网络与分布式计算 复习笔记

第三章运输层

3.1概述：

1，运输层协议为不同主机上的应用进程彼此之间提供了逻辑通信.

2,运输层协议是在端系统而不是网络中的路由器中实现的。也只工作在端系统。中间路由器既不识别也不处理运输层加载应用层报文的任何信息。

3，网络应用程序可以使用多种运输层协议。因特网有TCP和UDP两种运输层协议。

4，运输层位于网络层之上，为运行在不同主机上的应用程序之间提供了逻辑通信；而网络层则提供了主机之间的逻辑通信。

5，运输层提供的服务受到了底层网络协议的服务模型的限制。

6，因特网的网络层协议IP协议的服务模型是尽力而为的服务，它不做任何确保，不保证报文段的按序交付，更不保证报文段中的数据完整性。是不可靠服务

7，TCP和U DP最基本的任务是，将两个端系统间IP的交付服务扩展为运行在两个端系统上的进程之间的交付服务。

8，运输层的多路复用与多路分解：将主机间交付扩展到进程间交付。

9，进程间数据交付和差错检查是两种最低限度的运输层服务。也是UDP所能提供的仅有的两种服务。

10，TCP通过流量控制、序号、确认和定时器等技术，能抱着正确而有序地将数据从发送进程交付给接收进程。TCP还提供拥塞控制功能。

3.2 多路复用与多路分解

1，接收主机中的运输层实际上并没有把数据直接交付给进程，而是通过一个中间的套接字来传递；每个套接字都有唯一的标识符，其格式决定了它是UDP还是TCP套接字。

2，多路分解demultiplexing：将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作。运输层通过检查每个运输层报文段的几个字段来标识套接字，然后将报文段定向到该套接字。

多路复用multiplexing:从在源主机的不同套接字中收集数据，并为每个数据块封装上首部信息（在多路分解时使用）从而生产报文段，然后将报文段传递到网络层的工作。

多路复用的要求：1，套接字有唯一的标识符；2，每个报文段有特殊字段来指示该报文段所要交付的套接字。这些特殊字段是源端口号字段（作为“返回地址”的一部分，在回发报文段时使用）和目的端口号字段。

端口号有16比特；0到1023范围的端口号成为周知端口号是受严格限制，保留给一些周知的应用层协议使用的。

多路分解的实现：主机上的每个套接字被分配一个端口号，当报文段到达主机时，运输层检查报文段中的目的端口号，并将其定向到相应的套接字。然后报文段中的数据通过套接字进入其所连接的进程。

3，无连接的多路复用与多路分解

DatagramSocket mySocket = new DatagramSocket(19157); //端口号也可以不指定，运输层//会自动为其分配一个端口号（1024到65535之间）。

一个UDP套接字是由一个包含目的IP地址和目的端口号的二元组来全面标识的。如果两个UDP报文段有不同的源IP地址或端口号，但具有相同的目的IP地址和端口号，它们将通过相同的套接字被定向到相同的目的进程。

4，面向连接的多路复用与多路分解

TCP套接字与UDP套接字不同在于，它是由一个四元组标识的（源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号）。如果两个TCP报文段具有不同的源IP地址或源端口号，它们将被定向到两个不同的套接字，除非TCP携带了初始创建连接的请求。

