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计算机网络1~6章学习笔记

作者：一键难忘520 | 2024-07-04 21:58:36

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计算机网络

前言：

2024/07/02，计网出分了，是93，比预想中的好一些，因为知识点太多了，考试的时候选填碰到了一些盲区就没有拿到分（应该是吧）。

开学时学长就跟我们说这门课要好好学，对我们挺有用的，所以我从开学就一直坚持做上课笔记，老师讲课的信息量也非常大，我课后还要继续花时间来整理笔记，好在坚持整理笔记和做课后题的习惯，可以让我保持到一个对计网相对熟悉的程度。在我的笔记里，穿插了一些我个人的理解和扩展，如果有不足之处请指正~

第一章：概述

1.1计算机网络在信息时代中的作用

大众熟悉的三大类网络：

电信网络、有线电视网络、计算机网络

↑计算机网络发展方向：三网合一是发展趋势。

互联网：是一个全球性的计算机网络系统，通过一组标准的通信协议（如TCP/IP），将各种类型的计算机和网络设备连接起来，使它们能够互相通信和交换数据。它是信息共享和在线服务的平台，支持电子邮件、网页浏览、文件传输、社交媒体、在线购物等多种应用。（来自gpt）
互连网：泛指多个计算机互连而成的局部范围内的计算机网络，通信协议（规则）可随意选择

互联网的2个重要基本特点：

①连通性：使上网用户之间可以非常便捷、非常经济地交换各种信息，

好像这些用户终端都彼此直接连通一样。

②资源共享：实现信息共享、软件共享、硬件共享。

由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样地方便使用。

1.2互联网概述

互连网internet：

计算机网络由若干结点和链路组成

结点可以是计算机（端结点）、集线器（已淘汰）、交换机或路由器

网络把许多计算机连接在一起（计算机在云里），

而互连网把许多网络通过一些路由器连接在一起（把云连接起来形成更大的云）。

与网络相连的计算机常称为主机。

互联网基础结构发展的三个阶段

①第一阶段：1969 – 1990

【单个的分组交换——>简单互连】

②第二阶段：1985 – 1993

【高校、企业开始应用】

③第三阶段：1993 – 现在

www万维网：超文本链接组成的全球信息网络系统，每个用户都能在万维网上查找、交流信息。

互联网的标准化工作

1.3互联网的组成

互联网的组成

互联网组成分为两大块：边缘部分和核心部分

（一）边缘部分：

⭐端系统之间的两种通信方式：

客户机/服务器方式C/S

对等方式P2P

客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

客户是服务的请求方（主动），服务器是服务的提供方（被动）

两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。

只要都运行了 P2P 软件，就可以进行平等的、对等连接通信。

（二）核心部分：

网络核心需要使用交换技术来为互联网边缘部分发送信息！

典型交换技术包括：电路交换、分组交换、报文交换等。

互联网核心采用分组交换技术。

接下来逐个分析典型的交换技术：

①电路交换：若电话通信两两之间连线，N部则需要连N(N-1)/2，

耗线巨多----->则使用交换（switch）机，动态分配资源，就是电路交换。

交换机内部实现【转接功能】，把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

三个步骤：

建立连接（开始占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归还通信资源）

电路交换特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源

传统电话网络不适用于通信发展。

②分组交换

采用存储转发技术，顾名思义，就是把报文分成多个小组。

数据段前面添加首部就构成了分组 (packet)：

接下来以分组作为数据传输单元，发送端依次把各分组发送到接收端。

接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文。

网络核心部分有多个路由器，负责转发分组（每个分组独立选择传输路径）：

路由器处理分组的过程：

⭐综上，分组交换简单来说就是分头行动，拆开来各自走最好的路，最后顶峰相见。

分组交换的优点：

但也有一些问题：

③报文交换：

时延长，几分钟到几小时不等，现在已经没人用了。

【电路交换、报文交换、分组交换的主要区别】

三种交换方式的比较

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。

报文交换和分组交换不需预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

1.4计算机网络在我国的发展

对我国互联网事业发展影响较大的人物和事件:

…….

1.5计算机网络的类别

计算机网络较好的定义：

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

如何理解？

几种不同类别的计算机网络

计算机网络有多种类别，可以按以下方法分类：

以下是各分类的情况：

1. 按照网络的作用范围进行分类

类别	作用范围或距离
广域网 WAN (Wide Area Network)	通常为几十到几千公里。有时也称为远程网(long haul network)。是互联网的核心部分。
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)	作用范围一般是一个城市，作用距离约为 5~50 公里。
局域网 LAN (Local Area Network)	局限在较小的范围（如 1 公里左右）。通常采用高速通信线路。WLAN是其无线局域网（基于无线电波技术）
个人区域网 PAN (Personal Area Network)	范围很小，大约在 10 米左右。有时也称为无线个人区域网 WPAN (Wireless PAN)。

2. 按照网络的使用者进行分类

类别

作用范围或距离

公用网

(public network)

按规定交纳费用的人都可以使用的网络。也可称为公众网。

专用网

(private network)

为特殊业务工作的需要而建造的网络。

公用网和专用网都可以传送多种业务。

如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。

（家庭内的WiFi网络可以被归类为无线局域网（WLAN）的一种形式，同时它也属于专用网络。）

3. 用来把用户接入到互联网的网络

接入网 AN (Access Network)，又称为本地接入网或居民接入网，用于将用户接入互联网。实际上就是本地 ISP（互联网服务提供商）所拥有的网络，它既不是互联网的核心部分，也不是互联网的边缘部分。是从某个用户端系统到本地 ISP 的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。

