MAC层

由来：数据链路层负责的主要是关于如何传输数据的问题，考虑的是一个点到点的问题。但是，现实中许多网络传输都是多点对多点的，这就涉及到如何共用信道的问题。前面在物理层已经介绍过TDM等方法，但是其仍有许多信道资源上的浪费，因此在MAC层，根据流量来进行更高效的介质访问控制。

解决的问题：管理网络中多个站点如何共享传输介质的问题

信道分配问题

静态分配方法

基本不可取，因为网络的流量一般具有突发性，因此忽略该方法

动态分配方法(有线传输)

ALHOA协议

纯ALHOA

核心思路：每个站点有了包就往信道上丢，反正没收到就重传
冲突期：2t（t是每个帧的传输延迟）

时隙ALHOA

核心思路：把时间按照帧的传输时延均分，传输只能在时隙的边界开始
冲突期：t
成功减少了冲突期

CSMA协议

纯CSMA

核心思想：在发送前监听信道，可以减少冲突期。
工作过程：
1、如果信道空闲，按p的概率发送帧
2、如果信道忙，则等待
3、如果两个站点同时发帧，那么崩溃
4、崩溃后等待一段时间，重新发
冲突期：(传播时延)

坚持CSMA和非坚持CSMA

非坚持CSMA：如果信道忙，那么等待随机时间后再发
坚持CSMA：如果信道忙，那么等到它空闲后，按照p概率发包，称为p-persist CSMA

CSMA/CD(CSMA with collision detection)

核心思路：在CSMA的基础上，加入冲突检测。每当检测到冲突时，停止传输数据，并传输一个强化信号表示检测到冲突。然后退避一个随机的时间，再恢复传输
信道分为三个状态：冲突，传输，空闲
获得冲突状态至少也需要2的时间
指数退避算法：
1、从中随机选取一个数r，
2、退避时间=
工作过程：
1、载波监听：一边发送包，一边监听冲突
2、冲突检测：经过至少2以后，收到非自己发送的数据后，停止发送数据，并发送强化信号
3、随机退避，调用指数退避算法

动态分配方法（无线传输）

无线传输的新问题

1、冲突检测困难，发送方有固定的范围，超出范围外的没法检测冲突
2、容易发生干扰
3、隐藏终端问题，A和C同时发给B，此时A和C互相无法看到，那么在B处发生冲突

4、暴露终端问题，假设有四个节点A、B、C、D排列成一条直线，其中B正在给A发送数据。
问题核心：C能够听到B的传输信号，并因此误以为如果自己此时向D发送信息会造成冲突。但实际上，B和D之间没有重叠的通信范围，也就是说，B向A的数据传输不应该阻止C向D的数据传输。

解决方法

MACA协议

工作过程：
1、发送方发送一个RTS（Request To Send）帧到地址，代表预约请求发送
2、接收方回复一个CTS（Clear To Send）帧个发送方，代表允许发送
3、发送方接收到CTS之后，发送数据帧
4、接收方返回ACK帧
5、如果未接收到CTS，那么调用指数退避算法，然后重新发送RTS
RTS(S to R) ->CTS(R to S) ->DATA(S to R)-> ACK(R to S)

CSMA/CA协议

工作过程：
发送方：
1、监听信道，要确保信道中有DIFS的时间是干净的，然后进入退避状态
2、随机退避，在信道不干净的时候暂停。只有干净的时候开始计数，等到计数为0的时候，发送帧
3、如果没有收到ACK帧，增加退避时间，重复2
接收方：
只要接收完成，那么在等待SIFS时间确保信道干净后，发送ACK帧
其中，DIFS的时间大于SIFC的时间（重要），为了确保发送ACK的优先级高于发送数据帧

另外，每个发送的帧都带有NAV信息，能够让其他站点知道信道大概需要被占用多久
为了防止高误码率，可以采用段突发机制，将帧分成很小的块

TXOP技术的使用：
使得高速站点的发送的速度更快。
计算方法：c = ci/n，每个速度除以总的站点数就行了

如何评价MAC层协议

• 低负载：时延越低越好
  
• 高负载：吞吐量越高越好

IEEE 802层

物理层（Physical Layer）

• 信号编码/解码：负责将数据转换为适合通过传输介质发送的形式，以及接收时将其转换回数字信息。
  
• 比特传输/接收：处理实际的数据位在物理媒介上的传输与接收过程。
  
• 传输介质和拓扑结构：定义了使用何种类型的电缆或无线技术来传输数据，以及网络的物理布局。

MAC子层（Media Access Control 子层）

• 帧构建：负责创建用于网络传输的数据包或帧。
  
• 错误检查：确保数据帧在传输过程中没有被损坏。
  
• 物理地址：例如MAC地址，用于唯一标识网络上的设备。
  
• 介质共享：多路访问控制：管理多个设备如何公平有效地共享同一物理介质进行通信。
  
• 局域网交换和VLAN：涉及如何在局域网内进行数据交换，并支持虚拟局域网(VLAN)以提高网络安全性和性能。

LLC子层（Logical Link Control 子层）

• 隐藏MAC层差异，提供统一接口给网络层：LLC子层向网络层提供了标准化的服务接口，使得即使底层的MAC协议不同，上层的应用程序也不需要关心这些差异。
  
• 流量控制和错误控制：确保数据能够按照正确的速度传输，并且在发生错误时可以采取适当的措施进行恢复。
  
• 通过网桥互连局域网：允许不同的局域网通过网桥连接起来，形成更大的网络结构。

以太网

特别说明：MDU大小为1500bytes，为了网络层计算中特此备注

设备

设备方面，有集线器和交换机两种，集线器是形式上星型，逻辑上总线型，交换机是形式上和逻辑上都是总线型。使用交换机可以消除冲突，所以不需要CSMA/CD了

自动协商机制（FAST往上都有）

在FAST以太网往上，都有这个机制，说白了就是和接收方约定，使用哪个速度进行传输

载波扩展（GB往上）

为了解决高速以太网中传输距离过短这个条件，就使用了这个技术，说白了就是确定一个最小帧长，没达到的时候就用冗余的信息填充

最小帧长的计算

必须要使得总帧的发送时长大于等于RTT，即
但是对于较快的网络来说，这样的方法实在有些浪费。所以为了减少浪费，下面又推出了帧突发机制

帧突发（GB往上）

允许发送者发送多个帧的连接信息，第一个帧携带额外的冗余信息，剩下的不用。但是只有连续的帧才能这样
然后设置了一个最大的多帧长度，防止一直连接下去。

暂停帧（GB往上）

由于千兆以太网网上太快了，很可能造成缓冲区溢出，所以必须进行流量控制。
采用暂停帧的方法，如果接收方处理不过来了，那么就发送一个暂停帧，让它缓一缓再发。

网桥

作用

用来连通不同的LAN

后向学习算法（必考）

工作过程：
1、收到帧，储存到缓存中
2、查找过去的表
3、根据收到的帧中的源地址信息和表信息，如果源地址和目的地址来源于同一个LAN，那么丢弃该帧
4、反之将其发送到对应的端口。
5、将受到的帧中的端口和源地址添加到查找表中
6、如果查找表中没有目的地址的端口，那么泛洪（所有端口转发）

生成树算法

只需要知道它用来解决冗余拓补中，容易出现环导致广播风暴的问题就行

VLAN

在交换机中，标记每个端口的“颜色”，相同端口进入的帧，只能传给相同颜色的端口，这样就构建了VLAN