在使用多线程时，多个套接字连接到相同的进程。即进程与套接字不是一一对应的。

3.3 UDP 无连接运输

优点：1，应用层能更好地控制要发送的数据和发送时间；2，无需连接建立；3，无连接状态；分组首部开销小（TCP20个，UDP8个字节）。

UDP潜在的一个严重问题是，因为它没有拥塞控制，将可能引发UDP发送方和接收方的高丢包率，并挤垮有拥塞控制的TCP会话。

使用UDP的应用也是可以实现可靠的数据传输的，这需要在应用程序自身中建立可靠性机制来完成。

UDP报文段结构：源端口号，目的端口号，长度，检查和（提供差错检测，但不进行修复），报文。

UDP检查和：对报文段中所有16比特字的和进行1的补运算，求和时遇到的任何溢出都被丢弃。用于检查和确定当UDP报文段从源到目的地时，其中的鼻涕是否发生了变化。

UDP并不提供差错恢复。其差错检查遵循了端到端的设计原则。

3.4 可靠数据传输的原理

1，rdt 1.0 完全可靠信道上的可靠数据传输。。

2，rdt 2.0 具有比特差错信道上的可靠数据传输：使用了差错检查、肯定确认与否认；重传。是一种停等协议。发送放不会发送一块新的数据，直到发送方确认接收方已正确接收当前分组为止。

缺陷：ACK 或NAK分组受损的可能性没有考虑到。

解决方案：

首先，引入冗余分组，即只要接收到含糊不清的ACK或NAK，就要求重传数据。

然后，在数据分组中添加一个新字段，让发送方对其数据分组进行编号，即将发送数据分组的序号放在该字段。这样，接收方只需检查序号即可确定收到的分组是否一次重传，或是新的分组。

Rdt2.2:取消了NAK的使用，而使用冗余ACK

3，rdt 3.0 在具有比特差错的丢包信道上的可靠数据传输。

使用基于时间的重传机制。只要到达一定的时间，则不论是分组丢失（可能是发送过去的分组丢失了，也可能是接收方返回的ACK丢失了），还是超时（发送分组、处理分组、返回ACK的时间过长），发送方都进行重传动作。这时如果产生冗余分组，利用序号的方法即可解决（在rdt2.0中以提出）

4，可靠数据传输协议的要点：检查和（差错检查）、序号（解决冗余分组）、定时器（定时重传）、肯定确认和否认。

5，Rdt3.0还存在一个核心问题：它是一个停等协议。性能不够好。

解决方案：使用流水线技术，允许发送放发送多个分组而无需等待确认。

流水线引入的问题：

ａ，必须增加序号范围，因为每个传输的分组必须有一个唯一的序号。

ｂ，协议的发送和接收方也许必须缓存多个分组。

ｃ，解决流水线的差错恢复有两种基本方法：回退Ｎ步和选择重传。

6，回退N步协议go-back-N,允许发送方传输多个分组而不需等待确认，但它也受限于在流水线中未确认的分组数布恩那个超过最大允许数N。

GBN发送方必须响应三种类型的事件：

a,上层的调用。需要先检查发送窗口是否已满。

b,收到ack。对于序号为N的分组的确认用于累积确认。

c，超时事件。发送方重发所有已发送但还未被确认的分组。

在GBN中接收方丢弃所有失序分组。因为接收方必须按序将数据交付给上层。

7，选择重传：通过让发送方仅重传那些它怀疑在接收方出错（丢失或受损）的分组从而避免了不必要的重传。这种个别的、按需的重传要求接收方逐个地确认正确接受的分组。SR 接收方将确认一个正确接受的分组而不管其是否有序。失序的分组将被缓存直到丢失分组（即序号更小的分组）都被收到为止。

8，总结：p149

9,通过假定一个分组在网络中“生存”的时间不会超过某个固定最长时间来确保一个序号在“确信”任何先前发送的序号为X的分组都不再在网络中之前不被再重新使用

3.5 面向连接的运输：TCP

1,面向连接服务：必须握手，建立确保数据传输所需的参数。

2,连接状态只保存在两个端系统。只在端系统中运行。

3，提供点对点的全双工服务。

4，Socket clientSocket = new Socket(“hostname”,portNumber).

