通信网络基础及设计思维导图

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2024-05-17

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通信网络

通络通信

网络基础

签到端传输协议，概论基础，多址技术等内容讲解

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思维导图大纲

通信网络概论及数学基础

通信网络的基本构成

数据传输链路

在物理传输媒介上利用一定标准形成的传输规定速率的数据比特通道

数据传输网络

数据传输网络的基本功能是通过网络中的交换机(或路由设备)为运载用户业务的分组选择合适的传输链路，从而使这些分组迅速可靠地传送到目的用户。

网络的互联

协议体系及分层的概念

分层的概念

分层概念的基础是“模块”的概念

OSI协议的体系结构

应用层、表示层、会话层、运输层、网络层数据链路层和物理层

物理层

关注在物理媒介上(非结构化)比特流的传输，处理接入物理媒介的机械、电气、功能和过程特性

数据链路层

为信息跨越物理链路提供可靠的传输，发送带有必要的同步、差错控制和流量控制信息的数据块(帧)

网络层

使高层的功能独立于用来连接网络节点的传输和交换技术，负责建立、维护和终止连接

运输层

在两个端点之间提供可靠透明的数据传输，提供端到端的差错恢复和流量控制

会话层

负责控制应用程序间的通信，为协同工作的应用程序之间建立、管理和终止连接(会话)

表示层

定义信息的表示方法，向应用程序和终端处理程序提供二系列的数据转换服务，从而使应用程序与数据表示的差异性无关

应用层

为用户提供接入OSI的环境，并提供分布式信息服务

TCP/IP协议的体系结构

TCP/IP协议族的通信任务组织成五个相对独立的层次：应用层、运输层、互联网层、网络接入层、物理层

混合的分层协议体系

由于现代通信网络的低层基本都是参照 OSI的模型设计的，而 TCP/IP 协议随着 Internet 的飞速发展而被广泛采用，因而通常采用混合的分层协议体系来描述一个信息网络

通信网络的基本理论问题

通信网络中的数学基础

随机过程的基本概念

随机过程是随机变量概念在时间域上的延伸。直观地讲，随机过程是时间t的函数的集合，在任一个观察时刻，随机过程的取值是一个随机变量。或者说，依赖于时间参数t的随机变量所构成的总体称为随机过程。

Poisson过程

观察顾客进入商店、银行或其他公共服务场所的过程，发现若把一位顾客的到达看成一个“随机点”,则这是一个源源不断出现随机点的过程。在这一过程中任一段时间内到达的顾客数也是随机的。这类描述到达顾客数及其特征的过程通常称为计数过程。

马尔可夫链

马尔可夫(Markov)链是最简单的马氏过程—-即时间和状态过程的取值参数都是离散的马氏过程。

图论基础

图的概念

一般几何上将图定义成空间中一些点(顶点)和连接这些点的线(边) 的集合。

端到端的传输协议

组帧技术

面向字符的组帧技术

所谓面向字符的组帧技术是指物理层传输的基本单元是一个字符(通常一个字符可用一个字节来表示),并在此基础上形成具有一定格式的字符串。

SLIP 帧运载的是高层IP数据报。它采用两个特殊字符；END(十六进制(COH)这里H表示十六进制)和 ESC(十六进制DBH)。END用于表示一帧的开始和结束。为了防止IP数据报中出现相同的END字符而使收端错误地终止一帧的接收，SLIP中使用了转义字符 ESC。当 IP数据报中出现 END 字符时，就转换成 ESC 和 ESC -END(其中 ESC-END =DCH)两个字符。当IP数据报中出现 ESC时，就转换成为ESC和 ESC-ESC(其中 ESC-ESC =DDH)两个字符。这样收端只要收到 END字符即表示一帧的开始或结束。每当遇到 ESC字符就进行字符转换，恢复IP报文中的原有的 END和 ESC 字符。这样就可以完全以一个 IP数据报的形式向IP层提交数据。

面向比特的组帧技术

在面向比特的组帧技术中，通常采用一个特殊的比特串(称为Flag),如 0160(1'表示连续j个“1”)来表示一帧的正常结束和开始

每出现连续的5个“1”就插入一个“0” 这样被插“0”的信息比特流中就不会有多于5个“1”的比特串。接收端在收到5个“1”以后，如果收到的是“0”就将该“0”删去；如果是“1”就表示一帧结束。

采用长度计数的组帧技术

以采用帧长度来指示一帧何时结束

链路层的差错控制技术

差错检测

奇偶校验码

CRC校验

ARQ协议

出错的最简单处理方法是(收端)自动请求发端重发(ARQ,Automatic Retransmission Request)。即收端收到一帧后，经过 CRC 检验，如果发现该帧传输有误，则通过反馈信道(该信道可以与前向传输相同，也可以不同)以某种反馈规则通知发端重复上述过程，直到收端收到正确的帧为止。