从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。

1.6计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

速率、带宽、吞吐率、时延、时延带宽积、往返时间、利用率等等都是。

一、速率

最重要的一个性能指标。

指的是数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。

单位：bit/s（b/s或者bps也可以），或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。

【例如 4 * 10^10bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s（10进制）。

1 Gbit = 10^9 bit（比特）。

所以，10^10 bit/s 表示的是 10,000,000,000 bit/s。】

【计算速率用的是十进制！】

速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率（因为可能会网络拥塞、距离导致信号不稳等）。

⭐注意，数据块大小的计算使用二进制，如15GB的数据以10G的速率传送，

表明有15*230*8比特的数据块以10*109bits/s的速率传送。

数据块大小计算，注意是二进制：

100MB的B是指Byte（字节）！

二、带宽

带宽原指频率之差，在计算机网络中指某通道传送数据的能力

两者本质相同。↑注意频率每1000进一级（10进制），不同于内存数据块大小是1024进一级（二进制）

一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高

可以类比水管，水管粗的话同样速度过去的水量也更多

频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传输信号的频带宽度就越大。

在VHF频段，载波频率为48．5MHz～300Mhz。带宽约250MHz

三、吞吐量

如果在10秒内传输了5000字节的数据，则吞吐量=5000/10=500字节/s

↑也是bit /s

对比前三者：

速率	一个人说这学期数学的目标是135分【标定】
带宽	一个人数学有考140分的能力【理想状态、最高】
吞吐量	某一个时间点通过某个网络的传输速度，但是在一次月考中由于试卷满分不是150而是100，所以只考了94分【某一时间点】

四、时延

指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，有时也称为延迟或迟延。

组成：发送时延，传播时延，处理时延，排队时延

注意：发送时延与传播时延有本质上的不同。

发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。

传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。

一般说来，小时延的网络要优于大时延的网络。

在某些情况下，一个低速率、小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络。

在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。

四种时延产生的地方：

易错点:

“在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。

注意，数据块大小是2进制，发送速率是10进制的，别算错了

100MB的“B”是Bytes, 1 Bytes=8字节

五、时延带宽积

顾名思义，时延与带宽的乘积。

六、往返时间RTT（Round-Trip Time）

注意不包括A的发送时延。

举例分析：

【有效数据率=我发的总大小总耗时=我发的总大小发送时间+往返时间】

心得：有效数据率也就是全程发送的实际速率，会被RTT拉低，RTT必然存在，所以没办法的。

七、利用率

信道利用率高不一定好。

网络在当前的时延=网络空闲时的时延当前空闲率（也就是1−当前利用率）

非性能指标：

这些非性能特征与性能指标有很大的关系。

运营商希望信道利用率高，一份产品赚十份钱，让用户挤在一起；

而用户希望利用率低，这样就不卡了（时延低）。

1.7计算机网络体系结构

计算机网络体系结构的形成

计算机网络实现文件的传送需要考虑各种问题。

早期有很多类型的体系结构，此处不赘述。

目前计算机网络体系结构主要存在两种国际标准：

协议与划分层次

层次式协议结构

ARPANET 的研制经验表明：对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。

划分层次的概念举例：两台主机通过网络传送文件

网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作，

并向上层提供接入和通信服务。

分层的优点与缺点：

各层之间是独立的
灵活性好
结构上可分割开
易于实现和维护
能促进标准化工作

有些功能会重复出现，因而产生了额外开销。

注意：每一层的功能应非常明确。层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

⭐理解：分层处理有什么好处？

计算机网络的体系结构

网络的体系结构 (Network Architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合，

就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）

实现 (implementation) 是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成

这些功能的问题。

具有五层协议的体系结构（谢希仁版），记住最左边那个OSI

⭐各层的主要功能

应用层

运输层

网络层

数据链路层

物理层

OSI 参考模型把对等层次（如网络层与网络层之间）之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU (Protocol Data Unit)。任何两个同样的层次把 PDU （即数据单元+控制信息）通过水平虚线直接传递给对方，这就是所谓的“对等层”之间的通信。

