介质访问控制子层（MAC，medium access control）：用于确定多路访问信道的下一个使用者，属于数据链路层底下部分。用于LAN中，而WAN是用点对点连接（卫星除外）。

信道分配问题

  • LAN与MAN中静态信道分配方案：多用FDM，只能满足少数目拥有繁重任务的用户。
  • LAN与MAN中动态信道分配方案：5个假设：站（终端）模型、单信道假设、冲突假设、持续时间/分槽时间、载波监测/无载波检测。

多路访问协议

ALOHA

  • 纯ALOHA：随时发送，检测到冲突（或未收到确认）则等待随机时间，尝试再次发送
  • 分槽ALOHA：等待下一时槽开始时才发送

载波检测多路访问协议

  • 1-持续CSMA（carrier sense multiple access）：持续检测信道，空闲则立即发送，冲突后等待随机时间后，再次检测和发送
  • 非持续的CSMA：检测到信道空闲则发送，信道占用则等待随机的时间后重复算法
  • p-持续CSMA：检测到空闲，p的可能性发送，1-p的可能性延迟到下一时槽，重复该算法
  • 冲突检测的CSMA（CSMA/CD，CSMA with collision detection）：传送过程中检测到冲突则立即放弃任务

无冲突的协议

  • 位图协议（一种预留协议，reservation protocol）：每个竞争周期包含N个时槽，j号站要发送则在j时槽传送1位（此时槽j号站专有），这是所有站按照此队列进行传送，都结束后开始另一个N位竞争周期。
  • 二进制倒计数（binary countdown）协议：要传送的站以二进制传送自己地址（从高位开始），然后取或运算，如果一个站看到自己的高位被改为1则放弃传送。

有限竞争协议

  • 负载轻时竞争方法更理想；负载重是无冲突协议更好，结合起来形成有限竞争协议（limited-contention protocol）
  • 自适应树搜索协议（深度优先）：0号时槽，所有站尝试获得信道；若冲突则1号时槽只有左支可以竞争；直到没有冲突，左支某站获得信道，下一时槽只允许右枝竞争。

波分多路访问协议 WDMA（wavelength division multiple access）

  • 一个固定波长接收器：监听控制信道
  • 一个可调波长发送器：在其他站的控制信道发送信息
  • 一个固定波长发送器：发送数据
  • 一个可调波长接收器：选择监听一个数据发送器

无线LAN协议

  • 隐藏站问题：A检测到B而检测不到C，错误滴认为可以与B通信
  • 暴露站问题：A检测到介质中B与C的通信，错误的认为不能与D通信
  • MACA（multiple access with collision avoidance，避免冲突的多路访问）：A给B发送RTS（request to send），B以CTS（clear to send）应答，这两帧均包含数据长度；此时听到RTS和CTS的站保持足够时间的沉默。
  • MACAW（MACA for wireless）：引入ACK帧，及时重传。

以太网

以太网电缆

  • 10Base5 粗同轴电缆（粗以太网），使用插入式分接头，在10Mbps上可支持500m
  • 10Base2 细同轴电缆（细以太网），BNC连接器（T型接头），这两种通过时间域反射计检测故障。
  • 10BaseT 双绞线，通过集线器连接
  • 10BaseF 光纤，支持上千米。每一版本的网络都可以通过中继器（repeater）扩大范围。
  • 100BaseT4 3类UTP
  • 100BaseTX 全双工，5类UTP
  • 100BaseFX 全双工，长距离，两根多模光纤
  • 1000Base-SX 多模光纤
  • 1000Base-LX 单模或多模光纤
  • 1000Base-CX 两对STP（shield twisted pair，屏蔽双绞线）
  • 1000Base-T 四对5类UTP