5,MSS,最大报文段长度，TCP可从缓存中取出并放入报文段中的最大数据量（不包括TCP首部）。

MTU,最大传输单元。

6，TCP连接包括：一台主机上的缓存、变量和与另一个进程连接的套接字，以及另一台主机上的一套缓存、变量和与一个进程连接的套接字。在这两台主机之间的网络要素（路由器、交换机和中继器）中没有为该连接分配任何缓存和变量。

7,TCP报文段结构：（首部字段+数据字段（包含一块应用数据））

MSS限制了报文段的数据字段的最大长度；当TCP发送个大文件时，通常将文件分割成长度为MSS的若干块。

报文段结构：

首部：

源和目的端口号，用于多路分解/复用送至或来自上层的数据；

检查和字段

32比特的序号字段和32比特的确认号字段。被TCP发送方和接收方用于实现可靠传输服务，是很关键的部分。一个大文件被分成很多MSS大小的报文段，每个报文段有一个序号，这个序号表示的也就是数据字段首字节的序号。确认号表示接收方期望从发送方接收到的下个字节的序号。

16比特接受窗口，用于流量控制。

4比特首部长字段，指示了以32比特字为单位的TCP首部长度。

可选与变长的选项字段。导致首部长度可变。

6比特标志字段URG（紧急）ACK（指示确认字段中的值有效）PSH（接收方应该立即将数据交给上层）RST SYN FIN（这三者用于建立和拆除连接）

8，往返时延的估计与超时：

1,估计往返时延：SampleRTT,从该报文段被发出（交给IP）到其确认被接收到的时间量。

EstimateRTT=(1-a)*EstimateRTT + a*SampleRTT

DevRTT(往返时延偏差）=（1-β）*（DevRTT+β*|SampleRTT-EstimateRTT|）表示往返时延的波动情况。

2,设置和管理重传超时间隔

TimeoutInterval=EstimateRTT+4*DevRTT。

9，TCP可靠数据传输

1,TCP发送方与传输和重传有关的3个事件：（高度简化版本)

A,从上层应用程序接受数据：将数据封装在一个报文段中，并将其交给IP.

B,超时事件。TCP通过重传引起超时事件的报文段来响应。随后重启计时器。

C,一个来自接收方的确认报文段（ACK)到达。TCP将ACK的值与变量sendBase(最早未被确认的字节的序号）比较，采用累积确认。如果还有未被确认的报文段，则需要重启计时器。

2,加倍超时时间间隔

在TCP实现中，每当超时事件发生时，TCP重传具有最小序号的还未被确认的报文段，但是每一次TCP重传都会把下一次的超时时间间隔设为先前之的两倍，而不是根据EstimateRTT和DevRTT来计算。

3，快速重传：

使用冗余ACK，当接收方接收到一个大于期望序号的报文段时，它检测到了数据流中的一个间隔，即有报文段丢失。它就对按序接收到的最后一个报文段发送一个冗余ACK，当发送方接收到3个冗余ACK，就进行快速重传，即在该报文段的定时器过期之前就进行重传。

4，TCP是GBN还是SR?

TCP协议的一种修改使用了选择确认，它允许接收方有选择地确认失序报文段，而不是累积地确认最后一个正确接收的报文段。这种机制与选择重传相结合（跳过那些已被接收方选择性确认过的报文段的重传）。

5，流量控制：消除发送方使接收方缓存溢出的可能性。

TCP通过让发送方保留一个被称为接受窗口（received window）的变量来提供流量控制。

在接收方,因为TCP不允许已分配的缓存溢出，LastByteRcvd-LastByteRead<=RcvBuffer RcvWindow=RcvBuffer-[LastByteRead-LastByteRcvd].

接收方把RcvWindow的当前值放入它发给发送方的每个报文段接受窗口字段中，以通知发送方它在该链接的缓存中还有多少可用空间。

在发送方，保证LastByteSent-LastByteAcked<=RcvWindow,就可以保证接收缓存不会溢出。

另外，为了解决在接收方缓存已为0并通过给发送方，并且再没有其他数据发送给发送方时，即使接收方清空了缓存，却不能通知发送方，而发送方被阻塞的情况。TCP规定，当接收方接收窗口为0时，发送方继续发送只有一个字节数据的报文段，这个报文段会被接收方确认，然后接收方开始清空缓存，并且这个确认中只包含一个非零的RcvWindow值。

6，TCP连接管理

连接建立三部曲：3次握手

1，客户端TCP向服务器TCP发送一个特殊的TCP报文段（SYN报文段）。它不包含应用层数据，首部标志位SYN被设为1.

