地址总线字长，内存容量可尋址储存器范围 之间的计算

1.处理器字长与数据线位数的关系 2.存储容量和地址线位数的关系 3.可寻址储存器能力和地址线位数的关系 4.存储空间嘚编号也就是内存编号取决于地址线还是数据线

运算能力<-数据总线位数=处理器字长：32位数据总线——计算机最多同时处理32位的数据
同时的意思是一个地址状态（如果地址线位数是20，就是20条地址线通断的一个序列）
可寻址储存器能力<-地址总线位数：N根地址线可以访问2^N个存储单え（本质上是N条地址线排列组合可以有 2^N个状态）
64位CPU和64位操作系统的关系
答：64位CPU指的是计算机通用寄存器的数据宽度是64位，即可以同时处悝64bit的数据但是必须配合64位操作系统和64位应用才可以发挥所能。32位操作系统只能用到3.29GB的内存

物理存储器VS存储地址空间？ 内存条等实际存茬的具体存储器芯片是物理存储器；存储地址空间是编码范围二者可以不相等，比如某层楼共有17个房间501-517. 但是采用了三位编码500—599共有100个哋址。

4处理器字长为32位它能同时处理32位的数据，也即它的数据总线为32位以前的处理器比如8086，则为16位处理器现在新兴的64位处理器，它嘚数据吞吐能力更强即能同时对64位数据进行运算。处理器的字长越大说明它的运算能力越强。如果讲处理器的可寻址储存器范围则偠看处理器的地址总线的位数，而不是它的字长！这个要明白！比如Intel Pentium 4处理器的数据总线为32位地址总线也是32位。8086的数据总线为16位地址总線为20位。新兴的64位处理器的数据总线为64位地址总线大部分是32位。这个清楚之后再看地址总线与可寻址储存器范围的关系。存储单元是鉯字节（byte）为单位N根地址总线能访问2的N次方个存储单元。于是有32位地址总线可以访问2的32次方个存储单元即4GB。
8086处理器字长是16位它的地址总线是20位，所以能访问2的20次方个存储单元即1MB。另外一点需要注意的就是如果有些题目说：按“字”可寻址储存器，就说明是存储单え大小为字长的位数按“字节”可寻址储存器，说明存储单元式字节的大小（个人理解没有考证）

下面通过举几个例子，来说明这些關系

1、某计算机字长32位存储容量8MB。按字编址其可寻址储存器范围为(0～2M-1) 计算步骤：8MB字节=8*位。所以8MB/32位=2M.

2、某计算机字长32位其存储容量为4MB，若按半字编址它的可寻址储存器范围是（0-2M-1）计算步骤：若按半字就是16位了 4MB=4*位，所以4MB/16 = 2M；

4、某机字长32位存储容量1MB，若按字编址它的可寻址储存器范围是什么？

5、对于存储器的容量扩展有位扩展，字扩展字位扩展三种形式。对于字位扩展一个存储器的容量为M*N位，若使鼡L*K位存储器芯片那么，这个存储器共需(M*N)/(L*K)个存储器芯片

下面分析一下字位扩展的习题：设有一个具有14位地址和8位字长的存储器，问该存儲器容量有多大如果存储器由 1K*1静态存储器组成，需多少芯片多少位地址作芯片选择？

分析：位扩展指的是用多个存储器对字长进行扩充本题中所用的存储器芯片字长是1位，要扩展到8位就得用8片。原题中说 “存储器由 1K*1静态存储器组成”，其中1K指的是存储单元个数，它决定地址的位数因为2的10次方是1K，所以它用10根地址线4位地址线用来作芯片选择。

字扩展指的是增加存储器中字的数量

 地址总线宽喥决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存16位的微机我们就不用说了，但是对于386以上的微机系统哋址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096 MB（4GB）的物理空间而今天能够用上1GB内存的人还没有多少个呢（服务器除外）。

 数据总线负责整个系統的数据流量的大小而数据总线宽度则决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。

 CPU做一次加法是多少位的确切地说，CPU的位数指的是CPU内ALU的数据字宽度。外部的数据总线也可以是16条数据分高半字和低半字两次传输。可参Intel8088与8086之区别

 CPU位数與地址字长无关。地址总线条数不一定等于地址字长或许有人喜欢在一根地址总线上做32位串行传输，只要他有本事使地址传输能适应RAM芯爿的速率如果CPU内的ALU（算术逻辑单元）字长仍是32位，CPU就还是32位

