《计算机网络原理》学习笔记

网原总之是一个没打算认真学的专业课，因为真的对网络没有很大的兴趣。再加上上学期曾经看着迅哥哥他们被网原折磨，自己也没什么信心能学好这门专业课。

这个笔记完全基于上一届流传下来的《网原干饭背诵》，在此基础上对重点做一些标记做一些讲解，反正是个背书课，那么就只能一点一点背了。根据前人经验，这个笔记会把比较重要的东西用星号标注出来。

计算机网络的历史和新进展

【背诵 1 】网络基础

• 网络所提供的最基本服务为信息传递，不同的网络依据其提供的服务进行区分。而区分服务的依据则包括功能、延迟、带宽等各种外部特性。

• 网络依据空间距离可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）和个域网（PAN）。依据信息类型可以分为数据网络、电话网络。依据应用类型可以分为专用网络、通用网络。依据使用权可以分为私有网络、公用网络。同时，网络也可以按照使用的协议进行分类，如 IP 协议等。

【背诵 2 】计算机网络发展历史

计算机网络的历史可以大致描述为：

• 1940 年代，第一个计算机 ENIAC 诞生
• 1950 年代，大型机和多终端系统诞生
• 1960 - 1964 年，分组交换网络诞生（Paul Baran）
• 1960 年代，计算机网络研究开始
• * 1969 年，ARPANET 研究启动
• 1970 年代，计算机网络发展
  • 各国电信部门建设运行 X.25 分组交换网
  • SNA 以及 DNA 等专用网络体系结构出现
  • Internet 的前身 ARPANET 进行实验运行，带宽小且仅有不到 100 台计算机接入
  • * 以太网和 Telnet 出现
  • * 1979 年，TCP/IP 协议成熟
• 1980 年代，计算机网络逐步成型
  • 标准化的计算机网络体系结构 ISO/OSI 出现
  • 局域网 LAN 技术发展
  • FTP、NFS、E-mail、USENET 等技术出现
  • 1980 - 1983 年，ARPANET 和 MILNET 分离，前者采用 TCP/IP 协议
  • 1983 年，BSD UNIX 内置 TCP/IP 协议
  • 1985 - 1986 年，NSFNET 建成，用于连接 6 个超级计算中心
  • 1987 - 1990 年，NSFNET 开始连接地区网络
  • Internet 初具规模，1987 年，中国第一个电子邮件发送到 Internet
  • 中国开始依赖电话线建立低速广域网
• 1990 年代，计算机网络进一步发展
  • Internet 商业化，在中国也得到了广泛应用
  • Web 技术在 Internet 上得到广泛应用
  • 中国出现局域网，如 Novell 等
  • 1990 - 1992 年，NSFNET 带宽提高，连接了 16 个地区网络
  • 1994 年，NSFNET 骨干网解体，出现了若干其他的商用骨干网
  • 1995 年，中国教育和科研网 CERNET 出现
• 2000 年代，计算机网络广泛应用
  • 网络应用发展迅速，搜索引擎和社交网络出现
  • 移动互联网产业快速发展
  • 2006 年，与 IPv6 相关的 CNGI-CERNET2 出现
• 最近，数据中心网络、天地一体化网络、 IPv6 技术等快速发展
  • 2011 年开始设立 World IPv6 Day
  • 2011 年 2 月 3 日，全球互联网名称与数字地址分配机构 ICANN 宣布 IPv4 地址耗尽

【背诵 3 】 Internet 技术

• Internet 是全球范围的、通用的、异构的公用计算机网络
• Internet 是其他类型的计算机网络技术的基础，如企业内部网（Intranet）
• Internet 开放的标准由 IETF 负责制定、维护和协调。其他类似 IRTF、IAB、IESG 等机构也参与了标准的维护
  • IETF 全称 Internet Engineering Task Force，其分为若干个工作组（WG），其提交的 Internet 标准被称为 RFC，即 Request For Comments
  • IRTF 全称 Internet Researching Task Force，由各类专注某一个领域的研究小组组成
  • IAB 全称 Internet Architecture Board，负责定义 Internet 的大体框架，为 IETF 提供方向上的指导
  • IESG 全称 Internet Engineering Steering Group，负责在技术方面上管理 IETF 的活动
• Internet 是历史上发展最快的一种技术，其发展速度甚至超越摩尔定律

