系列目录
更新日志
6.15 物理层的接口特性，修改了部分排版问题
6.17 数据链路层的拥塞控制，补充部分额外英文缩写词
6.21 考纲中明确提到的物理层的信源与信宿；数据链路层的ALOHA协议和令牌传递协议；以及运输层的UDP校验
目录
总结起来一共也就这么些“超纲”的内容啦，几个小时就能看完～
参考书籍
《计算机网络 自顶向下方法》 CS知名大黑书
《计算机网络》谢希仁 考研参考教材
⚠️本文中提到的《计算机网络》谢版指的就是谢希仁老师这本蓝皮书
拓展内容
冷门考点
PS：部分考点其实并不算冷门
应用层(自顶向下)
DASH协议1
全称Dynamic Adaptive Streaming over HTTP，经HTTP的动态适应性流，是一种动态自适应流媒体传输协议 以下是关于DASH协议的详细解析：
- 定义与性质：
- DASH协议是由国际标准组MPEG制定的技术标准，旨在更为有效地将MPEG的媒体通过HTTP协议，以自适应、渐进式、下载或流的方式进行内容分发
- DASH协议无需握手过程，通过HTTP协议动态获取数据，根据客户端自身的网络情况和解码能力选择相应的码率和片段进行播放
- 特点与优势：
- 自适应性：客户端可以根据当前的网络状况和设备性能，选择不同质量级别的媒体分段进行播放，从而确保在不同网络环境下都能提供良好的用户体验
- 兼容性：DASH协议基于HTTP，因此它与现有的互联网基础设施(如CDN)完全兼容，使得内容分发更加灵活和高效
- 灵活性：DASH协议支持各种媒体编码格式，包括H.264、AAC等，为不同设备和平台提供了广泛的支持
- 可扩展性：DASH协议支持多语言字幕、多音轨选择、HDR视频等高级特性，为流媒体服务提供了丰富的功能和用户体验
- 应用场景：
- DASH标准定义了一系列的使用场景，如3D Video、互动3D、动态码率自适应、Peer-2-Peer以及多画面电视等，满足了不同应用场景下的流媒体传输需求
- DASH协议还支持与内容保护技术的结合，确保了流媒体内容的安全性和合法性
- 技术实现：
- DASH协议将音视频流分割成小块(或称为片段)，通过HTTP协议进行传输 客户端根据网络状况和设备性能选择适合的片段进行播放，从而实现了自适应流媒体传输
- DASH协议还使用了MPD(Media Presentation Description)文件来描述流媒体内容的结构和属性，如编码格式、分辨率、码率等 MPD文件使得客户端能够更好地理解流媒体内容，从而做出更准确的播放决策
综上所述，DASH协议是一种高效、灵活且可扩展的流媒体传输协议，能够满足不同应用场景下的流媒体传输需求
运输层
UDP校验
命名以考纲为准
节选自 《计算机网络 自顶向下方法》
- UDP虽然提供差错检测，但无法进行差错恢复
- UDP的某种实现只是丢弃受损的报文段；其他实现是将受损的报文段交给应用程序并给出警告
数据链路层
SDLC/HDLC协议2
SDLC(Synchronous Data Link Control，同步数据链路控制)和HDLC(High-Level Data Link Control，高级数据链路控制) 是网络通信中重要的数据链路层协议，主要用于确保在数据链路层上的可靠传输
SDLC(同步数据链路控制)协议
- 定义：
- SDLC是一个面向比特的同步数据链路控制协议，由IBM公司开发，用于在同步网络上传输数据
- 特点：
- 只支持非平衡链路结构通信，不支持平衡链路结构
- 控制段固定为8个比特
- 数据块为8bit的整数倍
- 帧结构：
- 包括标志字符、地址场、控制场、信息场等
- 标志字符为01111110，用于标识帧的开始和结束
HDLC(高级数据链路控制)协议
- 定义：
- HDLC是由国际标准化组织(ISO)根据IBM的SDLC协议扩展开发而成，是一个在同步网上传输数据、面向位的数据链路层协议
- HDLC是SDLC的超集，提供了更多的功能和灵活性
- 特点：
- 支持平衡和非平衡链路结构通信
- 控制段可以是8位或16位
- 数据块长度可以任意