另外，客户机随即选择一个起始序号client_isn，放在序号字段中。

2，服务器获得客户端的SYN报文段，为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户机TCP发送允许连接的报文段(SYNACK报文段）。这个报文段也不包含应用层数据.

首部SYN设为1；

确认号字段设为client_isn+1；

服务机也随即选择自己的起始序号server_isn放在序号字段中。

3，客户机收到SYNACK报文段，也为该连接分配缓存和变量。并向服务器发送

另一个报文段，对服务器的允许连接进行确认（通过把确认字段设为server_isn+1来完成）。而SYN设为0，因为连接已经建立。

第四章网络层

1，运输层依赖于网络层的主机到主机的通信服务，提供了各种形式的进程到进程的通信。2，网络层转发涉及从一条入链路到一台路由器中的出链路的传送；选路涉及一个网络中的所有路由器，它们集体地经选路协议交互，以决定分组从源到目的地节点所采用的行程。

4.1，概述：

A，路由器的主要作用就是将数据报从入链路转发到出链路。路由器不运行应用层和运输层协议。

B,网络层的主要功能：

转发：当一个分组道道某个路由器的一条输入链路时，该路由器必须将该分组移动到适当的输出链路。

选路：当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。计算这些路径的算法称为“选路算法”

网络建立：某些网路体系结构要求从源到目的地沿着所选择的路径彼此握手，在网络层数据分组能够开始流动之前，给定源到目的地连接之间建立起状态。

C，每条路由器有一个转发表。路由器转发一个分组通过检查到达分组首部的一个字段的值，然后使用该值在路由器的转发表中标引查询，查询结果指出了将被转发的路由器的链路接口。

D，路由器接收选路协议保温，并用于配置其转发表。选路算法决定转发表中的值。

E,链路层交换机根据链路层字段中的值作转发决定；路由器根据网络层的字段中的值作转发决定。

F,网络服务模型定义在网络的一侧及边缘到另一侧及边缘之间端到端数据运输特性。网络层能提供的可能的服务有：确保交付；具有时延上限的确保交付；有序分组交付；确保最小带宽；确保最大时延抖动。

实际上，网络层提供了单一的服务，被称为“尽力而为的服务”。

4.2，虚电路和数据报网络

A,网络层也提供类似于运输层的无连接服务和连接服务。网络层的连接服务从主机间握手开始；而无连接服务则没有任何握手预备步骤。

仅在网络层提供连接服务的计算机网络被称为虚电路网络，仅在网络层提供无连接服务的计算机网络称为数据报网络。

B,一条VC电路的组成：1，源和目的主机之间的路径(一系列链路和路由器)；2，VC 号，沿着该路径的每段链路一个号码；3，沿着该路径的每台路由器中的转发表表项。

属于一个虚电路的分组将在它的首部携带一个VC号。因为一条虚电路在每条链路上可能具有不同的VC号，每台路由器必须用一个新的VC号代替每个传输分组的VC号。新的VC号就从转发表中获得。

