计算机网络-自顶向下方法-复习

端系统和网络核心 协议端系统和网络核心 协议 处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机 这些主机又称为端系统处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机 这些主机又称为端系统 end system 网络核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性 使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通网络核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性 使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通 信 即传送或接收各种形式的数据 信 即传送或接收各种形式的数据 在网络核心部分起特殊作用的是路由器 router 路由器是实现分组交 换 packet switching 的关键构件 其任务是转发收到的分组 这是网络核心部分最重要的功能 注 分组交换主要有两类 一类叫做路由器 一类叫作链路层交换机一类叫做路由器 一类叫作链路层交换机 两者的作用类似 都是转发分组 不同点在于转发分组所依据的信息不同 路由器根据分组中的路由器根据分组中的 IP 地址转发分组地址转发分组 链路层交换机根据分组中 的目的 MAC 地址转发分组 用于网络核心的交换技术主要有两种 用于网络核心的交换技术主要有两种 电路交换 circuit switching 分组交换 packet switching 协议 protocol 是通信双方共同遵守的规则 主要用于指定分组格式以及接收到每个分组后执行的动作 两种基本的服务两种基本的服务 1 面向连接的服务 面向连接的服务 保证从发送端发送到接收端的数据最终将按顺序 完整地到达接收端保证从发送端发送到接收端的数据最终将按顺序 完整地到达接收端 面向连接服务的过程包括连接建立 数据传输和连接释放 3 个阶段 在数据交换之前 必须先建立连接 数据交换结束后 必须终止这个连接 传送数据时是按序传送的 有握手信号 由有握手信号 由 tcp 提供 提供可靠的流量控制和拥塞控制提供 提供可靠的流量控制和拥塞控制 2 无连接服务 无连接服务 对于传输不提供任何保证对于传输不提供任何保证 在无连接服务的情况下 两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接 因此其下层的有关资源不需要 事先进行预定保留 这些资源将在数据传输时动态地进行分配 无连接服务的特点是无握手信号 由无连接服务的特点是无握手信号 由 udp 提供 不提供可靠的流量控制和拥塞控制提供 不提供可靠的流量控制和拥塞控制 因而是一种不可靠 的服务 称为 尽最大努力交付 面向连接服务并不等同于可靠的服务 面向连接服务时可靠服务的一个 必要条件 但不充分 还要加上一些措施才能实现可靠服务 目前目前 Internet 只提供一种服务模型 只提供一种服务模型 尽力而为尽力而为 无服务质量功能 无服务质量功能 通讯介质及特点通讯介质及特点 导向传输媒体 双绞线 同轴电缆 光纤 非导向传输媒体 无线电通讯 1 双绞线 Twisted Pair Copper Wire 抗电磁干扰 模拟传输和数字传输都可以用 2 同轴电缆 Coaxial Cable 广泛用于闭路电视中 容易安装 造价较低 网络抗干扰能力强 网络维护和 扩展比较困难 电缆系统的断点较多 影响网络系统的可靠性 3 光纤 Fiber Optics 传输损耗小 抗雷电和电磁干扰性好 保密性好 体积小 质量轻 4 无线电通讯 Radio 用无线电传输 优点 通讯信道容量大 微波传输质量高可靠性高 与电缆载波 相比 投资少见效快 缺点 在传播中受反射 阻挡 干涉的影响 延时分类延时分类 1 传输时延 传输时延 发送时延 发送数据时 数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间 也就是从发送数据帧的第一个比特算起 到该 帧的最后一个比特发送完毕所需的时间 2 传播时延 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间 信号传输速率 即发送速率 和信号在信道上的传播 速率是完全不同的概念 3 