编码

  • 曼彻斯特编码：1（高电压+低电压）、0（低电压+高电压）
  • 差分曼彻斯特编码：间隔起始处没有相变为1，相变为0

太网的性能

  • 二元指数后退法：第i次冲突后，随机等待0~2^i-1个时槽

  • 交换式以太网：核心为交换机，每块插卡构成自己的冲突域

逻辑链路控制子层

  • LLC（logical link control）：IEEE 802.2，与MAC构成数据链路层

无线LAN

802.11物理层

  • 红外线：1M和2Mbps
  • FHSS（frequency hopping spread spectrum，调频扩频），使用79个信道，停延时间小于400ms，对多径衰减有很好的抵抗能力
  • DSSS（direct sequence spread spectrum，直接序列扩频）：使用巴克序列，每一位需要11个时间片
  • OFDM（orthogonal frequency division multiplexing，正交频分多路复用）：802.11a，54Mbps，52个频率
  • HR-DSSS（high rate direct sequence spread spectrum，高速率的直接序列扩频）：802.11b，支持1、2、5.5、11Mbps；802.11g为802.11b的增强版本，理论速度为54Mbps。

802.11 MAC子层

  • DCF（distributed coordination function，分布式协调功能），使用CSMA/CA协议，支持两种操作方法
  • 信道监听：空闲则送出整个帧，冲突后采用二元指数后退法计算等待时间

  • 虚拟信道监听：以MACAW为基础，NAV（network allocation vector，网络分配向量）

  • PCF（point coordination function，点协调功能）：周期性广播信标帧（调频和停延时间、时钟同步等）
  • PCF与DCF同时运行，4种间隔：
  • SIFS（short interframe spacing，短帧间间隔）：允许一个会话中各部分有机会首先被送达
  • PIFS（PCF interframe spacing，PCF帧间间隔）：若SIFS后得到授权的站未开始传送，则基站可能广播信标帧或表决帧
  • DIFS（DCF interframe spacing，DCF帧间间隔）：若基站未有动作，任一站开始尝试得到信道，冲突采用二元指数后退法
  • EIFS（extended interframe spacing，扩展帧间间隔）：收到坏帧和未知帧的站使用这个间隔

服务

  • 分发服务：基站提供
  • 关联：连接到基站
  • 分离：解除与基站的联系
  • 重新关联：改变首选基站
  • 分发：如何路由发送给基站的帧
  • 融合：翻译非802.11网络的帧
  • 站服务：单元内部进行
  • 认证：联系基站，确认新进入的站通过了基站的认证
  • 解除认证：离开网络
  • 私密性：指定使用RC4加密算法
  • 数据投递：参考以太网的模型，不保证可靠性，由上层处理检错和纠错

宽带无线网络

  • 802.16：无线MAN，或无线本地回路，包括数据链路层与物理层
  • 带宽分配：FDD（frequency division duplexing，频分双工制）；TDD（time division duplexing，时分双工制）

蓝牙技术 802.15

  • 微微网：蓝牙系统的基本单元。微微网中有一个主节点，可以有7个活动的从节点，255个静观节点。
  • 分散网：一组互相连接的微微网，通过当作桥的从节点连接
  • 应用轮廓：一般访问、服务发现、串行端口、一般的对象交换、LAN访问……
  • 协议栈：物理层（物理无线电、基带）->数据链路层（基带、链路控制）->中间件层（电话、服务发现）->应用程序（应用轮廓）

数据链路层交换

  • 802.x到802.y的网桥：在LLC层进行翻译
  • 本地网络互连：网桥使用扩散算法、逆向学习法
  • 生成树网桥：，采用序列号生成树，低位变为根；解决并行的透明网桥产生的回路
  • 远程网桥：采用PPP协议，将完整的MAC帧放入净荷域
  • 交换设施区别：物理层（转发器、集线器）；数据链路层（网桥、交换机）；网络层（路由器）；传输层（传输网关）；应用层（应用网关） *虚拟LAN（VLAN）
  • 通过网桥或交换机的配置表来路由
  • 每个端口分配一个VLAN颜色：VLAN所有机器在统一端口才可以
  • 每个MAC地址分配一个VLAN颜色：从帧中提出MAC地址进行匹配
  • 每个3层协议或IP分配一个VLAN颜色：须检查净荷域
  • IEEE 802.1Q：改变以太网的帧头、可理解VLAN的交换机

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