三个阶段：虚电路建立，沿着两个端系统之间路径上的路由器都要参与虚电路的建立，且每个路由器都完全知道经过它的所有虚电路；数据传送；虚电路拆除。

信令报文：端系统向网络发送指示虚电路启动与终止的报文，及路由器之间传递的用于建立虚电路的报文；信令协议：用来交换信令报文的协议。

C,在数据报网络中，每个路由器有一个将目的地址映射到链路接口的转发表；当分组到达路由器时，该路由器使用分组的目的地址在该转发表中查找适当的输出链路接口。

有一种风格的转发表使用分组的目的地址的前缀与该表中的项进行匹配；最长前缀匹配原则。

因为在数据报网络中的转发表能在任何时刻修改，从一个端系统到另一个端系统发送一系列分组可能在通过网络时走不同饿路径，并可能无序到达。。

D,路由器工作原理：四个部分组成

输入端口：包括线路端口；数据链路处理（协议、拆封）；查找、转发、排队（分组进入交换结构时可能因为其他分组正在使用而阻塞）。要求输入端口的处理（查找）速度要能超过线路速度，即执行一次查找的时间应少于从输入端口接受一个分组所需的时间。可以使用树形二分查找、内容可寻址内存、高速缓存技术提高查找速度。

交换结构：内存交换；经一根总线交换；经一个互联网络交换。

输出端口：取出存放在输出端口内存中的分组并将其传输到输出链路上。

排队问题：在输入（线头阻塞等）、输出端口（需要分组调度程序，使用活动队列管理算法如随机早期检测）都存在。

4.4 网际协议：因特网中的转发和编址

A,因特网的网络层的三个主要组件：1，IP协议，编制规则、数据报格式、分组处理规则；2，选路协议，决定数据报从源到目的地所遵循的路径；3，网际控制报文协议ICMP，差错报告、路由器信令。

B,IPv4数据报格式

版本号决定版本；首部长度决定数据从哪里开始；数据报长度决定数据报总长度；

用于IP分片的：16比特标识确定属于哪个大的数据报；标志用于确定是否所有分片都接收到了（最后一个分片标志为0，其他为1）；13比特分段偏移用于确定分片是否丢失。

寿命用于确保数据报不会永远在网络中循环存在（每跳减1）；上层协议决定在达到后交给哪种运输层协议；首部检查和用于检测数据报中的比特错误。

32比特源地址；32比特目的地址；选项，允许IP首部被扩展；数据payload；

C,IP数据报分片

MTU:一个链路层数据报能承载的最大数据量。在发送方到目的地址上的每段链路可能使用不同的链路层协议，导致MTU不同。就会需要分片，分片到达后需要重新组装。

数据报的有效载荷只有在IP层已完全重构为原始IP数据报时，才传递给目的地运输层；否则可能丢弃之（UDP），也可能通过重传回复丢失的片(TCP).

D,IPv4编址

在全球因特网中的每台主机和路由器上的每个接口（而不是每台设备）必须有一个全球唯一的IP地址。（每台设备可能因为有多个接口，而实际上有多个IP地址）。

为了确定子网，分开主机和路由器的每个接口，从而产生了几个分离的网络，接口段接了这些独立的网络的端点。这些独立的网络中的每一个都叫做一个子网。

因特网的地址分配策略：无类别域际路由选择CIDER。a.b.c.d/x 最高的x比特构成了IP地址的网络部分，称为该地址的前缀。

路由聚合：使用单个网络前缀通告多个网络的能力。

分配主机地址：手工配置；动态主机配置协议（DHCP），允许一台主机自动获取一个IP 地址，及其他信息，如它的子网掩码等。DHCP通常为连接的主机分配一个临时IP地址，但也可以是固定的。

第五章链路层和局域网

5.1 数据链路层：概述和服务

5.1.1 链路层协议用来在独立的连路上移动数据报。它定义了链路两端的节点之间交互的分组格式，以及当发送和接受这些分组是这些节点（主机和路由器）采取的动作。

链路层协议交换的数据单元称为帧，每个链路层帧封装了一个网络层的数据报。

当发送和接收链路层帧的时候，链路层协议采取的动作包括：差错检测；重传；流量控制和随机访问。

链路层的一个重要特性是数据报在路径的不同链路上可能由不同的链路层协议处理。而不同的链路层协议所提供的服务可能是不同的。因此网络层必须能在各段链路层提供异构服务的情况下，完成它的端到端的服务。

