传输过程中，若监听到其他信号能量，则停止传输，代之以传输48比特的阻塞信号
4. 在中止传输后，适配器进入一个指数后退（exponential backoff）阶段
5. 阻塞信号的目的：确保所有其他正在传输的适配器都意识到此次碰撞
6. 指数后退算法：在帧经受了一连串的n次碰撞后，适配器随机的从{0,1,2,…$2^m$-1}等概率的为K选择一个值，其中m=min（0,10），然后适配器等待K*512比特时间后重新开始传输该帧

MAC

MAC地址为链路层地址，它一般被设计为永久的，无论适配器到哪里都不会发生变化。长度为6字节，如AA-AA-AA-AA-AA-AA

当某适配器要向某些适配器发送一个帧时，发送适配器将目的适配器的MAC地址插入到该帧中，并将该帧发送到局域网(LAN)上

1. 若MAC地址是广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)，则这个帧被局域网上其他所有适配器接收并处理
2. 接收到该帧的每个适配器将检查该帧的目的地址与自己的MAC地址是否匹配：
   1. 如果匹配，则取出数据包，向上层传递
   2. 如果不匹配，则丢弃该帧

链路层为什么需要地址

1. 如果适配器被指派IP地址，适配器将不能支持其他网络层协议
2. 如果使用网络层地址，必须存储在适配器的RAM中，并且每次移动都需要重新配置
3. 如果适配器不使用任何地址，主机将被局域网上发送的每个帧中断

ARP

ARP 地址解析协议。实现网络层地址(IP地址)和链路层地址(MAC地址)之间的转换

同一子网内，发送主机根据目的IP地址，获取目的MAC地址

1. ARP只为同一个子网上的主机解析IP地址
2. 发送主机需要获得目的主机的IP地址对应的MAC地址
3. 每个主机的ARP模块都在它的RAM中有一个ARP表，包含IP地址到MAC地址的映射和生存周期
4. 如果发送主机的APR表中有对应的表项，那么直接获取
5. 如果没有，则发送主机广播一个ARP查询分组，询问子网上所有其他主机和路由器，目的主机的IP地址对应的MAC地址
6. 发送主机的适配器使用MAC广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)来发送这个ARP分组
7. 每个主机的适配器都把该ARP查询分组传递给ARP模块，如果找到匹配的MAC地址，则给查询主机发送一个ARP响应分组
8. ARP响应分组是使用标准帧发送的，目的MAC地址为查询主机，即最初的发送主机
9. 查询主机则更新ARP表，获得MAC地址

发送主机向另一个子网发送帧

1. 发送主机首先获得它的默认网关(第一跳路由器)的MAC地址(使用ARP协议，过程同上)
2. 然后将该MAC地址作为目的MAC地址，发送主机的适配器开始传送该帧
3. 帧到了第一跳路由器后，路由器通过查询转发表决定转发接口，并将转发接口的MAC地址作为源MAC地址，最终目的地MAC地址作为目的MAC地址(如果在同一子网内，使用ARP协议得到)，实现转发

交换机

1. 过滤（filtering）：决定一个帧转发还是丢弃
2. 转发（forwarding）：决定一个帧应该被导向哪个接口，并把该帧移动到接口
3. 过滤与转发都借助交换机表完成：
   交换机表中的一个表项包含：
   1. 主机的MAC地址
   2. 能到达该主机的交换机接口
   3. 表项放置在表中的时间
4. 交换机的工作过程：
   假设具有目的地址DD-DD-DD-DD-DD-DD的帧从交换机接口x到达，交换机用MAC地址DD-DD-DD-DD-DD-DD索引它的表：
   1. 表中没有针对该MAC地址的表项：向除了接口x外的所有接口转发该帧的拷贝（也即广播该帧）
   2. 表中有表项将该MAC地址与接口x联系起来：说明该帧从包括适配器DD-DD-DD-DD-DD-DD的局域网来，此时只需丢弃该帧，执行过滤功能
   3. 表中有表项将该MAC地址与接口y联系起来，且y≠x：转发该帧到与接口y相连的局域网

VLAN

1. 在一个基于端口的VLAN中，交换机的端口由网络管理员划分为组，每个组构成一个VLAN，在每个VLAN中的端口形成一个广播域（即来自一个端口的广播流量仅能到达该组中的其他端口），实现了组的隔离
2. 如果要实现一个交换机上两个VLAN之间的相连，那么将VLAN交换机的一个端口与一台外部的路由器相连，并且将该端口配置为属于相连的两个VLAN
3. 如果是两个交换机之间的VLAN，可以将每台交换机上的一个特殊端口配置为干线端口，以互联这两台VLAN交换机，该干线端口属于所有VLAN，发送到任何VLAN的帧经过干线链路转发到其他交换机

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