处理时延 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间 4 排队时延 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信 量 2 注注 排队延迟是节点延迟中最复杂 也是最有趣的部分 之所以最有趣 指目前或多研究工作就是针 对排队延迟来进行的 包括调度算法 缓存策略等 排队延迟与网络设备的负载状况密切相关 不同分组 所经历的排队延迟会随着负载的变化而变化 分组交换分组交换 数据被分成一个一个的分组 每个分组均携带目的地址 网络并不为 packet 传输在沿途 packet switches 上预 留资源 packet switches 为每个 packet 独立确定转发方向 与电路交换不同与电路交换不同 链路 交换机 路由器等资源被多个用户所共享 交换机在转发一个分组时的速度为其输 出链路的 full 速度速度 1 每个端到端的数据流被划分成分组 packet 用户的分组可共享网络资源 每个分组使用全部的链路带宽 资源在必要时才使用 2 在路由器上存储转发 分组一次移动一个步跳 等到整个分组到达完毕后 再进行转发 3 在突发性数据传输过程中表现优异 资源共享 无须事先建立连接 4 过度拥塞 导致分组延迟和丢失 需要协议来保障可靠的数据传输 拥塞控制 注 分组交换一般采用存储转发存储转发技术 分组在分组交换机中会经历一个排队排队 queuing 延迟延迟 排队延迟排队延迟与交 换机的忙闲有关 大小可变 如果分组到达时缓存已满 则交换机会丢掉一个分组 分组交换网络有两大分组交换网络有两大 类类 1 Datagram 数据报 网络 2 Virtual Circuit 虚电路网络 TCP IP 的体系结构的体系结构 1 层次 功能 层次之间的关系 2 每层数据包的名称 3 每层地址 4 接口 协议 服务 至上而下分为 应用层 包含大量应用普遍需要的协议 如 HTTP FTP SMTP DNS 等 应用传递的数据包叫做报文 传输层 负责从应用层接收消息 并传输应用层的 message 到达目的后将消息上交给应用 传输层的数据 包叫做 segment 段 此层协议有 TCP UDP 网络层 源 Host 的传输层协议负责将 segment 交给网络层 网络层负责将 segment 传输到目的 host 的传输 层 网络层的数据包叫做 datagram 数据报 此层协议有 IP 链路层 网络层负责在源和目的之间传递数据 链路层负责将 packet 从一个节点传输到下一个节点 链路 层传输数据的单位叫做 Frame 帧 此层协议有 Ethernet WiFi PPP 协议 物理层 Link 层负责将一个 Frame 从一个 Node 传递到下一个 Node 物理层负责将 Frame 中的每一位 bit 从链路的一端传输到另一端 物理层传输数据的单位叫做 bit 比特 数据报的名称功能层次之间的关系每层地址 5应用层Message 报文支持网络应用不同的应用有 不同的地址 4传输层Segment 报文段负责应用进程间的通讯端口号 3网络层Datagram 数据段从源到目的地数据报的路由Ip 地址 2数据链路层Frames 帧相邻节点之帧转发网卡地址 1物理层无数据包比特转发 一层嵌到另一层 每一层次都从 上层的导数据 加上首部信息形 成新的数据单元 将新的数据单元 传递给下一层 无 互联网是个异常复杂的系统 包括硬件软件 包括应用 协议 端系统 不同种类的通信介质 路由器 交 换机等 Internet 的体系结构也采用的分层结构 Internet 的每一层也是利用本层或下层功能为上层提供一 种或多种服务 应用层的地址不止有 IP 地址还有端口号 传输层 网络层为 IP 地址 链路层 物理层的地址为 MAC 地址 接口在两层之间 协议是同层之间的 服务是下层为上层提供的 3 应用结构 应用结构 C S 和和 P2P C S 客户服务器方式所描述的是进程之间的服务和被服务的关系 客户是服务的请求方 服务器是服 务的提供方 Client Server 的好处是系统管理容易 问题是 Server 容易成为系统的 bottleneck 瓶颈 P2P 中 1 没有在 C S 中处于中心地位的 Server 所有 Host 的地位平等 叫做 Peers 因此这种系统 也叫 Peer to Peer 2 P2P 中没有必须 always on 的服务器 并且 peer 可以随时更换自己的 IP Gnutella 