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引入：网络安全本章节是密码学与网络安全的简要介绍。 网络安全美国国家标准与技术研究院（NIST）对计算机安全的定义是：对自动化信息系统的保护，以实现保护信息系统资源（包括硬件、软件、固件、信息 / 数据和电信）的可用性、完整性和保密性的适用目标。其中，可用性、完整性和保密性被称为CIA三元组： Confidentiality（保密性） Data confidentiality：私有或机密信息不被未授权个体获取或披露。 Privacy：确保个人能够控制或影响与其相关的信息的收集、存储以及披露的对象和方式。 Integrity（完整性） Data integrity：确保信息和程序仅以特定且授权的方式被修改。 System integrity：确保系统以预期的方式运行，不受故意或无意的操纵。 Availability（可用性）：确保系统及时、充分地为授权用户提供服务，不被拒绝。 除了CIA三元组之外，网络安全需求还可以包括： Authenticity（真实性）：具有真实性，能够被验证和信任的属性。 Accountability（可问责性）：要求实体的行为可被唯一追溯到该实体的 ...

引入章节重点这一章节主要聚焦于套接字编程之上，HTTP这样的应用层协议。最后介绍P2P通信和其应用。 Web和HTTP是这一章节的重点，一些其他的应用层协议也会被简要介绍。 应用层在应用程序中，同一主机内的进程可通过进程间通信（inter-process communication） 交互，进程间通信遵循操作系统规则。而不同主机的进程通过计算机网络交换消息来通信。 而支持这些应用在设备-设备间通信、设备-服务器间通信，就是网络的终极目标。 在开发应用程序时，我们需要让程序员只专注于应用的功能，而无需关注网络和通信方面的实现，这就是应用层需要干的事情：使用应用层协议，让程序员轻易地迭代升级他们需要的功能。 两种通信架构客户端-服务端架构如其名字，客户端-服务端架构下，服务器为用户客户端提供服务。 服务器使用固定的IP地址，几乎始终在线。通过数据中心实现规模扩展（支持大量用户访问） 客户端可能是动态IP，甚至IP经过多层NAT。客户端与服务器通信，客户端与客户端之间不直接通信。 在客户端-服务端架构下，如果多个设备间需要相互通信（例如多人游戏），他们的数据会先被汇总到服务器，再由服务器 ...

传输层基础传输层的功能网路层是为了主机与主机间在网络中路由互通，传输层则负责进程之间的逻辑端到端通信。例如手机上的QQ与QQ服务器间的通信。 一条通信链路上的任何一个路由器都需要具备网络层的解析功能，但是仅仅通信的两端需要具备传输层的功能。 传输层接受应用层的的数据，并把数据切分成“段（segment）”，然后交给网络层传输。 传输层基础传输层的两种协议传输层有两种协议：UDP和TCP。他们都属于传输层协议，功能一致，只是可靠性、延迟不一样。 维度 TCP UDP 数据导向 面向字节流（Stream oriented） 面向数据报（Datagram oriented） 可靠性与连接性 可靠、面向连接（Reliable, connection-oriented） 不可靠、无连接（Unreliable, connectionless） 协议复杂度 复杂 简单 通信方式 仅单播（Only unicast） 单播、多播（Unicast and multicast） 典型应用 多数互联网应用（ftp、telnet、http、smtp 等） 多媒体应用（如流媒体）； ...

