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复用的基本思想复用是让多路信号共享一条物理信道。接收端能够恢复各路信号，是因为发送端在某个维度上把它们区分开：频率、时间、波长或码片序列。 不同复用方式的关键差异如下： 复用方式 划分资源 直观理解 频分复用 FDM 频带 同时发送，各占一段频率 时分复用 TDM 时间 轮流发送，各占固定时隙 统计时分复用 STDM 动态时隙 谁有数据就给谁分配时隙 波分复用 WDM 光波长 光纤中的频分复用 码分复用 CDM/CDMA 码片序列 同时同频，用正交码区分 频分复用频分复用把信道频带划分成若干互不重叠的子频带。每一路信号占用其中一段频率，可以在同一时间同时传输。 这种方式适合连续通信。代价是各子频带之间通常要留出保护频带，避免相邻频带互相干扰。 时分复用时分复用让多个用户在不同时间使用同一个信道。一个 TDM 帧是一段固定长度时间，里面分成若干时隙；每个用户在每个 TDM 帧中占有固定时隙。 TDM 帧不是数据链路层的帧 TDM...

信道容量为什么有限实际信道不是理想通道。信号在传输过程中会发生失真，接收端只能在失真不严重时正确识别码元。 造成失真的主要因素： 码元传输速率过高。 信号传输距离过远。 噪声干扰过强。 传输媒体质量较差。 数字信号可以看成多个不同频率的模拟信号叠加而成。信道带宽有限，高频分量会被衰减甚至无法通过，接收端看到的波形边沿会变缓，码元之间的边界变得不清楚。 这种码元边界互相拖尾、导致接收端难以判断每个码元的现象称为码间串扰。码间串扰限制了码元传输速率。 奈奎斯特定理奈奎斯特定理讨论的是无噪声、理想低通信道中，为避免码间串扰，码元传输速率最多能达到多少。 理想低通信道的最高码元传输速率为： $$B_{\max}=2W\text{ Baud}$$ 其中 $W$ 是信道频率带宽，单位 Hz。 若每个码元有 $M$ 种状态，则最高数据传输速率为： $$R_{\max}=2W\log_2 M \text{ b/s}$$ 奈奎斯特定理说明：带宽越大，允许的码元传输速率越高；码元状态数越多，每个码元携带的 bit 越多。 奈奎斯特定理不是“无限提高 M...

编码与调制的边界计算机内部处理的是数字数据，但链路上传输的是信号。发送端必须把数据变成适合信道传播的信号；接收端再从信号中恢复数据。 编码通常指把数据变换为数字信号。典型场景是数字数据经过线路编码后，在数字信道上传输。 调制通常指把数据加载到模拟载波上，形成带通信号。典型场景是基带信号不能直接通过某段信道，必须用载波的振幅、频率或相位变化来承载数据。 数据 信号 变换方式 数字数据 数字信号 编码 数字数据 模拟信号 调制 模拟数据 数字信号 编码 模拟数据 模拟信号 调制 常用编码方式线路编码决定 0 和 1 怎样表现为电平变化。常见编码方式如下： 不归零制不归零制 NRZ 在一个码元期间保持某个电平，不回到零电平。它实现简单、带宽利用率较高，编码效率最高。但长时间连续 0 或连续 1 会导致接收端难以从信号中提取时钟。 反向不归零制反向不归零制 NRZI 不直接用高电平/低电平表示 0 和 1，而是用码元边界处是否跳变表示数据。常见约定是： 码元开始处发生跳变表示 1。 码元开始处不发生跳变表示 0。 NRZI...

传输媒体传输媒体是信号传播的物理路径。它不属于计算机网络体系结构的层次，但物理层接口必须适配媒体的电气、光学、频率、距离等约束，因此传输媒体通常放在物理层中讨论。 传输媒体分为两类： 导引型传输媒体：信号沿固体媒体传播。 非导引型传输媒体：信号在自由空间传播。 导引型传输媒体导引型传输媒体提供明确的物理路径。双绞线、同轴电缆和光纤都属于导引型传输媒体，但它们使用的信号形式、抗干扰方式和适用场景不同。 双绞线双绞线由两根互相绝缘的铜导线按一定密度绞合而成。绞合的作用是让一对导线受到的外界电磁干扰尽量相近，使差分接收时能抵消一部分干扰。 双绞线分为： 无屏蔽双绞线 UTP：成本低、施工方便，局域网中常见。 屏蔽双绞线 STP：增加屏蔽层，抗干扰能力更强，但成本和布线要求更高。 双绞线常按类别描述能力，例如 5 类、超 5 类、6 类、7...

传输方式传输方式描述比特在通信双方之间如何组织和发送。它关心三个问题： 多个比特是逐位发送，还是并列发送。 收发双方如何对齐比特时间。 通信双方能否双向发送，能否同时双向发送。 串行传输与并行传输串行和并行讨论的是多个比特在物理线路上如何排列。 串行传输是在一条数据线路上按时间顺序逐位发送。远距离通信常采用串行传输，因为线路少、成本低，不同线路之间的时延偏差和串扰问题少。 并行传输是在多条数据线路上同时发送多个比特。若每条线路的数据传输速率相同，$n$ 条线理论上可达到单条线的 $n$...

