《计算机通信网》各章知识点总结

网络协议体系

• 计算机网络：自主计算机的互联集合
• 按传输技术网络分为：广播式网络（总线型、环形）、点到点式网络
• 按通信距离网络分为：个域网、局域网、城域网、广域网
• 数字信号：可再生、抗干扰、高数据传输率，但传输衰减大，传输距离短
• 通信方式：单工（广播），半双工（对讲机），全双工（电话、数据通信网）
• 同步：位同步（物理层）、帧同步（数据链路层）、异步传输（群同步异步，一次只传一个字节，又不确定延时）、同步传输（一次传一串字节）
• 多路复用：一条干线同时传多路用户数据
• 垂直分层与流水线：都是分工合作，都有加工行为；网络有对等实体，加工对用户透明，而流水线不存在对等关系，有些没有严格顺序
• 协议：对等实体共同遵守的规则集
• 实体（Entity）：执行协议的活跃元素，可以是硬件或软件
• 对等实体（Peer Entity）：不同系统同层存在通信关系的实体
• 服务访问点（SAP）：为上层提供服务的地方
• 虚通信：各对等层的数据不是直接交付，而是有下层转交
• 透明通信：下层实体对高层实体是透明的
• OSI七层模型：
  • 物理层：比特流的收发、位同步、物理介质驱动
  • 数据链路层：成帧、帧差错检测、帧差错处理（重传）、流量控制（保持两端速率一致）
  • 网络层：路由计算与选择、报文分段重组、拥塞控制、网络组网与互联
  • 传输层：网络通信的分流复用、并发通信的管理、流量控制
  • 会话层：会话管理（多个会话的协调、会话的发起、暂停、结束管理）
  • 表示层：表示、加密、压缩
  • 应用层：各种网络通信的应用
• TCP/IP模型中增强的TCP/UDP完成会话管理，各网络应用实现数据表示

点到点，端到端

• 链路层服务：

  • 有确认的面向连接服务：通信前先建立连接，发送的帧需要确认，适合大量帧传输的场合

  • 无确认的无连接服务：直接发送，无需反馈，简单实时性好，但可靠性不高

  • 有确认的无连接服务：只发送帧，需要反馈确认，用于简单但要求可靠的交互需求

• 帧同步技术：

  • 字节计数法：用长度标志帧，适合异步传输

  • 面向位的首尾定界法：帧首尾添加定界标志F（01111110），帧内连续5个1后添加一个0，适合同步传输

  • 字符填充首尾定界法：帧首尾添加定界标志F（01111110），帧内"F"序列处理：转义符法，双字节变换法（F->xy，x->xz），适合异步传输

  • 物理层违例编码法：在物理层用非正常党的码型界定位置

  • 块传输信道（一次传一帧，帧间有延时）：每个帧有前导和后续系列

  • 校验和法：ATM信元长度固定，计算前四字节的信元头

• 海明距离：两个码字不同位的个数（出错的位数）

  • 检d位错误，需要距离d+1的编码
  • 纠d位错误，需要距离2d+1的编码

• 纠错码：海明编码（纠错码的位置为$2^n$）

• 检错：奇偶校验、循环冗余校验（模2除以生成多项式（异或），将余数填到数据后面，可以检出1位、2位、奇数位和错误长度小于检验和长度的错误）、校验和法（检测不出0的增加或删除，也检测不出被调换的部分）

• 差错控制：

  • 停等协议：全双工信道、确认帧、需要序号

  • 滑动窗口协议：发送窗口（与速率和传播延时有关）、接收窗口（与上层处理速度有关）、根据确认帧移除不需要重传的帧、接收方移除交给上层的帧

• 差错处理：

  • 回退N协议：错误时接收方不应答或发送拒绝帧，发送方收到后或超时则重新发送未确认的帧（可能会重复发送已被接收的帧）
  • 选择性重传协议：错误时接收方累计确认，只让发送方发送错误帧，且暂存错误以后的帧

• 流量控制：RNR（HDLC协议）、减小至关闭接收窗口（TCP协议）

• TCP拥塞控制：慢启动（发窗从1开始，依次翻倍），拥塞避免（发窗增大到上限后逐个增加），拥塞检测（收到3个重复确认视为拥塞），拥塞控制（发窗减半，逐个增加）

共享技术

• 光纤传输：波长有850nm、1300nm、1550nm，双向传输可以使用两根光纤或分频，单模光纤速率高、距离远

• ISM频段：公共使用频段（无需授权），有6.7MHz、433MHz（对讲机）、2.4GHz（无线局域网、蓝牙）、5.8GHz（无线局域网）、61GHz、122GHz

• 频率越高，穿透效果越好，带宽越大，传输速率越大，但衰减越大，传输距离越小，越耗电

• 物理层接口：RS-232（异步传输）、RJ45（块传输，以太网接口）

• 竞争式媒体访问控制协议（MAC技术），适合轻载，发送延时低：

  • ALOHA协议：传输前不监听，想说就说，停等

  • sALOHA协议：传输前不监听，但只能在时隙起始处开始

  • CSMA协议：传输前监听载波，有人说话就持续侦听直到空闲（1坚持、P坚持、0坚持）

  • CSMA/CD协议：传输前监听载波，有人说话就持续侦听直到空闲（0坚持），说话时还要检测冲突（$2\tau$时间），有冲突立即停止，随机后退再侦听，应用于以太网

  • CSMA/CA协议：发送方先发送RTS，接收方收到后发送CTS信号阻止其他站点发送，应用于无线局域网

• 非竞争式协议，适合重载，信道利用率高：

  • 信道申请
  • 令牌环：数据绕环传递、监控站、一个令牌、轮训制

• 以太网最小帧长64字节的历史：

  • 以前系统采用频率转换器，A经过频率转换器才能到B，此时花费$2\tau$时间，因此检测冲突需要$4\tau$时间
  • 标准局域网为2.5Km，10Mbps
  • 因此冲突检测时间为$50\mu s$，且$0.1\mu s$发送1位
  • 要使其边传输边冲突检测，则需要500位数据在传，约为64字节

• 以太网帧：前导码（10101010+违例编码，用于同步），目的（6字节）、源（6字节）、长度/类型（2字节，大于1536为类型）、数据（最长1500字节）、帧检验（4字节）

互联

• 交换技术：

  • 电路交换：源、目之间有专用通路，透明性强

  • 分组交换：分组，存储转发，逐站寻径，适应性强，带宽利用率高；分为虚电路交换（面向连接，分组路径相同，只需携带虚电路号）、数据包交换（无连接，分组都有源和目的，独立寻径）

• 距离矢量算法：路由表的每一项都是一个距离矢量（度量、下一跳），水平分割（收到的信息不再传回去），毒性反转（用路径不可达方式告诉下一跳），收敛慢，容易形成路由环

• 链路状态算法：常用距离或延时作为度量，序号控制（丢弃重复信息），生存时间控制（避免振荡），延迟转发（减少开销）

• 拥塞控制：

  • 流量整形：控制分组的速率，漏桶算法（恒定速率流程）或者令牌桶（入口令牌流恒定）
  • 反馈减速：路由器通知源发抑制分组、目的端通知（路由器加上拥塞标记）、逐跳后压（路由器更多缓存分组，减少发送流量）
  • 负载脱落：丢弃分组

附录