各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。

实体、协议、服务和服务访问点

实体 (entity) ：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

注意，协议和服务在概念上是不一样的。

协议在同一层适用（同一协议同级用），不能越级。
服务就是越级的（下层为上层提供服务，理解成楼层的相对位置）。

协议很复杂，要应付所有异常情况

TCP/IP的体系结构

TCP/IP的四层协议：

TCP/IP 体系结构的另一种表示方法：

沙漏计时器形状的 TCP/IP 协议族：

都通过IP网络层来收发信息

Everything over IP ：IP 层可以支持多种的运输层协议（IP往上看）

IP over Everything：IP 协议可以在多种类型的网络上运行（各类网络往上看）

互联网中客户-服务器的工作方式：

同时运行多个服务器进程同时为多个客户进程提供服务。

第二章：物理层

2.1物理层的基本概念

物理层是最底下那层

物理层的基本概念：

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不

是指具体的传输媒体，它是抽象的！

作用：尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
用于物理层的协议也常称为物理层规程

⭐物理层的主要任务

确定与传输媒体的接口的一些特性。4 个特性：

机械特性：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。

（如RJ-45水晶头、针脚形状）

电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。

过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

分为三大部分：

信源，信道，信宿

常用术语：消息、数据、信号、码元

信道的分类

单向通信

（单工通信）

只能有一个方向的通信，没有反方向的交互。

双向交替通信（半双工通信）

通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发送（当然也就不能同时接收）

双向同时通信（全双工通信）

通信的双方可以同时发送和接收信息。

另外几个概念：

例子：当你在电脑上播放音乐时，音频文件中的声音波形就是基带信号。这些波形包含了所有的音频信息，但无法直接用于在空气中传输。如果你想通过蓝牙耳机或者Wi-Fi音箱传输音乐，计算机会对这些基带信号进行调制，将其转换为适合在无线信道上传输的信号，然后在蓝牙耳机或Wi-Fi音箱中再经过解调还原为原始的音频信息，使你能够听到音乐。

（一）基带调制 编码：

①不归零制：波长容易测错，误码率比较高，50以上

②归零制：比之前的好，但是长时间没有信号变化时，会导致接收端难以正确地识别信号的时钟和数据边界，容易产生误码（意思是根据归零频率的相对高低来判断高低电平，但是长时间不变化，会使得接收端难以准确地确定信号的时钟和数据边界）

③⭐曼彻斯特编码⭐：发1则位中心从高到低，发0则位中心从低到高电平，只测电平的跃变方向则可知道高低电平（信号的时钟和数据边界也很明显），误码率更低了

④差分曼彻斯特编码：未开始时有跳变则代表0，未开始时无跳变代表1

对比：【曼彻斯特编码】和【差分曼彻斯特编码】产生的信号频率比不归零制高，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力，简单理解就是长时间没有变化也知道时钟频率，不会传着传着就忘了），而曼彻斯特编码和差分

曼彻斯特编码具有自同步能力。

▲自同步能力指接收端可以从信号本身中恢复出正确的时钟频率（就看能不能知道时钟频率），并且准确地将数据进行解码和定时（通过观察信号波形本身来实现时钟信号的恢复和数据解码。）

（二）带通调制

①调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。

②调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。

③调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化

———带通调制影响的是码元传输效率。

将数字数据调制为模拟信号的调制方法有调幅、调频、调相！

f=Asin(ωt+ф)

A和振幅有关
ω和频率有关（=2πf）
ф和相位有关

结合调幅调制/调相调制，进行信息传输QAM，是以上调制的大佬版

正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

上图，每个点（码元）到原点的连线都对应一种组合（编码方式：r和ф不同）

四比特则有2^4=16个码元

16个码元可以塞下4个比特！log216=4.（对于8个不同的码元，可以使用3比特对其进行编码）

看下面这个例子就懂了：

⭐以3比特为一个码元，可表示8种码元，基带信号就可以全用这八种码元表示

（对于8个不同的码元，可以使用3比特对其进行编码，三位对应8个，3比特当1个发，是三倍速度了）

信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。

码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重。

限制码元在信道上的传输速率的两个因素：

信道能够通过的频率范围。（带宽）
信噪比（衡量信号与噪声强度之间比例关系）

奈氏准则（奈奎斯特定理）：

噪声随机，功率可能突然会很大

注意是码元/秒，如果一个码元有3比特（表示七种状态），则速率变为三倍（注意标注单位为b/s）

例：信道带宽为4KHZ，如果有8种不同的物理状态表示数据，那么，按奈氏准则计算其最大限制的数据传输速率是多少？

C＝2 W log2N=2*4K*log28=24Kbps

信噪比：

信噪比是平均功率和噪声功率之比！！它越高，传输的信号越清晰。

⭐信噪比可以表示为dB或者直接就是S/N！

某某dB是已经经过对数运算得来的了，但是香农公式里有S/N，

已知是多少dB，若要求S/N则需要通过信噪比公式（注意这里10为底）倒推。

如：已知30dB，求S/N。则30=10log10(S/N)，得S/N=1000.

香农公式：

信噪比两种表示形式：线性形式（比值）、对数形式（分贝，单位为dB）

速率（注意又可以叫信道容量！）=带宽*log2(1+信噪比)，单位为bps

注意这里的信噪比！

高斯噪声功率指的是在信号处理中常见的一种符合高斯分布的随机噪声的强度大小，特点是符合高斯分布（正态分布）。高斯噪声通常由环境或电路本身的热噪声引起，它会影响通信系统的性能，降低信号质量。控制和降低高斯噪声功率对于提高系统性能和数据传输质量至关重要。

做例题：

在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为5kHz,采用4个相位,每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是多少?

