計網 | 計算機網絡復習筆記【謝希仁】

本文轉載自查看原文 2021-10-09 21:10 1775 課程——計算機網絡

本文是我學習謝希仁版《計算機網絡》和 HillZhang 學長的部分筆記。

部分內容摘選自課本以及學長筆記，僅供學習使用！

第一章：概述

計算機網絡

計算機網絡是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統，通過通信設備與線路連接起來，由功能完善的軟件實現資源共享和信息傳遞的系統。

計算機網絡向用戶提供的兩個最重要的功能：

數據通信（連通性）：計算機網絡最基本最重要的功能。
資源共享

網絡：若干個節點（node）以及連接節點的鏈路（linker）組成，節點可以為計算機，集線器，交換機，路由器等

因特網概述

因特網發展的三個階段：

第一階段：從單個網絡 ARPANET 向互聯網發展的過程。1983 年 TCP/IP 協議成為 ARPANET 上的標准協議。
第二階段：建成三級結構的因特網：主干網、地區網和校園網（或企業網）。
第三階段：形成多層次的ISP（Internet Service Provider 因特網服務提供者）結構的因特網。

分為主干 ISP，地區 ISP，本地 ISP

正常位於不同主干ISP的計算機通過ISP過程：

ISP 過程圖

書上沒怎么提及的知識點：

IXP（Internet eXchange Point 因特網交換點）允許兩個網絡直接連接並交換分組，不在需要通過第三個網絡來交換；

典型的IXP有多個網絡交換機組成；工作在數據鏈路層的網絡交換機，局域網連接交換機;更快轉發分組

Internet 和 Internet 的區別

internet：通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。
Internet：專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它采用 TCP/IP 協議族作為通信的規則，且其前身是美國的 ARPANET。

制定Internet的正式標准經歷過程：

1）因特網草案（Internet Draft）
2）建議標准（Proposed Stardard） ---成為RFC（Request For Comments)
3）草案標准（Draft Stardard）
4）因特網標准（Internet Stardard）

互聯網的組成 P8

邊緣部分：由所有連接在因特網上的主機組成。這部分由用戶直接使用，用來進行通信和資源共享。
核心部分 : 由大量的網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。

計算機之間通信：不同主機之間的進程相互通信

處於邊緣部分的用戶通信方式 P9-P10

客戶服務器方式（C/S方式）：即 Client/Server 方式。（客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方）
對等方式（P2P方式）：即 Peer-to-Peer 方式。（對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器）

Internet的核心部分：路由器（router），它是一種專用計算機，是實現分組交換的關鍵構件，作用是按存儲轉發方式進行分組交換。其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

核心部分的交換技術 P11-15

電路交換 的三個階段：建立連接——通話——釋放連接 (一定要釋放連接！)
在通話時，兩用戶之間始終占用端到端的資源，而由於絕大部分時間線路都是空閑的，所以線路的傳輸速率往往很低。
分組交換 的組成：報文、首部、分組。采用存儲轉發技術，即收到分組——存儲分組——查詢路由（路由選擇協議）——轉發分組。

優點：高效、靈活、迅速、可靠。缺點：時延、開銷。關鍵構件：路由器。
報文交換 整個報文傳送到相鄰結點，全部存儲下來之后查詢轉發表，轉發到下一個結點。

交換方式

計算機網絡的類別 P17

按照作用范圍划分：

廣域網（wide area net，wan）：范圍幾十到幾千公里。
城域網（metropolitan area net，man）：范圍5-50公里。
局域網 LAN LocalAreaNetworkLocalAreaNetwork ：局限在較小的范圍（如 1 公里左右）。
個人區域網 PAN PersonalAreaNetworkPersonalAreaNetwork ：范圍很小，大約在 10 米左右。

按照網絡使用者划分：

公用網：所有人都能用。
專用網：只有單位內部人員能用。

計算機網絡的性能指標：

速率：單位時間內的數據傳送速率，也叫數據率或比特率（單位：bit/s)。速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率。

帶寬：“帶寬” \(bandwidth\) 本來是指信號具有的頻帶寬度（頻域稱謂），其單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡中某通道傳送數據的能力。表示在單位時間內網絡中的某信道所能通過的“最高數據率”。單位是 bit/s ，即 “比特每秒”。（時域稱謂）