【背诵 4 】网络时代三大定律

• 【摩尔定律】 CPU 性能每 18 个月会翻番，每 10 年翻 100 倍
• 【光纤定律】也称超摩尔定律，骨干网带宽每 9 个月会翻番。每 10 年翻 10000 倍
• 【麦特卡菲定律】也称联网定律，网络价值和用户数量的平方成正比

【理解 1 】分组交换技术

Paul Baran 在设计能承受核攻击的通信系统的时候，确立了三个设计准则。

• 自适应系统的热土豆路由策略（能够学习并适应各种新的环境）
  • 如果不知道正确的路由，就将分组转发给所有邻居
  • 通过观察路过的分组来更新路由表，旧的路由表项会被删除
  • 尽可能快地转发分组，分组途径的路径并不一定是最短路径
• 分组发送策略（端节点能够容忍错误并恢复）
  • 每个节点根据自我的路由表决定如何转发分组
  • 每个分组的转发完全独立于其他的分组
  • 交换节点不保存端节点信息，这一点让网络的可拓展性大大增强
• 分布式策略
  • 所有交换节点平等，避免单一节点失效问题
  • 通过物理硬件冗余和自适应路由实现系统稳健性

而 Internet 就是这一类网络。Internet 连接了各种异构的子网，提供两个最基本的功能，即全球唯一地址和分组通过动态路由传输。

分组交换技术具有相当多的优点，包括：

• 简单性
  • 每个分组自身携带信息
  • 一个路由表可以为所有的流量服务
  • 可以适应快速增长的网络规模
• 灵活性
  • 可以在各种物理底层上运行
  • 可以支持各种网络应用
• 可扩展性
  • 可以应对端系统的增加
  • 可以应对流量的增加
  • 可以应对网络规模增大带来的路由表增大和路由频繁变化
• 健壮性
  • 默认了网络结构变化是正常现象
  • 牺牲一定的效率换取网络的稳定

【背诵 5 】今日互联网

• 今日的互联网具有更大的规模和更多的用户，而且支持更多的功能，具有更高的价值，但是其健壮性、适应性和互联程度都下降了
• 当今互联网面临的一个问题就是 IPv4 地址耗尽，而目前缓解这个问题地方案是网络地址转换协议（Network Address Translation / NAT）
  • NAT 缓解了地址耗尽的问题，增强了安全性和控制性
  • 但是另外一方面却打破了 Internet 中地址唯一的假设
  • 端到端的分组传输路径变成多个 NAT 域的级联，相当于虚电路
  • 为了恢复 Internet 的原有结构，目前正在推进 IPv6 技术

【杂项 1 】未分类知识点

• 二十世纪后期人类两项最伟大的战略工程为星球大战计划和互联网计划。目前互联网已经发展为继海、陆、空、天之后的第五空间。

计算机网络体系结构

【背诵 6 】计算机网络的定义和组成

• 计算机网络定义为若干独立自治的计算机系统的互联集合体
  • 计算机网络和分布式系统不同，分布式系统虽然也是由若干个计算机系统组成，但其具有内聚性和透明性，故分布式系统呈现给用户的更像是一台计算机。计算机网络则明显分立，在用户的视角依然是若干不同的计算机
  • 目前分布式系统和计算机网络有合流的趋势，两者正在走向统一
• 计算机网络有两级组成，即资源子网和通信子网。资源子网常常是服务器或者用户计算机，而通信子网常常是通信线路等信道和路由器、交换机等网络互联设备
• 计算机网络之中的通信通常有两种，即交换式通信和广播式通信
  • 交换式通信又称点对点通信
    • 需要经过交换设备，将消息转发给一个或一组结点
    • 交换设备根据需要选择输出
    • 网络典型的拓扑结构包括 star / ring(loop) / tree / complete / intersecting rings / irregular
    • 关键技术是路由选择
  • 广播式通信
    • 多台计算机共享通信线路
    • 任一台计算机发出的信息可以直接被其它计算机接收
    • 网络典型的拓扑结构包括 bus / ring(loop)
    • 关键技术是通道分配
      • 静态分配，即分时间片。特点是控制简单，但通道利用率低
      • 动态分配，即各站点动态使用通道。特点是控制复杂，但通道利用率高。通道分配方法有两种。集中式指的是只有一个仲裁机构，分布式指的是各站点均有仲裁机构
  • 传统的 LAN 一般使用广播式通信，而 MAN 和 WAN 一般使用交换式通信。现代的 LAN 中交换式通信的应用正在增多