- 支持全双工传输，具有较高的吞吐率
- 适用于点对点和多点(多路播送或一对多)连接
- 帧结构：
- 与SDLC类似，但具有更灵活的帧格式
- 包括帧起始和结束标志(通常为0x7E或01111110)、地址字段、控制字段、信息字段等
- 重要性：
- HDLC通过定义一套严格的帧结构来实现数据封装和差错检测，确保数据传输的完整性和准确性
- HDLC协议被广泛采用，成为许多高级网络协议(如PPP)的基础
- 工作原理：
- HDLC通过帧起始和结束标志来标识帧的边界，并通过地址字段和控制字段来实现通信控制和差错检测
- 接收方通过搜索特定的标志字符来探知帧的开头和结束，以此建立帧同步
总结来说，SDLC和HDLC都是用于确保数据链路层可靠传输的重要协议，其中HDLC作为SDLC的扩展，提供了更多的功能和灵活性，成为现代网络通信中广泛采用的协议之一
STP和帧中继3
STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)和帧中继(Frame Relay)
STP和帧中继是两种在网络通信中使用的不同技术 STP主要用于防止网络中的环路并确保数据的可靠传输，
而帧中继则是一种分组交换技术，用于在区域网络间提供高速、可靠的数据传输服务
STP(生成树协议)
- 定义：
STP是生成树协议的英文缩写，它应用于计算机网络中树形拓扑结构的建立 其主要目的是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作 STP按照IEEE 802.1D文档定义，其基本原理是通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文(BPDU，Bridge Protocol Data Unit)来确定网络的拓扑结构 - 特点：
- 防止环路：通过计算和选择最短路径来避免网络中的环路，确保数据不会在网络中无限循环
- 自动配置：能够自动配置生成树拓扑结构，无需手动干预
- 快速收敛：在网络拓扑发生变化时，能够迅速重新计算生成树，保持网络的连通性和稳定性
- 可扩展性：适应不同规模和复杂度的网络拓扑结构
- 可配置性：具有一定的可配置性，可以根据网络需求进行调整和配置
- 工作原理：
STP通过选举根桥(根网桥)来建立网络中的最短路径，并将其他非根桥连接到最短路径上 当网络中出现环路时，STP会通过自动禁用某些端口来消除环路 通过BPDU的交换来更新拓扑信息，确保数据转发正常
帧中继(Frame Relay)
- 定义：
帧中继是一种广域网二层的分组交换技术，用于在区域网络对区域网络间的连接 它类似于X.25，但传输速度更快，需要十分稳定的传输设备 - 特点：
- 高速传输：相比X.25，帧中继的传输速度更快
- 虚电路支持：帧中继支持永久虚电路(PVC)和交换式虚电路(SVC)
- 节省费用：作为“伪专线”使用，能够节省费用，但可能不如专线安全
- 工作原理：
帧中继使用DLCI(数据链路连接标识符)来在本地区分不同的虚电路 通过DLCI的映射和交换，数据能够在不同的网络设备间进行传输 帧中继还使用IARP(反向ARP)将DLCI号映射到IP地址，帮助设备确定如何前往PVC的另一端
数据链路层的拥塞控制
- 数据链路层的拥塞控制主要关注于点对点(终端到终端)，表现的更加局部化
- 实际可能不直接处理全局性的网络拥塞问题 (主要由运输层和网络层负责 )，但它的一些机制 (如确认、滑动窗口和缓冲区队列 )可以间接地帮助减轻网络拥塞
例如，通过限制发送方的发送速率，这些机制可以减少进入网络的数据量，从而降低网络拥塞的可能性 - 具体机制实现如下：
- 确认机制：接收方在成功接收数据帧后向发送方发送确认信息 (ACK ) 这允许发送方知道何时可以继续发送下一个数据帧，从而避免发送过多的数据
- 滑动窗口机制：滑动窗口是一种在数据链路层中广泛使用的流量控制机制
它允许接收方在发送确认之前先接收多个数据帧，并在窗口内处理这些数据帧
