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通信网理论基础复习提纲
通信网理论基础复习提纲1.一个基本的通信网络通常由用户通信终端，物理传输链路和链路的汇聚点组成。
1.网络节点（交换设备，路由器）主要功能：1将多个用户的信息复接到骨干链路上或从骨干链路上分离出用户的信息；2使用户可以降低成本共享骨干链路，降低成本实现任意用户间的信息交换。
2.路由器是网络互联的核心设备，它复杂分组的转发和为各个分组选择适当的传输路径。
其基本功能：a根据路由表将分组发送到正确的目的点b维持和决定分组传输路径的路由表。
4数据传输链路是指在物理传输媒介上利用一点的传输标准，形成的传输规定速率的数据比特传输通道。
5数据传输链路分类：a用户到网络节点之间的链路（接入链路）：Modem链路，XDSL,ISDN,无线局域网链路b网络节点到网络节点之间的链路（网络链路）：帧中继，SDH,WDM等。
SDH（同步数字系统）是在美国贝尔实验室提出的SONET（光同步数字网）的基础上指定的技术标准。
WDM（光波分复用）技术是在一根光纤中能同时传输多个波长光的信号的一种技术。
6数据传输网络的基本功能：通信中的交换机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的用户。
7分组交换网需要完成的三个基本过程：a 分段和重装的过程b选择传输过程c各网络节点的交换过程。
8ATM网络：采用全网统一固定长度的分组进行传输和交换，ATM网络中，信元长度为53字节，其中5个字节为信元头，48个字节用来运载信息。
9实现全网互联需要两个基本条件：一是全网统一偏址；二是路由算法。
10通信网络协议可按照分层的概念来设计。
分层概念的基础是“模块”的概念，模块提供的功能通常称之为“服务”。
11 ISO定义的OSI参考模型：A物理层：关注的物理媒介上比特流的传输，处理接入物理媒介的机械电气功能和过程特性。
B数据链路层：为信息跨越物理层链路提供可靠的传输，发送带有必要的同步，查错控制和流量控制信息的数据块。
C网络层：使搞错的功能独立用来链接网络节点的传输和交换技术，负责建立维护和终止连接。
通信网理论基础复习
网络模型3、路由和路由器的概念；路由器的结构和作用；路由：因特网中分组传输的路径，称为路由，它由路由器决定。
路由器：路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，组，即将路由器某个输入端口收到的分组，按照其目的地址（目的网络和主机地址）将该分组由合适的输出端口转发给下一跳路由器，下一跳路由器也按照同样的方法处理分组，直到分组到达目的地为止。
路由器的结构：路由器可以分为两个部分，即路由选择和分组转发部分；路由器的作用：完成路由选择，并把分组发往所选择的相应的链路。
、物理层、数据链路层和网络层的作用和功能；物理层：负责数据比特的发送和接收。
物理层的功能：1、指明接口所用插件的规格、尺寸、引线数量、分配、排列等；2、各接口引线电气特性及其意义；3、输入、输出规程，如时间顺序、条件等TCP：传输控制协议；UDP：用户数据报协议；ICMP：因特网控制报文协议；IGMP：因特网组管理协议；RARP：逆地址解析协议；ARP：地址解析协议；9、互联网的地址：IPv4协议是给因特网上每一个主机分配一个唯一的、独享的IP地址的点分十进制记法；IP地址是放在IP数据包的首部，而硬件地址则是放在数据链路层中当IP数据报放入数据链路层的MAC帧中以后，整个的IP数据报就成为所以在数据链路层是看不到数据包的IP地址的。
MAC帧、MAC地址：IP分组的传送和寻址；地址解析协议ARP及其使用：ARP高速缓存中存有所在局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
各类地址的默认子网掩码子网掩码的使用：1、一台路由器在和相邻的路由器交换路由信息时，必须将自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻的路由器；2、在路由器的路由表中，需要给出目的网络的地址，以及该网络的子网掩码；3、如果一个路由器连接在两个子网上，就必须拥有两个网络地址和两个子网掩码。