答：采用4个相位每个相位有4种振幅的QAM 调制技术后，每个信号可以有16种变化，每个信号可以传输log216=4bit 的数据。而链路带宽为5kHz，采样频率为带宽的两倍，即5kHz*2=10kHz，所以最大传输速率是10kHz*4bit=40kbps

C=2Wlog2L=2*5*4kb/s

⭐当频带宽度（带宽）一定，信噪比、码元传输速率这两方面可以提高传输速率。

2.3物理层下的传输媒体

物理层的传输媒体在电信领域使用的电磁波的频谱

（一）导引型传输媒体：

①双绞线

最常用的传输媒体。

模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率的升高而增大。

双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。

②同轴电缆：

这东西长这样，就是家里电视的天线口↓

传输速率比不过双绞线，很拉。

③光缆（光纤）

传输利用的是光的全反射，

使用光脉冲传输数据，虽然成本高些，但是传输速度很快。

光波在纤芯中的传播：

光纤的类别：

多模光纤：

可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，会产生色散。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，只适合于近距离传输。

单模光纤：

其直径减小到只有一个光的波长（几个微米），可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

制造成本较高，但衰耗较小。光源要使用昂贵的半导体激光器，不能使用较便宜的发光二极管。

光纤通信时使用的光波的波段：

光敏二极管的反应时间限制了传输速率

光缆是由多根光纤组成的集合体！

光纤优点：

(1) 通信容量非常大

(2) 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。

(3) 抗雷电和电磁干扰性能好。

(4) 无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。

(5) 体积小，重量轻。

总结：

双绞线多用于家庭局域网和办公室网络等等，是用于连接电脑和路由器的网线，很常见。

同轴电缆常用在电视信号传输、电话线、宽带互联网电缆，电视插的天线就是个例子，

随着光纤和无线技术的发展，有了一些替代同轴电缆的趋势。

光纤/光缆是高性能的传输介质！通常情况下，互联网服务提供商会在城市或地区建设光纤网络基础设施，并将光纤线路延伸到用户家中或某些集中的接入点。用户只需在家中使用双绞线（如Ethernet网线）或同轴电缆连接到这个光纤网络的接入点，就可以将信号传输到家庭计算机或其他设备上，现在已经有很多光纤入户了。

传输距离的比较：

光纤（几十km都有）>同轴电缆（几百m）>双绞线（几十m）

传输速度的比较：

光纤(几十到几百Gbps)>双绞线（1~10Gbps）>同轴电缆（100Mbps~1Gbps）

（二）非导引型传输媒体：

▲利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信，

因此将自由空间称为“非导引型传输媒体”。

短波通信、无线电微波通信（地面微波接力通信、卫星通信）。

▲无线传输所使用的频段很广： LF ~ THF （30 kHz ~ 3000 GHz）

①短波通信

②无线电微波通信

多径效应：基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射，

从多条路径、按不同时间等到达接收方。

多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真！

误码率（即比特错误率）不能大于可容许的范围：

主要特点：

(1) 微波波段频率很高，频段范围很宽，

其通信信道的容量很大。

(2) 工业干扰和天电干扰对微波通信的危

害小，微波传输质量较高。

(3) 与相同容量和长度的电缆载波通信比

较，微波接力通信建设投资少，见效快，易于实施。

主要缺点：

(1) 相邻站之间必须直视（常称为视距 LOS (Line

Of Sight)），间隔40Km~60km，不能有障碍物，存在多径效应。

(2) 有时会受到恶劣气候的影响。

(3) 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和

保密性较差。

(4) 对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人

力和物力。

卫星通信

总结：

2.4信道复用技术

复用 (multiplexing) ：允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

信号合并做到不互相干扰，接收端还能够把不同信号分离出来

信号的频率不同，不会叠加，以下讨论的都是频率f一样的情况，

不一样的话就没有讨论复用的必要了。

1频分复用(Frequency Division Multiplexing)

在通信过程中自始至终都占用这个频带。

所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）源。
最基本。
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，

▲在同一带宽内利用不同的频率来传输多个信号，每个信号被分配到

不同的频率上，这些频率之间有一定的间隔，以确保它们不会相互干扰

2时分复用TDM(Time Division Multiplexing)

对象是同一频率，将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）
每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙
每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的
TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号
所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

时分复用会造成线路资源的浪费！

因为计算机数据的突发性，又由于时分复用的时隙划分固定，整个时隙都需要分配给这个信道，这就会导致大部分时隙处于空闲状态，造成了资源的浪费。

优化：

3统计时分复用 STDM (Statistic TDM)

集中器动态分配时隙，哪个用户需要传送就上去。

数据帧+地址信息（编号）这俩就可以确定数据信号，但也增加了开销。

4波分复用WDM (Wavelength Division Multiplexing)

波分复用就是光的频分复用（频率-波长是相对而言的概念，常用波长），

使用一根光纤来同时传输多个光载波信号

所以这个是在光纤传输中使用的技术。

分用器类比三棱镜，不同波长的光穿过去的角度不一样，则可以分离不同波长的光信号

5码分复用

每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。

类比电话号码，不同号码打给不同的人

当码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) 信道为多个不同地址的

用户所共享时，就称为码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。

⭐注意，码片序列属于站点自己，而不是接受到的比特！类似电话号码，唯一标识我们自己。

每个站点或用户都有一个独特的码片序列，常见长度为64、128位。

码片序列实现了扩频

要发送信息的数据率 = b bit/s，实际发送的数据率 = mb bit/s，同时，所占用频带宽度也

提高到原来的 m 倍。

CDMA 的重要特点（理解）

注意，已经事先通过设计和规定码片序列的方式来保证每个用户（站）的码片序列彼此正交。

因此可以得出一个结论：

接收端用相同码片序列进行规格化内积，可以将不属于本码片序列的其他信号都去除。

收到的码片序列 * 站的码片序列，进行规格化内积之后：

挂个链接，可以去看例题：

计算机网络码分多址CDMA及计算例题（简单易懂）_码分多址计算-CSDN博客

总览：

	应用场景
频分复用FDM	广播电视、有线电视、无线通信等
时分复用TDM	电话网络、数据传输网络等
统计时分复用STDM	数据通信网络、互联网接入等
波分复用WDM	光纤通信网络、光传感等
码分复用CDM	移动通信系统、卫星通信等