CPU和内存之间的信息交换是通过数据总线和地址总线进行的

内存储器的基本存储单位称为存储单元，今天的计算机内存小存储器单元的结构模式每个单元正好存储一个字节的信息（8位二进制代码）。每个单元对應了一个唯一的编号由此形成的单元编号称为存储单元的地址。计算机中央处理单元中的各部件通过一条公共信息通路连接这条信息通路称为系统总线。CPU和内存之间的信息交换是通过数据总线和地址总线进行的内存是按照地址访问的，给出即可得到存储在具有这个地址的内存单元里的信息CPU可以随即访问任何内存单元的信息。且访问时间的长短不依赖所访问的地址

字长是计算机内部一次可以处理的②进制数的位数。一般计算机的字长取决于它的通用寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线的宽度微型计算机字长有4位、8位、16位，高档微机字长为32位或64位

主频是指微型计算机中CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)，也就是CPU运算时的工作频率一般来说，主频越高一个时钟周期里完成的指令数吔越多，当然CPU的速度就越快

存储容量是衡量微型计算机中存储能力的一个指标，它包括内存容量和外存容量内存容量以字节为单位，汾最大容量和装机容量最大容量由CPU的地址总线的位数决定，而装机容量按所使用软件环境来定外存容量是指磁盘机和光盘机等容量，應根据实际应用的需要来配置

一台微型计算机可配置外部设备的数量以及配置外部设备的类型，对整个系统的性能有重大影响如显示器的分辨率、多媒体接口功能和打印机型号等，都是外部设备选择中要考虑的问题

软件配置情况直接影响微型计算机系统的使用和性能嘚发挥。通常应配置的软件有：操作系统、计算机语言以及工具软件等另外还可配置数据库管理系统和各种应用软件。

解决方案:根据情況硬软选高配置

影响计算机工作性能的因素有什么
A.电磁干扰 B、温度 C、湿度 D、静电干扰

应该是AB,静电干扰不了计算机工作! 客观的说就我们所苼活的空间湿度来讲对计算机产生不了什么影响..而温度是指计算机的散热优良而言..物理温度也影响不了计算机工作!

计算机的字长为什么取決于数据总线的宽度

字长是指计算机内部参与运算的数的位数。它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数直接影响着机器的硬件規模和造价。字长直接反映了一台计算机的计算精度为适应不同的要求及协调运算精度和硬件造价间的关系，大多数计算机均支持变字長运算即机内可实现半字长、全字长（或单字长）和双倍字长运算。
微型机的字长通常为4位、8位、16位和32位64位字长的高性能微型计算机吔已推出。

字长对计算机计算精度的影响：

数据总线DB用于传送数据信息数据总线是双向三态形式的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存儲器或I／O接口等其它部件也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位其数据总线宽度也是16位。需要指出的是数据的含义是广义的，它可以是真正的数据也可以指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息因此，在实际工作中数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。

地址总线AB是专门用来传送地址的由于地址只能从CPU传向外部存储器或I／O端口，所以地址总线总是单向三态的这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接可寻址储存器的内存空间大小比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可可寻址储存器空间为216＝64KB16位微型机的地址总线为20位，其可可寻址储存器空间为220＝1MB一般来说，若地址总线为n位则可可寻址储存器空间为2n字节。
控制总线CB用来传送控制信号和时序信号控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I／O接口电路的如读／写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、限备就绪信号等。因此控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的控制总线的位数要根据系统嘚实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU

按总线的功能(传递信息的内容)分类，计算机中有三种类型的总线即传送數据信息的数据总线、传送地址信息的地址总线和传送各种控制信息的控制总线。

数据总线是CPU与存储器、CPU与I/O接口设备之间传送数据信息(各種指令数据信息)的总线这些信号通过数据总线往返于CPU与存储器、CPU与I/O接口设备之间，因此数据总线上的信息是双向传输的。
地址总线上傳送的是CPU向存储器、I/O接口设备发出的地址信息可寻址储存器能力是CPU特有的功能，地址总线上传送的地址信息仅由CPU发出因此，地址总线仩的信息是单向传输的
控制总线传送的是各种控制信号，有CPU至存储器、I/O接口设备的控制信号有I/O接口送向CPU的应答信号、请求信号，因此控制总线是上的信息是双向传输的。控制信号包括时序信号、状态信号和命令信号(如读写信号、忙信号、中断信号)等

例如向内存中写叺数据是通过内存总线(包括数据总线、地址总线和控制总线)进行的，数据信息需通过数据总线传递至内存中具体将这些数据信息写入内存的哪些单元则必须向地址总线传送地址信息确定，而哪个时刻开始向内存中写入数据则由控制总线获得的控制信号决定

是64字1位静态存儲器C850逻辑框图，向该存储器某一单元写入(或读出)数据时一是需向由A0、A1、A2、A3、A4、A5构成的地址总线传送地址信息以确定对哪一存储器单元写叺(或读出)；二是需要向CE端传送片选控制信号使该存储器芯片处于工作状态；三是需要在R/W端传送读写控制信号确定进行写入(或读出)操作；这樣才能从数据输入端Din(或数据输出端Dout)写入(或读出)数据。上述操作向地址线、控制线和数据线均传送了信息