子网掩码对应的子网数、每子网的主机数；纵向结构模型；路由器的工作，1、设置路由表，明确指出本路由器收到的分组，按照不同的目的地址，应该向网络的哪个节点转发，即路由表的建立；2、完成路由表的查找；3、路由表的维护和更新；4、完成分组的转发；路由器的内容和方法；路由聚合；路由聚合就是“构成超网”。
通信网理论基础（修订版）教学配套课件周炯槃讲义
)不可靠度
F5
不可靠度
（1 F5）[1 （1 F1F2 )(1 F3F4）]
F5[1 (1 F1)(1 F3 )][1 (1 F2 )(1 F4 )]
忽略高次项 F F1F2 F4 F3
40
桥割集法
1
4
3
2
5
图14
割集有：12 135 234 45 似乎有：
F F1F2 F1F3F5 F2F3F4 F4F5
1 平均修复时间
α
R
F
β 图3
8
设α，β为常量，与时间无关 t+Δt处于R态:
t运行，t t+Δt 内无故障， 概率为R（t）·（1--αt）
t失效，t t+Δt内修复， 概率为[1-R(t)]·βΔt
9
状态方程：
R(t+Δt)= R（t）·（1-αΔt ）+ [1R(t)]·βΔt
导数定义： R' (t )
3 1- R3
0.9 R3
0
52
解得
R1
R2
R3
0.9 0.9
0.9 0.9
0.9 0.9
1 2 3
用R R1R2R3 0.9
求 得 -56
R1 0.983 得 R2 0.965
R3 0.949 代价 x 25.7
53
§2 通信网的可靠性
一、对网可靠集的认识 1、全网（观点）： 网分二个部分以上则失效。 可靠集={任二未失效端均有径} 失效集={某二端无径}
第五章 通信网的可靠性
不可靠 —无应用价值 绝对可靠—不现实 故障原因—多样 本章研究—基本理论
网可靠性的计算 可靠网的设计
通信网理论基础nettheory
◦ Normalized throughput is W / (2a+1)
.
W = 2a + 1 a = tf / tp
.
窗口越大，重传帧数越多
.
N个等长数据帧，单帧出错率为p
0
1
2
3
4
5
6
…
A
Case 1: N个帧全部正确接收到的概率： (1- p)N
[例] BER=10-4 p = 1- (1-10-4)1000 = 0.095，如果帧长为1000 bit (1- p)N = 0.67, N = 4
Frame 3 Frame 4
Frame 5
Frame 5
A
Frame 6
Frame 6
.
N(S)
0
1
2
3
4
N＝2 3
2
A
1
2
N＝2
.
N(S)
0
1
2
3
4
N＝2 5
2
A
1
2
.
目标：分析最大吞吐性能
.
len
01234
size
A
tp = l/c = 1000 m/2*108 m/s = 5us tf = s/r
3
4
5
6
7
0
A
000 010
+1
+1
+1
001
111
+1
.
Address
000
001
010
011
100
101
A
110
111
Head ：第一个待读地址 Tail：第一个可存入地址
.
W = 2a + 1 a = tf / tp
.
窗口越大，重传帧数越多
.
N个等长数据帧，单帧出错率为p
0
1
2
3
4
5
6
…
A
Case 1: N个帧全部正确接收到的概率： (1- p)N
[例] BER=10-4 p = 1- (1-10-4)1000 = 0.095，如果帧长为1000 bit (1- p)N = 0.67, N = 4
Frame 3 Frame 4
Frame 5
Frame 5
A
Frame 6
Frame 6
.
N(S)
0
1
2
3
4
N＝2 3
2
A
1
2
N＝2
.
N(S)
0
1
2
3
4
N＝2 5
2
A
1
2
.
目标：分析最大吞吐性能
.
len
01234
size
A
tp = l/c = 1000 m/2*108 m/s = 5us tf = s/r
3
4
5
6
7
0
A
000 010
+1
+1
+1
001
111
+1
.