【理解 2 】计算机网络体系结构

• 计算机网络体系结构指的是对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义，即从功能的角度描述计算机网络的结构，是层次和层间关系的集合。但体系结构只会从功能上定义网络，并不会定义协议的细节和接口关系
  • 现代计算机网络体系架构指出，计算机网络的基本功能是为地理位置不同的计算机用户之间提供访问通路，并且应当提供若干功能（具体功能列表见 PPT），这些功能中最重要的是通信功能
  • 这些功能的特征是分层，也就是说计算机网络中提供的功能是分成层次的
  • 位于不同计算机上进行对话的同一层通信各方可分别看成是一种进程，称为对等（同等）进程
• 计算机网络分层的体系结构有三个重要的概念，即协议、服务和接口
  • 计算机网络体系结构定义了计算机网络的功能是分层次的，而协议（Protocol）就是计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则
    • 协议由三部分组成
      • 语法（Syntax）部分。即以二进制形式表示的命令和相应的结构
      • 语义（Semantics）部分。即发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合
      • 定时关系（Timing）部分。即有关事件顺序的说明
    • 网络体系结构的分层决定了协议的分层，协议的分层构成了洋葱结构
      • 目的主机某一层收到的报文与源主机同一层发出的报文相同
      • 协议分层要保证整个通信系统功能完备高效
  • 协议定义了不同计算机同层次之间的关系，而服务（Service）定义同一个计算机的上下层之间的交换信息时必须遵守的规则
    • 服务有两种，即面向连接的服务和无连接服务。
      • 在使用面向连接的服务进行传输的时候，首先需要建立连接，然后使用这个连接传递数据，使用完毕需要关闭连接。这类服务的顺序性较好
      • 在使用无连接服务的时候，不建立连接，直接通过服务发送数据每个包都需要独立确定路由。这类服务的顺序性较差
      • 需要注意，连接并不意味着可靠，可靠性依然需要通过确认、重传等机制进行保证
    • 服务在形式上需要通过一组服务原语（Primitive）规定。原语可以分为四类，即请求、指示、响应、确认
  • 在同一个计算机之中相邻层之间都有一个接口（Interface），它定义了下层向上层提供的原语操作和服务
• 基于三大基本概念，计算机网络体系结构的具体实现大致为
  • 服务访问点（Service Access Point / SAP）
    • 任何的层间服务都是在接口的 SAP 上完成的
    • 每一个 SAP 都有唯一的识别地址
    • 每一个层间接口可以具有多个 SAP
  • 接口数据单元（Interface Data Unit / IDU）
    • IDU 是通过 SAP 传递的层间信息单元（上下传输）
    • IDU 的构成是上一层的服务数据单元（Service Data Unit / SDU）和接口控制信息（Interface Control Information / ICI）的拼接
  • 协议数据单元（Protocol Data Unit / PDU）
    • PDU 是在同层实体之间通过网络传输的信息单元（水平传输）
    • PDU 的构成是上一层的 SDU 或其分段和协议控制信息（Protocol Control Information / PCI）的拼接
  • 基于上述定义，计算机网络的工作类似于下述
    • 当本层需要水平传输的时候，首先获得上层通过 SAP 传递的，由 SDU 和 ICI 拼接得到的 IDU。然后本层删除 ICI，将剩余的 SDU 拼接上 PCI 获得 PDU 并通过本层网络协议传输
    • 当本层需要继续向下层传输的时候，首先获得上层的 IDU，这个从上层获得到本层的 IDU 在下层看来就是一个新的 SDU。本层随后直接拼接上新的 ICI 获得新的 IDU 向下传输。所以说，最上层产生的数据包向下传播的时候，会逐层添加各层控制信息。而底层接收的数据包向上传播的时候，会逐层把这些控制信息删去，获取最后的数据
• 分层的优点包括模块化、功能抽象、可复用。缺点是数据隐藏会导致可能的低效
• 计算机网络体系结构的设计中还有两个原则，分别称为端到端原则和 Rule of thumb
  • 端到端原则的思想是底层需要尽可能简单，但是上层应用可以较为复杂（完成验证、纠错等工作），只有当这样的功能明显能提升功能的时候才会放在底层
  • Rule of thumb 的思想是，底层的新功能不能影响其他不使用这个新功能的部分

