二、SDN-计算机网络专项（2）

1、编码

        编码形式：

         以太网使用的编码方式为曼彻斯特编码。

2、信息传输速率

（1）香农定理

        带宽为W（Hz）且有高斯噪音干扰（信噪比S/N）的信道极限信息传输速率为：

        还有，信噪比（dB）=

（2）奈奎斯特定理

        在带宽慰W（Hz）理想低通信道中，不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率为2W（码元/s）。若将码元传输速率换算成信息传输速率，用N表示每个码元的离散状态数目，则一码元携带信息为

则，理想低通信道下的极限信息传输速率为：

3、调制

（1）带通调制方式

• 调幅：ASK
• 调频：FSK
• 调相：PSK
• 正交振幅调制：QAM=ASK+PSK，调幅+调相

（2）调制解调技术

        载波调制是使用载波将基带信号的频率范围搬到较高的频段，并转换为模拟信号，使其更好地在模拟信道中传输。解调器的作用是将模拟信号还原为数字信号。

（3）基带信号是来自信源的未经调制的原始信号。基带信号的调制分为：

• 基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，基带调制的过程也称为编码，常用的基带调制有曼彻斯特编码、不归零编码等。
• 带通调制：使用载波将基带信号搬到较高的频段上，并将其转化为模拟信号，常用的调制方法有：FSK、PSK、QAM等

4、物理层

（1）接口特性：

• 机械特性：各种接口使用的接插件的标准化规范，如连接器形状和尺寸、引脚数目等；
• 电气特性：接口电缆的各条线路上出现的电压范围；
• 功能特性：某条线路上出现的某一电平的电压表示何种意义；
• 过程特性：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

（2）码分多路复用

• 内积为1，代表发送比特1；
• 内积为-1，代表发送比特0；
• 内积为0，代表什么也没发。

（3）物理层设备：

集线器物理结构是星形，逻辑结构是总线型。

5、数据链路层

        （1）数据链路层功能

        具有封装成帧的功能，包含帧定界、帧同步和透明传输。

• 帧同步的存在使得接收方可以从接收到的数据帧中正确判断出帧的开始和结束；
• 封装成帧的方法包括字符计数法、字符填充的首位界符法、比特填充的首位标志法、违规编码法，字符计数法会使用计数字节标识帧包含的字节；
• 数据链路层的链路管理功能包含数据链路的建立、维持和释放；
• 差错控制用以使发送方确认接收方是否正确收到由其发送的数据。

        （2）服务类型

        数据链路层的三种服务类型：

• 无确认的无连接服务：源节点发送数据帧无需建立连接，目的节点收到数据帧无需回发确认；
• 有确认的无连接服务：源节点发送数据帧无需建立连接，但目的节点收到数据帧需回发确认；
• 有确认的面向连接服务：源节点发送数据帧之前先会建立连接，然后再传输数据帧，数据帧传输结束后还会释放之前建立的连接。且在数据帧传输过程中，目的节点收到数据帧时必须回发确认。

         CRC属于检错码，海明码属于纠错码。

        （3）数据链路层协议

        数据链路层的链路主要包括：点对点和广播。

• 点对点链路使用的协议有：PPP协议和HDLC协议，是广域网中常用的协议，均属于面向比特的协议，且不需要通过MAC地址进行寻址。
• 广播链路使用的主要协议有IEEE 802.3（传统以太网协议）、IEEE 802.11（无线局域网协议）等。

        （4）PPP协议

        1）主要由以下三部分组成：

• 封装方法：用来将IP数据报封装到串行链路中；
• 链路控制协议：主要用来建立、拆除和监控PPP数据链路；
• 网络控制协议：主要用来协商在该数据链路上所传输的数据包的格式和类型。

        2）PPP协议的工作状态流程：

• PPP的NCP阶段会使用IPCP报文协商网络层的相关参数，因此Protocol字段取值应为0x8021，该阶段会进行临时地址的获取和冲突地址的检测；
• 只有在认证成功的情况下，PPP的状态才会进入NCP阶段进行网络层参数的协商，网络层参数的协商失败会进入链路终止的状态。