Address
000
001
010
011
100
101
A
110
111
Head ：第一个待读地址 Tail：第一个可存入地址
通信网理论基础
9 prob. that all n channels are occupied at an arbitrary time = the fraction of time that all n channels are occupied
9 容易计算、但不易统计和测量
¾呼叫阻塞率：n 次呼叫中k 次被阻塞的概率
λi-2
λi-1
λi
λi+1
i-1
i
i+1
μi-1
μi
μi+1
μi+2
2004-3-31
牛志升@清华大学
23
到达率和服务率可变的M/M/1排队系统
转移率矩阵
全局平衡 方程式
局域平衡 方程式
平稳状态 概率
2004-3-31
牛志升@清华大学
24
M/M/1排队系统-最基本的排队模型
平稳状态转移图
λ
λ
λ
λ is called the arrival rate
2004-3-31
牛志升@清华大学
9
Service-Time Process
n +1 n n −1
sn t
sn : service time of customer n at the server
{sn , n ≥ 1} is a stochastic process
pi 迭代后可得
i
其中：
2004-3-31
牛志升@清华大学
27
2004-3-31
牛志升@清华大学
28
M/M/1排队系统的性能分析
队列长度的均值/方差
等待/滞留时间＝？
¾ 求解等待时间需要顾客到达时刻的状态概率！
9 容易计算、但不易统计和测量
¾呼叫阻塞率：n 次呼叫中k 次被阻塞的概率
λi-2
λi-1
λi
λi+1
i-1
i
i+1
μi-1
μi
μi+1
μi+2
2004-3-31
牛志升@清华大学
23
到达率和服务率可变的M/M/1排队系统
转移率矩阵
全局平衡 方程式
局域平衡 方程式
平稳状态 概率
2004-3-31
牛志升@清华大学
24
M/M/1排队系统-最基本的排队模型
平稳状态转移图
λ
λ
λ
λ is called the arrival rate
2004-3-31
牛志升@清华大学
9
Service-Time Process
n +1 n n −1
sn t
sn : service time of customer n at the server
{sn , n ≥ 1} is a stochastic process
pi 迭代后可得
i
其中：
2004-3-31
牛志升@清华大学
27
2004-3-31
牛志升@清华大学
28
M/M/1排队系统的性能分析
队列长度的均值/方差
等待/滞留时间＝？
¾ 求解等待时间需要顾客到达时刻的状态概率！
通信网理论基础nettheory(1)
◦ IP前缀与出口之间的映射关系
适用于单播路由
◦ 分组只有一个目标地址 ◦ 路由器查表，得到匹配项最长前缀的表项及出口 ◦ 关键问题: 快速查找
目标地址 201.10.6.17
4.0.0.0.0.0/21 201.10.6.0/23 转发表 126.255.103.0/24
RFC 5737 RFC 5771 RFC 1700 RFC 919
2021/8/17
6
单播
◦ 单一地址标识出单一目标节点
多播
◦ 单一源发出的分组送到到一组目 标节点
广播
◦ 单一消息发送到所有接受节点
2021/8/17
7
IP Address : 12.4.0.0 IP Mask: 255.254.0.0
Address 00001100 00000100 00000000 00000000
Mask 11111111 11111110 00000000 00000000
Network Prefix
for hosts
Written as 12.4.0.0/15
2021/8/17
8
IP路由器查找转发表或路由表
2021/8/17
18
Prob.1 同步
T1: 1544 kb/s E1: 2048 kb/s
Prob.2 帧长
Ex for ATM 1)64B by USA 2)32B by FRA 3)48(+5)
2021/8/17
19
2.1 定址、寻址及多址 2.2 信息封装与分组化 2.3 端到端断言 2.4 业务承载质量 2.5 网络资源复用
跳数：k
F
A
t = t0 + th
适用于单播路由
◦ 分组只有一个目标地址 ◦ 路由器查表，得到匹配项最长前缀的表项及出口 ◦ 关键问题: 快速查找
目标地址 201.10.6.17
4.0.0.0.0.0/21 201.10.6.0/23 转发表 126.255.103.0/24
RFC 5737 RFC 5771 RFC 1700 RFC 919