是 Pure P2P 的一 个很好的例子 3 P2P 的最大好处是系统可扩展性系统可扩展性 scalability 强强 由于每个 peer 既是 Server 又是 Client 随着系统 中 Peer 的数量增多 系统的处理能力越强 4 P2P 的问题是可管理性 由于系统是完全分散的 无中心的 管理起来极其困难 常见的应用 服务要求和底层协议常见的应用 服务要求和底层协议 部分网络应用的要求 应用数据丢失宽带时间敏感 文件传输不能丢失弹性不 电子邮件不能丢失弹性不 Web 文档不能丢失弹性 几 kb s 不 实时音频 视频容忍丢失音频 几 kb s 视频 10kb s 5mb s 是 100ms 存储音频 视频容忍丢失同上是 几秒 交互游戏容忍丢失 几 kb s 10kb s 是 100ms 即时讯息不能丢失弹性是和不是 流行的因特网应用及其应用层协议和下面的运输协议 应用应用层协议下面的运输协议 底层协议 电子邮件Smtptcp 远程终端访问telnettcp Webhttptcp 文件传输ftptcp 远程文件服务器NfsUdp 或 tcp 流媒体通常专用 如 real networkUdp 或 tcp 因特网电话通常专用 如 dlalpad典型 udp HTTP 通讯超文本传输协议通讯超文本传输协议 HTTP 主要规定了主要规定了 message 的结构和的结构和 client 和和 server 交换交换 message 的方式的方式 1 B S 的通讯过程 无状态 2 流水线协议和非流水线协议 3 持续和非持续方式 4 代理服务器 cookie 一 1 浏览器首先建立与服务器的 TCP 连接 2 连接建立起来后 浏览器和服务器就向 从接口发送 接收 HTTP 的消息 借助 TCP 的 reliable data transfer HTTP 知道消息肯定会到达对方 这就是协议分层的好处 HTTP 是一种 stateless 无状态 协议协议 server 不保存任何不保存任何 client 的任何状态信息的任何状态信息 如果如果 server 在很短的时间在很短的时间 内从内从 browser 接收到对某个接收到对某个 object 的两次请求的两次请求 server 就会发送两次 response 2 非流水线方式 客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求 这比非持续连接的两倍 RTT 的开销节 省了建立 TCP 连接所需的一个 RTT 时间 但服务器在发送完一个对象后 其 TCP 连接就处于空闲状态 4 浪费了服务器资源 流水线方式 客户在收到 HTTP 的响应报文之前就能够接着发送新的请求报文 一个接一个的请求报文到 达服务器后 服务器就可连续发回响应报文 使用流水线方式时 客户访问所有的对象只需花费一个 RTT 时间 使 TCP 连接中的空闲时间减少 提高了下载文档效率 3 1 非持续连接 建立一次 TCP 连接 browser 和 server 通过此连接只传输一个 request 消息和一个 respond 消息 2 持续连接 建立一次 TCP 连接 browser 和 server 通过此连接可以传输多个 request 消息和多个 respond 消息 传输层的作用传输层的作用 传输层位于网络层和应用层之间 是网络分层模型的核心 传输层负责运行在不同 Host 上应用进程之间的 通信 UDP 的服务特点的服务特点 UDP 是一种无连接的 轻量级传输层协议 提供了最最健的服务模型 没有连接 直观上就应该比 TCP 更 高效 1 不可靠的数据传输 不可靠的数据传输 发送端将数据 Push 入 UDP Socket 后 UDP 并不保证数据最终会到达接收端 即使到达也不保证是按序到达 2 没有没有 congestion control 机制机制 发送方可以以任意的速率向网络中发送数据 不管网络的拥塞状况 但发送的数据可能最终到达不了接收方 产生丢包 优点 优点 1 应用可更好控制何时发送何种数据 无须建立连接 UDP 可尽快将消息发给网络层 TCP 可能需要重传 在规定时间内没有到达的 Segment UDP 没有建立连接所引入的延迟 这可能是 DNS 选择 UDP 而不是 TCP 的最主要原因 2 实现简单 UDP 因为是无连接的 Host 因而无须维护连接状态 实现简单 3 头部开销小 UDP 的 Segment 头部字段共 8 个字节 而 TCP 的头部共包括 20 个字节 