PS：速率VS.帶寬：速率指的是信道傳輸的標准速率，而帶寬指的是最高速率。例如，電信公司安裝的寬帶，通常會說帶寬為100兆，但實際上速率只有10兆左右。

吞吐率：單位時間內通過某個網絡（信道、接口）的實際數據量。

時延：數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡的一端傳到另一端所需要的時間，又稱延遲或者遲延。它由四個部分組成：

發送時延：主機或路由器發送數據幀所需要的時間。計算方式為：數據幀長度（bit）除以發送速率（bit/s）
傳播時延：電磁波在信道中傳輸所需的時間。計算方式為：信道長度（m）除以電磁波在信道上的傳輸速度（m/s）
排隊時延：分組在路由器中需要先排隊等待處理，再排隊等待發送。
處理時延：主機或路由器收到數據幀處理所需要的時間。

時延帶寬積：時延乘以帶寬。又稱以比特為單位的鏈路長度。

往返時間 RTT：雙向交互一次所需要的時間。

利用率：利用率並非越高越好，高利用率會導致高時延（排隊理論）。

信道利用率：某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。
網絡利用率：全網絡的信道利用率的加權平均值。

計算機網絡的體系結構 P25

1974年，美國IBM公司宣布了系統網絡體系結構SNA。
1977年，國際標准化組織ISO提出了開放系統互連基本參考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model)**，1983年出台了正式文件，即ISO7498國際標准，將通信協議划分為7層。**
由於OSI模型過於復雜，難以市場化，目前主要的國際標准為：TCP/IP。他將計算機網絡的通信協議划分為4層。
網絡協議：為實現網絡中的數據交換而建立的規則標准或約定。
1. 三要素：
  1. 語法：數據與控制信息的格式。
  2. 語義：需要發出何種控制信息，完成何種動作，做出何種響應。
  3. 同步：事件實現順序的詳細說明。
分層的優勢：
1. 各層獨立。
2. 靈活性好。
3. 結構上可分割開。
4. 易於實現與維護。
5. 能促進標准化工作。
各層的主要功能：
1. 差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠。
2. 流量控制：發送端的發送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。
3. 分段和重裝：發送端將要發送的數據塊划分為更小的單位，在接收端將其還原。
4. 復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。
5. 連接建立和釋放：交換數據前先建立一條邏輯連接，數據傳送結束后釋放連接。
主要概念：
1. 實體：任何可發送或接受信息的硬件或軟件進程。
2. 協議：控制兩個對等實體（或多個實體）進行通信的規則的集合。是水平的。
3. 服務：本層服務的實體只能向上一層提供服務，使用下一層的服務。是垂直的。
OSI 的七層協議體系結構的概念清楚，理論也較完整，但它既復雜又不實用。TCP/IP 是四層體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。但最下面的網絡接口層並沒有具體內容。因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優點，采用一種只有五層協議的體系結構。

體系結構

osi

五層協議內容（自頂向下）：
1. 應用層：
  1. 功能：通過應用進程之間的交互來完成特定的網絡應用。
  2. 交換的數據單元：報文。
  3. 協議：域名系統DNS、支持萬維網應用的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP等。
2. 運輸層：
  1. 功能：負責向兩台主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。具有復用和分用的功能。
  2. 協議：
    1. 傳輸控制協議TCP：提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務。交換的數據單元是：TCP報文段。
    2. 用戶數據報協議UDP：提供無連接的盡最大努力的數據傳輸服務（不確保數據的可靠性）。交換的數據單元是：用戶數據報。
    3. 不同的應用層協議基於不同的傳輸層協議。例如：HTTP協議、SMTP協議基於TCP協議，DNS協議、RTP協議基於UDP協議。
3. 網絡層：
  1. 功能：為互聯網內任意兩台主機提供分組交換的通信服務。（路由器是網絡層設備）
  2. 交換數據單元：分組（IP數據報）。
  3. 協議：網際協議IP。
4. 數據鏈路層：
  1. 功能：為局域網內任意兩台主機提供數據幀傳輸。
  2. 交換的數據單元：數據幀。
5. 物理層：
  1. 功能；提供原始的比特流傳輸。
6. 從上至下的每一層的協議數據單元PDU，都在上一層的基礎上，加上自己的控制信息。