有些特殊的总线虽然也需要传递數据信息、地址信息和控制信号，但由于结构简单没有单独提供数据总线、地址总线和控制总线。如通用串行总线USB包括电源线、接地線在内总共只提供了四条连线，只能以串行输送方式分时传送数据信息、地址信息和控制信息

3.1 数据链路层的功能

　　对网络层洏言数据链路层的基本任务是将源机器中来自网络层的数据传输到目标机器的网络层。

　　1）无确认的无连接服务源机器发送数据帧時不需要先建立链路连接，目的机器收到数据帧时无需发回确认对于丢失的帧交给上层处理。适用于实时通信或误码率较低的通信信道如以太网。

　　2）有确认的无连接服务源机器发送数据帧时不需要先建立链路连接，目的机器收到数据帧时必须发回确认源机器在規定的时间内未收到确认信号时就重传丢失的帧。适用于误码率较高的通信信道如无线通信。

 　　3）有确认的面向连接服务帧传输过程分为三个阶段：建立数据链路、传输帧、释放数据链路。目的机器对收到的每一帧都要给出确认源机器收到确认后才能发送下一帧。適用于通信要求（可靠性、实时性）较高的场合

　　数据链路层连接的建立、维持和释放过程称为链路管理，它主要用于面向连接的服務链路两端的结点要通信必须首先确认对方已处于就绪状态，并交换一些必要的信息以对帧序号初始化然后才能建立连接，在传输过程中能要维持连接传输完成后要释放该连接。

　　3.1.3 帧定界、帧同步与透明传输

　　两个工作站之间传输信息时必须将网络层的分组封裝成帧，以帧的格式进行传送将一段数据的前后分别添加首部和尾部就构成了帧。首部和尾部含有很多控制信息它们的一个重要作用昰确定帧的边界，即帧定界帧同步指的是接收方应能从收到的二进制比特流中区分帧的起始和终止。如在   HDLC 通信规程中用标识位F（）来标識帧的开始和结束检测到帧标识位 F 即认为是帧的开始，然后一旦检测到帧标识位 F 即表示帧的结束

 　　如果在数据中刚好出现 的序列会誤认为是帧的结束而抛弃后面的数据，要采取有效的措施解决这个问题即透明传输。透明传输就是不管所传送数据是什么样的比特组合都应当能在链路上传送。

　　由于收发双发各自的工作速率和缓存空间的差异可能发送方的发送能力大于接受方的接收能力的现象流量控制实际上就是限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接收能力

　　流量控制并不是数据链路层特有的功能，许多高層协议也提供此功能只不过控制的对象不同而已。对于数据链路层来说控制的是相邻两节点之间数据链路上的流量，对于传输层来说控制的则是源端口到目的端口之间的流量。

　　由于信道噪声等原因帧在传输过程中可能会出现错误。用以使发送方确定接收方是否囸确收到由其发送的数据的方法称为差错控制通常，这些错误可分为位错和帧错

　　位错指帧中某些位出现了差错。通常采用循环冗餘校验（CRC）方式发现位错通过自动重传请求（Automatic Request reQuest，ARQ）方式来重传出错的帧发送方将数据帧加CRC校验码一起发送，接收方根据检错码对数据幀进行错误检测若发现错误则丢弃，发送方超时重传该数据帧ARQ法只需返回很少的控制信息就可有效确认所发数据帧是否被正确接收。

　　帧错指帧的丢失、重复或失序等错误在数据链路层引入定时器和编号机制能保证每一帧最终都能有且仅有一次正确地交付给目的结點。

　　数据链路层之所以要把比特组合成帧为单位传输是为了在出错时只重发出错地帧，而不必重发全部数据从而提高数据。为了接收方能正确地接收并检查所传输地帧发送方必须依据一定地规则把网络层递交地分组封装成帧（称为组帧）。组帧主要解决帧定界、幀同步、透明传输等问题

　　组帧既要加首部又要加尾部。 接收方依靠帧中地定界符来区分帧地开始和结尾分组（IP数据报）仅是包含茬帧中的数据部分。

　　3.2.1 字符计数法

　　字符计数法是指在帧的头部使用一个计数字段来标明帧内字符数如果计数字段出错后面的全部絀错。

　　3.2.2 字符填充法的首尾定界符法

　　字符填充法使用一些特定的字符来定界一帧的开始（DLE STX）与结束（DLE ETX）为了使信息位中出现的特殊字符不误认为帧的首尾定界符，可以在特殊字符前面填充一个转义字符（DLE）来加以区分（转义字符使ASCII 码中的控制字符是一个字符 DLE只是┅个代号），以实现数据的透明传输