这增加了链路的利用率，同时仍然允许接收方控制发送方的发送速率 - 缓冲区和队列管理：在数据链路层，节点可能会使用缓冲区和队列来存储待处理的数据帧
如果缓冲区或队列已满，节点可能会采取适当的措施来限制发送方的发送速率，以防止拥塞
408考纲 数据链路层 (五)介质访问控制 2. 随机访问 ALOHA协议
很冷门，但确实存在
ALOHA协议
ALOHA协议是一种随机接入协议
CSMA/CD协议是从ALOHA协议的基础上发展而来的
分为纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议两种
- 纯ALOHA协议：
- 原理：允许多个用户在任何时候向网络中发送数据包，但由于没有同步机制，因此可能会出现碰撞和冲突 当多个用户同时发送数据包时，就会发生碰撞
- 优缺点：优点是简单易实现；缺点是吞吐量较低，因为重传等待时间及重新发送数据包的时间会导致通信延迟增加 另外，由于没有时间同步机制，所以存在较高的碰撞率和冲突率，使得通信效率降低
- 时隙ALOHA协议：
- 原理：将时间划分为若干个时隙，每个时隙对应一个固定长度的数据包 在每个时隙开始的时候，发送方可以选择是否发送数据包 如果发送方在该时隙中没有发送数据包，则该时隙被视为空闲时隙，其他发送方可以利用该空闲时隙来发送数据包 当多个发送方尝试发送数据包并发生冲突时，时隙ALOHA协议会通过重传机制来解决这个问题
- 特点：相比于纯ALOHA协议，时隙ALOHA协议通过引入时隙的概念，减少了碰撞和冲突的可能性，从而提高了通信效率和吞吐量
408考纲 数据链路层 (五)介质访问控制 3. 轮询访问 令牌传递协议
令牌传递协议
节选自 《计算机网络 自顶向下方法》
令牌传递协议
一种用于控制网络访问和数据传输的协议，其核心是通过在网络中传递一个令牌 (Token )来控制通信权 以下是关于令牌传递协议的详细介绍：
工作原理
- 初始化与令牌生成：网络初始化时，会生成一个初始令牌，并将其设置为可用状态
- 令牌持有与数据传输：当设备需要发送数据时，必须等待获得令牌 持有令牌的设备可以在一定时间内发送数据，并确保在这段时间内没有其他设备会发送数据，从而避免了冲突
- 令牌传递：发送完数据后，设备会将令牌传递给下一个设备，确保下一个设备在需要时可以获得通信权
- 重复过程：这个过程会持续进行，直到网络中的所有设备都完成数据传输
优点
- 避免冲突：如上所述，通过令牌控制，可以避免数据冲突
- 提高网络效率：有序的令牌传递确保了数据传输的顺畅和高效
- 简化管理：网络管理员可以更容易地管理和控制网络流量
应用场景
令牌传递协议特别适用于需要实现设备间高效数据传输和通信的工业自动化系统 例如，在生产线上，各个机器和设备之间需要进行数据的传输和控制，令牌传递方式可以确保数据传输的稳定性和高效性 此外，令牌传递方式还可以应用于现场设备的故障诊断和数据采集等场景中
安全性考虑
在实施令牌传递协议时，需要注意安全性问题 例如，令牌需要定期更换以避免被恶意利用 同时，令牌传递过程中需要进行加密以确保数据安全
物理层
物理层的接口特性4
主要包括以下几个方面：
- 机械特性
- 定义：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等
- 例如，不同类型的网络接口卡(NIC)和电缆(如Ethernet、Fiber Optic等)都有各自的机械特性
- 电气特性
- 定义：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
- 例如，Ethernet物理层定义了电压范围、比特率(如10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps等)以及传输距离等参数
- 功能特性
- 定义：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义
- 例如，在Ethernet接口中，某些线可能用于发送数据，某些线用于接收数据，而其他线则用于控制信号的传输