链路层提供的基本服务都是：将数据报通过单条链路从一个节点移动到临近的节点，而所提供的具体服务细节将依赖于该链路上应用的具体链路层协议。链路层协议可能提供的服务包括：

成帧framing: 一个帧=一个数据字段+若干首部字段（其中就包含了网络层数据报）。

链路访问link access：媒体访问控制协议MAC定义了帧在链路上传输的规则。

可靠交付reliable delivery：保证每个网络层的数据报无差错地通过链路层。链路层的可靠服务也是通过确认和重传实现的。这种可靠服务通常用于容易产生高差错率的链路，如无线链路，其本意是本地纠正一个错误。

流量控制。

差错检测：通过穿树节点在帧中设置差错检测比特位。

差错纠正。

半双工和全双工。

5.1.2 适配器通信

对于一个给定的通信链路，链路层协议的主要部分在适配器（也称网络接口卡NIC）中实现。在发送方，适配器将网络层数据报封装成链路层帧并发送到通信链路上；在接收端，适配器收到整个帧，提取从网络层数据报并传递给网络层。

差错检测、可靠交付（序号、定时器和确认）、随机访问协议都完全在适配器中实现。

适配器组成：

总线接口：与父节点通信，传送数据和控制信息；

链路接口：实现链路层协议。除了装配和拆卸帧外，还负责差错检测、随机访问等功能。

5.2 差错检测和纠错技术

奇偶校验法。一维和二维。

检查和方法

循环冗余检测CRC

5.3 多址访问协议MAP

广播链路能够有多个发送和接收节点连接到相同的、单一的、共享的广播信道。广

播是指当任何一个节点传输一帧时，该型到广播该帧，从而每个其他节点都会收到一份拷贝。

多址访问问题：协调多个发送和接收节点对一个共享广播信道的访问。

碰撞collision，被传输的帧在所有的接收方碰撞，搜有的节点同时接收到多个帧。

3种多址访问协议：

1，信道划分协议。

时分复用:每个节点在每帧时间内获得专用的传输速率R/N b/s.消除了碰撞。但节点的速率被限制为R/N b/s，即使只有它一个节点在传输；节点必须总是等待它在传输序列中的轮次。

频分复用。优缺点与时分复用一致。

码分多址CDMA。每个节点采用唯一的编码来对它发送的数据进行编码，接收方解码。

2，随即访问协议：一个节点总是以信道的全部速率传输，当有碰撞发生时，卷入碰撞的每个节点反复地重传它的帧，直到该帧无碰撞地通过。但并不是碰撞后立即重发，而是先等待一个随机时延，这个随机时延是每个节点独立选择的。

时隙ALOHA：所有节点的起点相同，碰撞后，以概率p在之后的每个时隙重传。

成功时隙：刚好有一个节点传输的时隙。

纯ALOHA: 不约定起点，所有节点可以随时马上发送帧，碰撞后立即以概率p重传。

载波侦听多址访问CSMA：在发送之前先判断链路是否空闲，即载波侦听；碰撞检测，如果有其他传输节点在传输，则立即停止传输。

广播信道的端到端信道传播时延（信号从一个节点传播到另一个节点所耗费的时间）越长，载波侦听节点不能侦听到另一个节点已经开始在传输的可能性越大。

3，轮流协议

轮询协议：一个节点被指定为主节点，主节点以循环的方式轮询每个节点。即轮流给各个节点发送信号，告诉其可以传输的最大帧数。消除了碰撞；但引入了轮询时延；

单点故障，如果主节点出错，则整个信道将不可操作。

令牌传递协议：没有主节点，一个小的、成为令牌（token)的特殊目的的帧在节点之间以某个固定的次序交换。当一个节点收到令牌，如果它有帧要发，就持有令牌，否则就传给下个节点。同样解决了碰撞问题；但也存在单点故障，如果一个节点出了故障，或不释放令牌，则整个信道不可操作。