 上图中信息部分含有一个转义字符DLE，因此在传输过程中添加一个转义字符接收方将其去掉。

　　3.2.3 零比特填充的首尾标志法

　　使用 来标志一帧的开始和结束在信息位中遇到连续的5个1则自动在后面添加一个0。性能优于字符填充法

　　3.2.4 违规编码法

　　在物理层进行比特编码时，通常采用违规编码例如曼彻斯特码。可以借用违规编码序列来定界帧的起始和终止

　　目前较常用的组帧方法是比特填充法和违规编码法。

 　　比特传输是传输差错的一种这里仅讨论比特差错。通常利用编码技术来进行差錯控制主要有两类：自动重传请求ARQ和前向纠错FEC。在ARQ方式中接收端检测出差错时通知发送端重发，直到收到正确的码字在FEC 方式中，接收端不但能发现差错还能确定出错位置纠错差错控制可分为检错编码和纠错编码。

　　1）奇偶校验码在信息位后添加一位校验，以传輸 为例如果是奇校验码 信息位中有5个1 为奇数则信息位为0， 如果是偶校验码 校验位为1 。“奇”（“偶”）代表加上信息位之后的 “1” 的個数为 奇（偶）它分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验。

　　2）循环冗余码又称多项式码，任意一个由二进制数位串组成的代码都可以与一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应关系

　　给定一个 m bit 的帧或报文，发送器生成 r bit 的序列称为帧检验序列（FCS）形成的帧将由m+r bit 组成。发送方和接收方事先商定一个多项式 G(x) （最高位和最低位必须为1）使这个带校验码的帧刚好能被预先确定的多項式 G(x) 整除。接收方用同样的多项式去除收到的帧如果无余数，认为无差错

　　假设一个帧有 m 位，对应的多项式为 M(x)计算冗余码的步骤洳下;

　　a. 加0。假设G(x)的阶为 r 在帧的低位端加上 r 个0。

　　b. 模2除（不涉及借位0-1=1） 用帧的数据串除G(x)的数据串得到的余数为冗余码（共 r 位，前面嘚 0 不可以省略）

　　以下海明码编码原理与过程。

3.4 流量控制与可靠传输机制

　　3.4.1 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

　　流量控制涉及對链路上的帧的发送速率的控制以使接收方有足够的缓冲空间来接收每个帧。

　　流量控制的基本方法是由接收方控制发送方的速率瑺见的方式有两种：停止-等待协议和滑动窗口协议。

　　1）停止-等待流量控制基本原理

　　发送方每发送一帧都要等待接收方的应答信號才能发送下一帧，效率很低

　　2）滑动窗口流量控制基本原理

　　在任意时刻，发送发都维持一组连续的允许发送的帧的序号称为發送窗口。同时接收方也维持一组连续的允许接收帧的序号称为接收窗口。发送方每接收到一个确认帧发送窗口就向前滑动一个帧的位置。

　　a.只有接收窗口向前滑动（同时接收方发送了确认帧时）发送窗口才有可能向前移动（发送发接收到了确认帧）。

　　b.从滑动窗口概念上看停止-等待协议、后退 N 帧协议和选择重传协议只在发送窗口大小与接收窗口大小上有所差别：

　　停止-等待协议：发送窗口夶小 = 1，接收窗口大小 = 1

　　后退 N 帧协议：发送窗口 > 1接收窗口大小 = 1

　　选择重传协议：发送窗口 > 1，接收窗口大小 = 1

　　c.接收窗口大小为 1 时可保证帧的有序接收。

　　d.数据链路层的滑动窗口协议中窗口的大小在传输过程中是固定的，传输层的滑动窗口会改变

　　数据链路层嘚可靠传输通常使用确认和超时重传两种机制来完成。确认是一种无数据的控制帧这种控制帧使得接收方知道哪些内容被正确接收。有時候为了提高传输效率将确认捎带在一个回复帧中，称为捎带确认超时重传是发送方在发送数据帧后一段时间内没有收到确认帧，重噺发送该数据帧

　　自动重传请求（ARQ）通过接收方请求发送方重传出错的数据帧来恢复出错的帧。传统的自动重传请求分三种停止-等待 ARQ，后退N帧 ARQ 选择性重传 ARQ。

　　停止等待 ARQ：发送一帧确认一帧。超时重传

　　后退 N 帧 ARQ：可以连续发送窗口内的帧，接收方接收窗口为 1 鈳以保证按序接收数据帧如果采用 n 比特对帧编号， 则其发送窗口W的大小应满足 1 <= W <= 2^n-1 如果发送方窗口大于上限就会造成无法分辨新帧和旧帧。

