1.信道分类

1.1 广播信道

一对多通信，一个节点发送的数据能够被广播信道上所有的节点接收到。

所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞） 。

主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一是使用 CSMA/CD 协议。

1.2 点对点信道

一对一通信。

因为不会发生碰撞，因此也比较简单，使用 PPP 协议进行控制。

2.信道复用技术

2.1 频分复用

频分复用的所有主机在相同的时间占用不同的频率带宽资源。

2.2 时分复用

时分复用的所有主机在不同的时间占用相同的频率带宽资源。

使用频分复用和时分复用进行通信，在通信的过程中主机会一直占用一部分信道资源。

但是由于计算机数据的突发性质，通信过程没必要一直占用信道资源而不让出给其它用户使用，因此这两种方式对信道的利用率都不高。

2.3 统计时分复用 (Statistic TDM)

集中器：连接低速用户，集中数据传输。

STDM帧:

不等长，时隙数小于所连接的用户数
不是固定分配时隙，而是按需分配时隙，可提高线路的利用率。

增加地址信息(a,b,c,d)

由于STDM帧中的时隙不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这将产生额外开销。

异步时分复用——指统计时分复用

同步时分复用——指普通时分复用

2.4 波分复用( WDM)

波分复用就是光的频分复用。

2.5 码分复用CDM

常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）是各用户使用经过特殊挑选的不同码型，在同样的时间使用同样的频带进行通信，但彼此不会造成干扰。

这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

2.5.1 CDMA的原理

在CDMA中，每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。通常m的值是64或者128。

每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列(chip sequence) 。

如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须相互正交。

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
发送比特 0 时，就发送序列 11100100

为了方便，接惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1，S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

若S站信息发送率为b（b/s），则实际数据发送率为mb（Baud），同时S站所占用的频带宽度也提高到原来的m倍。

3.CSMA/CD 协议

CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测。

多点接入：说明这是总线型网络，许多主机以多点的方式连接到总线上。
载波监听：每个主机都必须不停地监听信道。在发送前，如果监听到信道正在使用，就必须等待。
碰撞检测：在发送中，如果监听到信道已有其它主机正在发送数据，就表示发生了碰撞。虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲，但是由于电磁波的传播时延的存在，还是有可能会发生碰撞。

记端到端的传播时延（信道上的传输时间）为 $T$ ，最先发送的站点最多经过 $2T$ 就可以知道是否发生了碰撞，称 $2T$ 为 争用期 。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

当发生碰撞时，站点要停止发送，等待一段时间再发送。

这个时间采用截断二进制指数退避算法来确定。

从离散的整数集合 $\left \{ 0,1,2,...,2^{k}-1 \right \}$ 中随机取出一个数，记作 $r$ ，然后取 $r$ 倍的争用期作为重传等待时间。

4.PPP 协议（point-to-point protocol）

互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网，PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。

4.1 PPP 的帧格式：

F 字段为帧的定界符
A 和 C 字段暂时没有意义
FCS 字段是使用 CRC 的检验序列
信息部分的长度不超过 1500

5.MAC 地址

MAC 地址是链路层地址，长度为 6 字节（48 位），用于唯一标识网络适配器（网卡） 。

一台主机拥有多少个适配器就有多少个 MAC 地址。

例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器，因此就有两个 MAC 地址。

6. 局域网

LAN： local area network

局域网是一种典型的广播信道，主要特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。

主要有以太网、令牌环网、FDDI 和 ATM 等局域网技术，目前以太网占领着有线局域网市场。

可以按照网络拓扑结构对局域网进行分类：

7.以太网

以太网是一种星型拓扑结构局域网。

早期使用集线器进行连接，集线器是一种物理层设备，作用于比特而不是帧，当一个比特到达接口时，集线器重新生成这个比特，并将其能量强度放大，从而扩大网络的传输距离，之后再将这个比特发送到其它所有接口。如果集线器同时收到同时从两个不同接口的帧，那么就发生了碰撞。

目前以太网使用交换机替代了集线器，交换机是一种链路层设备，它不会发生碰撞，能根据 MAC 地址进行存储转发。

7.1 以太网帧格式：

类型：标记上层使用的协议；
数据：长度在 46-1500 之间，如果太小则需要填充；
FCS ：帧检验序列，使用的是 CRC 检验方法；
前同步码：只是为了计算 FCS 临时加入的，计算结束之后会丢弃。

8.交换机

交换机具有自学习能力，学习的是交换表的内容，交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。

正是由于这种自学习能力，因此交换机是一种即插即用设备，不需要网络管理员手动配置交换表内容。

下图中，交换机有 4 个接口，主机 A 向主机 B 发送数据帧时，交换机把主机 A 到接口 1 的映射写入交换表中。为了发送数据帧到 B，先查交换表，此时没有主机 B的表项，那么主机 A 就发送广播帧，主机 C 和主机 D 会丢弃该帧。主机 B 收下之后，查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1，就发送数据帧到接口 1，同时交换机添加主机 B 到接口 3 的映射。

8.虚拟局域网

VLAN:Virtual local area network

虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组，只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息。

例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网，A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到，而其它站点收不到。

使用 VLAN 干线连接来建立虚拟局域网，每台交换机上的一个特殊接口被设置为干线接口，以互连 VLAN 交换机。IEEE 定义了一种扩展的以太网帧格式 802.1Q，它在标准以太网帧上加进了 4 字节首部 VLAN 标签，用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。

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