通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)課件

1、2本課程討論的主要問題（1）通信原理課程：給定傳輸信道，如何進(jìn)行有效的傳輸？信號的表示：PCM/M/信源編碼；信道：恒參信道、變參信道；基帶、帶限射頻信道；噪聲+干擾；傳輸方式：模擬傳輸、數(shù)字傳輸；AM/FM/PM，PSK/FSK/MSK，（基帶）最佳傳輸同步：位同步、幀同步、群同步4本課程討論的主要問題（3） 假定有N個用戶數(shù)，共需要 N (N-1) N2條物理傳輸通道。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：成本昂貴，且極難擴(kuò)展，每條物理傳輸通道的利用率極低。 通信網(wǎng)絡(luò)的基本問題：通信網(wǎng)絡(luò)的基本問題：5本課程討論的主要問題（4） 通信網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)的基礎(chǔ)上得到了飛速發(fā)展，出現(xiàn)了多種類

2、型的網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)， 例如，光傳輸網(wǎng)、寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（B-ISDN）、Internet、千兆以太網(wǎng)、 3G （第3代移動通信系統(tǒng)）等等。 目前正在向下一代Internet、全光網(wǎng)絡(luò)、LTE（3G長期演進(jìn)）、 4G(第4代移動通信)等方向發(fā)展。 6本課程討論的主要問題（5）本課程的主要目的本課程的主要目的：就是要討論這些網(wǎng)絡(luò)的。（具體的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)將由專業(yè)課來介紹。） 希望通過本課程的學(xué)習(xí)希望通過本課程的學(xué)習(xí): 使大家能夠理解現(xiàn)在的各種新型通信網(wǎng)絡(luò)的，同時(shí)為大家設(shè)計(jì)和構(gòu)思其他新型的通信網(wǎng)絡(luò)打下理論基礎(chǔ)。7本課程討論的主要問題（6）第1章主要討論通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成和協(xié)議體系；第2章詳細(xì)討論了鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層

3、和傳輸層的端到端傳輸協(xié)議：包括組幀、差錯檢測、自動請求重發(fā)（ARQ）、協(xié)議的初始化、差錯控制和流量控制等；第3章首先描述了單個排隊(duì)系統(tǒng)的基本時(shí)延性能，接著描述了多個排隊(duì)隊(duì)列組成的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延性能，給出的分析模型是常用的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延模型；8本課程討論的主要問題（7）第4章分析了多個用戶共享一個信道的問題 ：多址技術(shù)，重點(diǎn)研究隨機(jī)多址的基本特征（時(shí)延、通過量和穩(wěn)定性）及其改進(jìn)的方法；第5章研究如何為數(shù)據(jù)分組選定合適的傳輸路徑問題 ：路由算法，給出了常用的最短路由算法，并討論了路由信息的廣播；8第一章 概論1.1通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成1.2 協(xié)議體系及分層的概念協(xié)議體系及分層的概念1.3 通

4、信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（略）通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（略）1.4 通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論問題通信網(wǎng)絡(luò)的基本理論問題31.1通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成1.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路1.1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)1.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連41.1通信網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成（電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)）鏈路匯聚點(diǎn)傳輸鏈路 （路由器、程控交換機(jī)） （電話線、光纖）用戶終端6通信網(wǎng)絡(luò)舉例（1）7通信網(wǎng)絡(luò)舉例（2）通信網(wǎng)包括的網(wǎng)絡(luò)（通常稱為子網(wǎng)）有：ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步轉(zhuǎn)移模式）網(wǎng)絡(luò)、X.25分組數(shù)據(jù)網(wǎng)、PSTN（Public SwitchedTelephone Network，公用電話交換網(wǎng)）/ISDN（In