【理解 3 】 OSI 和 TCP/IP 模型及其他网络模型

• 模型建立的历史事件见 PPT
• OSI 模型在 1983 年提出，模型分为七层，从下至上为
  • 物理层，这一层包含基础网络硬件，在物理通信线路上传输二进制位（Bit）
  • 数据链路层，这一层目标是在有差错的物理线路上传输无差错的数据帧（Frame）
  • 网络层，这一层控制通信子网提供数据包（Packet）传输功能
  • 传输层，这一层为用户提供端到端的数据传输功能
  • 会话层，这一层为用户提供类似安全认证等会话控制服务
  • 表示层，这一层为用户提供数据表示和数据转换功能
  • 应用层
• TCP/IP 模型的提出早于 OSI 模型，且仅有四层：
  • Host-to-Internet 层，相当于 OSI 的物理层和数据链路层
  • Internet 层（网络层），控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送，实现异构网络互联
  • 传输层，提供端到端的数据传送服务，如 TCP 和 UDP
  • 应用层，内部包含了 OSI 的会话层和表示层
• X.25 分组交换网在 70 年代提出，早于 OSI 模型，为公用包交换网与用户之间提供接口
  • 该模型面向连接，支持交换虚电路和永久虚电路
  • 物理层使用协议 X.21 以及 X.3 / X.28 / X.29
  • 数据链路层使用协议 LAP 和 LAPB
  • 网络层使用协议 PLP
  • 该模型提出了以下名词 -（用户侧）数据终端设备（Digital Terminal Equipment / DTE）
    • 数字线路设备（Digital Circuit Terminating Equipment / DCE）
    • 打包解包设备（Packet Assembler and Disassembler / PAD）
• Novell Netware 在 1983 年提出，在 2005 年终止开发
  • 模型基于 client-server 结构，设计的基本思想是文件共享（同时期其它系统还基于磁盘共享，所以模型有一定先进性）
  • 基于 XNS（Xeror Network System），网络层协议是不可靠无连接协议 IPX（Internet Packet Exchange），传输层协议是面向连接的 NCP（Netware Core Protocol）和 SPX（Sequenced Package Exchange）
• B-ISDN 即宽带综合业务数字网，其技术基础为 ATM 异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode）
  • ATM 也是分组交换技术
    • 异步传输，即不具有主时钟
    • 传输单元为短而定长的信元（cell）
    • 采用虚电路，面向连接
    • 常见速率包括 155M 和 622M

【杂项 2 】未分类知识点

• 美国的标准化组织包括 ANSI 和 NIST，中国的标准化组织包括 CCSA，行业标准则是 IEEE
• 计算机网络标准化，电信标准为 ITU 而国际标准则是 ISO
• Internet 的标准是自发的，并非政府干预，每个标准诞生前都需要提出请求意见稿，即 RFC

数据通信基本原理

【理解 4 】信号的傅里叶分析

• 注意网原里傅里叶级数的定义为：

$$g(t)=\frac{1}{2}c+\sum _{n=1}^{+\mathrm{\infty }}{a}_n\sin (2\pi fnt)+\sum _{n=1}^{+\mathrm{\infty }}{b}_n\cos (2\pi fnt)$$

所以：

$$\begin{array}{rl}c& =\frac{2}{T}{\int }_0^{T}g(t)\mathrm{d}t\\ a_n& =\frac{2}{T}{\int }_0^{T}g(t)\sin (2\pi fnt)\mathrm{d}t\\ b_n& =\frac{2}{T}{\int }_0^{T}g(t)\cos (2\pi fnt)\mathrm{d}t\end{array}$$

• 一个信号所包含的信号频率范围为频谱（Spectrum），其宽度称为信号的绝对带宽（Definite bandwidth）。大部分信号有无穷的绝对带宽，但是其能量可能仅集中于某一个频段，这个频带的宽度称为有效带宽（Effective bandwidth），简称带宽
• 带宽越宽，信号的信息承载能力越强
• 信号在给定截止频率 $f_c$ 的信道传输的过程中，高于截止频率的频率分量的振幅衰减明显大于低于截止频率的
• 通过信道的谐波次数越多，信号越逼真