码分多址CDMA是一种利用码片进行用户信号复用的通信方式，其可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰。这是因为每个用户的信号都会被用不同的码片进行覆盖，不同的码片之间相互正交且具有良好的自相关性，这样就能够使得不同用户的信号在同一时间以相同频带进行通信而不会互相干扰。

2.5数字传输系统

旧的数字传输系统存在许多缺点：

同步光纤网 SONET

同步数字系列 SDH ：

SONET / SDH 标准的意义：

STM-1：

Synchronous Transport Module - Level 1

是同步数字系列（SDH）中的一种标准传输速率。

STM-1通常被用作SDH网络中各种设备之间的传输单元，作为数据传输的基本单位。在SDH网络中，STM-1可以进一步组合成更高层级的传输速率，如STM-4（622.08 Mbps）、STM-16（2.488 Gbps）等，以满足不同带宽需求的数据传输。

OC-48：

Optical Carrier level 48，光载波层次48，在光纤通信中，OC标准通常用于描述光纤传输速率，OC-48的数据传输速率为2.488 Gbps，对应STM-16

2.6宽带接入技术

用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP（Internet Service Provider互联网服务提供商）

从宽带接入的媒体来看，分为有线和无线，以下讨论有线宽带接入。

非对称数字用户线路 ADSL技术
光纤同轴混合网 HFC网
宽带光纤接入 FTTx技术

宽带接入技术

①ADSL技术（Asymmetric Digital Subscriber Line）

就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务
标准模拟电话信号的频带限制在 300~3400 Hz 范围，但用户线本身实际可通过的信号频率仍超过 1 MHz。
ADSL 技术把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

DSL是数字用户线(Digital Subscriber Line)，分类：

ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)	非对称数字用户线
HDSL (High speed DSL)	高速数字用户线
SDSL (Single-line DSL)	1对线的数字用户线
VDSL (Very high speed DSL)	甚高速数字用户线
DSL (Digital Subscriber Line)	数字用户线
RADSL (Rate-Adaptive DSL)	速率自适应 DSL （是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）

ADSL的传输距离

ADSL特点

注：用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP。

补充：以下是导致下行快过上行的几个主要原因：

用户需求不对称： 在大多数互联网用户的场景中，下载（从互联网到用户）的数据量通常远远大于上传（从用户到互联网）的数据量。用户通常更多地消费内容（如视频、音乐、网页等），而不是产生内容。因此，ADSL技术针对这种非对称的用户需求进行了优化，使得下行速率更快以满足用户的需求。
频谱分配不对称： 在ADSL技术中，下行和上行使用了不同的频谱范围。通常情况下，下行通道被分配更多的频谱资源，以支持更高的速率。这是因为下行通常需要更高的带宽来传输大量的数据，比如视频流、文件下载等，而上行则相对较少。
技术限制和距离衰减： 在DSL技术中，信号的速率和质量受到距离和线路质量的影响。由于ADSL是基于电话线路的，信号会受到距离衰减的影响。通常情况下，下行信号能够更快地传输到用户处，因为典型的互联网用户更接近网络提供商的中心设施，而上行信号需要从用户处传输到网络提供商，可能需要经过更长的距离和更多的干扰。