5、tegrated Service Digital Network,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、移動通信網(wǎng)/衛(wèi)星通信網(wǎng)、FDDI（FiberDistributed Data Interface，光纖分布式數(shù)據(jù)接口）環(huán)網(wǎng)、局域網(wǎng)及高速骨干核心網(wǎng)等。整個網(wǎng)絡(luò)通過以WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分復(fù)用）鏈路作為核心路由器的高速通道，形成高速信息傳輸平臺，將上述各子網(wǎng)互連互通，可形成一個無縫覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。8通信網(wǎng)絡(luò)舉例（3）路由器是網(wǎng)絡(luò)互連的核心設(shè)備，它負(fù)責(zé)分組（分組是由若干數(shù)據(jù)比特組成的可進(jìn)行獨(dú)立傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，其長度為幾十個字節(jié)到幾千個字節(jié)）的轉(zhuǎn)發(fā)和為各個分組選擇適當(dāng)

6、的傳輸路徑。（鐵路運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)站、集裝箱碼頭）InterfacesInterfaces9通信網(wǎng)絡(luò)舉例（4）正是由于路由器的存在，我們可以將任一用戶（用戶A）的分組，通過一個最優(yōu)的路由（用戶A路由器R13路由器R1路由器R3ATM網(wǎng)絡(luò)路由器R14用戶G）轉(zhuǎn)發(fā)給任一目的用戶（用戶G）。 （圖1.2）Interconnect( Crossbar+Scheduler)ReceiveBufferingTransmitBufferingReceiveBufferingTransmitBuffering10GLinecards 1.16111.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路（1）所謂數(shù)據(jù)傳輸鏈路是指在物理傳輸媒物理傳輸

7、媒介介（如雙絞線、同軸電纜、光纖、微波傳輸系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸電路等）上利用一定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)傳輸標(biāo)準(zhǔn)（它通常規(guī)定了電氣接口、調(diào)制解調(diào)的方式、數(shù)據(jù)編碼的方式、比特同步、幀格式和復(fù)分接的方式等）形成的傳輸規(guī)定速率（和格式）的數(shù)據(jù)比特通道。121.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路（2）數(shù)據(jù)傳輸鏈路分為兩大類：一類是用戶到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）之間的鏈路（簡稱為接入鏈路）；另一類是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（路由器或交換機(jī)）之間的鏈路（簡稱為網(wǎng)絡(luò)鏈路）。131.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路（3）接入鏈路有多種形式，如Modem（調(diào)制解調(diào)器）鏈路、xDSL鏈路、ISDN鏈路、無線鏈路（移動通信和衛(wèi)星通信鏈路）、局域網(wǎng)

8、鏈路等。例如：xDSL鏈路是通過數(shù)字技術(shù)，對PSTN端局（本地電話交換機(jī)）到用戶終端之間的線路進(jìn)行改造而成的數(shù)字用戶線DSL（Digital Subscriber Line）。DSL的前綴x表示不同的傳輸方案。例如：ADSL（Asymmetric DSL,非對稱數(shù)字用戶線）的上行速率為640 kb/s1 Mb/s，下行速率為68Mb/s; HDSL(High Speed DSL)上下行速率相同，均為768kb/s或1.5Mb/s；VDSL（Very High Speed DSL）下行速率12.96Mb/s、25Mb/s、52Mb/s，上行速率為1.614ADSL例如：DMT full rate

9、 downstream(up to 8Mbps)DMT full rate upstream(up to 640Kbps)G.lite ADSL downstream(up to 1.5Mbps)G.lite ADSL upstream (upto 512Kbps)RJ-11 Port for Connection to ADSLFour 10/100Mbps Ethernet Portsfor Connection to Computers15Cable Modem例如：The DCM-201 has amaximum downloadingspeed at 38Mbps (256 QAM)

10、and a maximum uploadingspeed at 10Mbps (16 QAM).The DCM-201 uses theReed-Solomon errorcorrection method for datapacket integrity.Downstream Modulation:64QAM,256QAMFrequency Range: 91-857MHzUpstream Modulation: QPSK, 16QAMFrequency Range: 5-42MHz16局域網(wǎng)鏈路局域網(wǎng)鏈路中最典型的是以太網(wǎng)（Ethernet）鏈路，在雙絞線上可傳輸?shù)姆逯禂?shù)據(jù)速率為10Mb/