首部變化

TCP/IP協議族：沙漏型，有很多協議，其中最主要的是運輸層的TCP協議，網絡層的IP協議。

TCP/IP

兩軍對壘問題：無法實現100%確保報文正確收到的協議。

兩軍對壘

第二章：物理層

PPT資源：Here From 有道雲博主

重要內容

物理層的任務
幾種常用的信道復用技術
幾種常用的寬帶接入技術，主要是 ADSL、FTTx

核心知識點

物理層的基本功能：提供原始的比特流傳輸。盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。
物理層的主要任務：
1. 確定與傳輸媒體的接口有關的一些特性，如機械特性、電氣特性、功能特性、過程特性。（下層傳輸媒體不屬於物理層，只有接口屬於物理層）
2. 完成數據在計算機內部（並行傳輸）與通信線路上（串行傳輸）之間的串並傳輸方式的轉換。
一個數據通信系統可分為：
1. 源系統，包括源點和發送器。
2. 傳輸系統。
3. 目的系統：包括接收器和終點。

數據通信系統

常用概念：
1. 通信的目的是傳送消息。
2. 數據是運送消息的實體。數據是使用特定方式表示的信息，通常是有意義的符號序列。
3. 信號則是數據的電氣或電磁表現。可分為：
  1. 模擬信號（連續信號）。
  2. 數字信號（離散信號）。
4. 信道是向某一個方向傳送信息的媒體。
5. 通信可分為:
  1. 單向通信（單工通信）：只有一個方向的通信。如電視廣播。
  2. 雙向交替通信（半雙工通信）：通信雙方都可以發送消息，但不能同時發送。
  3. 雙向同時通信（全雙工通信）：通信雙方都可以同時發送消息。
6. 調制：將來自信源的低頻甚至直流信號（基帶信號）進行變換，使得這種低頻直流信號可以便於在信道內傳輸。基帶信號（即基本頻帶信號）—— 來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號。基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道並不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調制 \(modulation\) 。
  1. 基帶調制（編碼）：僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道特性相適應。變換后的信號仍然是基帶信號。把這種過程稱為 編碼 \(coding\)。（數字信號到數字信號）
    1. 不歸零制：正電平代表 1，負電平代表 0。
    2. 歸零制：正脈沖代表 1，負脈沖代表 0。
    3. 曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表 0，位周期中心的向下跳變代表 1。但也可反過來定義。
    4. 差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表 0，而位開始邊界沒有跳變代表 1。
  1. 帶通調制：使用載波進行調制，調制后的信號是模擬信號。（數字信號到模擬信號）
    1. 調幅AM：載波的振幅隨基帶數字信號而變化。
    2. 調頻FM：載波的頻率隨基帶數字信號而變化。
    3. 調相PM：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。
信噪比：信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記為 S/N，S為信號平均功率，N為噪聲平均功率，並用分貝 \(dB\) 作為度量單位。即：

信噪比 \(dB = 10\ log_{10}(S/N)\ dB\)
香農公式：1984年，香農 \(Shannon\) 用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率（香農公式）。

信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為：

\(C = W\ log_2 (1 + S/N)\ bits/s\)
- W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；
- S 為信道內所傳信號的平均功率；
- N 為信道內部的高斯噪聲功率。
信道復用技術：允許多個用戶使用共享信道通信，降低成本，提高利用率。
1. 頻分復用FDM：用戶在同樣的時間內占用不同的頻率帶寬而復用同一個信道
2. 時分復用TDM：將時間划分為相同的時分復用幀TDM，用戶在不同的時間占用相同的頻帶寬度。
3. 統計時分復用STDM ：改進的時分復用，按需動態分配時隙，而不是固定分配時隙。
4. 波分復用WDM：光的頻分復用，利用在光纖技術通信中。
5. 碼分復用CDM: 每個用戶在相同的時間使用相同的頻帶進行通信，但各用戶使用經過挑選的不同碼型，從而使得個用戶之間可以進行獨立的通信。