可靠性传输原理可靠性传输原理 可靠性传输原理是由 rdt1 0 rdt2 0 rdt2 1 rdt2 2 rdt3 0 一步步累加而来的 rdt1 0 接收方无返回确认信息 rdt2 0 接收方进行检错 并发送 ACK 或 NAK 反馈给发送方 rdt2 1 加入序列号 0 和 1rdt2 2 接收方不再发 NAK 而将 ACK 中加入序列号 rdt3 0 发送方引入定时器 以上都是停等式 stop and wait 协议为了解决为了解决 stop and wait 协议低效问题的方法非常简单 就是允许发送协议低效问题的方法非常简单 就是允许发送 方可以在等待方可以在等待 Receiver 的的 ACK 之前连续发送多个分组 这种技术叫做流水线 之前连续发送多个分组 这种技术叫做流水线 流水线技术对可靠数据传输协议的影响 1 更大的序列号范围 连续发送的并且是还没有得到 ACK 的多个分组必须要有唯一的序列号 否则引起 混乱 2 Sender 和 Receiver 方需要存储空间来缓存分组 对于 Sender 来说 需要缓存已经发送出去但还没有得到 ACK 的分组 为了实现按序递交 接收方一般也需要存储空间 序列号的范围和 Buffer 的大小取决于传输层协议如何相应分组丢失 差错以及过度延迟分组的方式 解决流水线的差错恢复有两种基本方法 回退 N 步 Go Back N 和选择性重传 Selective Repeat GBN Go Back N 允许发送方发送 N 个分组而无需确认 流水线中最多有 N 个等待确认消息的分组 允许使用的序列号范围可以看作是长度为 N 的一个窗口 随着协议的运行 这个窗口在序列号空间内向前 滑动 因此这种协议也叫滑动窗口协议 sliding window protocol 在此系统中 一个分组或其 ACK 的丢失可 能造成 GBN 重传太多的分组 当信道差错率逐渐变大 信道会被不必要的重传分组所塞满 SR Selective Repeat 选择性重传就是 Sender 只重传那些出现错误的分组 而不是窗口中的所有分组 5 TCP 的服务特点 流的概念的服务特点 流的概念 TCP Transmission Control Protocol 传输控制协议 是一种面向连接的协议 即数据传输之前要经过三 次握手建立一条全双工连接 然后才能进行真正的数据传输 TCP 除了是一种面向连接的协议外 还提供可靠的 按需到达的字节流数据传输 流控和拥塞控制 无头无尾 连续不断 面向字节流 TCP 不采用停等式的传输 而用流水线的方式 且序列号是根据数据段的第一个字节填 写的 TCP 的流量控制原理的流量控制原理 流量控制 flow control 就是让发送方的发送速率不要太快 既要让接收方来得及接收 也不要使网络 发生拥塞 实现方式 实现方式 利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制 定义定义 主要是为避免低速端系统不至于被对端发送的数据所淹没 基本机制是缓冲 流量控制的基本思想比较简单 即 TCP 的 Sender 维护一个叫做接收窗口 Receiver windows 的变量 指 示接收方空闲的缓存大小 发送方最多背靠背发送 RcvWindow 个字节 以免淹没接收方 连接建立时接收方开辟大小为 RcvBuffer 的缓存 应用进程不断从 Buffer 中读取数据 利用 LastByteRead 和 LastByteRcvd 分别 Las 记录最后读取的字节和最后收到字节的序列号 则 LastByteRcvd LastByteRead 就是在 Buffer 中应用还未读取的数据 则 RcvWindow RcvBuffer LastByteRcvd tByteRead 为 空闲的 Buffer 大小 TCP Segment 的头部中包含叫做 Receive Window 的头部字段 通知发送方自己的空闲 Buffer 大小 发 送方限制自己已经发送的但还未收到 ACK 的数据不超过接收方的空闲 Buffer 尺寸 这样 加上那些已经发 送了 ACK 但还未被应用读取的数据后的总量便可小于总的 Buffer 大小 TCP 连接建立和拆除的过程连接建立和拆除的过程 TCP 的连接建立过程是 首先由 Client 进程发起 服务器确认 客户再确认 其中前两次 segment 中没有数 据 而第三次中可以携带数据 TCP 的连接建立过程也叫三次握手 TCP 的连接拆除过程是 首先由 Client 进程发 FIN 给服务器 