通信网络

术语介绍 UE：全称 User Equipment，代表无线的用户终端（radio user terminal）。就是手机之类的。 RAN：全称Radio Access Network，无线接入网，为UE提供无线连接。 CN：全称Core Network，核心网，将RAN与外部服务和基础设计连接在一起，并提供其他连接和移动性管理。 BS：全称Base Station，基站，这是RAN中的一环，旨在创建与UE的无线连接接口（Radio Interface）。基站后方通常需要连接一个控制器（Radio Controller）（如下图），这个控制器只在2G和3G时代存在，在4G、5G中基站直连核心网。 CS&PS：电路交换和分组交换。在最开始的移动网络中，CN有两套网络系统：一套基于CS，服务于电信业务；一套基于PS，服务于数据业务； Cell：中文名叫小区，就是蜂窝移动网络的一个蜂窝格子，由一个基站提供无线服务。 LA：全称Location Area，是多个基站构成的“位置区域”，每一个位置区域都会有自己的位置区域码。LA是用于定位并寻呼用户的，与此前移动通信中提及的簇（cl ...

引入同前面介绍的2G、3G时代一样，4G时代也有诸多标准。任何用户高速移动下达到或超过100Mbps，静态数据传输达到1Gbps的无线数据网络系统都可以称作4G，而LTE（Long-Term Evolution 长期演进）技术只是其中之一。但因为LTE实在部署太广泛，所以才会看到4G就是LTE。下图是截止2018年8月LTE的全球部署情况。红色代表使用中。深蓝和浅蓝分别是正在部署和正在规划。 LTE由3GPP LET-A网络结构在LTE中，网络架构被称为 EPS（Evolved Packet System）。 其接入网部分被称为E-UTRAN（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）。 核心网部分被称为EPC（Evolved Packet Core）。这个核心网架构也被叫做网络架构被称作Service Architecture Evolution SAE （系统架构演进），因其是由PS域核心网网络架构演进而来。 接入网E-UTRANE-UTRAN协议支撑了UE与无线网络的通信，其协议包含了多设备下无线信道的Medium ...

引入这门课直接介绍了4G和5G的网络，2G和3G本来是在移动通信中介绍过。但是奈何本学院的移动通信课程太拉了，因此在这个地方补充一个间章，重点介绍2G和3G时代的网络架构及其使用的技术细节。 在各代通信中都有不同的标准，下图总览了1G-5G时代的标准和特性。 其中，2G时代： GSM由欧洲电信标准组织ETSI（European Telecommunications Standards Institute）制定，是2G时代最具代表性的技术，自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM逐渐成为了全球性的移动通信标准，在2004年已拥有了超过十亿的众多用户。当然，也有个别的例外：日本和韩国就从未采用过GSM。因此在后续的2G介绍中，将重点介绍GSM系统。 D-AMPS（或称IS-136）由美国电子工业联合会制定，在马来西亚、巴西、捷克共和国、俄罗斯和鸟克兰等国家有过部署或尝试部署。它在AMPS中增加了时分多址联接方式（TDMA） IS-95A由美国高通制定（是的，就是生产你手机里面骁龙SoC的高通）。它基于CDMA，IS-95是最早的CDMA系统空中接口标准，而IS-95 ...

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 ...

通信系统简介引入 一个传输系统一般可分为5块（5 blocks），其组成上图所示。 信源（Source）：提供需要传输的信息信号; 发射机（Transmitter）：对信源产生的信息进行编码、调制并对信号进行放大，使其符合信道的传输特性。例如moden将数字信号调制为模拟信号传输。 传输系统/信道等：可以是连接发射机和接收机的线，也可是一整个网络系统。穿越它。 接收机（Receiver）：接收发射机发送的信号，并将其转换为可由目标设备处理的形式。例如modem会将模拟信号解调为数字信号再发给电脑。 信宿（sink/ destination）：服务器、电脑、手机等。信息的目的地。 在通信系统中，Transmission一词强调信息的传输，Propagation一词强调承载信息的电磁波的传播。 服务质量（Quality of Service, QoS)QoS指网络的服务质量，也指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力。 当网络发生拥塞的时候，数据可能被丢弃；为满足用户对不同应用不同服务质量的要求，就需要网络能根据用户的要求分配和调度资源，对不同的数据流提供不同 ...

CH1-传输通信的基本概念5 block系统模型 source、transmitter、Transmission system、receiver、destination Telecommunication 的定义 a transmission of signals in a long distance 奈培和分贝 dB:10log(\frac{P_2}{P_1}); Np=\frac{1}{2}ln(\frac{P_2}{P_1})Np=8.686dB CH2-数据传输传输损伤传输损伤来自 衰减（Attenuation）和传输失真（Attenuation distortion） 延迟失真（Delay distortion） 噪声（Noise） 其中噪声可以细分为： 热噪声 thermal noise；$N=kTB$,玻尔兹曼常$k=1.38\times10^{-23}J/K$ 互调噪声 intermediation noise 串扰 crosstalk 冲击噪声 impulse noise 信道容量 奈奎斯特带宽$R_B=2B$ 香农公式$C=Blog_2(1+SNR)$ ...

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 ...

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。 ...