第三章數據鏈路層

重要內容

數據鏈路層點對點信道和廣播信道的特點，以及這兩種信道使用的協議的特點。
數據鏈路層的三個基本問題：封裝成幀、差錯檢測、透明傳輸。
以太網MAC層的硬件地址。
適配器、轉發器、集線器、網橋、以太網交換機的作用和使用場合。

核心知識點

數據鏈路層主要使用兩種信道：
1. 點對點信道：這種信道使用一對一的點對點通信方式。主要使用PPP協議。
2. 廣播信道：這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機的數據發送。主要使用MAC協議。
數據鏈路層在分組交換中的地位：

分組轉發

可以看到，路由器是互聯網核心部分的最重要設備，但是不包含運輸層和應用層，只負責以IP數據報（分組）的形式轉發收到的分組。

數據鏈路層的主要功能：局域網內主機之間的數據幀傳輸。
數據鏈路層的主要概念：
1. 鏈路：又稱物理鏈路，是一條無源的點到點的物理線路段，中間沒有任何其他的交換結點。一條鏈路只是一條通路的一個組成部分。
2. 數據鏈路：又稱數據鏈路，是物理鏈路加上必要的通信協議控制數據的傳輸。通常使用網絡適配器來實現這些通信協議。
3. 協議數據單元：數據鏈路層的協議數據單元是數據幀，簡稱幀。
主要任務：
1. 將網絡層的IP數據報加上數據鏈路層的控制信息，封裝成幀，通過物理層發送到數據鏈路上。（對下層的服務）
2. 從物理層傳輸的幀中提取IP數據報內容，交給網絡層。（對上層的服務）
數據鏈路層的3個基本問題：
1. 封裝成幀：將IP數據報作為幀的數據部分，再加上首部和尾部，即可封裝成幀。
  1. 作用：
    1. 幀定界：采用SOH、EOT幀定界符，放在幀的前后，標志幀的邊界。可能存在歧義的問題，因為數據中也可能出現SOH、EOT，所以需要轉義（字符填充）。
    2. MTU：最大傳送單元，表示幀的數據部分（IP數據報）的最大長度，為1500字節。（PPP協議：加上8個字節的首部和尾部，幀的最大長度為1508字節。MAC協議：加上18個字節的首部和尾部，幀的最大長度為1518字節。）
2. 透明傳輸：在數據鏈路層傳輸時，所傳輸的數據在數據鏈路層沒有任何的阻擋，接收方所收到的數據和發送方發送的數據沒有任何差別，也就是說，數據鏈路層對其傳輸的數據幀是完全透明的。
  1. 存在的問題：如果數據中的某個字節的二進制代碼恰好和 SOH 或 EOT 一樣，數據鏈路層就會錯誤地“找到幀的邊界”。
  2. 解決方案——字節填充（也稱字符填充）：傳輸的過程中，為防止數據部分出現幀定界符，使得接收方誤以為收到的數據提前結束，所以采用轉義字符的方法，將在數據部分出現的控制字符前插入轉義字符“ESC”，在接收方的數據鏈路層將插入的轉義字符刪除。（如果原字節流中已經存在轉義字符，則需要再加上一個轉義字符。）（字節填充用於並行傳輸，即異步傳輸，一個字節一個字節傳輸，如果使用的是同步傳輸，即連續的比特流傳輸，需要使用零比特填充）
  3. 差錯檢測：數據鏈路層的差錯檢測只能保證幀內部無差錯，即無比特差錯。幀之間的差錯，如幀丟失、幀冗余、幀失序，通常交給TCP協議（運輸層）來保證（可靠的，面向連接）。
    1. 比特差錯：物理層傳輸時，比特可能出現錯誤，比如比特丟失，比特冗余，比特失序。
    2. 誤碼率BER：在單位時間內，傳輸錯誤的比特占所有比特的比率就是誤碼率。
    3. 循環冗余檢驗 CRC ：
      1. 在發送端，先把比特數據划分為組。假定每組數據M長度為 k 個比特。
      2. 根據生成多項式（如x5+x3+1x5+x3+1）獲取除數P（101001）。
      3. 在數據M的尾部加上n個0作為被除數（n的位數比p小1）。
      4. 將被除數除以除數P（模二運算），得到余數R，R即為幀檢測序列FCS，將其添加到M的尾部發送出去。
      5. 檢驗方法：在接收端將收到的數據除以除數P，看余數是否等於0，等於0則認為幀沒有差錯，進行接收；否則出錯，進行丟棄。（只能保證無差錯接收，如果要保證無差錯傳輸，還需要加上確認和重傳機制）
      6. CRC與FCS的區別：
        