【计算 1 】信号传输基础计算

• 波特率指的是信号每秒钟变化的次数，也称调制速率
• 比特率指的是信号每秒钟传输的二进制位个数
• 波特率和比特率的关系取决于信号值与比特位的关系，如果每个信号值能表示 $N$ 个二进制位，那么比特率为波特率的 $N$ 倍
• 对于比特率为 $B(\mathrm{b}\mathrm{p}\mathrm{s})$ 的信道，如果 $M$ 个二进制位为一个周期，则波特率为 $B/M(\mathrm{b}\mathrm{a}\mathrm{u}\mathrm{d})$，一次谐波的频率为 $f_1=B/M(\mathrm{H}\mathrm{z})$（一次谐波指的是信号傅里叶级数中周期等于原信号周期的分量），能通过信道的最高次谐波次数为 $N=f_c/f_1$，这里 $f_c$ 为信道的截止频率
• 信道的有限带宽限制了信号的传输速率，无噪声带宽为 $H$ 的信道传输有 $V$ 种电平状态的信号时，最高传输速率为：

$$v=2H{\log }_{2}V(\mathrm{b}\mathrm{p}\mathrm{s})$$

• 对于有噪声信道，其噪声功率为 $N$，信号功率为 $S$，其信噪比为：

$$x=10{\log }_{10}\frac{S}{N}(\mathrm{d}\mathrm{B})$$

一般电话系统的典型信噪比为 $30(\mathrm{d}\mathrm{B})$。

带宽为 $H(\mathrm{H}\mathrm{z})$，信噪比为 $S/N$ 的任何信道的最大传输速率为：

$$v=H{\log }_2(1+\frac{S}{N})(\mathrm{b}\mathrm{p}\mathrm{s})$$

该传输速率为理论上限，实际很难达到。该传输速率与电平级数和采样速度无关

【背诵 7 】传输方式分类

• 数字传输、模拟传输
  • 数字传输的优点是成本低，对噪声不敏感，缺点是易受衰减（频率越高越严重）
• 并行传输、串行传输
• 点到点传输、点到多点传输
  • 为适应不同的需要，通信线路采用不同的连接方式
• 单工、半双工和全双工传输
  • 单工传输：信息只能单向传输，监视信号可回送
  • 半双工传输：信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输
  • 全双工传输：信息可以同时双向传输
• 同步传输、异步传输
  • 同步传输
    • 传输以报文为基本单位
    • 传输开始的时候需要传输同步字符让双方同步
    • 可以不间断传输，传输效率较高但是需要透明传输处理，即传输的信息中不存在同步字符
    • 接收方必须知道每一位信号的开始及其持续时间，以便正确的采样接收
    • 基于二进制位的传输一般使用同步传输，信息以二进制位流为单位传送，传输过程中以位为单位同步，传输的开始和结束以特定的八位二进制位同步
  • 异步传输
    • 需要辅助位，如起始位、奇偶校验位、终止位
    • 传输效率低，主要用于字符终端与计算机之间的通信
    • 传输字符时，信息传送以字符为单位

【背诵 8 】信号发送方式

• 数据表示分为两种，即模拟数据和数字数据
• 数据传输方式中以信号为载体，分为模拟信号（模拟信道）和数字信号（数字信道）两种（见【背诵 7 】）
• 两种数据表示和两种数据传输方式对应形成四种信号发送方式：