11、s、100Mb/s、1000 Mb/s。這是在辦公室環(huán)境下，最常用的接入方式。17GPRS / CDMA鏈路高速上網(wǎng)： 支持GPRS class 8 ; 支持最高53.6Kbps的下載速度。雙頻支持： GSM雙頻（900MHz/1.8GHz）CDMA上網(wǎng)卡：數(shù)據(jù)傳輸速率最高達(dá)256Kbps，實(shí)際接入速度平均可達(dá)每秒233Kbps，網(wǎng)速是GPRS的3-4倍，撥號上網(wǎng)（56KB）的4倍，CDMA網(wǎng)絡(luò)升級到3G,無需更換設(shè)備速度更可高達(dá)1.9MBps181.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路（4）網(wǎng)絡(luò)鏈路也有多種形式，如：幀中繼、SDH、WDM等。例 如 ： SDH （ Synchronous DigitalHi

12、erachy，同步數(shù)字系列）是在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出的SONET（SynchronousOptical Network，光同步數(shù)字網(wǎng)）的基礎(chǔ)上制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它具有一套標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)等級STM-N（N=1，4，16，64），它們的傳輸速率分別為STM-1（155.520 Mb/s），STM-4（622.080Mb/s），STM-16（2 488.320 Mb/s），191.1.1 數(shù)據(jù)傳輸鏈路（5）光波分復(fù)用（WDM，Wave Length Division Multiplexing）技術(shù)是在一根光纖中能同時(shí)傳輸多個波長光信號的一種技術(shù)。在發(fā)端將不同波長的光信號組合（復(fù)用）起來。在接收端又將組合的

13、光信號分開（解復(fù)用）并送到不同的終端。目前在一根光纖上可提供的數(shù)據(jù)速率為42.5 Gb/s（第一個數(shù)字4為波長數(shù)，第二個數(shù)字2.5為每一波長上的速率，后同）、1610 Gb/s，1602.5Gb/s、12810Gb/s等，理論上可達(dá)5 Tb/s的傳輸速率。201.1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（1）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的基本功能是通過網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)（或路由設(shè)備）為運(yùn)載用戶業(yè)務(wù)的分組，選擇合適的傳輸鏈路，從而使這些分組迅速可靠地傳送到目的用戶。（一個分組經(jīng)過的所有傳輸鏈路的集合稱為一條路徑(或路由)）。在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，要傳送的基本內(nèi)容稱為消息（Message）。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，消息可有不同的含義。比如，消息

14、可以是一份電子郵件（E-mail），一份文件，一幅圖像，。211.1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（2）會話過程（Session）：BA在要進(jìn)行交互操作的場合，如：A可以發(fā)一個消息給B，B可以發(fā)一個應(yīng)答給A，雙方需要交互多次才可完成信息交換的過程，或者說，雙方需要按一定的順序交換大量的消息。我們稱這樣一個消息的序列為一個會話過程（session）221.1.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（2）數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)必須保證每一個會話過程可靠、及時(shí)、高效地完成。典型的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：分組交換網(wǎng)，電路交換網(wǎng)， ATM網(wǎng)。231分組交換網(wǎng)（1）在分組交換網(wǎng)中，將消息分成許多比較短的、格式化的數(shù)據(jù)塊稱為分組（Packet）進(jìn)行傳輸和交換。

15、每一個分組由若干比特的數(shù)據(jù)組成。每一個分組通常包括一個附加的分組頭。分組頭指明該分組的目的節(jié)點(diǎn)及其他網(wǎng)絡(luò)控制信息。在每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式來將輸入的分組送到選定的輸出鏈路上。（這種按照一定的規(guī)則（路由算法）將輸入分組送到選定的輸出鏈路上的過程稱為交換。）分組交換網(wǎng)如241分組交換網(wǎng)（2）消息A分段重裝節(jié)點(diǎn)的交換過程251分組交換網(wǎng)（2）分組交換網(wǎng)中，選擇一條合適的傳選擇一條合適的傳輸路徑輸路徑，有哪些方式？基本方式：261分組交換網(wǎng)（3）在虛電路方式中，在一個會話過程開始時(shí)，確定SD的一條邏輯通路（即實(shí)際分組傳輸時(shí)才占用物理鏈路，無分組傳輸時(shí)不占用物理鏈路。此時(shí)物理鏈路可用于其