2021/8/17
6
单播
◦ 单一地址标识出单一目标节点
多播
◦ 单一源发出的分组送到到一组目 标节点
广播
◦ 单一消息发送到所有接受节点
2021/8/17
7
IP Address : 12.4.0.0 IP Mask: 255.254.0.0
Address 00001100 00000100 00000000 00000000
Mask 11111111 11111110 00000000 00000000
Network Prefix
for hosts
Written as 12.4.0.0/15
2021/8/17
8
IP路由器查找转发表或路由表
2021/8/17
18
Prob.1 同步
T1: 1544 kb/s E1: 2048 kb/s
Prob.2 帧长
Ex for ATM 1)64B by USA 2)32B by FRA 3)48(+5)
2021/8/17
19
2.1 定址、寻址及多址 2.2 信息封装与分组化 2.3 端到端断言 2.4 业务承载质量 2.5 网络资源复用
跳数：k
F
A
t = t0 + th
通信网理论基础-第3章-通信网结构-站址问题
(
m
m
)
1
m
3
46
Байду номын сангаас
ρ(x,y) ρ 常量 • 这包含了欧式距离和矩形线距离 • 当 m 2 时 为欧式距离 • 当 m 1 时 为矩形线距离 ∆ 最佳区域的边界方程为
(x
m
+ y
m
或 y = a
(
)
1
m
= a −x
m
m
)
1
m
(x
m
+ y
m
)
1
m
= a
或 y = a
(
m
−x
m
)
1
m
• 这结果与 ρ(x,y)的形式无关 • 亦即 最佳区域的形状只与距离测度的定义有关 ∆ 再利用 ρ(x,y)来求 x 轴上的截距 即区域的大小 • 由于最佳区域的对称性 积分可分四个象限进行 • 它们是相等的 所以有
m = 1时 m = 2时 1 m= 时 2 3C a= 2 ρK 3C a= πρK 9C a= 2ρ
i
[(y w ⋅
i
q
− y i ) ⋅ ∆x q − (x q − xi ) ⋅ ∆y q d qi
3
]
2
≥0
≡ 所以 L 函数是下凸的 L 有极小值 ∆ 令一阶偏导数为零可求得极小值
xq
∑w x = ∑w
i i i i i i i
i
d qi d qi
yq
∑w y = ∑w
i
i
d qi d qi
3
34
i i
1
2
n
通信网理论基础(第二部分)
2014-4-11
40
图的空度
图的空度μ（G）表示了主树覆盖该联结图的 程度。μ（G）越小，则主树对图的覆盖程度 越高。μ（G）＝0，则表示图就是树，没有 连枝。 图的空度μ（G）还可以表示图G的联结程度。 μ（G）越大，即树的连枝越多，图的联结性 越好。μ（G）＝0时的树，其联结性是最差 的。这是最低的联结性。
2014-4-11
36
树
3、树的分类：树可以分为：根树、星树、 线树等。 4、主树：联结图G，若T ∈ G，即T 是 G 的子图，且T 含有G的所有端，则称T是 G 的主树。
2014-4-11
37
树
注意：主树是图G 的一个子图，G本身 不一定是树。 只有联结图才有主树，并且至少有一个 主树。非联结图没有主树。 有主树的图必为联结图，没有主树的图 一定是非联结图。 图的主树的边称为树枝。非树枝的边称 为连枝。
端：电压、交换机、节点机、路由器、光端机 等； 边：电流、电阻、信道、带宽、速率、流量等；
2014-4-11 13
图与集合
子图：若图A的端集和边集分别为图G的端 集和边集的子集（一部分），则图A是图 G的子图。 记为：A ∈G（图A是图G的子图）； 特例：A = G（图A与图B相等）； 推论：任何图都是自己的子图； 若A∈G，但A ≠ G，则A是G的真子图； 若A∈G，且G∈A，则必有A＝G；
2014-4-11 10
关于边集的讨论
1、图中某一边关联的两端，是同一个元 （端点），则称为自环； 2、无向图中两个端之间存在两条或两条 以上的边，则称为重边。重边的数量并 不限定。重边可以合并，以简化计算。 3、有向图中若重边的方向不同，则在通 常的情况下，不称为重边，也不予合并。 但是有时也可以将其合并为无向边。
通信网理论基础(修订版)第二章
务时间， τi=(Ci-Ci-1)离去，下降沿之差
顾客数
w4
w2
w3
wn
t1
t2 t3
tn
t
到达 C1 C2
离去
1 C1
C3 C4 2
3
C2
C3
Cn
Cn+1
n
Cn-1 Cn
T
I
排队过程实例
窗口数m、顾客到达率l和服务率m虽是排队系统 的3个基本参数，要充分描述排队系统并分析其 运行状态还是不够的，因为排队系统的性能主要 取决于顾客到达时间间隔ti与服务时间i的统计分 布和排队规则。
