计算机网络第三章笔记（四）

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| 类型 | 核心特征 | 应用场景 |
| 有固定基础设施的WLAN | 依赖预先建立的固定通信基站，星型拓扑，是主流组网方式 | 家庭、校园、商场等场景 |
| 无固定基础设施的WLAN | 又称独立基本服务集（IBSS），属于自组织网络（ad hoc Network），无基站 | 临时会议、野外作业场景 |

有固定基础设施的WLAN

组网核心：接入点（AP）是星型拓扑中心，负责数据转发与链路管理。
基本服务集（BSS）
1. 最小构成单元：1个AP + 若干移动站（STA）。
2. 通信规则：BSS内、跨BSS通信均需经AP转发。
3. 覆盖范围：基本服务区（BSA），直径≤100m，受环境干扰影响较大。
关键配置参数

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| 参数 | 长度 | 本质 | 作用 |
| SSID | 最长32字节 | 无线局域网名称 | 供用户选择接入对应网络 |
| BSSID | 48位 | AP固化的MAC地址 | 标识单个BSS，与SSID区分 |
网络扩展
1. 多个BSS通过分配系统（DS，如以太网、无线骨干链路）连接，构成扩展服务集（ESS）。
2. ESS内各AP有唯一BSSID，共享同一SSID，支持移动站无缝漫游。
关联服务
1. 关联：移动站选择AP建立连接，分为被动扫描、主动扫描两种方式。
2. 重建关联：移动站将关联转移到其他AP。
3. 分离：终止与AP的关联。

无固定基础设施的WLAN（IBSS）

网络特征：由对等移动站点构成的临时网络，无固定基站。
数据传输：采用多跳存储转发，中间节点需具备路由功能。

二、IEEE 802.11的数据链路层

2.1MAC帧类型

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| 帧类型 | 功能 |
| 数据帧 | 传输站点间的数据 |
| 控制帧 | 协调信道访问（RTS/CTS）、保障可靠性（ACK）、管理能耗（PS-Poll）等 |
| 管理帧 | 加入/退出无线网络、处理与AP的连接转移（信标帧、关联请求帧、身份认证帧等） |

2.2数据帧结构

帧头：30字节，含控制信息和地址信息（4个6字节MAC地址字段，由"去往DS/AP""来自DS/AP"字段决定使用方式）。
数据：0~2312字节，实际应用中长度≤1500字节，兼顾性能与兼容性。
帧尾：4字节，存放帧校验序列（FCS），采用CRC校验。

核心字段

序号控制字段：含序号（12位，0++4095）和分片（4位，0++15），用于数据帧编号与分片标识。
帧控制字段：结构最复杂的字段，包含"去往DS/AP""来自DS/AP"、类型/子类型、WEP加密位等内容。
持续期字段：16位，用于信道占用时间协调，最大值为，在CSMA/CA的虚拟载波监听和信道预约中发挥关键作用。

2.3CSMA/CA协议

使用原因
1. 无线信号传输环境复杂，碰撞检测硬件要求较高。
2. 存在隐蔽站问题（如A、B互不可达但均向AP发数据，无法检测碰撞），碰撞检测无实际意义。
核心改进：在CSMA基础上增加碰撞避免（CA）功能，而非碰撞检测（CD），仅能减少碰撞概率，无法完全避免。
媒体接入控制方式
1. 分布式协调功能（DCF）：默认方式，无中心控制，各站点用CSMA/CA争用信道，提供争用服务。
2. 点协调功能（PCF）：集中控制，一般在AP实现，用探询方式分配发送权。
关键机制
1. 确认机制：依赖停止-等待确认实现可靠传输，适配无线信号易受干扰的特点。
2. 时隙时间（Slot Time）：IEEE 802.11基本时间单位，用于时间同步、传输时机判断、退避计时
3. 帧间隔（IFS）：站点需等待信道空闲一段IFS时间才能发送，IFS长短决定帧优先级。
  
