网络链路可以分成两大类:使用点到点连接和使用广播信道。
广播信道有时也称为多路访问信道(multiacess channel)或者随机访问信道(random access channel)
用来确定多路访问信道的下一个使用者的协议属于数据链路层的一个子层,该层称为介质访问控制(MAC,Medium Access Control)子层。
在一个协议中,站监听是否存在载波(即是否有传输),并据此采取相应的动作,则这样的协议称为载波侦听协议(carrier sense protocol).
1. 坚持载波检测多路访问(CSMA,Carrier Sense Multiple Access):当有一个站要发送数据时,它首先侦听信道,确定但是是否有其他站正在传输数据
2. 非坚持CSMA:如果当前信道正在使用中,则该站并不持续对信道进行侦听,以便传输结束后立即抓住机会发送数据,而是等待一段随机时间,然后重复上述算法。
3. 带冲突检测的CAMA(CSAM/CD, CSMA with Collision Detection).其实经典的以太局域网基础。时间槽宽度为2t.
位图协议:采用基本位图法,每个竞争期正好包含N个槽。顺序标记槽是否自己有数据发送,并按照标记的意愿顺序发送数据。,像这样在实际传送数据之前先广播自己有发送数据愿望的协议,称为预留协议(reservation protocol).其实质是让每个站以预定义的顺序轮流发送一帧。
令牌传递:传递一个令牌(token) 的短消息,该令牌以预定义的顺序从一个站传送到下一个站。也称为令牌总线(token bus).
二进制倒计数(binary countdown):基本为徒协议每个站的开销是一位,不能嗯好扩展到大量的站点,可以通过使用二进制的站地址。如果一个站想要使用信道,就医二进制位的形式广播自己的地址,从高序的位开始。不同站的地址中相同的位在同时发送时被信道布尔或在一起。仲裁规则为,一个站只要看到自己的地址为中的0倍置为1,就必须放弃竞争。该协议有一种特性,高序站的优先级高于低序站。
在广播中获取信道的两种基本策略是:竞争方法和无竞争协议。可以用低负载下的延迟和高负载下 的信道利用率。竞争方法在低负载下,延迟低,但高负载下利用率低。非竞争法刚好相反。
有限竞争协议(limited-contention protocol):在低负载下竞争而提供较短延迟,在高负载下采用无冲突技术从而获得良好的信道利用率。有限竞争将所有的站分成组,只有0号组的成员可以竞争0号时间槽,如果改组中一个成员竞争成功了,则他获得信道。如果该时间槽是空闲的或发生冲突,则一号组的成员竞争1号时间槽,一次类推。
自适应遍历树协议:把站看成二叉树的叶节点
由于竞争者离得太远而导致无法检测到潜在的竞争者的冲突,称为隐匿终端问题。
暴露终端问题:会引起延迟传输
冲突避免多路访问(MACA,Multile Access with Collision Avoidance):基本思想是发送方刺激接收方输出一个短帧以便其附近的站能检测到本次传输。
802.11网络的使用模式分为两种:一、最普遍使用客户端,连接到另一个网络,即接入点(AP,Access Point)关联;二、自组织网络(ad hoc network)
数据链路层分为:介质访问控制(MAC,Medium Access Control)子层,决定如何分配信道,也就是说下一个谁可以发送。在其上方是逻辑链路控制(LLC,Logical Link Control)子层,负责识别网络层协议,然后对它们进行封装。LLC报头告诉数据链路层一旦帧被接收到时,应当对数据包做何处理。
所有的802.11技术都使用短程无线电传输信号,通常在2.4GHz或5GHz频段,其属于ISM频段,无须许可。但限定发射功率小于1w.