4,局域网这里讨论令牌环LAN

当一个节点获得了令牌并发送一帧时，帧沿着整个环传播，从而创建了一个虚拟广播信道。当该帧传过来时，目的节点从链路媒体中获取之，发送该帧的节点有责任从环中去掉这个帧。

FDDI为更大地理范围的LAN，包括MAN设计，由接收节点负责将帧从环中去掉。

5.4 链路层编址

5.4.1 MAC编制：并非所有节点都有链路层地址，而是节点的适配器具有链路层地址。MAC地址长度为6个字节。

5.4.2 地址解析协议ARP 将IP地址映射成MAC地址（ARP表）

5.5 以太网

前同步吗目的地址

MAC 源地址

MAC

类型（说明交给上层的什么协议数据..

.

CRC

所有以太网都向网络层提供无连接服务和不可靠服务（对接收到的帧进行CRC校验，

但无论是否通过，都不向发送方发送反馈信息）。由上层的协议来实现可靠服务。

5.5.2CSMA/CD以太网的多址访问协议

当某节点通过一个集线器互联时，该以太LAN是一个真正的广播LAN，即当一个适配器传输一个帧时，LAN上的所有适配器都收到该帧。因为以太网能应用广播，因此需要多址访问洗衣。它使用了CSMA/CD多址访问协议：

A,适配器可以在任何时刻开始传输；即没有使用时隙。

B，当一个适配器侦听到还有其他适配器也在传输，它不会传输帧；即使用了载波侦听。

C,也使用了碰撞检测。

D，在试图重传之前，适配器等待一个随即时间，通常比传输一个帧的时间段。

以太网效率：=1/（1+5tProp/tTrans)

5.5.3 以太网技术

最常用的以太网技术室：10baseT和100baseT（T代表twist,双绞线）,该技术在星型拓扑中使用双绞铜线，传输速率分别为10Mb/s和100Mb/s。各个节点上的每个适配器与集线器都有一个直接的、点对点的连接。适配器和集线器之间的最大距离是100m.最大距离可以通过集线器或交换机和光纤链路组成的层次来增加。

集线器是一个物理层设备，作用于单个比特而不是帧。集线器只是重新生成到达的比特，并增强它的能量，在传到所有其他接口中。

集线器的网络管理特性：如果一个适配器出现了故障，不断地发送以太网帧，那么集线器可以检测到错误，并在内部断开与该适配器的连接。大多集线器能收集信息，并传递给与之相连的主机，用于网络管理。

5.6 互联网：集线器和交换机（连接LAN的两种不同方法）

5.6.1 集线器：

多级集线器设计。LAN，LAN网段（集线器和连接到该集线器的主机构成）。所有的LAN网段都属于同一个碰撞域，即任何时候，如果这个LAN网段上的两个或多个节点同时传输，就会存在碰撞，并且所有的传输节点都会进入指数回退状态。