16、他用戶分組的傳輸）。會話過程中所有的分組都沿此邏輯通道進(jìn)行。例如圖1-3（a）的SD之間為消息A建立了一條邏輯通路。每一條邏輯通路可用一個虛電路號來表示271分組交換網(wǎng)（4）BAC在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，為會話過程中的每一個分組獨(dú)立地選擇路由，也就是SD之間一次會話過程中的分組可以獨(dú)立地選擇路徑A，路徑B或路徑C或其他路徑。因而，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的分組所經(jīng)過的鏈路可能各不相同。28電路交換（或稱線路交換）是指根據(jù)用戶的呼叫請求，將輸入物理電路直接與輸出物理電路相連接的一種交換技術(shù)。電路交換機(jī)在功能上等效為一個開關(guān)矩陣，當(dāng)某一輸入電路要與某一輸出電路相連時(shí)，則將對應(yīng)的開關(guān)閉合，形成直接的通路。在電路交換網(wǎng)

17、中，在雙方通信之前，需要在雙方建立一條直接的物理通路，在通信結(jié)束后，要拆除該物理通路。在通信過程中，收發(fā)雙方獨(dú)占該道物理通路。在電路交換方式中，信息的傳輸具有很短的時(shí)延，且可以保持收發(fā)雙方嚴(yán)格的同步關(guān)系。但與分組交換相比，鏈路使用效率相對較低。2.電路交換交換網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)293ATM網(wǎng)絡(luò)（1）ATM（Asynchronous Transfer Mode）是在傳統(tǒng)電話網(wǎng)使用的電路交換以及分組交換網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種交換技術(shù)，可以較好地支持不同速率、不同種類的寬帶信息交換。 ATM = 電路交換電路交換 + 分組交換分組交換（1）atm使用信元，信元是一種固定長度分組（使用信元，信元是一種固定長

18、度分組（53B）（2）atm使用虛電路，有虛電路號等概念使用虛電路，有虛電路號等概念（3）atm可以滿足實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)要求（類似電路交換）可以滿足實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)要求（類似電路交換）303ATM網(wǎng)絡(luò)（2）它與分組交換的差別是采用一個全網(wǎng)統(tǒng)一的固定長度的分組（稱之為信元）進(jìn)行傳輸和交換。ATM網(wǎng)絡(luò)中，信元的長度為53個字節(jié)，其中5個字節(jié)為信元頭，48個字節(jié)用來運(yùn)載信息。好處：由于信元長度和格式固定，可用硬件電路對信元進(jìn)行處理，因而縮短了每一個信元的處理時(shí)間。它采用面向連接（即虛電路）方式，以提高信息傳送的實(shí)時(shí)性。ATM設(shè)計(jì)是以光纖傳輸為基礎(chǔ)，因此在傳輸鏈路上采用了非常簡單的差錯控制和流量控制等措施，提高了

19、信元313ATM網(wǎng)絡(luò)（3）UNINNINNIUNIATM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)X交換機(jī)H交換機(jī)K交換機(jī)YABATM用戶（終端）到ATM交換機(jī)（網(wǎng)絡(luò)）之間的接口稱為UNI（User-Network Interface，用戶網(wǎng)絡(luò)接口）。交換機(jī)（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）之間的接口稱為NNI（Network-Node Interface，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口）。323ATM網(wǎng)絡(luò)（4）ATM信元5首部48凈負(fù)荷GFC4VPI8VCI16PT3 1HEC8VPI12VCI16PT3 1HEC8CLPUNI接口比特NNI接口比特字節(jié)ATM的信元格式：UNI接口和NNI接口的信元格式除前12個比特格式不同外，其余格式完全相同。GFC（Gene

20、ric Flow Control）是流量控制比特。VPI/VCI用來表示信元傳遞的路徑。其中，VPI（Virtual Path Identifier）是虛通道標(biāo)識；VCI（VirtualChannel Identifier）是虛信道標(biāo)識。PT（Payload Type,負(fù)荷類型）用來區(qū)分該信元是用戶信息還是控制信息。CLP（Cell Loss Priority，信元丟失優(yōu)先級）指示信元的丟失優(yōu)先級。HEC（Header Error Control，信元頭差錯控制）提供信元頭四個字節(jié)的差錯控制，可進(jìn)行多個比特的檢錯和單個比特的糾錯。333ATM網(wǎng)絡(luò)（5）ATM網(wǎng)絡(luò)AB(8,17)(6,35)(9