	模拟数据	数字数据
模拟信道	电话系统	频带传输、调制解调器（Modem）
数字信道	编码解码器（Codec）	基带传输、数字编码解码器

• 数字数据的数字传输
  • 基带传输
    • 基带指的是传输变换前所占用的频带，是原始信号所固有的频带
    • 基带传输指的是在传输时直接使用基带信号，是一种基本的传输方式，适用于高速低速各种情况
    • 其限制为因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定的要求
  • 编码方式
    • 不归零制码（NRZ）
      • 用高电平表示 1，用低电平表示 0
      • 难以分辨某一位的开始或结束，所以发送和接受方都需要时钟同步
      • 如果信号中 0 或者 1 连续出现，直流电平会叠加
      • 容易产生传播错误
    • 曼彻斯特码（相位编码）
      • 每个周期中间有一个跳变，由低到高为 0，由高到低为 1
      • 克服了 NRZ 的不足，并且每个周期中间的跳变既是信息又是时钟，可以自同步
    • 差分曼彻斯特码
      • 每个周期中间有一个跳变作为时钟
      • 每个周期开始有跳变表示 0，没有跳变表示 1
      • 时钟、数据相分离，便于提取
      • 差分曼彻斯特注意分类讨论初始时是高电平还是低电平
    • 逢 0 变化 NRZ
      • 每个周期开始有跳变表示 0，没有跳变表示 1
      • 每个周期中间没有跳变
      • 注意讨论初始时的电平
    • 逢 1 变化 NRZ
      • 每个周期开始有跳变表示 1，没有跳变表示 0
      • 每个周期中间没有跳变
      • 注意讨论初始时的电平
• 数字数据的模拟传输
  • 频带传输
    • 在一定频率范围内的线路上，进行载波传输
    • 用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号
    • 调制指的是用基带脉冲控制载波参数，使得这些参数反应基带脉冲信息
    • 使用调制解调器
  • 调制技术
    • 幅移键控法（调幅 / ASK），即根据基带脉冲调整载波振幅
    • 频移键控法（调频 / FSK），即根据基带脉冲调整载波频率
    • 相移键控法（调相 / PSK），即根据基带脉冲调整载波相位
• 模拟数据的数字传输
  • 脉冲代码调制 PCM 技术
    • 根据 Nyquist 原理进行采样
    • 将模拟信号的振幅分为 $2^n$ 级，每一个采样点用 $n$ 位二进制位表示
    • 贝尔系统的 T1 载波每个采样点用 7 位二进制表示
  • 差分脉冲代码调制
    • 与 PCM 数字化振幅不同，差分脉冲代码调制数字化的是相邻采样点的振幅差值
    • 可以使用较少的二进制位表示
  • $\delta$ 调制
    • 根据每个采样值与前一个值之间的差来决定输出 1 还是 0
    • 编码速度可能无法跟上变化较快的模拟信号

【背诵 9 】多路复用技术

• 使得多路信号同时使用一条物理线路的技术,允许用户使用一个共享信道进行通信，避免相互干扰，降低成本，提高利用率
• 多路复用技术分类
  • 时分复用（TDM）
    • T1 载波电话系统分为 24 个信道，每个 $64(\mathrm{K}\mathrm{b}\mathrm{p}\mathrm{s})$，一共 $1.544(\mathrm{M}\mathrm{b}\mathrm{p}\mathrm{s})$，控制信息带内传输
  • 频分复用（FDM）
    • 频率分割为频段，多用于手机通信
  • 波分复用（WDM）
    • 光传输使用，对波长分段，是特殊的频分复用

【背诵 10 】交换技术

• 计算机网络通信分为交换式和广播式
• 交换是在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，动态接通、断开、切换通信线路
• 交换技术分类
  • 电路交换
    • 直接利用可以切换的物理电路动态调整通信线路
    • 分为建立电路、传输数据、拆除电路三个阶段
    • 在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路。建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短
    • 电话网和 ISDN 采用电路交换
    • 电路交换一般采用时分复用
      • 时间被分为帧（Frame），帧被分为时槽（Slot）
      • 时槽在帧内的相对位置决定这个槽所传输数据所属的会话
      • 发送方和接收方间需要同步
      • 非永久会话需要动态绑定时槽到一个会话
  • 报文交换（存储转发方式）
    • 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发
    • 线路利用率高、要求中间结点（网络通信设备）缓冲大、延迟时间长
  • 分组交换（包交换）
    • 分组是一种报文还小的信息段，可定长也可变长。分组交换中信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。用附加的分组头来区分数据
    • 特点
      • 每个分组头包括源地址和目的地址，独立进行路由选择
        • 所以不保证到达顺序
      • 网络结点设备中不预先分配资源，使用统计复用，线路利用率高
        • 相比于电路交换最明显的优势
      • 易于重传，可靠性高
      • 易于开始新的传输，让紧急信息优先通过
      • 开销增加
      • 需要处理拥塞问题
        • 需要复杂的路由器，难以保证端到端的服务质量
    • 分组交换分为虚电路分组交换和数据报分组交换
      • 数据报分组交换（如 IP Networks）
        • 每个分组均带有网络地址（源、目的），可走不同的路径
      • 虚电路分组交换（如 ATM Networks）
        • 其是电路交换和分组交换的结合
          • 数据以分组形式传输，来自同一流的分组通过一个预先建立的路径（虚电路）传输
          • 确保分组的顺序，但是来自不同虚电路的分组可能会交错在一起
        • 分三个阶段
          • 建立：发带有全称网络地址的呼叫分组，建立虚电路
          • 传输：沿建立好的虚电路传输数据
          • 拆除：拆除虚电路
        • 分组头不需要包含完整的地址信息，路由器需要维护虚电路的状态信息
• 电路交换、报文交换、分组交换的时序图如下。其中电路交换要逐层申请预留占用资源，这段申请时间用于寻找出境中继线，申请完毕后节点会占用这段传输线