服务器确认 服务器再发 FIN 给 Client Client 确认 四次握手 在发送完最后的 ACK 后 发起连接拆除方需要等待一段时间 以便在 ACK 丢失时 拆除方可以重新发送 ACK 一般等待 30s TCP 的拥塞控制原理的拥塞控制原理 TCP 拥塞控制的基本思想 避免网络进入一种叫做 Gridlock 的状态 即检测到网络出现拥塞状况时降低自 己的发送速度 具体实现时需要考虑三个问题 1 如何降低发送速率 2 如何检测网络拥塞 3 利用什么样的算法来减低发送速度 1 如何降低发送速率 CongWin 是限制发送速率的主要因素发送速率 rate CongWin RTT bytes Sec 因此 通过调整 CongWin 可以控制发送端的发送速率 2 如何检测网络拥塞 超时 收到对某个分组的三次重复确认消息 ACK 则认为网络出现拥塞 此时 TCP 降低自己的发送速率 3 利用什么样的算法来减低发送速度 TCP 的拥塞控制算法主要包括三部分 1 加性增 乘性减 Additive Increase Multiplicative Decrease AIMD 2 慢启动 3 对超时事件的反应 6 IP 地址地址 我们把整个因特网看成为一个单一的 抽象的网络 IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机 或路 由器 分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符 采用点分十进制进行表示 每一类地址都由两 个固定长度的字段组成 其中一个字段是网络号 net id 它标志主机 或路由器 所连接到的网络 而 另一个字段则是主机号 host id 它标志该主机 或路由器 A 类地址 net id 为 8 位 host id 为 24 位 B 类地址 net id 为 16 位 host id 为 16 位 C 类地址 net id 为 24 位 host id 为 8 位 目前 Internet 中的 IP 地址分配策略为 CIDR classless inter domain routing 无类域间路由无类域间路由 CIDR 将 32 位的 IP 地址分为两部分 子网地址和主机地址子网地址和主机地址 地址的表示方式为 a b c d x x 表示子网地址的长 度 这样 IP 地址的高 x 位为网络号 低 32 x 位为网络内部的主机号部分 数据报分片数据报分片 1 为什么分片 为什么分片 2 怎样分片 怎样组装 怎样分片 怎样组装 3 在哪里分片和组织 在哪里分片和组织 1 不同链路层协议能够携带的最大传输单元 MTU 不同 为了将超长的 ip 分组挤到链路层分组的有效载荷 字段 源发送的某个分组可能需要在某个路由器处分割成多个更小的分组 fragment 片片 以便能够封装在 Frame 中 某个分组的所有片需要在将其交给传输层协议之前进行重组 根据端到端原则 分片的重组由端系统完成 根据端到端原则 分片的重组由端系统完成 而不是由路由器完成而不是由路由器完成 端系统的 网络层协议收到 fragment 后 根据其头部携带的 identification 标识 flag 分片标志 以及 fragment offset 片偏移量 等字段信息来对片进行排序 重组等 属于某个分组的所有 fragments 具有相同的 identifier 根据 flag 和 offset 字段的值判断时都收到了所有的 fragment 并对他们进行排序 当一个分组的一个或多个 Fragment 没有收到 目的端系统将丢弃这个分组的目的端系统将丢弃这个分组的 所有已经收到的所有已经收到的 Fragment 3 在路由器里分组在终端系统里组装 NAT 协议协议 网络地址转换 NAT Network Address Translation 属接入广域网 WAN 技术 是一种将私有 保留 地址转 化为合法 IP 地址的转换技术 它被广泛应用于各种类型 Internet 接入方式和各种类型的网络中 原因很简 单 NAT 不仅完美地解决了 lP 地址不足的问题 而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击 隐藏并保护 网络内部的计算机 ICMP 协议协议 ICMP 是 Internet Control Message Protocol Internet 控制报文协议 它是 TCP IP 协议族的一个子协议 用 于在 IP 主机 