长话短说，为了满足用户对快速下载的需求，ADSL技术通常会将更多的资源分配给下行通道，使得下行速率比上行速率更快。

讲了ADSL是一种利用电话线传输数据的技术，

而DMT则是ADSL中用于数据传输的调制与解调技术之一。

ADSL数据率

②光纤同轴混合网 HFC网（Hybrid Fiber Coax）

是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网

注：CATV是（Community Antenna Television）的缩写，意为社区天线电视。

它是一种利用中央天线系统（通常是位于高地形处的天线）来接收电视信号，

并将信号通过电缆网络传送到各个家庭的系统。

▲那是怎么对CATV改造的呢？

光纤主要用于传输信号到街区或街道，而同轴电缆则将信号传送到用户的家庭

↓图解如下

high bandwidth fiber trunk 高带宽光纤干线 coxial cable

同轴电缆

▲ 在有线电视网络中使用光纤作为主干传输介质，而在用户接入部分则使用同轴电缆

每个家庭都要安装一个用户接口盒

③FTTx技术（Fiber to the x）

FTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带光纤接入方式

FTTx 表示 Fiber To The…（光纤到…），例如：

总览：

	ADSL	HFC	FTTx
传输介质	使用普通电话线进行数据传输	结合光纤和同轴电缆进行数据传输	使用光纤作为主要传输介质， X可以代表不同的终端接入技术，如FTTH、FTTB等
带宽	传输速度较低，对称带宽较小	提供较高的带宽，可支持高速互联网、数字电视等服务	通常提供更高的带宽，可支持更多高带宽服务需求
传输距离	受到传输距离的限制，距离远时速度会下降	同轴电缆传输距离相对较远，可以覆盖较大范围	光纤传输距离较远，信号衰减小，适用于长距离传输
适用场景	适用于较远距离的用户，提供基本的上网和电话服务	适用于需要高速互联网和数字电视等多媒体服务的用户	适用于对高带宽需求较高的用户，提供更稳定、高速的网络连接
个人理解	适合长距离传输但带宽较低（提供了一种基本的一般的，速度不快的互联网接入方式，类似混温饱的）	高带宽多媒体服务，适合高清视频、在线游戏等需求，类似于吃了一顿丰盛大餐	以光纤为主传输介质，提供更高带宽且更稳定网络连接，就像是享用了一顿更豪华的大餐
优缺点	优点：缺点：传输距离限制，距离远的用户速率可能下降。上传速度较慢，不适合需要频繁上传数据的用户。对线路质量要求高，受干扰影响大。相对低廉的成本，利用普通电话线路进行传输。安装和配置相对简单，适用于家庭用户和小型企业。高速下载数据，适合一般上网需求。	优点：缺点：线路共享可能导致高峰时段速度下降。部分地区基础设施建设复杂，部署困难。对网络管理和维护要求较高。较高的带宽，适合高清视频、在线游戏等需求。使用光纤与同轴电缆结合，提供更稳定的连接。可同时提供数字电视和宽带互联网服务。	优点：缺点：基础建设投入大，成本较高。部署时间长，需要大量的人力物力。光纤接入端部署不足可能会影响覆盖范围。光纤传输速度快，带宽大，适合高清视频、云计算等应用。传输距离远，不受距离限制，速率稳定。抗干扰能力强，网络质量稳定。

第三章：链路层

高层信息处理，低层（底三层）进行通信传输

设立数据链路层的主要目的是将一条原始的、由差错的物理线路

变为对网络层无差错的数据链路！

数据链路层的作用：实现两个相邻节点之间的可靠通信。

数据在路由器/交换机里层层流动。R1 R2 R3之间有网络

同一层有协议，控制信息的流动（类似于过滤）

数据链路层信道类型：

在这里我们介绍前者：点对点的信道传输

3.1使用点对点信道的数据链路层

链路 (link) 是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

一条链路只是一条通路的一个组成部分。

数据链路 (data link) 把实现控制数据传输的协议的硬件和软件加到链路上，就构成数据链路。【典型实现：网络适配器（即网卡）】

现在最常用的方法是使用网络适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。

一般的适配器都包括了数据链路层和物理层（如RJ45水晶头）这两层的功能。

数据链路层传输的是帧

加上帧的首部和尾部控制信息形成帧

或者

常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。数据链路层不必考虑物理层如何实现比特传输的细节。甚至还可以更简单地设想好像是沿着两个数据链路层之间的水平方向把帧直接发送到对方。

⭐数据链路层协议三个基本问题：

封装成帧 透明传输 差错控制

①封装成帧

就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（即确定帧的界限）。

用控制字符作为帧定界符：控制字符 SOH (Start Of Header) 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始。控制字符 EOT (End Of Transmission) 放在一帧的末尾，表示帧的结束。但也会出现问题：如果数据中某个字节的二进制代码恰好和SOH或者EOT一样就会导致数据链路层错误地找到帧的边界。

②透明传输

透明：指某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。

“在数据链路层透明传送数据”表示无论发送什么样的比特组合的数据，

这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。

↑插入特定的控制字符如ESC来辨别数据部分的EOT，类似于Python中的反斜杠转义字符

③差错检测CRC

误码率 BER (Bit Error Rate)：

在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率，误码率与信噪比有很大关系。

原理：

加上第二点的帧首尾，一帧的结构理解：【帧首部+{原始数据+CRC冗余码}+祯尾部】

冗余码的计算：

①求FCS校验码（也就是余数）

加减乘除都是加运算，没有进位

模2除法（利用加法实现除法）20240606已经看B站视频搞懂。

↑异1同0，划掉第一位后补一位，对上去乘下来，以此循环得到余数（长度小于被除数）。

②CRC差错检验：把得到的效验码加到实际发来的数据后，再与除数相除：

不为0则有错————>丢弃

为0则无措————>通过

【看课后题3-07】

循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS 并不等同。

CRC 是一种常用的检错方法，而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。

以上那么多话，可以总结为这张图：

注意：

简单来说就是有错就不要，并不是无差错传输，只是接受了的都无差错

【只能检错不能纠错】

奇校验不能检查出1为奇数个的比特数据，偶校验不能检查出1为偶数个的比特数据
在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。
将余数作为FCS附加到帧格式的末尾（见下一节）
首先判断校验位数:生成多项式的最高次方是几，假设生成多项式最高位为4次，则除数就是4位
然后补齐数据位后面的0000，然后开始模2除法
得到余数就是校验码，也就是帧校验序列（FCS）
为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了⭐循环冗余检验 CRC（期末必考+研究生） 的检错技术。
物理层传比特流
链路层传帧
网络层传IP数据包
运输层传报文（TCP/UDP）

3.2点对点协议PPP

是在两个节点间进行数据传输的协议，用于建立在串行（交换机是并行的）线路上的点对点连接。

PPP协议的特点

PPP协议数据包是在封装成帧的包装方法的基础上进行更高层次的封装和定义的。换句话说，封装成帧的包装方法是数据链路层的基础（重点在于包装），而PPP协议数据包是在此基础上定义了更高层次的数据封装和传输方式（更高的包装+传输）。