        CRC 是一種常用的檢錯方法，而 FCS 是添加在數據后面的冗余碼。
        
        FCS 可以用 CRC 這種方法得出，但 CRC 並非用來獲得 FCS 的唯一方法。
    4. 差錯糾正：還要知道差錯的位置並進行修改，在數據鏈路層確保可靠傳輸，一般用於無線傳輸鏈路。有線傳輸鏈路一般只進行差錯檢測，只是簡單地丟棄出錯的幀，差錯糾正一般由上層協議（如運輸層的TCP協議）完成（網絡層一般不提供可靠服務）。
PPP點對點協議：最常用的點對點（一對一）鏈路的數據鏈路層協議。是端計算機和ISP進行通信時所使用的數據鏈路層協議（撥號上網）。
1. 特點：
  1. 簡單 —— 這是首要的要求。
  2. 封裝成幀 —— 必須規定特殊的字符作為幀定界符。
  3. 透明性 —— 必須保證數據傳輸的透明性。
  4. 多種網絡層協議 —— 能夠在同一條物理鏈路上同時支持多種網絡層協議。
  5. 多種類型鏈路 —— 能夠在多種類型的鏈路上運行。
  6. 差錯檢測 —— 能夠對接收端收到的幀進行檢測，並立即丟棄有差錯的幀。
  7. 檢測連接狀態 —— 能夠及時自動檢測出鏈路是否處於正常工作狀態。
  8. 最大傳送單元 —— 必須對每一種類型的點對點鏈路設置最大傳送單元 MTU 的標准默認值，促進各種實現之間的互操作性。
  9. 網絡層地址協商 —— 必須提供一種機制使通信的兩個網絡層實體能夠通過協商知道或能夠配置彼此的網絡層地址。
  10. 數據壓縮協商 —— 必須提供一種方法來協商使用數據壓縮算法。
2. 組成：
  1. 一個將IP數據報封裝到串行鏈路的方法（封裝成幀）。
  2. 一個用來建立、配置和測試數據鏈路連接的鏈路控制協議LCP。
  3. 一套網絡控制協議NCP。
3. PPP幀的格式：
  1. 控制字段總長度：8個字節。
  2. PPP 是面向字節的，所有的 PPP 幀的長度都是整數字節。
  3. 字段含義：
    1. F（1字節）：標志字段，代表定界符。
    2. A、C（1字節）：A為地址字段，C為控制字段，但暫時沒有含義。
    3. 協議字段（2字節）：表示當前信息部分是IP數據報還是LCP的控制數據還是NCP的控制數據。
    4. FCS（2字節）：幀檢測序列，用於差錯檢測中的循環冗余檢測CRC方法。
4. 透明傳輸問題：
  1. 字節填充：
    1. 使用場景：PPP使用異步傳輸，即一個字節一個字節傳輸。
    2. 實現方式：軟件。
    3. 做法：當信息字段中出現和標志字段相同的比特組合時，則進行字節填充的辦法使得數據部分能夠完整的傳送到接收端。（添加轉義字符）
  2. 零比特填充：
    1. 使用場景：PPP使用同步傳輸，即連續的比特流傳輸。
    2. 實現方式：硬件。
    3. 做法：當信息字段出現了5個連續的1，那么就插入一個0，在接收時再將5個連續的1后的0刪除。
  1. PPP協議的工作狀態：用戶撥號接入ISP→端機向ISP發送一系列鏈路控制協議LCP分組→進行網絡層配置→網絡層協議NCP向端機分配IP地址。（可見，PPP 協議已不是純粹的數據鏈路層的協議，它還包含了物理層和網絡層的內容。)
使用廣播信道的數據鏈路層（一對多）：
1. 使用場景：局域網（點對點是端主機同ISP進行通信，撥號上網時使用的）,也稱以太網（Ethernet）
2. 局域網的優點：
  1. 廣播功能。從一個站點可很方便地訪問全網。局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。
  2. 便於系統的擴展和演變。
  3. 提高了系統的可用性、可靠性和生存性。
3. 局域網的拓撲結構：