路由器之间传递控制消息 控制消息是指网络通不通 主机是否可达 路由是否可用等网络 本身的消息 这些控制消息虽然并不传输用户数据 但是对于用户数据的传递起着重要的作用 ICMP 的用途包括 1 ping 源端发送 type 8 code 0 的 ICMP 消息 目的端发送 type 0 code 0 的响应 2 源抑制机制 实际中没有使用 目的是拥塞控制 3 Trace route 跟踪主机到主机的路由 TraceRoute 利用 ICMP 报文来实现 常用校验技术常用校验技术 常用的检错机制包括 奇偶校验奇偶校验 校验和校验和 checksum 和循环冗余检验码循环冗余检验码 CRC 1 位奇偶校验奇偶校验可能是最简单的检错方法 假设带发送的数据 D 有 d 位 在偶校验偶校验方案中只需附加一位 7 校验信息 其值应使得 d 1 位中 1 的个数为偶数 奇校验奇校验校验位的值应使得 d 1 位中 1 的个数为奇数奇数 1 位 奇偶校验方案中 发送方和接收方的处理都比较简单 接收方只需要数 d 1 位信息中 1 的个数 对于偶校 验方案 如果 d 1 位中有奇数个 1 则至少至少有 1 位发生了错误 精确地说有奇数位信息在传输过程中发生了精确地说有奇数位信息在传输过程中发生了 错误错误 但是 如果其中有偶数偶数个位位信息发生了错误 奇偶校验奇偶校验方案将无法检测出错误的发生 1 位奇偶校验奇偶校验方法能够检测到单个单个位错误 但没有办法纠正错误 Internet 校验和的基本思想是 校验和的基本思想是 发送方 Checksum 的计算规则 1 segment 按 2 字节为单位进行分组 奇数字节的 segment 最后补一个全为 0 的字节 checksum 字段 初值为 0 2 计算所有 2 字节数的和 进位加在和的后面 3 将计算得到的和按位求反 得到 checksum 接收方的规则 1 如果计算所得的和不是全为 1 则 Segment 在传输过程中发生了错误 否则 2 认为没有发生错误 TCP IP 中 TCP 和和 UDP 对包括头部和数据的信息求校验和对包括头部和数据的信息求校验和 IP 只对头部信息求校验和 CRC 叫做循环冗余检测编码 叫做循环冗余检测编码 也叫做多项式编码多项式编码 polynomial code 多项式编码多项式编码基于将位串看成是系数为将位串看成是系数为 0 或或 1 的多项式的多项式 一个一个 k 位位串可以看作是从位位串可以看作是从 xk 1 到到 x0 的多项式的系的多项式的系 数序列数序列 此多项式的阶数为阶数为 k 1 如 110001 有 6 位 表示成多项式 x5 x4 x0 此多项式为 5 阶阶多项式 CRC 的基本思想是 设设 d 位长的位串位长的位串 D 附加长度为 附加长度为 r 的校验和的校验和 R 则实际传输的位串长度为则实际传输的位串长度为 d r 将校 验和 R 附加在位串 D 的尾部 计算校验和 R 使带校验和的位串的多项式能被生成多项式被生成多项式除尽 当接收方 收到带校验和的位串时 用用 G 去除它去除它 如果有余数 则传输出错 多项式按模模 2 运算规则运算规则进行运算 即 加法不进位 减法不借位 加法 减法与异或运算的结果相同 加法不进位 减法不借位 加法 减法与异或运算的结果相同 CRC 中 发送方和接收方必须事先商量好一个发送方和接收方必须事先商量好一个 r 阶的叫做生成多项式阶的叫做生成多项式 Generator 的的 G r 1 位位模式 并且其最高位和最低位必须为 1 计算校验和的算法如下 1 设 G 为 r 阶 则在待带传输位串的后面添加 r 个 0 使位串变为 d r 位 则相应的多项式为 D 2r 2 按模 2 除法用 D 2r 除以 G 3 余数即为校验和 R CRC 这里有个计算这里有个计算 Yangzhou University 2525 5 2 Error Detection and 5 2 Error Detection and CorrectionCorrection 3 Cyclic Redundancy Check Example Example D D 101110 G G 1001 r r 3 and T T D 000D 000 101110000000 T T D RD R 101110011011 CRC can detect all burst errors less thanless than r 1 bitsr 1 bits CRC 32 international