21、,26)(2,55)4324132432X 1Y1 Z入端口 入（VPI,VCI）出端口 出（VPI,VCI）4 (8,17) 2 (6,35)入端口 入（VPI,VCI）出端口 出（VPI,VCI）4 (9,26) 2 (2,55)入端口 入（VPI,VCI）出端口 出（VPI,VCI）4 (6,35)3 (9,26)傳輸和交換的過程343ATM網(wǎng)絡(luò)（6）ATM信元通常是在SDH鏈路上進(jìn)行傳輸?shù)摹榱酥С植煌愋偷臉I(yè)務(wù)，ATM網(wǎng)絡(luò)向用戶提供四種類別的服務(wù)，即A類、B類、C類和D類。服務(wù)類別是根據(jù)業(yè)務(wù)的比特率是固定的還是可變的、源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)是否需要同步、以及是面向連接還是無連接來劃分的。對

22、于不同類別的業(yè)務(wù)，ATM網(wǎng)絡(luò)采用不同的適配方法（即如何將業(yè)務(wù)比特流分段，形成數(shù)據(jù)協(xié)議單元（CS-PDU），再如何將CS-PDU分成信元，最后如何有效地傳輸這些信元）。這些適配的方法稱為AAL1AAL5。353ATM網(wǎng)絡(luò)（7）AAL1支持A類：恒定比特流、收發(fā)需要定時(shí)關(guān)系、面向連接的業(yè)務(wù)。AAL2支持B類：可變比特流、收發(fā)需要定時(shí)關(guān)系且面向連接的業(yè)務(wù)（如話音和圖像等業(yè)務(wù)）。AAL3/4支持C類/D類業(yè)務(wù)，服務(wù)既可以是面向連接的也可以是無連接的，支持的業(yè)務(wù)可以是報(bào)文模式也可以是流模式。AAL5為面向連接的應(yīng)用提供更為有效的運(yùn)載措施。361.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（1）前面兩個小節(jié)，我們主要討論的是一個

23、子網(wǎng)內(nèi)的問題，這時(shí)所有的鏈路具有相同特性，采用某種數(shù)據(jù)傳輸鏈路協(xié)議和尋址方式，通過交換設(shè)備來實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)的路由選擇和信息交換。當(dāng)多個（不同傳輸和交換方式的）子網(wǎng)要互聯(lián)互通構(gòu)成一個大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要采用路由器（設(shè)備）。如圖1-5所示。371.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（2）ATM租用線子網(wǎng)BATM網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)CWLAN子網(wǎng)A局域網(wǎng)核心網(wǎng)IP/MPLS381.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（3）13輸入端口 輸入子網(wǎng) 輸出子網(wǎng) 輸出端口1 子網(wǎng)C 子網(wǎng)A 223子網(wǎng)A子網(wǎng)B子網(wǎng)B子網(wǎng)C31路由器的基本功能有兩個：一是根據(jù)路由表，將報(bào)文（datagram）發(fā)送到正確的目的地；二是維持和更新決定報(bào)文傳輸路徑的路由表。路由表中指明

24、到達(dá)目的地應(yīng)將報(bào)文送入與路由器相連的哪一個子網(wǎng)。2391.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（4）路由器工作方式是：從接收報(bào)文中提取目的地址，并確定該地址中的網(wǎng)絡(luò)號，查找路由表以獲得與該目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)相匹配的表項(xiàng)。該表項(xiàng)包括報(bào)文應(yīng)到達(dá)的下一網(wǎng)絡(luò)及到達(dá)下一網(wǎng)絡(luò)的必要信息（如對應(yīng)的路由器輸出端口）。報(bào)文被封裝在選定的輸出端口的數(shù)據(jù)幀中(采用輸出子網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式)，并由輸出端口輸出。401.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（5）為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)互連需要兩個基本條件：一是全網(wǎng)統(tǒng)一編址，二是路由算法。編址解決如何區(qū)分網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)、用戶終端等，例如，在Internet中是采用IP地址來區(qū)分路由器、服務(wù)器、用戶計(jì)算機(jī)等。路由算法解決從源到目的地之間