停等式 ARQ

停等式 ARQ(Stop-and-Wait ARQ)的基本思想是在开始下一帧传送以前，必须确保当前帧已被正确接收。

返回n-ARQ

发端在没有收到对方应答的情况下，可以连续发送n帧。收端仅接收正确且顺序连续的帧，其应答中的 RN表示 RN 以前的所有帧都已正确接收。

选择重发式 ARQ

选择重发式 ARQ的思路与返回n-ARQ相同，其窗口仍为n,但仅仅重发有错的帧。

利用率

ARPANET ARQ

ARPANET ARQ采用了8个并行等待式 ARQ

最佳帧长

一条链路上的最佳帧长

多条链路构成的传输路径最佳帧长

标准数据链路控制协议及其初始化

HDLC(ADCCP)是为多种物理链路设计的包括三种工作模式：正常响应模式(NRM)、异步响应模式(ARM)和异步平衡模式(ABM)。

网络层和运输层的点对点传输协议

网络层的点对点传输协议

网际层的传输协议——IP协议

运输层的点对点传输协议

网络的时延分析

Little定理

在排队系统中，通常已知的量有两个：一是顾客到达率(指单位时间内进入系统的平均顾客数，也称为单位时间内进入系统的“典型”顾客数，“典型”是指时间平均);二是服务速率(指系统处于忙时单位时间内服务的典型(平均)顾客数)。要求解的量也有两个：一是系统中的平均顾客数(它是在等待队列中和正在接受服务的顾客数之和的平均数);二是每个顾客的平均时延(即每个顾客等待所花的时间加上服务时间之和的平均值)。

排队系统分析

M/M/m型排队系统

M/G/1型排队系统

排队网络

服务员有休假的M/G/1排队系统

采用不同服务规则的M/G/1排队系统

多址技术

多址协议概述

多址接入协议(muliple access protocol)就是在一个网络中，解决多个用户如何高效共享物理链路资源的技术

固定分配多址协议

随机多址协议

随机多址协议又叫做有竞争的多址接入协议

基于预约的多址协议

固定多址接入协议

频分多址接入

频分多址(FDMA)是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道 (或称信道),并将这些频道分配给不同的用户使用，这些频道之间互不交叠

时分多址接入

时分多址(TDMA)也是一种典型的固定多址接入协议。TDMA 多址接入协议将时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的),然后根据一定的时隙分配原则，使每个用户只能在指定的时隙内发送。

随机多址接入协议

ALOHA协议

纯 ALOHA 协议

纯 ALOHA协议是最基本的 ALOHA协议。只要有新的分组到达，就立即被发送并期望不与别的分组发生碰撞。一旦分组发生碰撞，则随机退避一段时间后进行重传。

时隙 ALOHA 协议

从前面的描述中可以看到，在纯ALOHA协议中，分组的易受破坏区间为两个单位时间。如果缩小易受破坏区间，就可以减少分组碰撞的概率，提高系统的利用率。基于这一出发点，提出了时隙ALOHA协议。

载波侦听型多址协议

在发送之前先观察信道是否有用户在传输(或进行“载波侦听”)来确定信道忙闲状态，然后再决定分组是否发送。这就是被广泛采用的载波侦听型多址接人协议 CSMA(Carrier Sense Multiple Acces

非坚持型CSMA

1-坚持型 CSMA

p-坚持型 CSMA

冲突分解算法

树形分裂算法

先到先服务(FCFS-First Come First Service)分裂算法的基本思想是根据分组到达的时间进行冲突分解，并力图保证先到达的分组最先传输成功。

预约多址接入协议

时隙预约多址协议

分组无线电网络

分组无线电网络(PRNET,Packet Radio Network)中，每个节点不是与所有节点都直接相连的，或者说网络是多跳连通的。这是分组无线电网与前面讨论的卫星通信、蜂窝移动通信、有线局域网的一个重要差别。

路由算法

路由算法概述

在通信网络中，网络层主要负责将两个终端系统经过网络中的节点用数据链路连接起来，组成通信通路，实现两个终端系统之间数据的透明传送(所谓透明传输是指发端发送到网络接口的任何信息都会按照其原始的形式传送到接收端，网络不会修改其内容或将与该信息无关的内容送给接收者)。网络层的功能包括寻址和选择路由，建立、保持和终止网络连接等。路由算法是网络层的核心问题，其主要功能是指引分组通过通信子网到达正确的目的节点。它包括两个方面的功能：第一是为不同的源节点和目的节点对(SD)选择一条传输路径；第二是在路由选择好以后，将用户的消息正确地送到目的节点。

常用的路由算法

广域网中的路由算法

广播(Broadcast)

最短路由(shortest path routing)

集中式最短路径算法

Bellman -Ford 算法

Dijkstra 算法

Floyd-Warshall 算法(F-W算法)

最佳路由(optimal routing)

距离矢量路由算法

水平分裂算法

互联网中的路由算法