standard 100000100110000010001110110110111 MAC 的两种方式以及的两种方式以及 CSMA CD 多路访问协议可以如下描述 多路访问协议可以如下描述 1 是一种控制共享信道在节点之间共享的分布式算法 2 利用信道本身进行信道共享的协商 通信 控制信息传输采用带内机制 多路访问控制协议可以大致分为三类 1 信道划分协议 8 2 随机访问协议 3 轮转协议 随机访问协议随机访问协议 每个节点如果有数据发送 总是以信道的全速率发送每个节点如果有数据发送 总是以信道的全速率发送 但多个节点同时发送会引发碰撞 此时节点将重传数据 直到数据无碰撞地到达接收端 此时节点将重传数据 直到数据无碰撞地到达接收端 随机访问协议中 如果发生碰撞 节点可能需要延迟一段时间再重新发送数据 而延迟时间的大小是随机延迟时间的大小是随机 的 并且每个节点独立地选择这个延迟时间的 并且每个节点独立地选择这个延迟时间 因而这类协议叫做随即访问协议 轮转协议主要有两大类 1 轮询协议 轮询协议 网络中存在一个主节点 主节点以循环方式询问其他每个节点 例如 主节点通知节点 1 可以发送的最大信息量 在节点 1 传输完毕后 主节点通知节点 2 可以发送的最大信息量 依次类推 轮 询协议可以消除碰撞的可能 并能避免随机协议中的空闲时隙问题 可以获得很到的信道利用率 不过 轮询协议存在如下缺点 1 轮询延迟 轮询延迟 2 单点故障问题单点故障问题 2 令牌协议 令牌协议 网络没有主节点 网络中按某种固定次序传递叫做 Token 令牌 的 Frame 节点只有获得令 牌后才能发送 Frame 并且 节点只有在有数据要发送的情况下才能有持有令牌 否则将立即将令牌传向下 一个节点 同时 一个节点在获得令牌后可以发送的最大信息量固定 令牌协议的缺点包括 令牌协议的缺点包括 令牌传递开 销 延迟 单点故障 令牌的丢失与恢复 CSMA 载波侦听多路访问 中 节点在传输 Frame 之前侦听信道 如果信道空闲时才开始发送整个 Frame 不过 CSMA 中的节点在开始发送 Frame 后就要发送整个 Frame 不管在该 Frame 的发送过程中有没有碰 撞产生 CSMA CD 与 CSMA 类似 节点在发送数据之前首先侦听信道 如果信道忙 则延后一段时间继续侦听信 道 直到信道空闲才能开始发送 另外 CSMA CD 节点在发送 Frame 的同时继续侦听信道 如果检测到碰 撞 则立即中止 Frame 的发送 CSMA CD 对 CSMA 的改善是显而易见的 CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detect 载波监听多路访问 冲突检测 carrier sense multiple access collision detect 设备准备发送数据以前先检查载波 信道的介质访问机制 如果在特定的时间周期内没有检测到载波 设备就可以发送数据 如果两个设备同 时发送 就发生了冲突 冲突会被所有的冲突设备检测到 这种冲突会导致在随机的时间延迟之后从这些 设备重新发送 ARP 协议协议 地址解析协议 Address Resolution Protocol 的工作是从 IP 地址得到对应的 MAC 地址 每个主机的 ARP 模块维护 ARP 表 ARP 表的结构一般为 其中 TTL 指 示表项从开始创建到从表中删除的时间 同一个子网内部的 ARP 处理过程 1 主机 A 构造一个 ARP 查询消息 向子网内所有主机广播 消息中包含欲解析主机 B 的 IP 地址 2 主机 B 收到 ARP 查询消息后 向 A 回答自己的 MAC 地址 ARP 表是自动生成的 无须手工操作 同时 ARP 表也起着 Cache 的作用 HUB 交换机的区别 交换机的区别 集线器 HUB 本质上是一个物理层设备 它作用于单个 bit 而不是 Frame Hub 将收到的信号进行再生和 放大 并广播所收到的每一位 由于 Hub 工作在物理层 所以它没有实现 CSMA CD 要靠主机中的网络适配器来检测冲突 Hub 可以收集信息 提供一定的网络管理功能 比如 将一个故障站点断开连接 交换机是数据链路层设备 利用存储转发机制处理 Frame 交换机收到一个 Frame 后 检查其中的目的 MAC 地址 查找本地 MAC 地址表来决定 Frame 的出口 当 Frame 被转发到一个 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