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  | 帧间隔类型 | 特点 | 用途 |
  | 短帧间隔（SIFS） | 最短IFS，优先级最高 | ACK帧、CTS帧、分片数据帧 |
  | DCF帧间隔（DIFS） | 比SIFS长 | DCF方式下的信道争用 |
4. 虚拟载波监听：通过网络分配向量（NAV）告知其他站点信道占用时间，减少碰撞。
5. 退避算法
  1. 检测到信道忙则设置退避计时器，计时结束后才能发送。
  2. 随机数从离散集合中选取（i为重传次数）。
6. 信道预约（RTS/CTS）
  1. 源站发RTS帧，目的站回复CTS帧，告知其他站点信道占用时间。
  2. 仅当数据帧长度超过阈值时使用，避免短帧预约的额外开销。

三、介质访问控制

3.1 静态划分信道

核心思想：预先分配信道资源，避免碰撞，属于物理层的范畴。
实现技术：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）、波分复用（WDM）。
优缺点
1. 优点：无碰撞，适用于稳定、连续的通信场景。
2. 缺点：预先分配信道导致灵活性差。
应用：电话系统、卫星通信、有线电视等。

3.2 随机访问

核心思想：竞争信道使用权，产生碰撞后通过相应机制解决。

1. ALOHA协议

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| 协议类型 | 工作流程 | 信道利用率 | 核心特点 |
| 纯ALOHA | 随意发送数据，碰撞后等待随机时间重传 | 理论最大18.4% | 完全随机发送，碰撞概率高 |
| 时隙ALOHA | 同步时隙，仅在时隙起点发送数据 | 理论最大36.8% | 碰撞窗口从缩短为，利用率提升1倍 |

2. CSMA协议

在ALOHA基础上增加载波监听，先监听信道再发送，降低碰撞概率。

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| 类型 | 监听规则 | 优点 | 缺点 | 应用场景 |
| 非坚持CSMA | 信道忙则等待随机时间后重新监听 | 降低多站同时发送的碰撞概率 | 可能延迟发送 | 高负载、高延迟网络 |
| 1-坚持CSMA | 信道忙则持续监听，空闲立即发送 | 信道利用率高 | 碰撞概率高 | 低负载、低延迟网络（以太网） |
| P-坚持CSMA | 信道空闲则以概率发送，延迟发送；信道忙则持续监听 | 平衡碰撞概率与延迟 | 值选择困难 | 灵活性需求场景（IEEE 802.11） |

3. CSMA/CD协议

核心：在CSMA基础上增加碰撞检测，检测到碰撞立即停止发送并退避。
适用：共享式以太网（有线信道）。

3.3 轮询访问（受控访问）

核心特点：站点不能随机发送数据，需服从控制，无碰撞。
典型案例：IEEE 802.5令牌环网
1. 物理/逻辑拓扑：物理星型，逻辑环型（通过多访问单元MSAU连接）。
2. 令牌结构：3字节控制帧，含开始定界符、访问控制位（令牌状态位：0=空闲，1=忙）、结束定界符。
3. 数据传输流程
  - 空闲令牌在环中循环，站点捕获空闲令牌后置为"忙"，封装数据帧发送。
  - 数据帧沿环传递，目的站匹配地址后复制数据并标记"地址识别""帧复制"位。
  - 数据帧返回发送站后，发送站回收并生成新的空闲令牌。
4. 优先级控制：访问控制位含3位优先级，高优先级站点可抢占低优先级令牌。
5. 故障检测与恢复：监控站检测到环中断时，隔离故障段并重建逻辑环。

四、广域网（WAN）简介

核心特点
1. 覆盖范围广（几十千米到全球）。
2. 总时延高（多台网络设备转发+长距离传输）。
3. 共享基础设施（运营商建设，用户付费使用）。
运行机制
1. 数据链路层：实现相邻节点数据传输（PPP、HDLC、帧中继）。
2. 网络层：完成全局路径规划（路由选择、IP寻址）。
3. 两层协同构建全球通信骨干网，满足企业专网、因特网需求。