证明简单流的到达间隔是负指数分布:
设为到达间隔为t,把t分成N等份,每份的长度
t N
根据无后效性和稀疏性，在前面N个 内无顾客到
达，再一个内有一个顾客到达的概率为（其中，
a(t)为概率密度）：
：
N个
[
a(t) (1 l) N l (1 l t) N l
N
-N
[(1 l t) lt ]-lt l lelt ,
(l是 单 位 时 间 里 到 达 的 顾客 数, 称 到 达 强 度)
T:顾客到达时间间隔，0<T<∞
如果将T看成是数轴上的随机点的坐标，那么，分布函数FT (t) 在t处的函数值就表示T落在区间(-∞,t]上的概率
❖ 概率分布函数 FT (t) P{T t} t a(t) dt 0t l el tdt （1 el t）u(t)
(t )d t
leltdt
1
e lt
t0
0
❖ 表示T落在区间(-∞,t]上的概率是1-e-λt
所以，对于最简单流有：
概率密度：a T
顾客数
w4
w2
w3
wn
t1
t2 t3
tn
t
到达 C1 C2
离去
1 C1
C3 C4 2
3
C2
C3
Cn
Cn+1
n
Cn-1 Cn
T
I
排队过程实例
窗口数m、顾客到达率l和服务率m虽是排队系统 的3个基本参数，要充分描述排队系统并分析其 运行状态还是不够的，因为排队系统的性能主要 取决于顾客到达时间间隔ti与服务时间i的统计分 布和排队规则。
证明简单流的到达间隔是负指数分布:
设为到达间隔为t,把t分成N等份,每份的长度
t N
根据无后效性和稀疏性，在前面N个 内无顾客到
达，再一个内有一个顾客到达的概率为（其中，
a(t)为概率密度）：
：
N个
[
a(t) (1 l) N l (1 l t) N l
N
-N
[(1 l t) lt ]-lt l lelt ,
(l是 单 位 时 间 里 到 达 的 顾客 数, 称 到 达 强 度)
T:顾客到达时间间隔，0<T<∞
如果将T看成是数轴上的随机点的坐标，那么，分布函数FT (t) 在t处的函数值就表示T落在区间(-∞,t]上的概率
❖ 概率分布函数 FT (t) P{T t} t a(t) dt 0t l el tdt （1 el t）u(t)
(t )d t
leltdt
1
e lt
t0
0
❖ 表示T落在区间(-∞,t]上的概率是1-e-λt
所以，对于最简单流有：
概率密度：a T
通信网理论基础总结
第一章1,什么是通信网：通信网是由一定数量的节点(包括终端节点、交换节点)和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。
用户使用它可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换。
2，通信网实现的4个主要的网络功能：(1) 信息传送：(2) 信息处理：(3) 信令机制(4) 网络管理3，通信网的类型：按业务类型可以将通信网分为电话通信网(如PSTN、移动通信网等)、数据通信网(如X.25、Internet、帧中继网等)、广播电视网等。
按空间距离可以将通信网分为广域网(WAN：Wide Area Network)、城域网(MAN：Metropolitan Area Network)和局域网(LAN：Local AreaNetwork)。
按信号传输方式，可以将通信网分为模拟通信网和数字通信网。
按运营方式，可以将通信网分为公用通信网和专用通信网。
第二章1，传输介质：有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。
2，基带传输系统：基带传输系统是指在短距离内直接在传输介质上传输模拟基带信号的系统。
基带传输的优点是线路设备简单；缺点是传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。
3，频分复用传输系统：频分复用传输系统是指在传输介质上采用FDM技术的系统，FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。
为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用4，OTN的分层结构：OTN是在传统SDH网络中引入光层发展而来的，光层负责传送电层适配到物理媒介层的信息，在ITU-T G.872建议中，它被细分成三个子层，由上至下依次为：光信道层(OCh：Optical Channel Layer)、光复用段层(OMS：Optical Multiplexing Section Layer)、光传输段层(OTS：Optical Transmission Section Layer)。