更新网络层

Computer-Network/2-data-link-layer.md

@@ -459,10 +459,14 @@ GBN会一次性将在发送窗口内的$n$个帧一个个全部发送完，然
 + 检测冲突：如果发送冲突，接收方就会检测到差错然后不予确认，发送方在一定时间内收不到确认就判断冲突。
 + 解决冲突：超时后等待随机时间重传。
 
+假设网络负载（$T_0$时间内所有站点发送成功的和未成功而重传的帧数）为$G$，则纯$ALOHA$网络的吞吐量（$T_0$时间内成功发送的平均帧数）为$S=Ge^{-2G}$。当$G=0.5$时极大，$S=0.5e^{-1}\approx0.184$。
+
 #### 时隙ALOHA协议
 
 把时间划分为若干个相同的时间片（时间槽），所有用户只能在时间片的开始时刻同步接入网络信道，若发生冲突则必须等到下一个时间片开始的时刻再发送。
 
+假设网络负载（$T_0$时间内所有站点发送成功的和未成功而重传的帧数）为$G$，则间隙$ALOHA$网络的吞吐量（$T_0$时间内成功发送的平均帧数）为$S=Ge^{-G}$。当$G=1$时极大，$S=e^{-1}\approx0.368$。
+
 ![时隙ALOHA][SA]
 
 ### CSMA协议
@@ -656,6 +660,8 @@ $LAN$使用广播信道。
 + $IEEE802.8$：$FDDI$的光纤技术规范。
 + $IEEE802.11$：无线局域网WLAN的介质范文控制协议与物理层技术规范。
 
+$802.3$局域网简称为以太网。
+
 ### MAC子层与LLC子层
 
 $IEEE802$标准将局域网的数据链路层分为逻辑链路层$LLC$子层与介质访问控制$MAC$子层。
@@ -676,20 +682,36 @@ $MAC$负责数据帧的封装卸装，帧的寻址和识别，接收与发送，
 + $DIX\,Ethernet\,V2$：第一个局域网产品（以太网）规约。
 + $IEEE802.3$：$IEEE$指定的第一个$IEEE$的以太网标准，帧格式有所不同。
 
-### 10BASE-T以太网
+### 以太网类型
+
+参数|1OBASE5|10BASE2|1OBASE-T|10BASE-FL
+:--:|:-----:|:-----:|:------:|:-------:
+传输媒体|基带同轴电缆（粗缆）|基带同轴电缆（细缆)|非屏蔽双绞线|光纤对（850nm）
+编码|曼彻斯特编码|曼彻斯特编码|曼彻斯特编码|曼彻斯特编码
+拓扑结构|总线形|总线形|星形|点对点
+最大段长|500m|185m|100m|2000m
+最多结点数目|100|30|2|2
+
+对于$10BASE-T$以太网
 
 + $10$表示传输速率为$10Mb/s$，$BASE$表示传输基带信号，$T$代表使用双绞线。现在一般采用无屏蔽双绞线（$UTP$）。
 + 网络拓扑物理上是星型，逻辑上是总线型，每段双绞线最长为$100m$。
 + 采用曼彻斯特编码。
 + 使用$CSMA/CD$介质访问机制。
 
+当速率大于$100Mb/s$时就可以称为高速以太网。
+
+1. $100BAST-T$以太网：在双绞线上传输$100Mb/s$基带信号的星型拓扑以太网，仍使用$IEEE802.3$的$CSMA/CD$协议。支持全双工与半双工，可以全双工方式工作下无冲突。所以全双工方式下不使用$CSMA/CD$协议。
+2. 吉比特以太网：在光纤或双绞线上传送$1Gb/s$信号。支持全双工与半双工，可以全双工方式工作下无冲突。所以全双工方式下不使用$CSMA/CD$协议。
+3. $10$吉比特以太网：在光纤上传送$10Gb/s$信号。只支持全双工，无冲突，所以不使用$CSMA/CD$协议。
+
 ### 适配器与MAC地址
 