对于点对点的链路，

目前使用得最广泛的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。

PPP 协议在 1994 年就已成为互联网的正式标准。（两点之间通信）

PPP协议应满足的需求

简单 —— 这是首要的要求。
封装成帧 —— 必须规定特殊的字符作为帧定界符。
透明性 —— 必须保证数据传输的透明性。
多种网络层协议 —— 能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议。
多种类型链路 —— 能够在多种类型的链路上运行。
差错检测 —— 能够对接收端收到的帧进行检测，并立即丢弃有差错的帧。（无需纠错）
检测连接状态 —— 能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态。
最大传送单元 —— 必须对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元 MTU 的标准默认值，促进各种实现之间的互操作性。
网络层地址协商 —— 必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。
数据压缩协商 —— 必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法。

组成：

一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。
网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。

PPP协议的帧格式

帧的首部：

同步字节（Flag）：标识帧的开始和结束，通常是01111110。标志字段 F = 0x7E

（符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。十六进制的 7E 的二进制表示是 01111110）

地址字段（Address）：一般为8位，但在PPP中，地址字段通常被设置为二进制11111111，表示广播地址，因此在PPP中不常用。地址字段 A 只置为 0xFF。地址字段实际上并不起作用。

控制字段（Control）：一般为8位，但在PPP中，控制字段通常被设置为二进制00000011，表示不进行流量控制。控制字段 C 通常置为 0x03。

协议字段（Protocol）：用于标识上层协议类型，例如IP协议为0x0021。

帧的尾部：

循环冗余检验余数（FCS）：FCS加入到数据后进行模2除法，结果不为0则丢弃。

同步字节（Flag）：标识帧的开始和结束，通常是01111110。标志字段 F = 0x7E

数据中可能会包含与控制字符相同的字节。

通过在这些特殊字节前面添加转义字符，可以确保接收端正确识别这些字符

简单理解就是插入一些额外符号告诉接收方区分数据和数据边界

字符填充

（异步传输）

图解：

0比特填充

（同步传输）

连着5个1补0

这个用得更多，5个1后面含0必还在数据部分，如果还是1则说明真的是0x7E

PPP是不可靠传输：

信息错的传上高层，有错的话高层再反馈，我不负责

简单来讲就是我PPP协议不是主要的纠错方，就可以摆摆烂

PPP协议的工作状态

PPP 链路初始化过程：

用户拨号接入 ISP 后，就建立了一条从用户个人电脑到 ISP 的物理连接。

用户个人电脑向 ISP 发送一系列的链路控制协议 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧），以便建立LCP连接。

之后进行网络层配置。网络控制协议 NCP 给新接入的用户个人电脑分配一个临时的 IP 地址。

当用户通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。LCP 释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。【接入ISP后LCP+NCP配置协商】

3.3使用广播信道的数据链路层

这小节研究老式的总线型网络的碰撞问题。

局域网的数据链路层

局域网工作在链路层。

局域网最主要的特点是：

①网络为一个单位所拥有；

②地理范围和站点数目均有限。

局域网具有如下主要优点：

具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。

局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。

提高了系统的可靠性、可用性和残存性。

局域网拓扑结构

局域网传输媒体

共享信道带来的问题

解决：

静态划分信道

频分复用
时分复用
波分复用
码分复用

动态媒体接入控制（多点接入）

随机接入
受控接入，如多点线路探询 (polling)，或轮询。

以太网两个标准：

DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。
IEEE 802.3 是第一个 IEEE 的以太网标准。

两者差别很小。严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。

⭐数据链路层的两个子层（链路层分为两层）

为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，

IEEE 802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：

逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层；（目前不再使用。网卡也没有此结构）
媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。

与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关。

不管采用何种协议的局域网，对 LLC 子层来说都是透明的。

注意，现在一般不考虑LLC子层

由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，

因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。

很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。

适配器的作用

网络接口板称通信适配器 (adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。

计算机通过适配器和局域网进行通信

最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。

【集线器：将从一个端口接收到的数据包广播到所有其他端口】

易于实现广播通信。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有源器件。

为了实现一对一通信，将接收站的硬件地址写入帧首部中的目的地址字段中。

仅当数据帧中的目的地址与适配器的硬件地址一致时，才能接收这个数据帧。

总线也有缺点。若多台计算机或多个站点同时发送时，会产生发送碰撞或冲突，导致发送失败，

这也是为什么现在不怎么用集线器的原因，用交换机更多。

措施：

(1) 采用较为灵活的无连接的工作方式

不必先建立连接就可以直接发送数据。

对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。

这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。

以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。

当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。

如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，

而是当作一个新的数据帧来发送。

CSMA/CD 协议：

载波监听多点接入 / 碰撞检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。

运用于总线型网络（也就是上面那张图）的数据链路层。

“多点接入”表示是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”。

因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

【就是听一下路上有没有人在传，在传那我再等等】

“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。

当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。【撞了会有”噪音“】

在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用

的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。

CSMA/CD工作流程总览：

思考：为什么要进行碰撞检测？因为信号传播时延对载波监听产生了影响

最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2τ（一来一回需要时间，就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。）比2τ少的话，是因为其他站花了δ发出碰信号，然后和A来的信号撞了，一碰就又返回了。

以太网的端到端往返时延 2τ 称为争用期（固定），或碰撞窗口。

经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。
反之，在发送过程中检测到有信号冲突，设备会立即停止发送，执行退避算法：