物理层物理层处理的是相邻通信设备之间的比特传输。它不解释比特代表什么，也不关心这些比特属于哪个协议数据单元；它关心的是怎样把 0 和 1 表现成信号，怎样让信号通过传输通路，怎样让接收端按约定恢复出比特序列。 物理层的直接服务对象是数据链路层。数据链路层把帧交给物理层后，物理层负责把帧中的每个比特送到相邻节点；接收端物理层再把恢复出的比特交给接收端数据链路层。 一个通信系统至少包含四个基本概念： 概念 含义 信源 产生消息或数据的一端 信宿 接收消息或数据的一端 信道 信号传播的通路 噪声 传输过程中叠加到信号上的干扰 信道不是某一根线的同义词。它是信号能够通过的通路，可以建立在双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等传输媒体上。 消息、数据、信号计算机网络传输的是数据，但通信的目的通常是传递消息。三者关系如下： 概念 关注点 例子 消息 要表达的内容 文字、图片、音频、视频 数据 承载消息的符号序列 二进制比特串...

分层要解决什么一次网络通信同时涉及很多问题：比特怎样变成信号，数据怎样在一段链路上传，分组怎样跨网络转发，目的主机怎样把数据交给正确进程，应用进程怎样解释收到的内容。 分层就是把这些问题按职责拆开： 每一层只解决一类问题。 下层向上层提供服务。 上层通过接口使用下层服务，不需要知道下层内部实现。 同一层的通信双方遵守同一层协议。 分层不是把网络设备物理切成几块，而是把通信功能按逻辑组织起来。 三种体系结构 常见的网络体系结构有三种：OSI 七层模型、TCP/IP 四层模型、五层原理模型。 模型 用法 特点 OSI 七层模型 概念分析、标准化讨论 层次细，把会话、表示、应用分开 TCP/IP 四层模型 因特网实际采用的体系结构 把底部链路和物理相关内容合为网络接口层 五层原理模型 学习计算机网络原理 在 TCP/IP 基础上拆出数据链路层和物理层 OSI 七层模型OSI...

实体和对等实体实体是任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。 例子： 网卡可以发送和接收信息，因此可以看作硬件实体。 浏览器进程、Web 服务器进程可以发送和接收应用报文，因此可以看作软件实体。 对等实体是通信双方相同层次中的实体。例如，发送主机应用层中的浏览器进程和接收主机应用层中的 Web 服务器进程互为对等实体；两端数据链路层中的网卡相关功能也可以互为对等实体。 协议协议是控制两个对等实体进行逻辑通信的规则集合。 两个实体之间并不是有物理链接。对等层看起来像在直接通信，实际数据仍会沿发送方协议栈向下、经过网络传输、再沿接收方协议栈向上。 协议三要素：语法、语义、同步 要素 含义 例子 语法 数据与控制信息的格式 首部字段如何排列、字段占多少位 语义 通信双方要完成的操作 收到 HTTP GET...

网络、互联网、因特网网络是若干结点和链路互连形成的系统。结点可以是主机、路由器、交换机等设备，链路用于在结点之间传送信号或数据。 互联网是若干网络通过路由器互连形成的更大网络。这里的“互”强调的是网络与网络之间的互连。 因特网是当今世界上最大的互联网。它不是某一个局域网，也不是某一种具体设备，而是由大量异构网络、路由器、主机和协议共同构成的全球性互联网。 大小写容易混淆 英文中，internet 可以泛指“互联网”，即多个网络互连形成的网络；Internet 通常专指全球因特网。 计算机网络的组成从组成上看，计算机网络至少包含： 组成 作用 主机 运行用户程序，产生和接收数据，如...

问题模型吸烟者问题有一个供应者进程和三个吸烟者进程。卷烟需要三种材料：烟草、纸、胶水。 吸烟者 1 自带烟草，需要纸和胶水。 吸烟者 2 自带纸，需要烟草和胶水。 吸烟者 3 自带胶水，需要烟草和纸。 供应者每次把两种材料组合放到桌上。 拥有第三种材料的吸烟者取走桌上的组合，卷烟并抽完。 吸烟者抽完后通知供应者，供应者再放下一组材料。 这个问题可以看成特殊的生产者-消费者问题：供应者是单生产者，三个吸烟者是三类消费者，桌子是容量为 1 的缓冲区。不同点在于，供应者生产的不是同一种产品，而是三种不同材料组合。 同步关系桌上可能出现三种组合： 桌上组合 谁能取走 对应信号量 纸 + 胶水 自带烟草的吸烟者 1 offer1 烟草 + 胶水 自带纸的吸烟者 2 offer2 烟草 + 纸 自带胶水的吸烟者 3 offer3 还需要一个 finish 信号量，表示某个吸烟者已经取走材料并抽完，供应者可以继续放下一组材料。 信号量 初值 含义 offer1 0 桌上有组合 1：纸 + 胶水 offer2 0 桌上有组合 2：烟草 +...