计算机网络自顶向下(第七版)-第六章知识总结

1.数据链路层提供的服务。
  • 成帧。 (网络层数据报经链路传送前,链路层协议将其用链路层帧封装起来)
  • 链路接入。 (MAC协议规定了帧在链路传输的规则。链路的一段仅有一个发送方,另一端只有一个接收方的点对点链路)
  • 可靠交付。 (保证无差错地经链路层移动每个网络数据报)
  • 差错检验和纠正。
2.多路访问协议作用及分类;理想的多路访问协议;纯ALOHA和时隙ALOHA效率如何?

多路访问协议
作用:节点通过这些协议来规范它们在共享的广播信道上的传输行为。
分类:信道划分协议、随机接入协议和轮流协议。

理想的多路访问协议:
(1)当仅有一个节点发送数据时,该节点具有R bps的吞吐量;
(2)当有M个节点发送数据时,每个节点吞吐量为R/M bps;(每个节点在一定时间间隔内应有R/M的平均速率)
(3)协议是分散的;(不会因某个主节点故障而使整个系统崩溃)
(4)协议是简单的,实现不昂贵。

纯ALOHA(非时隙、高度分散):
最大效率为 1/(2e)=0.185

时隙ALOHA(高度分散的):

  • 当只有一个节点时可以全速R连续传输;
  • 一个给定节点传输的概率为p,节点成功传送的概率为 p(1-p)^(N-1),N个节点任意一个发送成功的概率 Np(1-p)^(N-1)。(这个协议最大效率为 1/e=0.37,是纯ALOHA两倍)
3.CSMA协议原理;局域网及拓扑结构;以太网;以太网的MAC协议CSMA/CD、CSMA/CA。

载波侦听多路访问(CSMA):

  • 说话之前先听。(这被称为 载波侦听 ,即一个节点在传输前先听信道)
  • 如果与他人同事开始说话,停止说话。(这称为 碰撞检测 ,即当一个传输节点在传输时一直在侦听此信道)

具有碰撞检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD):(CSMA/CA为无线的协议)
(1)适配器从网络层一条活的数据报,准备链路层帧,并将其放入帧适配器缓存中。
(2)如果适配器真听到信道空闲,它开始传输帧。如果听到信道正在忙,它将等待,直到侦听到没有信号能量时才开始传输帧。
(3)在传输过程中,适配器监视来自其他使用该广播信道的适配器的信号能量的存在。
(4)如果适配器传输整个帧而未检测到来自其他适配器的信号能量,该适配器就完成了该帧;若检测到其他适配器的信号能量,将终止传输。
(5)终止传输后,适配器等待一个随机量,然后返回步骤2。

当传输一个特定帧时,在该帧经历n次碰撞后,节点随机地从{0,1,2,…,2^(n-1)}中选择一个K值。(经历的碰撞越多,K选择的间隔越大)对于以太网,一个节点等待的实际时间量是 K*512 比特时间(即发送512比特进入以太网所需时间量的K倍),n的最大值在10以内。

4.链路层编址;MAC地址;ARP的工作原理与作用。

链路层地址有三种称呼:LAN地址、物理地址、MAC地址。

MAC地址:

  • 不是主机或路由器具有链路层地址,而是它们的适配器(即网络接口)具有链路层地址。
  • MAC地址长度为6字节,共有2^48可能的MAC地址。
  • MAC地址通常被设计为永久。
  • MAC广播地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF

ARP(地址解析协议):

  • 作用:将一个IP地址解析为一个MAC地址。

  • 工作方式:每台主机和路由器在其内存中具有一个ARP表,这张表包含IP地址到MAC地址的映射关系。

  • ARP分组有四个字段:源IP、MAC,目的IP、MAC。

  • 查询ARP报文在广播帧中发送,而响应ARP报文在一个标准帧中发送。

  • ARP表是自动建立的,不需要管理员配置。

5.集线器、交换机、路由器的功能和特点。

集线器:是一种物理层设备,它作用于各个比特而不是作用于帧。当一个比特到达一个接口时,重新生成该比特,将其 能量强度 放大后向其他所有接口传输出去。(若同时从两个不同的接口接收到帧,将出现一次碰撞,生成该帧的节点必须重新传输该帧)

交换机:是第二层的分组交换机,使用MAC地址转发分组的存储转发分组交换机。是即插即用的;交换机对于广播风暴不提供任何保护措施,即如果某主机出了故障并传输出没完没了的以太网广播帧,该交换机将转发所有这些帧,是以太网崩溃。

路由器:第三层的分组交换机,使用网络层IP地址转发分组的存储转发分组交换机。不是即插即用的;对第二层的广播风暴提供防火墙保护。

补充知识:
单工,半双工和全双工有何区别:

计算机网络自顶向下(第七版)-第六章知识总结_第1张图片

  • 单工数据传输只支持数据在一个方向上传输;在同一时间只有一方能接受或发送信息,不能实现双向通信,举例:电视,广播。
  • 半双工数据传输允许数据在两个方向上传输,但是,在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信;在同一时间只可以有一方接受或发送信息,可以实现双向通信。举例:对讲机。
  • 全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,因此,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力;在同一时间可以同时接受和发送信息,实现双向通信,举例:电话通信。

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