碰撞后重传的时机：

第1次碰撞了，时间上就再等等0*2τ或者1*2τ；第2次撞了，再等等0*2τ或1τ或2τ或3τ；

…

第11次撞了，等待的r还是从第10次的集合里取（可以理解为我退避也是有限度滴！）

随着k增加，碰撞概率降低。一台机随机选一个r，如上图：50%，25%，12.5%。。。

以太网实例：

10 Mbit/s 以太网取 51.2 μs 为争用期的长度。

对于 10 Mbit/s 以太网，在争用期内可发送 512 bit，即 64 字节。

这意味着：

以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。

如果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。

由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。

以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，

凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

在 10 Mbit/s 以太网 51.2 μs 的争用期内，信号能传输多远的距离？

以太网上最大的端到端单程时延必须小于争用期的一半（即 25.6 μs），

这相当于以太网的最大端到端长度，约为 5 km。

意思是数据包在发生碰撞之前，传播出去最多5公里。

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。以太网不能用于工业控制，以太网发送具有不确定性。

使用集线器的星形拓扑

上面讲的是总线型拓扑的链路层网络。

先来讲一下以太网传输媒体的发展：粗同轴电缆 è 细同轴电缆 è 双绞线。

采用双绞线的以太网采用星形拓扑。

在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器 (hub)。

具有三个接口的集线器：

以太网的信道利用率

以太网信道被占用的情况：

注意：成功发送一个帧需要占用信道的时间是 T0 + τ （发送+传输），

比帧的发送时间要多一个单程端到端时延 τ 。

要提高以太网的信道利用率，就必须减小τ 与 T0 之比。

↑在以太网中定义了参数 a = 以太网单程端到端时延 τ 与帧的发送时间 T0 之比。

对参数a是有要求的！

为提高利用率，以太网的参数 a 的值应当尽可能小些。(结合上面那张图看就行)
当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制，否则 τ 的数值会太大。
以太网的帧长不能太短，否则 T0 的值会太小，使 a 值太大。

信道利用率的最大值Smax ：

【理想：发送时间要远大于传输时间】

以太网的MAC层

①MAC层的硬件地址：

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。

MAC 地址是网络适配器（如网卡）的一个重要组成部分；

每个网络适配器都有一个唯一的 MAC 地址，用于在网络中识别和定位设备。

IEEE 注册管理机构 RA 负责向厂家分配前 3 个字节 (即高 24 位)，称为组织唯一标识符 OUI (Organizationally Unique Identifier)。
厂家自行指派后 3 个字节 (即低 24 位)，称为扩展标识符 (extended identifier)。
必须保证生产出的适配器没有重复地址。
地址被固化在适配器的 ROM 中。

适配器具有过滤功能：

每收到一个 MAC 帧，先用硬件检查帧中的 MAC 地址。

如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。

否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。

②MAC帧的格式：

目的地址字段 6 字节

源地址字段 6 字节

类型字段 2 字节

类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。

数据字段 46 ~ 1500 字节

数据字段的正式名称是 MAC 客户数据字段。收到的报文类型在【类型】2字节里已经确定，可能是UDP或者TCP报文等等。最小长度 64 字节 - 18 字节的首部和尾部 = 数据字段的最小长度（46

字节）

FCS 字段 4 字节

当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节

无效的MAC帧：

注意：有效的MAC帧长度：64~1518

3.4扩展的以太网

交换机干掉了总线布局（CSMA/CD），不再有碰撞。

以太网是一种局域网技术，它使用双绞线、光纤或同轴电缆来连接计算机、打印机和其他网络设备，以实现数据通信。在以太网中，数据以数据包的形式进行传输，每个数据包都包含了目标设备的地址以及数据内容。以太网可以支持不同的数据传输速率，从最初的10 Mbps（传统以太网）、100 Mbps（快速以太网）到1 Gbps、10 Gbps甚至更高的速率。

在物理层扩展以太网

碰撞域（collision domain）又称为冲突域，指网络中一个站点发出的帧会与其他站点发出的帧产生碰撞或冲突的那部分网络。碰撞域越大，发生碰撞的概率越高。能碰撞的地方都是可以传输的，这么理解。

在数据链路层扩展以太网

以太网交换机的特点：

实质上是一个多接口网桥。通常有十几个或更多的接口。（网桥，简单理解就是比交换机烂的，也是运行在数据链路层的）
每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，一般工作在全双工方式。
以太网交换机具有并行性。能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信。相互通信的主机都独占传输媒体，无碰撞地传输数据。每一个端口和连接到端口的主机构成了一个碰撞域，互相独立。（以集线器为一个碰撞域，你走你的，我走我的）

↑从集线器角度看，下属都是同一个碰撞域；从交换机角度看，下属分别有三个碰撞域

以太网交换机：

以太网交换机的优点：

↑碰撞域如上图所示，集线器共用碰撞域，交换机分别下属碰撞域。

（交换机通过使用交换表来管理数据转发，避免了碰撞）

（交换机根据端口独立管理数据流量，因此每个端口拥有独立的带宽）

↑win麻了属于是

集线器是一种多端口的设备，它将所有连接在其中的设备组成一个广播域。当集线器接收到一个帧时，它会将该帧广播到所有其他端口上（交换机则不一定广播）。所以在一个集线器上，所有用户共享同一带宽，因为所有数据都会被广播到所有端口上，每个用户都能收到所有的数据。

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