 + 计算机与外界局域网的连接通过通信适配器完成，过去通过单独网络接口卡即网卡$NIC$实现。
 + 适配器上与处理器和存储器，包括$RAM$和$ROM$。
-+ $ROM$上有计算机硬件地址$MAC$地址。
++ $ROM$上有计算机硬件地址，称为介质访问控制$MAC$地址。
 + 在局域网中，硬件地址又被称为物理地址或$MAC$地址。
-+ $MAC$地址是全球唯一的$48$位二进制适配器地址，前$24$位代表厂家（$IEEE$规定），后$24$位由厂家指定，常用$6$个十六进制表示。
++ $MAC$地址是全球唯一的$48$位二进制适配器地址，即$6$个字节，一般用连字符或冒号分隔的$12$个十六进制数表示。前$24$位代表厂家（$IEEE$规定），后$24$位由厂家指定。
 
 ### 以太网MAC帧
 
@@ -697,26 +719,39 @@ $MAC$负责数据帧的封装卸装，帧的寻址和识别，接收与发送，
 
 ![MAC帧格式][MACformat]
 
-+ 物理层会插入前导码，包括前同步码与帧开始定界符两个部分。
-+ 类型表示$IP$数据报的类型。
-+ 数据最小值为$46$是因为以太网最小帧长为$64$字节，所以数据最小就是$64-6-6-2-4=46$字节。
-+ 以太网帧没有结束定界符是因为以太网采用曼彻斯特编码，如果与数据必然是电压变化的，而如果电压没有变化就代表已经结束，所以不需要结束定界符。
+以太网帧附加信息$18B$，规定帧最短为$64B$，所以数据最短为$46B$，规定数据部分最长为$1500B$，所以以太网帧最长为$1518B$。
+
++ 物理层会插入前导码，用于接收端与发送端时钟同步。包括前同步码（用于快速实现$MAC$帧的比特同步）与帧开始定界符（表示后面的信息就是$MAC$帧）两个部分。
++ 地址即$MAC$地址。
++ 类型表示$IP$数据报的类型，表示数据应该交给哪个协议实体处理。。
++ 数据最小值为$46$是因为$CSMA/CD$算法规定以太网最小帧长为$64$字节，所以数据最小就是$64-6-6-2-4=46$字节，最长为$1500$字节。数据包括高层的协议信息。
++ 填充用于帧长太短来填充到$64$字节，所以长度为$0\sim46$字节。
++ $FCS$：校验范围从目的地址到数据端末尾，采用$32$位循环冗余码$CRC$，但是不用校验$MAC$帧的前导码。
++ 以太网帧没有结束定界符是因为以太网采用曼彻斯特编码，如果与数据必然是电压变化的，而如果电压没有变化就代表已经结束，所以不需要结束定界符。但是$MAC$帧也要加尾部。
 
 与$IEEE802.3$的区别：
 
 1. 第三个字段是长度/类型。
 2. 当长度/类型字段小于$0x0600$时，数据字段必须装入$LLC$子层。
 
-### 高速以太网
-
-当速率大于$100Mb/s$时就可以称为高速以太网。
-
-1. $100BAST-T$以太网：在双绞线上传输$100Mb/s$基带信号的星型拓扑以太网，仍使用$IEEE802.3$的$CSMA/CD$协议。支持全双工与半双工，可以全双工方式工作下无冲突。
-2. 吉比特以太网：在光纤或双绞线上传送$1Gb/s$信号。支持全双工与半双工，可以全双工方式工作下无冲突。
-3. $10$吉比特以太网：在光纤上传送$10Gb/s$信号。只支持全双工，无冲突。
-
 ## 无线局域网
 
+### 有固定基础设施
+
+用于有固定基础设施的无线局域网。使用星型拓扑。其中心位接入点$AP$。
+
+无线局域网最小构建是基本服务集$BBS$。一个基本服务集包括一个基站和若干移动站。
+
+$BSSID$（基本服务集$ID$）不超过$32$字节，代表基站的$MAC$地址。
+
+一个基本服务集覆盖的地理范围称为一个基本服务区$BSA$。
+
+一个$BSS$可以独立也可以通过$AP$连接到一个分配系统$DS$然后连接到另一个$BSS$，构建一个扩展服务集$ESS$。$ESS$通过门桥为无线用户提供以太网的接入。
+
+### 无固定基础设施
+
+称为自组网络，没有$AP$，而是一些平等状态的移动站相互通信构成的临时网络。因此都具有路由器的功能。
+
 ### IEEE802.11的MAC帧头格式
 
