计算机网络基础
第1章 物理层
几个术语
- 信号：数据的电气或电磁的表现
- “模拟的”：连续变化的
- “数字的”：取值是离散数值
- 调制：把数字信号转换为模拟信号的过程
- 解调：把模拟信号转换为数字信号的过程
- 基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输
- 宽带信号：是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号
- 码元：用固定时长的信号波形来表示不同离散数值
- 一个码元可能表示多个比特，比如下面4电平信号，一个码元=2bit
两个定理
奈奎斯特定理
对于带宽为$W$的理想低通信道，最高码元传输速率为$2W$波特，用$V$来表示一共有多少种码元，则极限传输速率为（转换成比特）：
$$
2W\mathrm{log_2}V
$$
- 波特是码元传输的速率单位，代表每秒钟传多少个码元
- 比特是信息量的单位
香农定理
对于带限高斯白噪声信道的极限信息速率（信道容量）为：
$$
C=W\mathrm{log_2}(1+S/N)
$$
交换技术
当有多台计算机要进行数据交换时，若每俩台计算机建立一条链路会耗费很大的成本；所以产生了网络拓扑结构；若计算机数量巨大时，就会产生交换网络。
电路交换
在进行数据传输前，两个节点之间必须先建立起一条专用的物理通信路径，这个路径在传输期间一直被占用：
- 电路建立：通信之前，两用户之间建立一条专用的物理通信路径，一直维持到通话结束
- 消息传送
- 电路释放：通话完毕后，拆除连接，该通路释放
电路交换基于同步时分复用技术，其帧长固定，根据信号占用的时隙位置来识别信号，需要同步信号进行时隙定位。电路交换传输时延小、硬件容易实现；但是信道利用率低，通信双方要一直独占一条通信线路，且接续时间长
报文交换
报文交换采用统计时分复用和存储-转发方式，交换的逻辑单位是报文。报文由报头、正文和报尾组成。
- 报头包含发送源地址、目的地址及其他辅助信息
- 正文是要传输的数据
- 保尾包括报文的结束标志和误码检测
分组交换
把一个较长的报文信息分成若干个较短的、按一定格式组成的等长的数据段，称为分组，不像报文交换那样把整个报文作为交换单位。之后采用统计时分复用和存储-转发方式将这些分组传送到下一个交换节点。
分组交换还可进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。虚电路适用于多分组、长时间的消息传送；数据报适用于交换一些短时的、独立的或具有某些灵活性的报文。虚电路和数据报是分组交换的两种方式。
虚电路：经呼叫后，需要在两个数据终端之间建立起一条逻辑连接电路传送消息，称为虚电路。虚电路的特点是
- 虚呼叫建立过程：在数据传输前，源与目的地之间建立起一条虚电路，之后整个消息的所有分组都将沿着这条虚电路传输。路由选择是在虚电路建立时进行的，一旦建立不再改变，一旦交换结束，立即拆除此连接。
- 每个分组不需要携带完整的目的地址，仅需要一个虚电路号码的标志，但每个节点需要一定的存储空间来存放路由表
- 在一条实际的链路上可以存在多条虚电路（分时复用）
- 有端到端的差错控制，保证按顺序交付以及无差错传送
- 某个节点故障，则通过该节点的虚电路均会失效
数据报：自带寻址信息的独立处理的分组称为数据报，独立处理是指各个分组走不同的路径。数据报的特点是：
- 无呼叫建立过程，同一个报文被分为若干个分组，每个分组单独处理，不需要建立逻辑连接
- 每个分组独立地选择路由，传输效率高，时延小
- 在目的地，根据分组的序号重新排列，组成原来的报文
- 可靠性高，若某个分组错误，重发即可，某个节点路由故障，可选其他路由