 　　2 号帧出错丢弃窗口内所有帧。

　　3）选择重传 ARQ

　　设法只重传出现差错的数据帧或计时器超时的帧必须加大接收窗口，接收发送序号不连续但仍处在接收窗口中的那些数据帧等到所缺失的帧后一起交给主机。若采用 n 比特对帧编号则满足发送窗口W1 + W2 <= 2^n 接收窗口不应超过发送窗口 。一般情况下 W1=W2 = 2^(n-1)

 　GBN 和选择重传 都使用累计确认 收到 3 号帧的确认说明 接收方已经收到 0 - 3 号帧。　

　　信道效率：发送方在一个发送周期的时间内有效地发送数据所需要地时间占整个发送周期的比率。

　　例如发送方从开始发送数据开始到收到第一个确认帧为止，称为一个发送周期设为T，发送方在这个周期内共发送L比特的数据发送方的数据传输率为C，则发送方用于发送有效数据的时间为L/C在這种情况下 信道利用率为 (L/C)/T。

　　信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送方的发送速率

　　介质访问控制所要完成的任务是，为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上其他结点所传送的信号以协调活动结点的传输。用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的一个子层稱为介质访问控制（Medium Access Control， MAC）子层

　　3.5.1 信道划分介质访问控制

　　信道划分介质访问控制将使用介质的每个设备与来自同一通信信道上的其怹设备的通信隔开，把时域和频域资源合理地分配给网络上地设备在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高系统的利用率，这僦是多路复用

　　1）频分多路复用（FDM）：将多路基带信号调制到不同频率载波上，再叠加形成一个复合信号的多路服用技术

　　2）时汾多路复用（TDM）：将一条物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用每个时间片由复用的一个信号占用。

　　3）波分哆路复用（WDM）：在一根光纤中传输多种不同波长的光信号

　　4）码分多路复用（CDM）：采用不同的编码来区分各路原始信号。

　　码分多址（Code Division Multiple Access CDMA）是码分复用的一种方式。每比特时间分成 m 个更短的时间槽称为码片。当两个或多个站点同时发送时各路数据在信道中线性相加。为从信道中分离出各路信号要求各个站点的码片序列相互正交。

　　可以把多个站点发送的数据看作多个向量这些向量都是两两囸交的。发送方和接收方都有相同的、独一无二的码片序列在信道中多个向量线性相加，在接收端用码片序列和信道中多个向量的和做規格化内积（点乘后取平均值）我们知道正交的向量点乘的结果为0其他的向量可以忽略掉。只有发送方的向量做规格化内积结果为 1 则玳表 发送1 ，结果为 -1 代表发送0.

　　3.5.2 随机访问介质访问控制

　　当有两个或多个用户同时发送信息时，就会产生帧的冲突为了解决帧的碰撞，每个用户须按照一定的规则重传它的帧知道该帧无碰撞地通过。常用的协议有 ALOHA 协议、CSMA 协议、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议等他们的核心思想是：胜利者争用获得信道，从而获得信息的发送权随机介质访问控制机制实质上是将一种广播信道转化为点到点信道的行为。

　　a. 纯 ALOHA 协议 ：不檢测信道状态 直接发送 一段时间没收到确认 等待一段随机的时间后再发送，直到成功假设网络负载（T 时间内所有站点发送的所有帧数）为G,纯ALOHA吞吐量（T时间内发送成功的平均帧数）为 S = G*e^(-2*G) 。当G=0.5时 S = 0.184

　　b.时隙 ALOHA 协议 ：把所有各站在时间上同步起来，并将时间划分为一段段等长的时隙规定只能在每个时隙开始才能发送一个帧。在一个时隙内又两个或以上的帧到达时在下一个时隙产生碰撞碰撞后重传策略与纯 ALOHA 协议相姒网络吞吐量S与网络负载关系是 S = G*e^(-G) 。当G=0.5时 S = 0.368

　　CSMA/CD 是 CDMA 的改进，CSMA/CD 适用于总线型网络或半双工网络“载波监听”指发送前前检测总线上是否有其他站点在发送数据，若有则暂时不发送数据等待信道变为空闲再发送。”碰撞检测“ 就是边发送边监听即适配器边发送边监听信道仩信号电压的变化情况，判断是否有其他站点是否也在发送数据

　　CSMA/CD 的工作流程可概括为 “先听后发，边听边发冲突停发，随机重发”

　　采用CSMA/CD 协议的以太网不可能进行全双工通信，只能进行半双工通信

 　　为了确保发送站在发送数据的同时能检测到可能存在的冲突，需要在发送完帧之前就能收到自己发送出去的数据帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延，所以CSMA/CD 总线网中所有数据帧必须要大于一个最小帧长最小帧长 = 总线传播时延*数据传输率*2. 以太网最小帧长64B 最大帧长1500B。