  1. 星形網：目前最常用。
  2. 環形網
  3. 總線網：傳統局域網常用。
  4. 樹形網
  5. 網狀結構
4. 以太網的兩個標准：
  1. DIX Ethernet V2 是世界上第一個局域網產品（以太網）的規約。
  2. IEEE 802.3 是第一個 IEEE 的以太網標准。
5. 局域網的數據鏈路層的子層：為了使數據鏈路層能更好地適應多種局域網標准，IEEE 802 委員會就將局域網的數據鏈路層拆成兩個子層。
  1. 邏輯鏈路控制層 LLC （Logical Link Control）子層
  2. 媒體接入控制 MAC（Medium Access Control）子層
  3. 與接入到傳輸媒體有關的內容都放在 MAC子層，而 LLC 子層則與傳輸媒體無關。
6. 共享信道：由於局域網使用的是廣播信道，所以需要媒體共享技術，防止因為共享信道產生的錯誤。
  1. 靜態划分信道：用戶一旦分到信道，就不會和其他用戶發生沖突，如頻分復用、時分復用、碼分復用、波分復用等。缺點是：代價高、效率低、不適用於局域網。特點：固定分配。
  2. 動態媒體接入控制：信道並非在通信時固定分配給用戶。特點：動態分配。
    1. 隨機接入：所有用戶可以在信道中隨機地發送信息，占用此信道，而不用遵守靜態划分的某種規則。但如果多個用戶在同一時間發送信息，那么共享媒體就會產生碰撞，所有的用戶發送都失敗。（需要控制協議：CSMA/CD協議）
    2. 受控接入。多點線路探詢 \(polling\)，或輪詢。
7. CSMA/CD協議：即載波監聽多點接入碰撞檢測協議。在廣播信道中實現動態媒體共享技術的隨機接入必須使用的控制協議，確保不會有多個站點發送的信息同時出現在總線上。
  1. 要點：
    1. 載波監聽（Carrier Sense）：利用電子技術檢測總線上有沒有其他計算機也在發送。不管在發送前還是發送中，每個站都必須不停地檢測信道，以防止出現碰撞（發送前），檢測碰撞發生並及時丟棄信息（發送中，由於發送的不確定性，發送前檢測不能百分百防止碰撞，因為存在傳播時延）。
    2. 多點接入（Multiple Access）：說明這是總線型網絡（傳統以太網），計算機以多點接入的方式連接。實際上，星形網也可以采用類似的方式進行隨機接入，本質類似。
    3. 碰撞檢測（Collision Detection）：邊發送邊監聽。若在信道上有至少兩個站點同時發送信息便發生碰撞，這時很容易信號失真，要使兩邊發送的信息都作廢。
  2. 使用CSMA/CD協議的局域網的站不能同時進行發送和接收，所以只能進行半雙工通信（雙向交替通信）。
  3. 發送的不確定性：由於電磁波的傳播時延，每個站發送數據后的一小段時間內，可能會有其他站無法及時檢測到信道上已有數據在發送，從而發送數據，產生碰撞。
    1. 解決方案：爭用期，又叫碰撞窗口。即以太網的端到端往返時間。如果一個站發送數據后，在碰撞窗口內沒有檢測到碰撞，才能確定這次發送不會產生碰撞。通常規定為512比特時間，即64字節時間。
    2. 重傳機制：截斷二進制指數退避算法。使發生碰撞的站再次發生沖突的概率減小。
      1. 發生碰撞的站在停止發送數據后，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發送數據。
      2. K=MIN[10，重傳次數]，每次重傳時每個站從[0,1,…,2的K次方-1]中隨機選一個數字r，重傳推后的時間為r倍爭用期。
      3. 重傳達到16次時，則站丟棄該幀，並向高層報告。
