大三下

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 ...

控制系统概述 如上图所示，根据有无feedback，控制系统被分为开环控制系统和闭环控制系统两类。在一个抽象出的系统中，使用Sensor取回需要的数据，Controller处理数据并转换为控制信号，Actuator收到控制信号后将其转化为物理上的输出 这一门课仅涉及闭环线性时不变控制系统 开环控制系统开环控制系统因为没有反馈的存在，因此系统的精度取决于校准的程度。 而且，开环控制系统无法消除收到的干扰或运行变化所造成的影响。 闭环控制系统闭环控制系统将它现在的实际输出与期望的输出进行对比，再进行控制。这个过程被称为反馈。 通常来说，使用负反馈来控制一个系统。（i.e., 将系统期望的输出-现在的输出，得到error值）。在这门课中，只学习负反馈的情况。 对系统进行建模（引入）使用拉普拉斯变换表达系统传输函数一个带有反馈的系统，其系统可以用一个差分方程来描述。通式是： \frac {d^ {n}y}{dt^ {n}} + a_ {n-1} \frac {d^ {n-1}y}{dt^ {n}1} + a_ {1} \frac {dy}{dt} + a_ {0} y(t)= b_ ...

波德图 （Bode plot）引入-什么是波德图波德图是一种用于体现系统开环传输函数(open loop transfer function)频率响应的图。波德图一般是由二张图组合而成，一张幅频图（幅度通常以dB为单位），一张相频图（相位通常以degree 为单位），两图都采用对数形式的横坐标（频率轴，单位rad/sec）。下图是一个波德图的例子 采样法画波德图幅频图 将$s=j\omega$代入求开环传输函数的幅频响应 $|H(s)|$（拉普拉斯变换$s=\sigma+j\omega,\ \sigma=\ 0$ 就等效于傅里叶变换了，详见信号与系统-拉普拉斯变换） 将其转换为对数形式（$20log\left(\left|H\left(j\omega\right)\right|\right)$） 变化频率$\omega$计算输出得到幅频图。（注：$|H(j\omega)|$就是开环传输函数在复平面的模长，也就是$\sqrt{\left(Real^2+Img^2\right)}$） 相频图依旧代入s=j\omega，求开环传输函数的相频响应$angle(H(j\omega))$。具体 ...

引入对于光而言，其频率非常高，因此在讨论光时一般不直接讨论频率，而转为讨论光波的波长（通常以nm为单位）。 最开始的时候，塑料光纤作为“打通光纤通信最后一米，让用户终端使用光通信”的存在，有很多人在研究。这种光纤只能在较短距离内传输。但是它最终还是没有赶上时代，现在使用较少。 在CH3中简略介绍过光纤，其中介绍了单模和多模光纤，其粗细有差异。一般来说，单模线芯粗细约为9um，多模线芯粗细越为50um。 将光纤无法做“接头”，因为光的指向性非常明确。一能一条线做一个“插头”。同时，光纤间连接时需要使用融纤机进行融接。 在光纤传输系统中，首先使用发光二极管（light-emitting diodes）将电信号转化为光，在接收端再用光电二极管（photodiodes）转化为电信号。 没有发射设备发出单一频率的辐射。LED 的输出线宽（linewidth）通常约为 60 nm，激光器的线宽为 5 至 10 nm，而“单模激光器”的线宽可以小于 0.01 nm。这与本节中会介绍的色散有关，这代表即使信号源是单色的（单频），也会发生频率扩展。 光纤的通信能力有如下参数来量化： 光接接收度（li ...

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 ...

引入这一章的传输理论知识和实例分析都非常重要。 一条传输线中，波的参考的起始点称为“The driving point”，该point非传输线的头尾两端。因为在研究传输线时，研究的不是它的头尾，而是中间这一部分的特质。头尾需要单独讨论。 我们认为传输，是在远距离尺度上的。因此需要主要关注传输线上的时间差等。同时，由于干扰，传输线频率选择性衰减等因素，发射出去的放波会失真，在时域展宽等。 只有在长线分布下，才认为线内的电容，电阻等是均匀分布的。 常见的金属传输线有上图4种，其中，平行双导线的英文是 twin-wire。本章节主要研究平行双导线，其他的简略。平行双导线随着传输的工作频率增高，其辐射损耗会急剧增加，故这种传输线只适合于1000米波至大于10米波的低频段。 金属传输线（主要以双线为例）双线（twin-wire），是指的由两条传输线线构成一个完整的传输系统，如下图所示。 最典型的双线就是双绞线。双绞线也是金属线传播的一种典例，大部分金属线与双绞线分析方式类似。 在本课ch3中简略介绍过双绞线，在分析双绞线时，我们以微积分的概念将其切分，认为它们是平行的。在前面是对 ...

统计时分复用和同步时分复用同步时分复用（Synchronous Time Division Multiplexing, STDM）同步时分复用：这种同步在数据的帧之间插入时间信号，让调制出的信号自带同步信息。复用是将时间分割成小份，一个用户占用特定的一份实现的。如下图ABCD对应四个用户。 同步时分复用存在问题：当某个用户暂时无数据发送时，在自己的时分复用帧（时隙）上，信道是空闲的，但是参与复用的其它用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源，这造成了资源浪费 统计时分复用（Statistical Time Division Multiplexing）统计时分复用：这种复用比同步时分复用更高效。同样是把时间切片，但并不是一个用户占一份时间，而是每个用户带上自己的标签（地址），“赶趟”即走。 如下图所示，虽然时间也被切片了，但是a走之后b来了，b跟着a走；b走之后b又来了，那下一个时隙又是b走。 吹吹水一开始的时候，采用的是频分复用。因为一开始的时候使用的频率较低，对频率的操作性较强，因此可以对在频域切分子信道。 后续使用时分复用时，同步是一个大问题，不良好的同步会导致滑码，丢帧等等。同步 ...

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 ...

这一章有笔记是因为院长w来听课了，所以写笔记还容易一点→_→…. 无线信道的性质信道均衡准则在信号经过非理想信道时，会产生 下图就展示了信道(红色)，Zero-forcing equalizer（蓝色），Minimum mean squared error (MMSE) equalizer（绿色）的频响。可以看到，大体趋势上均衡器与信道频响相反。 均衡器通常加在接收端滤波器后，如下图所示 错误控制编码错误控制编码可以大体上分为两类： Forward error-correction (FEC)：前向纠错 Automatic-repeat request (ARQ)：错误重传 FEC工作原理： 发送端在每段数据中添加冗余的bit, 这些比特通过某些算法与数据比特关联，称为前向纠错码 接收端根据收到的数据重新计算冗余比特 如果受到的纠错码无法匹配，则出现错误，尝试通过冗余比特逆向计算纠错。 FEC还可分为 块码(block codes) 和 卷积码(convolutional codes) 。 块码 对于块码而言，有编码率(code rate) 一概念： code\ rat ...