- 过程特性(又称规程特性)
- 定义：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
- 例如，Ethernet的CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)协议就是一种规程特性，它定义了如何在共享介质上有效地传输数据
常用编码方式
- 分类
- 不归零制(NRZ, Non-Return-to-Zero)5
- 拓展——反向非归零编码(NRZI, Non-Return to Zero Inverted)——这两个英文缩写会在真题中出现
- 归零制
- 曼彻斯特编码
- 判断技巧：看“中心”——默认向上跳变表0，向下表1；也可自由定义——上0，下1
- 10BaseT以太网(10Mb/s的传统以太网)采用
- 差分曼彻斯特编码
- 判断技巧：看“开始”——开始有跳变表0，无跳变表1——有0，无1
- 不归零制(NRZ, Non-Return-to-Zero)5
- ⚠️自同步能力：从信号波形本身中提取信号时钟频率
- 具有
- 归零编码
- 曼彻斯特编码
- 差分曼彻斯特编码(可归属为曼彻斯特编码)
- 不具有
- 不归零编码
- 具有
⚠️对于曼彻斯特编码，码元中间的电流跳变即表示时钟信号，也表示数据
常见的信道复用技术
⚠️信道复用技术属于静态划分信道，用于多用户共享信道，不会发生冲突
- 频分复用FDM——相同时间不同频带资源(宽度)
- 时分复用TDM——不同时间相同频带资源
- 波分复用WDM
- 码分复用CDM——相同时间相同频带不同码型
信源和信宿
物理层只关心如何接发比特，而不关心比特所代表的具体信息内容
信源 (Source):
- 定义：
信源是产生和发送原始信息的地方
在通信系统中，信源可以是任何能够产生信息并希望将其传输到另一个地方 (即信宿 )的设备或系统 - 主要任务：
将要传输的信息转换成适合在传输介质上传输的物理信号 (如电压、电流、电磁波等 ) - 例如，在计算机网络中，信源可能是一台计算机或服务器，它希望将文件、数据或视频等发送到另一台计算机或服务器上
信宿 (Destination or Sink):
- 定义：
信宿是接收并处理来自信源的信息的地方
它是通信系统的终点，负责接收并解释物理层传输的比特流 - 主要任务：
将从传输介质上接收到的物理信号转换回原始的信息内容 - 与信源类似，信宿也可以是任何设备或系统 例如，在计算机网络中，信宿可能是一台接收电子邮件、文件或数据的计算机
在物理层中，信源和信宿之间的通信通常涉及以下几个关键步骤：
- 信源编码：信源将原始信息转换成适合在传输介质上传输的物理信号
- 传输：物理信号通过传输介质 (如电缆、光纤、无线电波等 )从信源传输到信宿
- 接收和解码：信宿接收物理信号，并将其解码回原始的信息内容
物理层的设计和实现对于通信系统的性能和可靠性至关重要
必须能够处理各种可能的干扰、失真和噪声，以确保信息能够准确、可靠地从信源传输到信宿
英文缩写
⚠️可能没有提到的补充英文缩写
SDLC(Synchronous Data Link Control, 同步数据链路控制)
HDLC(High-level Data Link Control, 高级数据链路控制)
STP(Shielded Twisted Pair, 屏蔽双绞线)
或是STP(Spanning Tree Protocol, 生成树协议)
PPP(Point-to-Point Protocol, 点对点协议)
FTP(File Transmit Protocol, 文件传输协议)
TPDU(Transport Protocol Data Unit, 传输协议数据单元)
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol, 动态主机配置协议)
DTE(Data Terminal Equipment, 数据终端设备)
DCE(Data Communication Equipment, 数据通信设备)