引入-运算放大器运算放大器是干嘛的如其名字，运算放大器的本质是一个放大器，放大器就是把小的电压放大或者把小的电流放大。运放还可以设计出一些特殊的电路，来做加减积分导数这些运算；或是对信号大小进行比较。故它是一个有运算功能放大器，叫运算放大器。 在硬件设计中，常常遇到这样一类情景：一个音频信号非常小，我需要让他振幅足够大来驱动音响，同时由于音响的阻抗很低，因此流过音响的电流也很大。需要一个设备，把振幅很小，带载能力很小（即，产生这个振幅的器件不能通过大电流）的信号放大成振幅很大，带载能力也很大的信号。这就需要运算放大器，准确的说是运放里面支持大电流的这一类，它们被称为功率放大器（功放）。 放大器相关的术语和符号 $v_o$：输出电压（通常用V表示直流，v表示交流） $v_i$：输入电压（通常用V表示直流，v表示交流） $A_V$：电压压增益，$A_v=\frac{输出电压}{输入电压}=\frac{V_o}{V_i}$ $A_i$：电流增益，$A_i=\frac{输出电流}{输入电流}=\frac{i_o}{i_i}$ $A_p$：功率增益，$A_p=\frac{输出功率}{输入功率}= ...

初始接入（Initial Access）5G UE（用户设备）连接到基站（gNB）的时序主要分为小区搜索与系统信息获取、随机接入过程、RRC 连接建立三个核心阶段： 小区搜索与系统信息获取： UE 通过检测基站发送的同步信号块（SSB），解析其中的主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS），实现与基站的频率同步和时间同步，并获取小区的物理层小区标识（PCI）。 解码主信息块（MIB）：通过物理广播信道（PBCH）获取基础信息，如系统帧号、SSB 波束信息等。 解码系统信息块 1（SIB1）：通过物理下行共享信道（PDSCH）获取小区接入参数，如初始带宽部分（BWP）配置、TDD 帧结构、PLMN（公共陆地移动网络）列表等。 随机接入过程（4步随机接入为例） 发送 PRACH 前导码：UE 在物理随机接入信道（PRACH）上发送随机接入前导码（Preamble），用于发起接入请求。 接收随机接入响应（RAR）基站通过 PDCCH（物理下行控制信道）发送携带 RA-RNTI 的 DCI，调度 PDSCH 传输 RAR 消息。UE 检测到匹配的 RAPID（随机接入前导码 ID）后，获 ...

引入-波束成形与MIMO技术波束成形（Beamforming）波束成形是指利用多天线阵列，在特定方向上发射或接收信号的技术。要实现定向接受，可以有很多种方式实现，例如指向性天线。但是使用阵列实现的波束成型相比传统定向天线更灵活。 波束成形的原理发射端的波束成形，核心是通过调整每个天线单元的信号相位，制造相长干涉（增强信号功率）和相消干涉（抵消信号），从而在目标方向聚焦信号。 影响波束成形调制参数的因素有： 天线单元的间距。 每个天线单元的相位调整 天线阵列的单元数量 三种波束成形架构波束成形主要有模拟、数字、混合三种实现架构，各有优劣。 在介绍它们之前先科普一个概念：射频链（RF Chain），其作用是将基带信号（数字信号）转换为射频信号（模拟信号）用于无线传输。 模拟波束成形 信号处理位置：在射频链之后的模拟域进行相位调整。模拟波束成形的相位偏移器（Phase Shifter）接在射频链输出端，直接对模拟射频信号的相位进行调整，通过多个天线单元的相位协同，形成定向波束。 射频链数量：只需要 1 条，数字信号经过射频链之后，由移相器在模拟域进行操作。 多波束能力：只能同时形成 ...

控制信令物理下行控制信道及信令物理下行控制信道（PDCCH）PDCCH 是 5G 下行链路中负责传输控制信息的关键信道，其传输由物理层生成的DCI（Downlink Control Infomation）。 终端接入 gNB时会被分配无线临时网络标识（Radio Network Temporary Identifier RNTI），用于区分不同终端的控制信令。 PDCCH采用采用极化码（Polar codes）进行信道编码，这是一种新型信道编码技术，能在信道容量逼近、抗干扰等方面表现出色。 控制资源集（CORESETs）CORESET 的全称是Control Resource Set，是 PDCCH 的时频资源载体，即，在资源网格中，CORESET区域是供PDCCH使用的。如下图，资源网格在时域上时一个slot，频域上时载波带宽（CBW），CWB被分为多个BWP，CORSET就在这些BWP的头部。 CORSET在时频域的大小和位置由网络半静态配置，其频域大小一定要小于载波带宽；每个带宽部分（BWP）最多可配置3 个 CORESET，终端仅需处理其激活的 BWP 内的 CORESET。 ...