    3. 幀的最小長度：以太網規定有效幀的最小長度為64字節（512bit），即爭用期內發送的字節數。如果接收到的某個幀長度小於64字節，說明它在爭用期內出現問題，需要丟棄，大於等於64字節說明該幀通過了爭用期，不會再出現問題。
    4. 幀間最小間隔：96bit時間，使剛剛收到數據幀的站的緩存來得及清理，做好接受下一幀的准備。
    5. 強化碰撞：在發生碰撞之后除了立即停止發送數據之外，還要發送32bit或48bit 的人為干擾信號，目的是為了能夠讓所有站點都知道發生了碰撞。
  4. 要點：
8. 網絡適配器（網卡）的作用：
  1. 適配器用來連接計算機與局域網；同時要能夠實現以太網協議；
  2. 適配器和局域網之間的通信是通過雙絞線或者電纜以串行傳輸的方式進行的；而適配器與計算機之間的通信是並行方式進行的，所以適配器要能夠進行兩種數據傳送方式之間的串並行轉化；
  3. 網絡上的數據率與計算機總線上的數據率不同，因此適配器要安裝內存儲器以進行兩種速率下的緩存功能
  4. 適配器要能夠實現以太網協議
  5. 計算機的硬件地址（MAC地址）就在適配器的ROM中；（計算機的軟件地址IP地址，在計算機的存儲器中）
9. 使用集線器的星形拓撲：
  1. 雙絞線以太網的出現，是局域網發展史上的一個重要的里程碑，從此以太網的拓撲結構從傳統的總線型變為更為方便的星形網絡。
  2. 優勢：
    1. 價格便宜；
    2. 使用方便。
  3. 特點：
    1. 集線器使用電子器件模擬實際電纜線的工作，所以使用集線器的以太網在邏輯上還是一個總線網，各站邏輯上共享總線。而且是用的還是CSMA/CD協議，同一時刻至多允許一個站發送數據（防止碰撞）；
    2. 集線器的接口通過兩對雙絞線與計算機上的適配器相連；一個集線器像是一個多接口的轉發器；
    3. 集線器工作在物理層，每個接口只簡單地轉發比特，不進行碰撞檢測；
    4. 集線器采用專門的芯片，進行自適應串音回波抵消。
局域網數據鏈路層的子層——媒體接入控制層MAC層：
1. 硬件地址（物理地址或MAC地址）：IEEE802為局域網規定了一種48位的全球地址，是指局域網上每台計算機中固化在適配器（網卡）的ROM中的地址。（軟件地址是IP地址，計算機的硬件地址只要適配器不更換，就不會改變，而軟件地址可以隨時變更）。總共48位（6字節）前三字節由管理全球硬件地址的機構——注冊管理機構RA向適配器制造公司出售稱為組織唯一標識符OUI，后三字節由制造公司自行分配，稱為擴展標識符，（其中前三字節中有兩位是用來標識是否位單播地址和是否屬於全球管理的）。
2. MAC幀的格式：
  1. 前兩個字段為6字節的目的地址和6字節的源地址。第三個字段為2字節的類型字段，表示上一層的協議。第四個字段是數據字段，長度為46到1500字節，一般是網絡層交付的IP數據報。第五個字段是長度為4個字節的幀檢測序列FCS。
  2. MAC幀的長度范圍是：64字節到1518字節。首尾部分的控制信息占18字節。其中，64字節的最小長度是CSMA/CD協議的規定（確保通過爭用期）
  3. 當MAC幀向下交付給物理層時，需要加上7個字節的前同步碼（實現發送端和接收端之間的位同步）和1個字節的幀開始定界符（無結束定界符，直接觀察曼徹斯特編碼即可）。
  4. MAC幀中並沒有數據長度的標識，但由於傳輸時使用的是曼徹斯特編碼的方式，所以通過對曼徹斯特編碼的信號特點的觀察便可確定是否傳送完畢；（曼徹斯特編碼信號的碼元正中間有一次電壓轉換）
3. 對於檢查出的無效 MAC 幀就簡單地丟棄。以太網不負責重傳丟棄的幀。
以太網的擴展:
1. 在物理層擴展以太網
2. 在數據鏈路層擴展以太網
  1. 通過網橋擴展以太網
  2. 通過以太網交換機擴展
  3. 虛擬局域網
(集線器是物理層設備，網橋是數據鏈路層設備)