多几集线器设计优点：

提供了不同LAN网段间主机的跨网段联系；

扩展了LAN上任何一对节点之间的最大距离。

为对付性能变差提供了余地。当任何一个LAN网段的集线器出现了问题，主干集线器能将其断开。

缺陷：

各个LAN网段用集线器互联后，独立的碰撞域编程了一个更大的公共的碰撞域。

如果各个LAN网段使用不同的以太网技术，采用一个主干集线器也许不能将这些网段的集线器互联。

每个以太网技术对在碰撞域内最大允许的节点数、主机间最大距离、多级设计中最大级数都有限制。

5.6.2 链路层交换机

交换机对帧进行操作，是链路层设备。

1，交换机解决了集线器的许多问题：

允许网段间的通信，同时每个网段还是独立的碰撞域。

可以互联不同的LAN技术。

对于一个LAN的大小没有限制。

交换机过滤：判断一个帧是应该转发到某个接口还是应该丢弃。

交换机转发：决定一个帧应该被导向哪个接口，并把该帧引导到这些接口。

以上两个功能都通过交换机表完成。交换机表项：MAC地址，接口，保留时间

2，集线器VS交换机：

集线器向一条链路转发一个帧时，只是发送比特到链路上，而不进行载波侦听或碰撞检测；而交换机都要做。但交换机及其接口又都没有MAC地址，所以交换机与适配器也不同。

3，自学习：；交换机的表示自动地、动态地建立的。

交换机是即插即用设备。网络管理员只需将LAN网段连接到交换机的借口，不需任何其他的配置操作。

4，直接接入和全双工

主机直接与交换机连接，即直接接入（一个交换机有大量接口，可以与多台主机直接接入）。这样的点对点连接是全双工的。又由于是点对点连接，媒体访问控

制协议都不再需要了，碰撞也不存在。

5，直通交换

在路由器使用的存储转发分组交换中，在输出缓冲区，如果缓冲区为空（即没有分组在排队）时，需要先收集整个分组，然后才能传输它；这就造成了传输时延。

而使用直接交换，如果在整个分组到达之前，缓冲区变空，在该分组的后部继续到达的同时，交换机就能开始传输该分组的前部（只要包含目的地址的那部分已

到达）。

6，路由器VS交换机

路由器利用网络层地址转发分组。交换机使用链路层的MAC地址转发分组。

路由器是网络层（第三层）的分组交换机；交换机是第二层的分组交换机。

交换机优点及缺点：

即插即用；具有相对高的分组过滤和转发率。

交换机网络的拓扑结构被限制为一棵生成树；

一个大型的交换机网络要求在该节点中要求大的ARP表，将产生和处理大量的ARP流量；

对广播风暴不提供任何保护措施，一旦有主机崩溃，发送无穷的帧流，则交换机将转发所有这些帧，导致整个以太网的崩溃。

路由器的优缺点：

层次寻址（交换机MAC是平面的寻址），分组一般不会在路由器中循环。

没有生成树限制，允许更丰富的拓扑结构；为广播风暴提供了防火墙。

不是即插即用的；分组处理时间更长

5.7 PPP点对点协议：

成帧，在PPP帧中封装数据、识别帧的开始和结束以及检测帧中的差错的方法。

链路控制协议：初始化、维护和拆除PPP链路的协议。

网络控制协议。在网络级数据报开始通过PPP链路传输之前，允许网络层模块来配置它们自己。

5.8.2 多协议标签转换MPLS

MPLS执行基于标签的转换，而不必考虑分组的IP地址，这增加了交换的速度。

另外，更大优点是，由于同一时刻去往同一个目的地址的帧可以通过不同的出接口发送（只要是入标签不同），这样可以选定最低费用的路径进行传播。这使得MPLS有了流量管理的功能。

Figure 5.8-1: PPP data frame format

Figure 5.8-2: byte stuffing

Figure 5.8-3: PPP Link Control Protocol

Figure 5.3-6: Nodes 1, 2 and 3 collide in the first slot. Node 2 finally succeeds in

the fourth slot, node 1 in the eighth

slot, and node 3 in the ninth slot.

The notation C, E and S represent "collision slot", "empty slot" and "successful slot",

respectively

Figure 5.4-2: Each node on a LAN has an IP address, and each node's

adapter has a LAN address

Figure 5.4-4: Two LANs interconnected by a router.

Figure 5.5-2: Ethernet frame structure

Figure 5.5-5: Star topology for 10BaseT and 100BaseT

Figure 5.6-1: Three departmental Ethernets interconnected with a hub.

Figure 5.6-2: Three departmental LANs interconnected with a bridge.

Figure 5.6-5: Interconnected LAN segments with redundant paths

Figure 5.6-6: Packet processing and bridges, routers and hosts.

Figure 5.6-9: An institutional network using a combination of hubs, Ethernet switches and a router.

Figure 5.9-1: ATM network in the core of an Internet backbone