 ![IEEE802.11的MAC帧头格式][WLANMAC]
@@ -730,12 +765,17 @@ $MAC$负责数据帧的封装卸装，帧的寻址和识别，接收与发送，
 
 ![MAC帧头格式表格][WLANMACtable]
 
-$BSSID$（基本服务集$ID$）代表基站的$MAC$地址。
-
 ## 广域网
 
 $WAN$的通信子网主要使用分组交换技术，达到资源共享的目的。
 
+ |广域网|局域网|
+:----:|:----:|:----:
+覆盖范围|很广，通常跨区域|较小，通常在一个区域内
+连接方式|结点之间都是点到点连接，但为了提高网络的可靠性，一个结点交换机往往与多个结点交换机相连|普遍采用多点接入技术
+OSI参考模型层次|三层：物理层，数据链路层，网络层|两层：物理层，数据链路层|
+着重点|强调资源共享|强调数据传输
+
 ### PPP协议
 
 点对点协议是使用最广泛的面向字节的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般使用$PPP$协议。
@@ -754,6 +794,7 @@ $WAN$的通信子网主要使用分组交换技术，达到资源共享的目的
 + 网络层地址协商：需要知道通信双方的网络层地址。
 + 数据压缩协商：传输数据时需要对数据进行压缩。
 + 无需支持多点线路：只用满足点对点就可以了。
++ 两端可以连接不同的网络层协议。
 
 #### PPP协议的组成
 
@@ -830,6 +871,12 @@ HDLC协议|面向比特|没有|有编号和确认机制|可靠|只支持比特
 
 ### 网桥（Bridge）
 
+多格以太网通过网桥连接后就形成了更大的以太网，原来的每个以太网就是一个网段。
+
+可以互联不同的物理层、不同的$MAC$子层及不同速率的以太网。
+
+网桥工作在数据链路层的$MAC$子层。
+
 当网桥收到一个帧时，不会广播此帧，而是先检测该帧的目的$MAC$地址，然后确定转发到哪一个接口或丢弃（过滤）。
 
 #### 网桥的优点
@@ -839,11 +886,19 @@ HDLC协议|面向比特|没有|有编号和确认机制|可靠|只支持比特
 3. 提高了可靠性。
 4. 可互联不同物理层、不同$MAC$子层和不同速率的以太网。
 
+#### 网桥的缺点
+
+1. 增加时延。
+2. $MAC$子层没有流量控制功能（流量控制需要编号机制，而编号机制在$LLC$子层）。
+3. 不同$MAC$子层的网段连接需要帧格式转换。
+4. 适用于少数据量的局域网，否则会出现广播风暴。
+
 #### 网桥的种类
 
-透明网桥：指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一个即插即用的设备。通过自学习的方式来寻找和更新路径。
-
-源路由网桥：在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。源站以广播的方式向欲通信的目的站发送多个发现帧，目的站再根据每一个发现帧的路径发送响应帧，从而以枚举的方式获得最优路径。
++ 透明网桥：指以太网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，是一个即插即用的设备。通过自学习的方式来寻找和更新路径。
++ 源路由网桥：在发送帧时，把详细的最佳路由信息（路由最少/时间最短）放在帧的首部中。源站以广播的方式向欲通信的目的站发送多个发现帧，目的站再根据每一个发现帧的路径发送响应帧，从而以枚举的方式获得最优路径。
++ 使用源路由网桥可以利用最佳路由。若在两个以太网之间使用并联的源路由网桥，则还可使通信量较平均地分配给每个网桥。采用透明网桥时，只能使用生成树，而使用生成树一般并不能保证所用的路由是最佳的，也不能在不同的链路中进行负载均衡。
++ 透明网桥和源路由网桥中提到的最佳路由并不是经过路由器最少的路由，而可以是发送帧往返时间最短的路由，这样才能真正地进行负载平衡，因为往返时间长说明中间某个路由器可能超载了，所以不走这条路，换个往返时间短的路走。
 