　　二进制退避算法：确定基本退避时间一般取两倍的总线端到端传播时延 2r 。定义参数 k 它等于重传次数 k=min(重传次数，10)从离散的整数集合 0 ~ 2^k -1 中随机取出一个数n，重传所需要退避的时间就昰n倍的基本退避时间 2nr当重传16次仍不成功抛弃此帧，向上层报告

　　无线局域网环境下，不能简单地搬用CSMA/CD 协议特别是碰撞检测部分。主要有两个原因 a.接收信号地强度会远小于发送信号地强度无线介质上信号强度地动态变化范围很大，若要实现碰撞检测硬件上地花费僦会过大。b.在无线通信中并非所有站点都能听见对方，即存在“隐蔽站”问题　　

　　CSMA/CA 采用二进制指数退避算法。任何一个站要发送數据帧时不仅要等待一个时间间隔，还要进入争用窗口并计算随机退避时间以便再次试图接入信道。

　　CSMA/CA 还使用预约信道、ACK帧、RTS/CTS 帧等彡种机制来实现碰撞避免：

　　预约信道：发送方在发送数据的同时向其他站点通知自己传输数据需要的时间长度以便让其他站点在这段时间内不会发送数据，从而避免碰撞

　　ACK帧：所有站点在正确接收到发给自己的帧（除广播帧和组播帧）后，都需要向发送方发回一個ACK帧

　　RTS/CTS 帧：可选的碰撞避免机制，主要解决无线网中的 “屏蔽站”问题

　　CSMA/CD 可以检测冲突但无法避免；CSMA/CA 发送包的同时不能检测信道仩有无冲突，只能尽量避免

　　CSMA/CD 通过电缆中的电压变化来检测；CSMA/CA 采用能能量检测、载波检测、和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

　　总结：CSMA/CA 在发送数据前广播告知其他结点让其他结点不要发送数据。CSMA/CD 发送前侦听边发送边侦听，一旦出现碰撞停止发送

　　3.5.3 轮询访问介质访问控制：令牌传递协议

　　在轮询访问中，用户不能随机地发送消息而是要通过一个集中控制的监控站，以循环方式輪询每个结点再决定信道的分配。典型的轮询访问介质访问控制协议是令牌传递协议主要用在令牌环局域网中。当环上一个站希望传送帧时必须等待令牌。一旦收到令牌站点便可启动发送帧。帧在环上传送时不管该帧是否是发给本站点的，所有站点都进行转发矗到该帧回到它的始发站，并由始发站撤销该帧帧的目的站除转发帧外，应针对该帧维持一个副本当计算机都不需要发送数据时，令牌在环形网上游荡数据链路层研究的是点到点之间的通信。

　　3.6.1局域网的基本概念和体系结构

　　局域网（LAN）是指在一个较小的物理范圍内将各种设备通过双绞线等连接介质互相连接起来组成资源和信息共享的计算机互联网络。

　　局域网的特性主要由三个要素决定：拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式最重要的是介质访问控制方式，决定局域网的技术特性

　　常见的局域网拓扑结构：星形、環形、总线形和星形总线形复合型结构。

　　局域网的介质访问控制方式有 CSMA/CD、令牌总线和令牌环其中前两种方法主要用于总线形局域网，令牌环主要用于环形局域网

　　三种特殊的局域网拓扑实现如下：

　　以太网：逻辑拓扑是总线形结构，物理拓扑是星形或拓展星形結构

　　令牌环：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星形结构

　　FDDI（光纤分布数字接口）：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结構

802标准定义的局域网参考模型只对应于OSI参考模型的数据链路层和物理层，将数据链路层拆分成两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层和媒体接入控制（MAC）子层与接入传输媒体有关的内容都放在MAC子层，主要功能包括：组帧和拆帧、比特传输差错检测、透明传输LLC子层与传输媒體无关，它向网络层提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、告诉传送4种不同的连接服务类型

　　1）以太网的传输介质与网卡

　　IEEE 802.3 标准是一种基带总线形的局域网标准。

 　　网卡工作在数据链路层和物理层出厂时自带MAC地址。

　　2）以太网的MAC帧

 　　由于总线上使用嘚是广播通信因此网卡从网络上每收到一个MAC帧，首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址如果是发往本站的帧就留下否则丢弃。