        （5）HDLC协议

        HDLC协议是ISO制定的一种面向比特流的链路层协议，适用于点对点的数据链路层，帧类型有信息帧、监控帧和无编号帧三种，具体功能如下：

• 信息帧：用于传送有效信息或数据；
• 监控帧：用于差错控制和流量控制；
• 无编号帧：提供对链路的建立、拆除以及多种控制功能。

        （6）网卡

        网络适配器也称为网卡，网卡中烧录了全球唯一的MAC地址信息作为身份标识，网卡中的控制单元模块负责将每个数据包封装成数据帧，线路编码器负责对帧进行编码，将数据帧转变为物理层信号。

        （7）数据链路层的子层

• MAC子层：负责接入到传输媒体有关的内容，包括组帧和拆帧、比特差错检测、寻址、竞争处理；
• LLC子层：与传输媒体无关，主要功能是建立和释放数据链路层的逻辑连接、负责与高层的接口、差错控制、给帧加序号。

        动态分配信道的协议（随机接入协议）有：ALOHA协议、CSMA协议、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议。

        （8）ALOHA协议

• 纯ALOHA协议：纯ALOHA协议中任何站点不进行任何检测就发送数据，若发生冲突，站点需要等待一段随机时间后再发送数据，直至发送成功为止。缺点是信道利用率不高。
• 时分ALOHA协议：所有站点时间同步，并将时间划分为等间隔的时隙，规定每个站点只有等到下一个时隙到来才可以发送数据，这一定程度上避免了用户发送数据的随意性，提高了信道的利用率。

        （9）CAMA/CD协议

        CSMA/CD协议属于随机接入协议中的一种，通过争用方式将广播共享信道变为点对点信道，其工作流程可简述为“先听后发，边听边发，冲突停止，随机重发”。主要用于总线型网络中解决冲突问题。

        在10Mb/s的以太网中，CAMA/CD规定的争用期为51.2us，最小帧长为64B.

        （10）MAC

• 源/目的MAC地址长度为6B，48bit。
• MAC地址有单播、组播和广播三种类型，组播和广播MAC地址只能作为目的MAC地址，不可以作为源MAC地址。
• IEEE规定第一字节的最低为bit位为I/G位。当I/G=0，表示单播地址；I/G=1，为组播地址；48bit位为1，为广播地址。

        （11）数据链路层设备

• 网桥：隔离冲突域，网桥一次只能分析和处理一个帧。
• 以太网交换机：本质上是多端口网桥，可以同时分析处理多个帧。交换机的总容量=端口数×每个端口的带宽×2，×2表示全双工模式。

        （12）以太网交换机

        以太网交换机通过查看数据链路层数据帧头部的源MAC地址和目的MAC地址完成数据处理工作，有三种模式：

• 直通交换方式：交换机在接收到帧后，只检查帧的目的MAC地址，不进行缓存和奇偶校验，直接转发到目的端口；
• 存储转发交换方式：交换机在接受到帧后，先缓存数据帧，再用CRC校验数据帧，校验正确则查表转发；
• 准直通转发方式：交换机在得到数据帧的前64B后转发，对于小于64B的数据帧，交换机不进行转发。

      交换机的三种处理行为：

• 泛洪：交换机从某端口收到数据帧后，从除了接收端口外的所有工作端口转发；
• 转发：交换机从某端口收到数据帧后，从除了接收端口外的某个其他端口转发；
• 丢弃：交换机从某端口收到数据帧后直接丢弃。

        （13）流量控制

        流量控制是通过限制发送方发出的数据流量，从而使发生速率不超过接受方接收速率的一种技术，有停止-等待和滑动窗口两种实现方式。

        滑动窗口协议：停止-等待协议、后退N帧（GBN）协议和选择重传协议（SR）协议。

        停止-等待协议的发送窗口和接收窗口均为1；后退N帧协议的接收窗口为1。

        （14）IEEE 802.11协议

        使用IEEE 802.11 系列协议的无线局域网称为wifi，IEEE 802.11 使用星型拓扑，其中心点成为AP，AP就是生活中的家用WIFI，如下图所示：

         基本服务集包括一个AP和若干个移动终端，其中AP就是固定基础设施，BSS是IEEE 802.11规定的最小构件。各移动终端在BSS内进行相互通信，或与BSS外部设备通信时，必须经过BSS的AP。