现代通信网络

电路交换和分组交换 电路交换描述：连接建立开始时，通信系统分配给它的资源（通道、带宽、时隙、码字等等），通信活动的整个过程中，这个连接将始终占用着。电路交换总体可以分为这三步：1. 建立（establish）连接；2. 通话；3.释放连接 电路交换的优点： 无需额外资源开销：业务数据不含有Header，透明传输（Transparent transmission） 通信延迟小 有序传输 控制简单 电路交换的缺点： 资源利用率较低：尽管没有数据传输资源也被占用 鲁棒性差：只要所建立的物理通路中有一点出现故障，就必须拨号重新建立连接 一旦无法建立连接，通信就无法进行。 在要求数据按先后顺序且以恒定速率快速传输的情况下或实时性要求较高时，使用电路交换是较为理想的选择。最典型的应用是传统电信网络。 分组交换描述：分组交换（packet switching）是将数据打包成分组（Packets）进行传输、交换。数据包包含标头(Header)，和负载(Payload)。标头包含分组的基本信息，例如地址信息，管理信息等。分组通过最优路径（取决于 路由算法）路由到目标。分组交换可细分为虚电路和数据 ...

本节对应中文书第五章 引入在IP层中，已经完成了大规模的网络路由，此时网络中的两台主机已经可以通信。但是实际上，通信的是你电脑上的应用进程，例如QQ，微信，腾讯会议等等。在另一端也是一样，例如腾讯的服务器上的QQ服务端进程。运输层提供的就是应用进程间的通信。 运输层的两个主要协议TCPTCP协议的头部如下图所示 套接字：IP地址+端口号被称为TCP层中的套接字（Socket）。 请注意，socket 这个名词有时容易使人把一些概念弄混淆，因为随着互联网的不断发展以及网络技术的进步，同一个名词 socket却可表示多种不同的意思。例如: 允许应用程序访问连网协议的应用编程接口API(Application Programming Interface)，即运输层和应用层之间的一种接口，称为socket API, 并简称为 socket。 在socket API 中使用的一个函数名也叫做 socket。 调用 socket 函数的端点称为 socket，如“创建一个数据报 socket” 调用socket函数时，其返回值称为 socket 描述符，可简称为 socket。 在操作系统内 ...

本节对应中文书第四章 为什么网络物理上的传输是用的MAC地址，而还需要IP地址？ 因为MAC理论作用于局域网内，局域网上理论上是通过广播的形式在寻找通信的对象。而IP地址是可以进行路由的，只有第一次时，需要广播寻找它在哪，后续的通信便可以记住。这样才能实现局域网“来去自由”。 而且，有一些设备的硬件地址格式不一样，为了使得异构网络能够统一地联通，需要使用IP地址。 IP地址IP地址会给互联网上的每一个主机，路由器的每一个接口，都分配一个IP地址。 IP地址的分类 IP地址被划分为了ABCDE五类，其中ABC三类为单播地址（一对一通信），是最常用的。在ABC三类中，前8 16 24位是网络号。网络号的前三位是类别号，用于区别其是哪一类。D类地址一般用于多播（一对多通信）。 在最初的时候，网络号的目的就是区分各个局域网。但是后面IP地址不够用了，因此产生了虚拟网（后面会讲，这里只需要知道网络号现在不完全是用来区分局域网的）。同一局域网上的主机或者路由IP地址中，网络号号段必须一样。 主机号由局域网内自己分配。 子网掩码(subnet masking)由于两级IP地址不够灵活，在主机号的 ...

这一章节要求：能明确地对分组交换和电路交换的特征，技术等进行明确地表述。很重要！ 引入讲故事部分 最开始的时候，电话终端是需要配电源的，在需要发起一次通信时，摇动电话上的手柄，通过电磁感应产生一个信号发送给接线员。接线员知道你要和那里接通和后，人工将两根金属线连通。这便是最初的人工交换机。后面出现了机电交换机，通过机械取代人工工作。后续电路开关成熟，产生了程控交换，至此，交换技术和计算机搭上界了。 在计算机的世界中，表示数字0-9至少需要4bit，那么就可以表示0-F（HEX）。因此键盘上后续加入了* 和 #，分别占A和B（HEX），0-9对应0-9（HEX）。后面几位保留。 在ch1-基本交换技术中，已经对交换进行了初步的介绍，现在的交换主要电路交换和分组交换；而这里面的细分方式又分为面向连接和和面向无连接。 如果带宽资源充分，分组交换的带宽资源使用率更好。但是分组交换无法确保通信持续的质量。 在通信网络中，我们需的要通信的设备称为“station”，将交换设备称为“node”。 通信网络是由一个一个node连接构成，node可以互相交换数据，也可以将数据发送给station。 ...