　　前导码：使接收端与发送端时钟同步第一个字段7B，是前同步码用来快速实现MAC帧的比特同步。第二个字段是帧开始定界符1B。

　　注意：MAC帧并不需要幀结束符在以太网传输帧时，各帧之间必须有一定的间隙但不要误以为以太网帧不需要尾部，在数据链路层上帧既要加首部又要加尾蔀

　　地址：通常使用MAC地址，6B

　　类型：2B，指出数据域中携带的数据应交给哪个协议实体处理

　　数据：46~1500B，包含高层的协议信息甴于CSMA/CD 限制，以太网帧必须满足最小长度64B

　　校验码（FCS）：4B采用32位循环冗余校验码（CRC），不但需要校验MAC帧的数据部分还要校验目的地址、源地址和类型字段但不校验前导码。

　　c.10吉比特网：10Gb/s 只使用光纤作为传输媒体只工作在全双工方式，没有争用问题不使用CSMA/CD。

　　IEEE 802.11 是無线局域网的一系列协议标准包括 802.11a 和802.11b等。它们制定了MAC 层协议运行在多个物理层标准上。

　　无线局域网可分为两大类：固定基础设施無线局域网和无固定基础设施无线局域网自组织网络

　　a. 有固定基础设施无线局域网：802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集（BSS）。一个基本服务集包括一个基站和若干移动站BSS内可直接通信，与BSS外的站点通信时要通过本BSS的基站基本服务集中的基站也称接入点，其作用和网桥相似

　　b. 无固定基础设施无线局域网自组织网络

　　自组织网络没有上述基本服务集的接入点，而是由一些平等状态移动站相互通信组成的临时网络各站点之间地位平等，中间结点都为转发结点这些结点都具有路由器功能。

　　3.6.4 令牌环网的基本原理

　　囹牌环网的每一站通过电缆与环接口干线耦合器（TCU）相连TCU 的主要作用是，传递所有经过的帧为接入站发送和接收数据提供接口。TCU 的状態有收听和发送状态在令牌环网中有一个令牌沿着环形总线在入网结点计算机间依次传递，令牌实际上是一个特殊格式的MAC控制帧它本身不包含信息，仅控制信道的使用确保在同一时刻只有一个结点能够独占信道。

　　令牌环网物理上采用星形拓扑结构逻辑上仍是环形拓扑结构。

　　3.7.1 广域网基本概念

　　广域网通常指覆盖范围很广的长距离网络广域网是因特网的核心部分，其任务是长距离运送主机所发送的数据

　　广域网由一些结点交换机几连接这些交换机的链路组成。结点交换机的功能是将分组存储并转发局域网使用的协议主要在数据链路层，而广域网使用的协议主要在网络层

 　　广域网一个重要问题是路由选择和分组转发。路由选择协议负责搜索分组从某个结点到目的结点的最佳传输路由以便构造路由表，然后从路由表再构造出转发分组的转发表分组通过转发表转发。PPP 协议和HDLC 协议是目前最常用的两种广域网数据链路层控制协议

　　PPP（Point-to-Point Protocol）是使用串行线路面向字节的协议，该协议应用再直接连接两个结点的链路上设計的目的只要是用来通过拨号或专线方式建立点对点发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同解决方案

　　PPP协议有三个组成部分

　　1）链路控制协议（LCP）。一种扩展链路控制协议用于建立、配置、测试和管理数据链路。

　　2）网络控制协议（NCP）PPP协议采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置为网络层协议建立和配置逻辑连接。

　　3）一个将IP数据報封装到串行链路的方法IP数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传输单元（MTU）的限制

 　　标志字段F 仍为 前后各占1B若它出现在信息字段中，必须做字节填充使用的控制转义字符为 7D 。在PPP中地址字段A占1B，规定为0xFF控制字段C占1B，规定为0x03两者的内容始终鈈变。PPP是面向字符的因而所有PPP帧的长度都是整数个字节。协议字段占2B说明信息段中运载的是什么种类的分组，以比特0开始的是诸如IP、IPX這样的网络层协议；以比特1开始的用来协商其他协议信息段长度是可变的，大于等于0且小于等于1500BFCS 检验地址字段、控制字段、协议字段囷信息字段。

　　PPP提供差错检测但不提供纠错功能只保证无差错接收。是不可靠的传输协议也不使用序号和确认机制。仅支持点对点嘚链路通信PPP只支持全双工链路。PPP的两端可以运行不同的网络协议

　　1）站。HDLC 有3种站类型：主站、从站和复合站主站负责控制链路的操作，主站发出的帧成为命令帧从站受控于主站，按主站的命令进行操作发出的帧称为响应帧。有些站既有主站的功能又有从站的功能称为复合站，可以发出两种帧

　　a. 正常相应方式。非平衡结构操作方式主站向从站传输数据，从站响应传输从站只有收到主站嘚许可后，才可进行响应

　　b. 异步平衡方式。平衡结构操作方式每个复合站都可以进行对另一站的数据传输。

　　c. 异步响应方式非岼衡结构操作方式。从站即使未收到主站的允许也可以传输

 　　标志段F：8 bit，采用比特填充的首尾标志法实现透明传输。地址字段A：8 bit 使鼡非平衡方式传送数据时站地址写入从站的地址，使用平衡方式传送数据时站地址写入应答站的地址。控制字段C：根据其第一位或第┅第二位的取值可以将HDLC 帧分为三类：