802.11a 基于正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)。
802.11n 同时可以使用四根天线发送四个信息流。通过使用多入多出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)通信技术把他们分离开来。多天线的使用带来速度的极大提升,单没有带来更大的覆盖范围和更高 的可靠性。
802.16 全球微波接入互操作性(WiMAX,Worldwide Interoperability for Microwave Access),其采用了2GHz和10GHz频率的OFDM技术。
蓝牙系统的基本单元是一个微网(piconet),微网包含一个主节点,以及10米距离之内至多7个活跃的从节点。在一个房间内可以同时存在多个微网,他们甚至可以通过桥节点连接起来,组成散网(scatternet)
网桥(brige):将多个局域网链接起来,现代名词:交换机。
创建透明网桥的算法:后向学习算法(backward learning),用来组织不需要发送的流量;生成树算法(spanning tree),用来打破交换机线缆连接起来而形成的环路。
1. 学习网桥:有哈希表记录目的地地址和对应的端口。整个转发过程如下:
(1)如果去往目标地址的端口与源端口相同,则丢弃帧。
(2)若不同,转发该帧到目标端口。
(3)目标端口未知,则使用泛洪算法,将帧发送到所有端口上,除了入境的那个。
2.生成树网桥:以MAC地址为标识符,以最低标识符的网桥作为树的根。
集线器与交换机的区别:
1) 在OSI/RM(OSI参考模型)中的工作层次不同
交换机和集线器在OSI/RM开放体系模型中对应的层次就不一样,集线器是同时工作在第一层(物理层)和第二层(数据链路层),而交换机至少是工作在第二层,更高级的交换机可以工作在第三层(网络层)和第四层(传输层)。
2) 交换机的数据传输方式不同
集线器的数据传输方式是广播(broadcast)方式,而交换机的数据传输是有目的的,数据只对目的节点发送,只是在自己的MAC地址表中找不到的情况下第一次使用广播方式发送,然后因为交换机具有MAC地址学习功能,第二次以后就不再是广播发送了,又是有目的的发送。这样的好处是数据传输效率提高,不会出现广播风暴,在安全性方面也不会出现其它节点侦听的现象。
3) 带宽占用方式不同
在带宽占用方面,集线器所有端口是共享集线器的总带宽,而交换机的每个端口都具有自己的带宽,这样就交换机实际上每个端口的带宽比集线器端口可用带宽要高许多,也就决定了交换机的传输速度比集线器要快许多。
4) 传输模式不同
集线器只能采用半双工方式进行传输的,因为集线器是共享传输介质的,这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务,要么是接收数据,要么是发送数据。
路由器与交换机的主要区别:
(1) 工作层次不同
最初的的交换机是工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层,也就是第二层,而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层(数据链路层),所以它的工作原理比较简单,而路由器工作在OSI的第三层(网络层),可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策。
(2) 数据转发所依据的对象不同
交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的,描述的是设备所在的网络,有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中去,一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。
(3) 传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域
由交换机连接的网段仍属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍然需要路由器。
(4) 路由器提供了防火墙的服务
路由器仅仅转发特定地址的数据包,不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送,从而可以防止广播风暴。交换机一般用于LAN-WAN的连接,交换机归于网桥,是数据链路层的设备,有些交换机也可实现第三层的交换。 路由器用于WAN-WAN之间的连接,可以解决异性网络之间转发分组,作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组,然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络,并采用不同协议。相比较而言,路由器的功能较交换机要强大,但速度相对也慢,价格昂贵,第三层交换机既有交换机线速转发报文能力,又有路由器良好的控制功能,因此得以广泛应用。
虚拟局域网(VLAN,Virtual Local Area Network):
虚拟局域网(VLAN)是一组逻辑上的设备和用户,这些设备和用户并不受物理位置的限制,可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来,相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样,由此得名虚拟局域网。VLAN是一种比较新的技术,工作在OSI参考模型的第2层和第3层,一个VLAN就是一个广播域,VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。与传统的局域网技术相比较,VLAN技术更加灵活,它具有以下优点: 网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少;可以控制广播活动;可提高网络的安全性。