引入本章节以局域网的视角，将物理层、数据链路层、网络层三层进行链接。前面课程虽没有涉及物理层内容，但其他课程（例如通信原理）已经打下了基础。 几种路由方式寻找路由，有几种不同的方式： 集中式：有一个节点对网络所有节点和拓补状态都非常了解，中心路由找出的路径是最优的。但是集中控制代价极高，而且有同步周期问题（需要不断从整个网络收集信息，需要收集耗费的时间尽可能短） 分布式：交换由每个节点完成，路由更复杂，但是鲁棒性更高 对于面向连接和面向无连接，决定路由的时机也不一样。 面向连接需要在通信之前就确定路由，并固定线路。 而面向无连接只有到达特定的节点后，下一条路的路由才会出现。 现有的4种路由模式 Fixed：在该模式下，某一进来的包固定得被转发至一个固定的出口 Flooding Random Adaptive Routine：这是目前分组交换网络中大量采样的路由方式。这种路由属于需要各节点的信息，根据当前的信息进行自适应路由，但在集群规模的扩大时，收集信息会导致网络时延增加、部署成本提高，无法满足算力需求和部署要求。 物理层的视角切入局域网（基于以太网）ALOHA纯AL ...

本节对应参考书CH7 引入在一次链路中的数据交换中，需要涉及以下任务： 帧同步（在这门课中不重要） 流控 错误控制 寻址 控制和发送数据 链路管理 流控（flow control）流控的作用是确保发送端发送的信息不会在因接收端处理速度不足而被忽略，也就是防止缓冲区溢出。 流控可以出现在通信协议中的任意一层，只要对等层采用流控协议即可（差错控制也是一样）。这一节只介绍了两种常见的流控手段，并没有带入特定协议，后续课程会带入协议深入介绍。 停等流控(stop & wait)工作流程： 发信端发送信息 接收端接受 接收端就绪接收后发送ACK信息 发送端传输下一帧 这是最简单，但非常有效的流控形式。可靠性较好，但是效率较低。 通常情况下，发送端会将一个大数据块分解成更小的块进行传输，因为： 接收端buffer大小有限 越长的数据出现错误的概率越高，若出现不可纠正错误则需要重传整个数据。分解成小块后可以独立重传小数据块，数据量小。 在共享的传输介质中，通常不允许单一通信长时间占用传输介质，因为这样会造成其他终端间的通信产生较大延迟。 滑窗流控(Sliding Window ...

本节对应参考书章节CH2 通信协议通信协议的功能和结构通信协议的多层级化通信协议倾向于分为很多层，每层分管不同功能。这样每次需要升级时，只需要在单独的层上做改变，保证层对外暴露的接口不变即可。我们把这样很多层的协议系统称为”纵向栈(vertical stack)”。 通信协议的定义什么是通信协议(Protocol)？协议是允许对等层（peer layer）进行通信的一组规则或约定。 如何理解这个对等层呢？例如我们通过QQ互相发送消息，那人与人就是对等层，QQ与QQ就是对等层。我发送消息你看到消息是人与人这个对等层的通信。我们通过软件界面与QQ交互，QQ拿到要发送的消息并显示接收到的消息，这是QQ这一对等层。 协议必须包含（重点！）： 五星级 语法（Syntax） - 即，数据块由哪些组成，由什么开始，由什么结束，有效载荷如何解析等等。 语义（Semantics）- 即，数据帧内的控制信息，纠错Header等。包含 时序（Timing） - 即，事件顺序的详细说明 其中这个Timing 单独强调一下： 在电信传输理论与工程一课中，在中继时提到了“retiming”, 这里的tim ...

本篇笔记是鲍宁海老师上课的口述记录而成，纯纯他如何讲我如何记。没有经过过多整理，所以内容可能有些乱且杂糅。但是考试重点均有cover 本节对应参考书章节CH1 三个时代三个时代（这一部分讲了2个星期 -> _ ->） 横向对比 Generation-1 Generation-2 Generation-3 描述 仅又很少的终端，能够接入网络的用户有限。采用模拟信号，Qos不太好 终端的价格开始逐渐下降（经历了一段时间才降下来），用户可以承担。但服务的费用很高，用户安装了终端却不舍得用。开始采用数字信号。在技术层面遇到了频率容量(capacity) 和 交移 (handover) 问题 传统电信业务的资费下降，用户可以承受。要继续扩大市场就需要发展更多的服务。 关注的技术 Transmission Switching Soft-switch 关键词 Reachability Accessibility Realizability 拓补结构 mesh star hybrid (mesh + star) 第二时代存在的两个问题的解释 Hand ...