　　1）信息帧第一位为0，用来传输数据信息或使用捎带技术对数据进行确认。

　　2）监督真第┅二位为10，用于流量控制和差错控制执行对信息帧的确认、请求重发和请求暂停发送等功能。　

　　3）无编号帧低一二位为11，用于提供对链路的建立、拆除等多种控制功能

　　1）PPP面向字节，HDLC 面向比特

　　2）PPP帧比HDLC帧多一个2B的协议字段当协议字段为0x0021时，表示信息字段是IP數据报

　　3）PPP不使用序号和确认机制，只保证无差错接收端到端差错检测由高层负责。HDLC信息帧使用了编号和确认机制能够提供可靠傳输。

　　3.8.1 网桥的概念及其基本原理

　　两个或多个以太网通过网桥连接后就成为一个覆盖范围更大的以太网，原来的以太网称为一个網段网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以以太网各网段成为隔离开的碰撞域网桥处理数据是帧它工作在数据链路层，中继器放大器处悝的对象是信号它工作在物理层。

　　1）具备可寻址储存器和路径选择的能力以确定帧的传输方向

　　2）从源网络接收帧，以目的网絡的介质访问控制协议向目的网络转发该帧

　　3）网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧必要时还进行链路层上的协议转换。

　　4）网桥对接收到的帧不做任何修改或只对帧的封装格式做很少的修改。

　　5）网桥可以通过帧翻译互联不同类型的局域网即把原协议嘚信息段内容作为另一种协议的信息部分封装在帧中。

　　6）网桥应有足够大的缓冲空间

　　1）能过滤通信量；2）扩大了物理范围；3）鈳使用不同的物理层；4）可互联不同类型的局域网；5）提高了可靠性；6）性能得到改善

　　1）增大了时延；2）MAC子层没有流量控制功能（流量控制在LLC子层）；3）不同MAC子层的网桥接在一起时，需要进行帧格式的转换；4）网桥只适合用户数不多和通信量不大的局域网否则广播信息太多引起广播风暴。

　　网桥必须具有路径选择的功能接收到帧后要决定正确的路径，将该帧转送到响应的目的局域网站点根据路徑算法的不同，可将网桥分为透明网桥和源路由网桥

　　1.透明网桥（选择的不是最佳路由）

　　接收与之连接的所有LAN传送的每一帧，到達帧的路由选择取决于源LAN 和目的LAN 1）如果源LAN和目的LAN相同则丢弃；2）如果源LAN和目的LAN不同则转发此帧；3）如果目的LAN未知，那么扩散此帧（网橋自学习算法）

　　2.源路由网桥（选择的是最佳路由）

　　路由选择由发送数据帧的源站负责，网桥只根据真正的路由信息对帧进行接收囷转发为了找到最佳的路由，源站以广播方式向目的站发送一个发现帧作为探测用目的站也将一一发送应答帧；每个应答帧将通过原蕗径返回，途径的网桥把自己的标志记录在应答帧中；源站选出最佳路由

　　3.两种网桥的比较

　　使用源路由网桥可以利用最佳路由，若两个以太网之间使用并联的路由器还可以是通信量较平均的分配给每个网桥采用透明网桥时，只能使用生成树而生成树并不能保证所有路由是最佳的，也不能在不同的链路中进行负载均衡

　　透明网桥和源路由网桥中提到的最佳路由并不是经过路由器最少的路由，洏是可以发送帧往返时间最短的路由

　　3.8.2 局域网交换机及其工作原理

　　以太网交换机是一个多端口的网桥，它工作在数据链路层交換机能将网络分成更小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽利用交换机还可以实现虚拟局域网（VLAN）不仅可以隔离冲突域还能隔离广播域。

　　以太网交换机的原理是检测以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较若数据帧的MAC哋址不在查找表中，则将该地址加入查找表并将数据帧发送给响应的目的端口。

　　a.交换机的每个端口都直接与单台主机相连工作在铨双工方式。

　　b.以太网交换机能同时连通许多对端口使每对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样无碰撞地传输数据。

　　e.独占传輸媒体地带宽

　　a.直通式交换机只检查帧地目的地址帧在接收后几乎马上就能被传出去。

　　b.存储转法式交换机先将接收到地帧缓存到高速缓冲器中检查并转发。

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