• 三类交换技术的特点
  • 电路交换适用于实时信息和模拟信号传送，在线路带宽比较低的情况下使用比较经济
  • 报文交换适用于线路带宽比较高的情况，可靠灵活，但延迟大
  • 分组交换缩短了延迟，也能满足一般的实时信息传送。在高带宽的通信中更为经济、合理、可靠。是目前公认较好的一种交换技术
  • 电路交换和分组交换可以结合，如 IP over SONET 以及 IP over Frame Relay

【背诵 11 】交换结构

• Crossbar 交换结构：无阻塞内部交换
• 空分交换：多个 Crossbar 互联，有无阻塞均可
• 时分交换：高效处理

【杂项 3 】未分类知识点

• 数据通信技术由编码技术、多路复用和交换技术构成

物理层接口及其协议

【背诵 12 】物理层的定义与功能

• 物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层
• 物理层的功能是在两个网络设备之间提供透明的比特流传输
• 物理层的传输方式
  • 连接方式（点到点，点到多点）
  • 通信方式（单工，半双工，全双工）
  • 位传输方式（串行，并行）
• 物理层的重要特性
  • 机械特性（Mechanical characteristics）
    • 定义物理连接的边界点，即接插装置
    • 规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况
  • 电气特性（Electrical characteristics）
    • 规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制
  • 功能特性（Functional characteristics）
    • 主要定义各条物理线路的功能，比如数据、控制、定时、地线
  • 规程特性（Procedural characteristics）
    • 主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系

【背诵 13 】物理层传输介质

• 双绞线。既可以用于模拟传输，也可以用于数字传输，带宽依赖于线的类型和传输距离
• 同轴电缆
  • 基带同轴电缆，用于数字传输（数字数据数字传输用基带传输）
  • 宽带同轴电缆，用于模拟传输（模拟数据数字传输用频带传输）
• 光纤
  • 分为单模光纤和多模光纤，两者都支持波分复用，使用的波长越长衰减越小，但成本也越高
    • 单模光纤只有一个入射角度，半径小，适合长距离传输
    • 多模光纤有多个入射角度，半径大，适合短距离传输
  • 光纤组网
    • 点到点，使用四根线，两根用于保护倒换
    • 环，使用两根线，一根用于保护倒换
  • 光纤中继器。分为光电光式和全光式
    • 全光网具有光因特网论坛 OIF

【背诵 14 】 SONET / SDH 网络传输技术

• 80 年代提出，应用时分复用技术，同步传输，有主时钟控制
• SONET 路径为：路径（Path）、线路（Line）、段（Section）
• 基于字节的复用。但是 OC-3c 中的 c 表示级联而非复用

【背诵 15 】移动电话网络传输技术

• 单方向的寻呼系统
  • 寻呼过程
    • 打电话给寻呼公司，输入寻呼机号码
    • 寻呼公司的计算机收到请求，通过线路传到高处的天线
    • 天线直接广播信号（本地寻呼），或传递给卫星（异地寻呼），卫星再广播
  • 单向系统
  • 需要很小的带宽
• 蜂窝电话
  • 1G：模拟蜂窝电话，只能传送话音
  • 2G：数字蜂窝电话，主要传送话音，相关概念有 GSM 和 CDMA
  • 3G / 4G：可以传送话音和数据
• 模拟蜂窝电话
  • Push-to-talk system。早期用于军事通信，单信道，半双工系统
  • IMTS。双频，全双工系统
  • AMPS。使用小蜂窝，蜂窝中心有基站，不相邻且相近的蜂窝中重用频率

网原实在是看不会了，这个笔记也就到此为止吧。