计算机网络在研究什么

       计算机网络研究的核心方向包括有线网络研究以及无线网络研究。其研究内容涵盖的范围较广，并且与分布式与并行计算、安全、计算机系统等研究方向结合非常紧密。在学术界，计算机网络领域的三大旗舰会议，SIGCOMM、NSDI和MobiCom覆盖了计算机网络的主要研究方向。

 

      计算机网络研究是理论研究和系统研究的紧密结合。在理论方面，计算机网络会运用最优化理论（用于资源分配与调度）、图论、排队论（用于性能分析与建模）以及博弈论等重要基础理论知识。但是，计算机网络研究往往更重视实际系统的搭建。IETF的基本理念之一就是：

      We reject kings, presidents and voting.We believe in rough consensus and running code. (
https://www.ietf.org/tao.html )

网络研究者们深知完美的理论和实际运行的系统之间存在着巨大的鸿沟。因此，计算机网络研究重视解决在系统实际运行过程中涌现出来的各类问题。有志于计算机网络研究的同学也会有很多机会参与搭建业界领先的高性能系统，并享受构建的乐(tong)趣(ku)。

 

在有线网络方面，近年来的研究热点主要是：如何进一步提升网络性能以满足日益苛刻的应用需求，尤其是数据中心应用的需求。现代数据中心中存在大量分布式运行的并行任务，任务之间往往会有海量的数据交互。面对不同任务在带宽、延时、任务完成截止时间和可靠性上的需求，数据中心网络需要合理调度网络资源，最大程度地减小数据传输对任务执行的影响。这类研究面临两方面的挑战：一方面，计算机网络是一个分布式复杂系统，每个网络节点只能看到整个系统的很小一部分。在这样信息不完全的条件下，如何能够有效地确定数据传输的最佳方式和最佳优先级是非常具有挑战性的问题。另一方面，网络设备是高速设备，主流服务器已经开始从10G逐步过渡到40G网络，核心交换机的交换容量往往在TB量级以上。交换机需要在微秒级的时间内完成数据的转发，这就决定了网络算法必须能够以极高的效率在软硬件上实施。为解决性能的瓶颈，网络研究者利用软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术，将网络的控制平面和数据平面分离，以同时达到高效转发和灵活更新算法的目标。为减少主机CPU处理高速数据的瓶颈，近年来远程内存直接访问（RDMA）技术也开始在数据中心网络中得到应用。以上的各个问题在我系均有老师正在进行研究。

 

无线网络的研究范围较广。简单来说，所有通过无线方式通信的移动设备，包括手机、智能穿戴设备、传感器网络、RFID、无人机、VR/AR设备、智能家居、车载网等等，都是无线网络的研究内容。无线网络研究一方面关注无线网络性能的提升，这主要是通过无线通信算法改进、合理的无线资源调度、频谱共享以及路由策略优化来实现的。另一方面，移动设备往往是传感器信息的采集点。例如，我们身边的手机可以采集音频、视频、加速度、红外线、GPS信息等多种数据。因此，移动设备承担了信息世界和物理世界之间桥梁的作用。无线网络的研究也包括对各类传感器信息进行处理、分析及应用。例如，近年来兴起的无源感知技术，就是利用WiFi信号或手机发射的声波信号在移动设备上实现雷达或声纳的功能。这类技术可以让你的手机具有毫米量级的手势感知功能，实现隔空操作。从事无线网络研究的同学有机会充分发挥自己的想象力，利用各种软硬件设备搭建出酷炫的应用。

本文作者：南京大学计算机系王炜副教授、南京大学计算机系田臣副教授