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  • Cadence Orcad Capture 层次化网络名使用详解
    2022-02-20 23:58:57

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    1,概述

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    三层网络架构是采用层次化架构的三层网络。
    三层网络架构采用层次化模型设计,即将复杂的网络设计分成几个层次,每个层次着重于某些特定的功能,这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。三层网络架构设计的网络有三个层次:核心层(网络的高速交换主干)、汇聚层(提供基于策略的连接)、接入层 (将工作站接入网络)。

    • 核心层:核心层是网络的高速交换主干,对整个网络的连通起到至关重要的作用。核心层应该具有如下几个特性:可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。在核心层中,应该采用高带宽的千兆以上交换机。因为核心层是网络的枢纽中心,重要性突出。核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的,也可以使用负载均衡功能,来改善网络性能。
    • 汇聚层:汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”,就是在工作站接入核心层前先做汇聚,以减轻核心层设备的负荷。汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网(VLAN)之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。在汇聚层中,应该选用支持三层交换技术和VLAN的交换机,以达到网络隔离和分段的目的。
    • 接入层:接入层向本地网段提供工作站接入。在接入层中,减少同一网段的工作站数量,能够向工作组提供高速带宽。接入层可以选择不支持VLAN和三层交换技术的普通交换机。

    三层网络结构短板

    三层网络结构基于性能瓶颈和网络利用率等等的原因,资深的网络设计师都在探索新的数据中心的拓扑结构。

    三层网络结构数据中心网络传输模式是不断地改变的。大多数网络都是纵向(north-south)的传输模式—主机与网络中的其它非相同网段的主机通信都是设备-交换机-路由到达目的地。同时,三层网络结构在同一个网段的主机通常连接到同一个交换机,可以直接相互通讯。

    然而,三层网络结构现代数据中心的计算和存储基础设施,主要网络流量模式从已经不止是单纯的不同网段之间通讯。三层网络结构内外网的通讯、网络段分布在多个接入交换机,要求主机通过网络互连等这些环境。这些三层网络结构网络环境的变化催生了两种技术趋势:网络收敛虚拟化

    • 网络收敛:三层网络结构中,储存网络和通信网络在同一个物理网络中。主机和阵列之间的数据传输通过储存网络来传输,在逻辑拓扑上就像是直接连接的一样。如ISCSI等。
    • 虚拟化:将物理客户端向虚拟客户端转化。虚拟化服务器是未来发展的主流和趋势,它将使三层网络结构的网络节点的移动变得非常简单。

    横向网络(east-west)在纵向设计的三层网络结构中传输数据会带有传输的瓶颈,因为数据经过了许多不必要的节点(如路由和交换机等设备)。如果三层网络结构上主机需要通过高速带宽相互访问,但通过层层的uplink口,会导致潜在的、而且非常明显的性能衰减。三层网络结构的原始设计更会加剧这种性能衰减,由于生成树协议会防止冗余链路存在环路,双上行链路接入交换机只能使用一个指定的网络接口链接。

    虽然增大内部交换层的带宽有助于改善三层网络结构的传输阻塞,但这样受益的只是一个节点。E-W模式中主机之间的的数据传输并非同一时间只是存在两个节点之间。相反,三层网络结构数据中心中的主机之间在任何时间都有数据传输的。因此,三层网络结构增加带宽这种高成本低效率的投资只是治标不治本。

    参考自:https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%89%E5%B1%82%E7%BD%91%E7%BB%9C%E7%BB%93%E6%9E%84/5506471?fr=aladdin

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    网络层次结构

    一、网络分层的原因

    1.网络通信面临的一些问题:

    硬件故障、网络拥塞、包延迟、包丢失、数据损坏、数据重复、数据乱序

    2.假设:将所有工作分成面向应用与面向传输两部分

    -----------------------------------

    应用程序:QQ、微信、浏览器、播放器

    -----------------------------------

    物理连接:网卡等

    -----------------------------------

    这种方式的特点:* 应用程序完全了解本机网络连接的内部细节

    *应用程序直接通过网络连接与其它应用程序通信

    缺点:* 会造成大量的重复劳动

    * 扩展性太差

    3.现在:将面向传输功能进一步细分为通信软件和物理连接

    ------------------------------------

    应用程序:QQ、微信、浏览器、播放器

    ------------------------------------

    通信软件: 起到“承上启下”的作用

    ------------------------------------

    物理连接:网卡等

    ------------------------------------

    采用包交换机制在系统中增加若干中间层(主要是网络层),使应用程序不直接处理硬件连接

    这种设计的好处是:* 开发新应用只要遵守通信软件提供的接口即可实现通信功能

    *出现新网卡时只需扩展通信软件上层应用即可使用新网卡

    4.网络之所以使用层次结构的原因:

    (1)出于复杂问题的解决需要

    (2)系统功能的扩展性需要

    二、网络的层次结构

    1.层次结构的两大特点:

    *层次性:发送方—(由高到低)单向依赖

    接收方—(由低到高)单向依赖

    *结构性:上层起着隐藏下层细节和统一下层差异的作用

    2.网络体系结构:网络通信功能的层次构成、各层的通信协议规范和相邻层的接口协议规范的集合。

    层次    协议      接口

    每一层的目的都是向它上一层提供一定服务而把如何实现这一服务的细节对

    上层加以屏蔽。

    3.协议

    * 协议就是一组规则和约定。

    * 计算机网络协议

    系统:包括一个/多个实体、在物理上明显区分的主体

    例如:主机、路由器、交换机、AP等

    实体:系统中能够收发信息和处理信息的任何东西

    例如:Email、ftp、www

    *计算机网络协议:网络中两个实体之间控制数据通信的规则和约定的集合。

    4.计算机网络协议的要素

    *语法(数据结构、编码和信号电平等):1.消息格式、编码2.HTML网页表示

    3.TCP报文格式

    * 语义(用于协调和差错处理的控制信息):1.双方“握手”控制信息

    2.TCP一方主动发出建立请求

    3.TCP另一方表态是否同意或拒绝连接

    * 时序(传输速率匹配和事件先后顺序):1.双方握手过程规定 2.先和服务器

    建立TCP连接3.在请求某个HTML网页

    5.层次结构的有关概念

    *第n层协议:一台机器的第n层与另一台机器的的第n层进行通话采用的规则和约定。

    *对等实体:不同机器中组成相同协议层的实体

    *接口:位于相邻层间,定义下层向上层提供的原语操作和服务

    *协议栈:特定系统使用的一组协议

    6.计算机网络体系结构分层原则

    *协议分层原则:目标机器第n层收到的对象应与源机器第n层发出的“对象”完全一致

    *协议栈 :1.上层隐藏下层的细节 2.上层统一下层的差异 3.上层弥补下层的不足

    7.层次划分设计的问题

    *标识接收方/发送方机制:机器上的进程需要某种手段标识它想和哪个进程通话

    *数据传输规则:传输形式、数据的顺序、收发双方的同步。。。

    *差错控制:确定错误检测和错误纠正方法

    *多路复用:下层可决定为多个上层通信使用同一个连接

    *路由选择:在多条可能的路径中选定一条

    三、网络协议与服务

    1.服务提供者与服务使用者

    * 服务提供者:使用下层服务的实体

    服务使用者:为上层提供服务的实体

    * 第N层实体:1.实现的功能为N+1层使用 2.利用第N-1层来实现本层的功能

    3.既是第N+1层的服务提供者又是第N-1层服务用户

    2.服务分类

    (1)面向连接

    * 有连接服务/面向连接服务:1.类似于电话服务 2.本质上数据结构是一个管道

    * 其发送的形式有两种:1.报文序列:保持发送数据的边界 2.不保次发送数据的边界

    (2)无连接

    * 无连接服务:1.类似于邮政服务 2.每次发送一个报文 3.每个报文都给出详细的目标地址信息

    * 其根据服务质量可划分为两种:1.无确认:不能确定接收方是否收到 2.有确认:能确认发送是否成功

    3.如何使用下层服务

    * 服务:形式上由一组原语(操作)来描述

    * 原语:上下两层通信形式

    * 参数:用来传递数据和控制信息

    * 国际上定义的4个原语:

    1.Request:由服务使用者发出/要求服务做某种工作

    2.Indication:由服务提供者发出/通知发生了某事件

    3.Respone:由服务使用者发出/表示对某个事件的响应

    4.Confirm:由服务提供者发出/报告事件的响应

    * 服务原语的时序性

    4.服务与协议是完全分离的

    * 服务(上下关系):1.服务是各层向它的上层提供的一组原语(操作)

    2.服务定义了该层能为它的用户完成的操作

    3.服务只与两层之间的接口有关

    * 协议(水平关系):1.协议是一组规则

    2.决定同层对等实体交换帧、包和报文的格式和意义

    3.实体用协议来实现他们向上层提供的服务

    四、网络标准与标准化组织

    * 标准化是规模化的基础

    优点:1.能保证设备/软件有一个大市场

    2.允许来自多个厂商产品的互通

    3.使用户在设备选择和使用中有更多的灵活性

    * 标准及其分类

    标准:标准是一组规定的规则、条件或要求

    * 一些有关的标准化组织

    ITU ISO ANSI IEEE(制定通信和信息系统领域的标准)

    因特网标准:IRTF IETF RFC

    五、TCP-IP模型及因特网

    *  TCP是传输层的协议 IP是网络层的协议

    *  TCP/IP设计目标:1.互联网络 2.保护子网硬件 3.体系结构灵活 4.网络故障不能影响两端之间连接

    *                              应用层

    传输层

    网络层

    主机-网络层————>交换机、集线器、接入点

    ( 802.3/802.11)

    * 主机-网络层

    (1)主要功能:1.端系统与其所接网络之间的数据交换 2.特定软件取决于所用的网络类型

    (2)设计优点:1.将网络访问功能隔离成一个单独层次 2.网络访问层之上的通信软件不必关心所用的网络类型

    (3)又分为两层:*  物理层:1.设备与介质/网络之间的物理接口

    2.规范传输介质特性,信号、数据率及相关方面

    *  网络访问层:1.主机与网络之间的数据交换

    2.发送主机必须向网络提供目的主机的地址

    * 网络互联层(互联协议:IP、ICMP、IGMP、ARP/RAPP、BGP/OSPF)

    基本任务:1.采用存储-转发技术

    2.提供Best-effort服务

    3.处理来自传输层的报文发送请求(主机)

    4.处理入境数据包的转发(路由器)

    5.处理ICMP报文

    * 传输层(TCP/UDP)

    (1)主要功能:1.提供端-端的数据传送服务

    2.为应用层隐藏底层网络的细节

    (2)TCP/IP在无连接的基本传送服务IP之上既提供了无连接服务,也提供了可靠的有连接服务

    * 应用层

    应用层服务:1.虚拟终端(TELNET)协议

    2.文件传输协议(FTP)

    3.简单邮件传输协议(SMTP)

    4.域名服务(DNS)

    5.超文本传输协议(HTTP)

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    摘要

    Swin Transformer是一种新型transformer,通过引入CNN中常用的层次化构建方式构建层次化Transformer以及引入locality思想解决transformer迁移至CV上的scale和分辨率的问题。
    论文:Swin Transformer: Hierarchical Vision Transformer using Shifted Windows

    问题的提出

    Transformer从NLP迁移到CV上没有大放异彩主要有两点原因:

    1. 两个领域涉及的scale不同,NLP的scale是标准固定的,而CV的scale变化范围非常大。
    2. CV比起NLP需要更大的分辨率,而且CV中使用Transformer的计算复杂度是图像尺度的平方,这会导致计算量过于庞大。
      为了解决这两个问题,Swin Transformer相比之前的ViT做了两个改进:
      1.引入CNN中常用的层次化构建方式构建层次化Transformer 。
      2.引入locality思想,对无重合的window区域内进行self-attention计算。

    相比于ViT,Swin Transfomer计算复杂度大幅度降低,具有输入图像大小线性计算复杂度。Swin Transformer随着深度加深,逐渐合并图像块来构建层次化Transformer,可以作为通用的视觉骨干网络,应用于图像分类、目标检测和语义分割等任务。

    方法

    Swin Transformer

    Swin Transformer架构,和CNN架构非常相似,构建了4个stage,每个stage中都是类似的重复单元,如图1(。
    和ViT类似,通过patch partition将输入图片HxWx3划分为不重合的patch集合,其中每个patch尺寸为4x4,那么每个patch的特征维度为4x4x3=48,patch块的数量为H/4 x W/4;stage1部分,先通过一个linear embedding将输划分后的patch特征维度变成C,然后送入Swin Transformer Block;
    stage2-stage4操作相同,先通过一个patch merging,将输入按照2x2的相邻patches合并,这样子patch块的数量就变成了H/8 x W/8,特征维度就变成了4C,是跟stage1一样使用linear embedding将4C压缩成2C,然后送入Swin Transformer Block。
    Swin Transformer和ViT划分patch的方式略有不同,ViT是先确定patch的数量,然后计算确定每个patch的尺寸,而Swin Transformer是先确定每个patch的大小,然后计算确定patch数量。这个设计是为了方便Swin Transformer的层级构建。
    Alt

    图1

    图1(b)是两个连续的Swin Transformer Block。一个Swin Transformer Block由一个带两层MLP的shifted window based MSA组成。在每个MSA模块和每个MLP之前使用LayerNorm(LN)层,并在每个MSA和MLP之后使用残差连接。

    Shifted Window based MSA

    Alt

    图2

    图2中红色区域是window,灰色区域是patch。W-MSA将输入图片划分成不重合的windows,然后在不同的window内进行self-attention计算。假设一个图片有hxw的patches,每个window包含MxM个patches,那么MSA和W-MSA的计算复杂度分别为:

    Alt
    由于window的patch数量远小于图片patch数量,W-MSA的计算复杂度和图像尺寸呈线性关系。W-MSA虽然降低了计算复杂度,但是不重合的window之间缺乏信息交流,于是进一步引入shifted window partition来解决不同window的信息交流问题,在两个连续的Swin Transformer Block中交替使用W-MSA和SW-MSA。以图2为例,将前一层Swin Transformer Block的8x8尺寸feature map划分成2x2个patch,每个patch尺寸为4x4,然后将下一层Swin Transformer Block的window位置进行移动,得到3x3个不重合的patch。移动window的划分方式使上一层相邻的不重合window之间引入连接,大大的增加了感受野。

    实验

    Swin Transformer的这些品质使其可与多种视觉任务兼容,包括图像分类(ImageNet-1K的准确度为86.4最高-1)和密集的预测任务。
    Alt

    图3 ImageNet-1K 分类上不同主干的比较。

    目标检测(COCO测试中为58.7 box AP和51.1 mask AP)和语义分割(ADE20K val上为53.5 mIoU)。其性能在COCO上为+2.7 box AP和+2.6 mask AP。
    Alt

    图4 COCO 对象检测和实例分割的结果。 † 表示额外的解卷积层用于生成分层特征图。 * 表示多尺度测试.

    在ADE20K上为+3.2 mIoU,远远超过了现有技术,证明了基于Transformer的模型作为视觉骨干的潜力。
    Alt

    图5 ADE20K val 和测试集上的语义分割结果。 † 表示额外的反卷积层用于生成分层特征图。 ‡ 表示该模型在 ImageNet-22K 上进行了预训练。

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