25、應(yīng)經(jīng)過的子網(wǎng)、路由器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等。例如，可以采用從源到目的地經(jīng)過的路由器最少的原則來選擇一條路由。411.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（6）路由器區(qū)別于交換機(jī)的關(guān)鍵特征是它可連接使用不同物理傳輸媒介、具有不同傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路。在一個典型的網(wǎng)絡(luò)中，通常會有一種以上的局域網(wǎng)（LAN）和廣域網(wǎng)（WAN）技術(shù)，而每個子網(wǎng)都有獨(dú)立的數(shù)據(jù)鏈路傳輸協(xié)議和尋址方式。接入網(wǎng)傳輸網(wǎng)接入網(wǎng)1.1.3 網(wǎng)絡(luò)的互連（網(wǎng)絡(luò)的互連（7）接入網(wǎng) 傳輸網(wǎng)(核心網(wǎng)）31.2 協(xié)議體系及分層的概念1.2.0 通信協(xié)議的重要性1.2.1 分層的概念1.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)1.2.3 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)1.2.4 混合的分層協(xié)

26、議體系4通信協(xié)議（1）給定傳輸鏈路，可否進(jìn)行有效的通信？步驟一：線路要接通（撥號、專線/熱線）通信協(xié)議步驟二：雙方有交換信息的設(shè)備，并且愿意通信步驟三：互相要確認(rèn)對方的身份步驟四：雙方要有互懂的語言步驟五：雙方要有交流的規(guī)則步驟六：雙方要有合適的結(jié)束通信的方式7通信協(xié)議（4） 不難看出，如此往復(fù)下去將引起無窮多次信息的交換，也不可能使雙方同時(shí)進(jìn)入進(jìn)攻的狀態(tài)。這個問題出現(xiàn)的關(guān)鍵是：每一方很難相信自己是正確的，它要求雙方的信息都必須嚴(yán)格正確。 如果我們把前面嚴(yán)格確認(rèn)的條件放松，即要求同時(shí)進(jìn)攻的概率很高，這樣上面的問題就可以解決。解決的方法是：如果紅軍一方要在某個時(shí)間發(fā)起進(jìn)攻，它就同時(shí)派出多個信使，

27、并確信對方會以很大的概率獲得該信息，而對方確信請求進(jìn)攻方會發(fā)起進(jìn)攻。這樣雙方取勝的可能性很大。8通信協(xié)議（5）上述例子說明了通信協(xié)議（規(guī)則）的重要性，不同的通信功能需要不同的通信協(xié)議，如IEEE 802.3， IP，TCP， HTTP, 。一個完整的通信系統(tǒng)需要一組通信協(xié)議。通信協(xié)議通?？赏ㄟ^完善的協(xié)議體系來描述。91.2.1 分層的概念（1）通信網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議可按照分層的概念來設(shè)計(jì)。分層概念的基礎(chǔ)是“模塊”的概念。例如：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一個模塊就是一個過程或一臺設(shè)備，它完成一個給定的功能；若干個模塊組成一個完整的系統(tǒng)功能。模塊提供的功能通常稱之為“服務(wù)”。101.2.1 分層的概念（2）采用模塊

28、概念的好處是：設(shè)計(jì)簡單、可懂性好、標(biāo)準(zhǔn)化、互換性好，有大量現(xiàn)存的模塊可以利用。對于模塊設(shè)計(jì)人員，要關(guān)心該模塊內(nèi)部的細(xì)節(jié)和模塊的操作。而對于模塊使用人員，把模塊當(dāng)作一個黑盒子，只關(guān)心該模塊的輸入、輸出以及輸入輸出的功能關(guān)系，而不關(guān)心模塊內(nèi)部的工作細(xì)節(jié)。模塊可以嵌套組成更大的模塊。低層黑盒子黑盒子 高層模塊111.2.1 分層的概念（3）例如：一個高層的模塊由低層模塊加上一些簡單模塊組成。簡單模塊黑盒子黑盒子簡單模塊低層黑盒子121.2.1 分層的概念（4）低層對等過程低層對等過程模塊H模塊H模塊L模塊L低層黑盒子低層黑盒子通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的分層可以看成由一套模塊組成的體系結(jié)構(gòu)，除了最低層

