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最近量子位又发了一篇体系结构的进步，TCAM，所谓的三态内容寻址储存器。可以说，从图灵机的角度来说，上层建筑下的基层还有很多没有解决，从现在那么多Startup 在真正的做业务Oriented 的数据库及网络链路优化，体系结构还有很多可以探索的部分。同时，新的架构真的是否安全，如TPU的数据通路是否有没有被侦测到的部分可以被攻击。多数的攻击来自于软硬结合，汇集了多少工程师的智慧结晶。

交换机的简化结构

这是一个去掉2个要素的冯诺伊曼体系结构图，交换机的OutBound 和Input的Throughput是显见的bottleneck，除此之外还有延时，这就需要主存储器性能或者包的传输协议的革新。

三态内容寻址储存器（TCAM）

我在当年写VB的时候记得有个slide的参数，是一个三进制数来表示不动，向上滑和向下滑的参数。而这种0、-1，1三进制在苏联当年的计算设备上有所尝试，可惜最终失败了。0.5或许是更好的一种表示中间态或者亚稳态的编码方式，可以用于模糊匹配，或者Not Set。

CAM本质上是一个数据查找硬件方法，读写数据的速度与RAM相同，查找数据能相对模糊的匹配到数据。

这时ARP 协议从报头或者CRC来验证数据正确性起到了很大的作用，就是不管怎样，数据到了，不管对不对，以最快的速度发出去，等到了再做检验的思路是一样的。（有点像高频交易架构的gateway。

Reference

1. Constant-time Alteration Ternary CAM with Scalable In-Memory Architecture
2. 三态内容寻址存储器(TCAM)工作原理

我校网络老师不太Care 概率模型下的网络分析，只Care 实现。（但是我最近正好在学概率统计，权当一道作业题复习

ALOHA协议

主要思路就是让所有能发的人都发，有错误就随机掷骰子决定发送，如果碰撞，随机范围翻倍再掷骰子。

可问题是，非常容易冲突。

如果我们做一道概率题。

1. 帧时T：发送一个标准长的帧所需的时间
2. 吞吐率S：在一个帧时T内发送成功的平均帧数（0<S<1，S=1时信道利用率100%）
3. 运载负载G：一个帧时T内所有通信站总共发送的帧平均值（包括原发和重发帧）（G≥S，G=S表示无冲突）
4. P0：一帧发送成功（未发生冲突）的概率，发送成功的分组在已发送分组的总数中所占的比例；公式：S = G*P0

两个标准长的帧才会第二次碰撞，舍冲突危险期为2T，同时设这是的帧平均值为2G一个T内生成k个帧到的概率符泊松分布。

由柏松分布可知：

\(\operatorname{Pr}[\mathrm{k}]=\frac{\mathrm{G}^{\mathrm{k}} \mathrm{e}^{-\mathrm{G}} }{ \mathrm{k} !}\)

\(P(\text{success in 2T})=Pr(0)\times Pr(0)=e^{-2G}\)

带入S= G*P0 得
\(\mathrm{S}=\mathrm{Ge}^{-2 \mathrm{G}}\)

最高信道利用率是18.4%

Time-slotted ALOHA

1. 分隙ALOHA是把时间分成时隙（时间片），时隙的长度对应一帧的传输时间
2. 新帧的产生是随机的，但分隙ALOHA不允许随机发送，凡帧的发送必须在时隙的起点
3. 冲突只发生在时隙的起点，冲突发生时只浪费一个时隙，一旦某个站占用时隙并发送成功，则在该时隙内不会出现冲突

显然刚刚 \(P(\text{success in 2T})=Pr(0)=e^{-G}\), \(S=\mathrm{Ge}^{-2 \mathrm{G}}\)
最高信道利用率是36.8%

CSMA/CD

一种带有冲突检测的载波监听多路访问，可以检测Mac传输的冲突。

主要流程是

• 以广播发，看看有无其他节点（carrier sense）没有其他包就发包。
• 检测 carrier detection。 如果碰撞再广播碰撞了。然后掷骰子重新发包
• 15次失败报告timeout

CSMA/CA

WLAN 中实现不了CSMA/CD 主要原因是有hidden和exposed 的情况。一种不太好的解决方法是RTS-CTS。可这比较容易被攻击。

Mac 地址

Mac 地址， IP 地址及ARP 协议。

IPv4 地址

滑动窗口与信道复用

停止等待可靠传输

TCP 滑动窗口

波特率

Reference

1. bilibili@湖科大教书匠