IoT物联网的定义是：由嵌入传感器、软件、网络连接的物理设备（如车辆、家电等）组成的网络，可收集、共享数据（IBM 定义）。 本章节将会从下行控制信道、上行链路机制、 工业IoT（Industrial IoT IIoT）工业物联网指的是诸如工厂自动化、电力分配以及交通行业等应用场景。核心需求是低延迟、高可靠性 5G NR基于如下的方案，实现了低延迟高可靠性的需求： 传输不局限于时隙边界（“迷你时隙传输”），缩短调度时延； 前端加载设计 + 快速处理要求，保障低时延； 下行链路抢占机制：允许一个设备的持续传输被另一个延迟敏感的传输覆盖； 可配置的鲁棒的 MCS 和 CQI 表（牺牲频谱效率换传输鲁棒性）； 数据冗余与多站点连接提升可靠性。 为进一步支撑 IIoT 的严苛需求，Rel-16/17 引入多项增强： 上行抢占扩展：支持不同设备间的上行传输抢占； 上行同设备抢占优化； 配置授权增强：允许多配置并按流量流控制； PUSCH 增强：优化时域资源分配以降低时延； PDCCH 增强：支撑其他特性的调度需求； 多连接与 PDCP 冗余：提升传输鲁棒性； 时间敏感网络（TSN）：设备间 ...

引入网络层的主要功能网络层主要是进行路由和转发。 路由（Routing），是指寻找源到目的主机的一条合适的路。路由通常由路由算法驱动。对于单个路由器来说，这条合适的路就是从哪个端口转发出去。 转发（Forwarding），是指将路由器一个口收到的东西发到另一个口上去。 路由器的工作原理介绍转发表（Forwarding table）路由器的内部会维护一张转发表（Forwarding table），路由表会记录每一个网段应该转发到哪个接口。 转发表依赖于路由表，但它不是路由表。路由表主要用于路由选择过程，决定数据包的传输路径，这是属于控制面的表；而转发表则是为了在转发平面快速转发数据包，它的结构更适合高速查找，以实现数据包的高效转发，这是数据数据面的表。路由表会记录为了达到目标网段，下一跳是哪里。而转发表只记录某一段该转发到哪个接口。 例如下面这个表： 目的地址范围（数字 IP 地址） 链路接口 200.23.24.0 到 200.23.23.255 0 200.23.24.0 到 200.23.24.255 1 200.23.25.0 到 200.23.31. ...

引入一个简单的数字通信系统如下图所示。对于模拟信号，它需要进行采样、量化，转换成数字信号后（数字text可以直接进行编码），进行编码。然后再对其进行调制与传输。 Recall：码元/符号（Symbol）数字原始信息（例如一段文本对应的ASCII码），被称为消息（message）。如果将消息逐个发送，那么它就是一串只有0和1电平的二进制比特流。 然而在基带通信中，电平可以不仅为0,1。可以为多档电平以此来一次表达多个bit。例如假设一个基带信道有8档电平，那么一次就能表达3bit数据。因此，可以讲原始的消息重新打包成n个bit一组，构成一个码元（或符号）（symbol），再进行发送。码元的单位为Baud。 对于原始信息“THINK”，其6-bitASCII码（消息）如上图所示。对其使用3bit/symbol的编码，即可得到下面1,2,0…这一串码元。 脉冲编码调制（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的标准方法，广泛应用于语音、音频和视频的数字通信中。它包括三个主要步骤： 采样：将连续的电平采样为离散的电平 量化：将离散 ...