29、由物理通信鏈路組成以外，每一個高層模塊是由低層黑盒子通信系統(tǒng)加一組簡單的模塊組成 。131.2.1 分層的概念（5）對等模塊：由于信息的交換必須在雙方進(jìn)行，通信的雙方必須有相同（或相應(yīng)）的功能塊才能完成給定的功能，因此在（peer）模塊或?qū)Φ冗^程。如圖1-8中的模塊H和H，模塊L和L都是對等模塊。在該圖中，低層模塊（通信系統(tǒng)黑盒子）本身由更低層的對等模塊和更低層的通信系統(tǒng)黑盒子組成。高層黑盒子通信系統(tǒng)對等過程低層黑盒子通信系統(tǒng)低層對等過程模塊H模塊L模塊H模塊L14nn1.2.1 分層的概念（5）n-1假設(shè)我們討論的是第n層，那么一個節(jié)點(diǎn)中第n層對等模塊與對方節(jié)點(diǎn)中第n層對等模塊通過第n-1層

30、進(jìn)行通信時(shí)，有兩個非常重要的方面。第一方面是：需要有一個分布式算法（）來供兩個對等層相互交換消息，以便為高層提供所需的功能和業(yè)務(wù)。第二方面是第n層和第n-1層之間的接口（API），該接口對于實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化非常重要。151.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）將協(xié)議體系結(jié)構(gòu)模型分為七個層次：應(yīng)用層、表示層、會話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，并將它作為開發(fā)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的框架。該模型被稱為開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型，如圖1-9所示。161.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（2）第一層：物理層（physicallayer）。在由物理通信信道連接的任一對節(jié)點(diǎn)之間，提供

31、一個傳送比特流（比特序列）的虛擬比特管道。在發(fā)端它將從高層接收的比特流變成適合于物理信道傳輸?shù)男盘枺谑斩嗽賹⒃撔盘柣謴?fù)成所傳輸?shù)谋忍亓?。物理信道包括：雙絞線、同軸電纜、光纜、無線電信道等。171.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（3）第二層：數(shù)據(jù)鏈路層（datalink layer）。物理層提供的僅僅是原始的數(shù)字比特流傳送服務(wù)，它并不進(jìn)行差錯保護(hù)。而數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)塊（幀）的傳送，并進(jìn)行必要的同步控制、差錯控制和流量控制。由于有了第二層的服務(wù)，它的上層可以認(rèn)為鏈路上的傳輸是無差錯的。1.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（4）第三層：網(wǎng)絡(luò)層（network layer）網(wǎng)絡(luò)層的基本功能是把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)

32、點(diǎn)和數(shù)據(jù)鏈路有效地組織起來，為終端系統(tǒng)提供透明的傳輸通路（路徑）。網(wǎng)絡(luò)層通常分為兩個子層：網(wǎng)內(nèi)子層和網(wǎng)際子層。網(wǎng)內(nèi)子層解決子網(wǎng)內(nèi)分組的路由、尋址和傳輸問題；網(wǎng)際子層解決分組跨越不同子網(wǎng)的路由選擇、尋址和傳輸問題。它還包括不同子網(wǎng)之間速率匹配、流量控制、不同長度分組的適配、連接的建立、保持和終止等問題。18191.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（5）第四層：運(yùn)輸層（transportlayer）。運(yùn)輸層可以看成是用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的“聯(lián)絡(luò)員”。它利用低三層所提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)向高層提供可靠的端到端的透明數(shù)據(jù)傳送。它根據(jù)發(fā)端和終端的地址定義一個跨過多個網(wǎng)絡(luò)的邏輯連接（而不是第三層所處理的物理連接），并完成端