 ### 交换机（Switch）
 
@@ -855,12 +910,40 @@ HDLC协议|面向比特|没有|有编号和确认机制|可靠|只支持比特
 
 存储转发式交换机：将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃。延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换。
 
+#### 交换机的特点
+
++ 以太网交换机的每个端口都直接与单台主机相连（普通网桥的端口往往连接到以太网的一个网段)，并且一般都工作在全双工方式。
++ 以太网交换机能同时连通许多对端口，使每对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。
++ 以太网交换机也是一种即插即用设备（和透明网桥一样)，其内部的帧的转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。
++ 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，因此交换速率较高。以太网交换机独占传输媒体的带宽。
+
+使用交换机后带宽总容量会变为原来的$N$倍，$N$为端口数。
+
+#### 交换方式
+
++ 直通式交换机：
+  + 只检查帧的目的地址，这使得帧在接收后几乎能马上被传出去。
+  + 这种方式速度快，但缺乏智能性和安全性，也无法支持具有不同速率的端口的交换。
++ 存储转发式交换机：
+  + 先将接收到的帧缓存到高速缓存器中，并检查数据是否正确，确认无误后通过查找表转换成输出端口将该帧发送出去。
+  + 如果发现帧有错，那么就将其丢弃。
+  + 存储转发式的优点是可靠性高，并能支持不同速率端口间的转换。
+  + 缺点是延迟较大。
+
+### 交换机与网桥
+
+1. 网桥的端口一般连接局域网，而交换机的端口一般直接与局域网的主机相连。
+2. 交换机允许多对计算机同时通信，而网桥仅允许每个网段上的计算机同时通信。
+3. 网桥采用存储转发进行转发，而以太网交换机还可以采用直通方式进行转发，且以太网交换机采用了专用的交换结构芯片，转发速度比网桥快。
+
 ### 冲突域与广播域
 
 + 冲突域：在以太网中，如果某个$CSMA/CD$网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突（即同一时间只能一台主机发送信息），那么这个$CSMA/CD$网络就是一个冲突域（$collision\,domain$）。如果以太网中各个网段以集线器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。（一个数据链路层设备的接口一个冲突域）
 + 广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。即如果一个站点发出一个广播信号，那么所有能接收到该信号的设备范围就是一个广播域。（一个网络层设备一个广播域）
 + 网段：指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质、中继器、集线器等）能直接通信的一部分。
 
+一个网段就是一个冲突域，一个局域网就是一个广播域。
+
  |能否隔离冲突域|能否隔离广播域
 :----:|:-----------:|:-----------:
 物理层设备|否|否

Computer-Network/3-network-layer-ex.md

@@ -0,0 +1,2 @@
+# 网络层
+

Computer-Network/3-network-layer.md

@@ -2,19 +2,19 @@
 
 ## 基本概念
 
-主要任务是将分组从源端发送到目的端，未分组交换网上的不同主机提供通信服务。
+主要任务是将分组从源端发送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
 
-### 传输单位
+<!-- ### 传输单位
 
 1. 应用层的传输单位是报文。
 2. 传输层的传输单位是报文或报文段。
 3. 网络层的传输单位是IP数据报或分组。
 4. 数据链路层的传输单位是帧。
-5. 物理层的传输单位是比特流。
+5. 物理层的传输单位是比特流。 -->
 
 ### 网络层功能
 
-1. 路由选择域分组转发（最佳路径）。
+1. 路由选择与分组转发（最佳路径）。
 2. 异构网络互联。
 3. 拥塞控制：若网络所有结点都来不及接收分组，而要大量丢弃分组的话会使网络处于拥塞状态，所以就需要控制这种拥塞。（开环控制：在拥塞之前就提前设计解决；闭环控制：在拥塞时自动调整解决问题）