33、到端（而不是第二層所處理的一段數(shù)據(jù)鏈路）的差錯糾正和流量控制功能。它使得兩個終端系統(tǒng)之間傳送的數(shù)據(jù)單元無差錯，無丟失或重復(fù)，無201.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（6）第五層：會話層（sessionlayer）。會話層負(fù)責(zé)控制兩個系統(tǒng)的表示層（第六層）實(shí)體之間的對話。它的基本功能是向兩個表示層實(shí)體提供建立和使用連接的方法，而這種表示層之間的連接就叫做“會話”（session）。211.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（7）第六層：表示層（presentationlayer）。表示層負(fù)責(zé)定義信息的表示方法，并向應(yīng)用程序和終端處理程序提供一系列的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)，以使兩個系統(tǒng)用共同的語言來進(jìn)行通信。表示層

34、的典型服務(wù)有：數(shù)據(jù)翻譯（信息編碼、加密和字符集的翻譯），格式化（數(shù)據(jù)格式的修改及文本壓縮）和語法選擇（語法的定義及不同語言之間的翻譯）等。221.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（8）第七層：應(yīng)用層（application layer）。應(yīng)用層是最高的一層，直接向用戶（即應(yīng)用進(jìn)程AP）提供服務(wù)，它為用戶進(jìn)入OSI環(huán)境提供了一個窗口。應(yīng)用層包含了管理功能，同時(shí)也提供一些公共的應(yīng)用程序，如文件傳送，作業(yè)傳送和控制，事務(wù)處理，網(wǎng)絡(luò)管理。231.2.2 OSI協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（9）高層功能低層功能241.2.3 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（1）TCP/IP （ Transmission Control Pr

35、otocol/InternetProtocol ） 協(xié) 議 族 是 美 國 國 防部 遠(yuǎn) 景 研 究 規(guī) 劃 局（ DARPA ） 所 資 助 的 實(shí) 驗(yàn) 性 分 組 交 換 網(wǎng) 絡(luò)ARPARNET上研究開發(fā)成功的。TCP/IP協(xié)議族的通信任務(wù)組織成五個相對獨(dú)立的層次：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、互連網(wǎng)層、網(wǎng)絡(luò)接入層、物理層。（它沒有OSI七層模型中的表示層和會話層，一般這兩層的功能并入應(yīng)用層）。TCP/IP協(xié)議族重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層、運(yùn)輸層和互連網(wǎng)層，而對網(wǎng)絡(luò)接入層只要求能夠使用某種協(xié)議來傳送互連網(wǎng)層的分組。251.2.3 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（2）FTP,SMTP,TELNET,HTTP,網(wǎng)絡(luò)接入層的

36、主要功能是解決與硬件相關(guān)的功能，向互連網(wǎng)層提供標(biāo)準(zhǔn)接口。從網(wǎng)絡(luò)的角度來講，它是解決在一個網(wǎng)絡(luò)中兩個端系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)的問題，以及一個端系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）和它連接的網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換。261.2.3 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（3）FTP,SMTP,TELNET,HTTP,如果兩臺設(shè)備連在兩個不同的網(wǎng)絡(luò)上，要使數(shù)據(jù)穿過多個互連的網(wǎng)絡(luò)正確地傳輸，這是互連網(wǎng)層（網(wǎng)際層）要完成的功能。該層采用的協(xié)議稱為互連網(wǎng)協(xié)議（IP），它提供跨越多個網(wǎng)絡(luò)的選路功能和中繼功能。IP解決了網(wǎng)絡(luò)互連問題，但它是一個不可靠的傳輸協(xié)議。在傳輸過程中可能會出現(xiàn)IP報(bào)文的錯誤、丟失和亂序等問題。271.2.3 TCP/IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)（4）FTP,SMTP,TELNET,HTTP,UDP（User Datagram Protocol）為應(yīng)用層提供無連接的盡力（Besteffort）服務(wù)，它并不保證一定傳到，也不保證按順序傳輸以及不重復(fù)TCP為應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)傳輸提供可靠連接，它是面向連接的傳輸控制協(xié)議。281.2.4 混合的分層協(xié)議體系由于現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的低層基本都是參照OSI的模型設(shè)計(jì)的，而TCP/IP協(xié)議隨著Internet的飛