现代通信网概论第一章.ppt

1 1通信网的基本概念1 2通信网的发展1 3通信网的构成要素与基本结构1 4通信网的体系结构1 5通信网络技术标准化思考题 1 1 1信息 消息和信号 什么是信息 消息 信号 1 1通信网的基本概念 信号通过消息这种传输载体把信息表现出来 比如参考消息 手机短信 北京奥运会上 不熟悉的就是新的信息 比如某一个运动员得到什么成绩等 这就是一个新的信息 其中传递的电信号就是信号 于是就得出如下概念 信息 受信者预先不知道的新内容 消息 携带信息的载体 它是信息的物质表示 即通过文字 声音 图像所表现出来的信息 信号 消息的表现形式 是运载消息的工具 比如电 光 声 电磁波等等 可以说 信息是人类生存的基本条件与基本需求信息是丰富多彩 1 1 2模拟信号和数字信号请问 什么是模拟信号 请问 什么是数字信号 图1 1模拟信号 图1 2数字信号 请问 数字信号的主要特点是什么 见教材P2 请问 模数转换主要分为哪几个步骤 取样 量化和编码 请问 通信系统中采用数字信号进行传输和处理的优点是什么 1 可以实现高质量的长距离传输 2 可以传输有限状态的数字信号 3 3 可以通过纠错编码来进一步提高抗干扰能力 同时 通过再生中继 原信号衰减 再生新的信号 来消除噪声 实现远距离高质量传输 便于对数字信息进行处理及统一化编码 实现综合业务数字化 采用复杂的非线性 长周期码序列对信号加密 安全性强 数字通信设备向着集成化 智能化 微型化 低功耗和低成本化发展 但数字通信占用带宽较大 取得同模拟通信同样质量的语音传输需占用20 64kHz带宽 1 1 3通信 通信系统 通信网请问 什么是通信 通信是指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递的一种方式 从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法 使用何种媒质 将信息从某方准确安全传送到另方 也是利用电信号或光信号的形式传送 发射或者接受语音 文字 数据 图像以及其他形式信息的活动 请问 什么是通信系统 其组成结构包括哪几个部分 通信活动中所需要的一切技术设备的总和称为通信系统 实际应用中存在各种类型的通信系统 它们在具体的功能和结构上各不相同 然而都可以抽象成图1 3所示的模型 其基本组成包括信源 发送器 信道 接收器和信宿五部分 请问 什么是信宿 其作用是什么 信宿是传输信息的归宿 其作用是将恢复原始信号转换成相应的消息 这个问题太难了吧 请问 信息传播的三大要素是什么 信息传播的三大要素是信源 信宿和信道 信源是信息的发源地 信道即传递信息带的通道 是信源和信宿之间联系的纽带 图1 3通信系统模型 请问 什么是点到点的通信模型 就是一对一的通信模型 要实现多用户间的通信 则需要一个合理的拓扑结构将多个用户有机地连接在一起 并定义标准的通信协议 以使它们能协同 这样就形成了一个通信网 请问 什么是拓扑结构 是指网络中各个站点相互连接的形式 简单的通信网如图1 4所示 交换点能完成接续交换任务 用户终端 图中以电话机为例 对应表示系统模型中的信源和信宿 还包括了发送器和接收器 终端与交换点之间的各连线对应表示通信系统模型的信道 也称为传输链路 图1 4简单的通信网 三个阶段分别是 典型的模拟通信网时代 模拟网向数字网转变的阶段 当前阶段 1 2通信网的发展 请问 通信网的发展分哪三个阶段 其主要特征和技术特点如何 1 2 1第一阶段第一阶段的主要特征是模拟化 单业务单技术 这一时期电话通信网占统治地位 电话业务也是网络运营商主要的业务和收入来源 其主要的技术特点如下 见教材P3 1 2 2第二阶段第二阶段是骨干通信网由模拟网向数字网转变的阶段 这一时期特征是 数字技术和计算机技术在网络中被广泛使用 除传统PSTN网络 PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络 外 还出现了多种不同的业务网 其主要的技术特点如下 见教材P4 注明 脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一 它通过抽样 量化和编码 把一个时间连续 取值连续的模拟信号变换成时间离散 取值离散的数字信号 然后在信道中进行传输 注明 随路信令是信令和话音在一个PCM系统中通过同一条话路传送信令的方式 目前我国采用的随路信令称为中国1号信令系统 NO 1 随路信令由线路信令和记发器信令两部分构成 基于分组交换的数据通信网技术在这一时期发展已成熟 TCP IP 网络通讯协议 X 25 X 25网络是第一个面向连接的网络 也是第一个公共数据网络 帧中继等都是在这期间出现并发展成熟的 另外 光纤技术 移动通信技术 智能网技术也是在此期间出现的 注明 分组交换实质上是在 存储 转发 基础上发展起来的技术 同时传送多个数据分组 注明 X 25协议是数据终端设备 DTE 和数据电路终接设备 DCE 之间的接口规程 X 25只是一个对公用分组交换网接口的规约 X 25网为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段 可以满足不同速率 不同型号的终端与终端 终端与计算机 计算机与计算机间的通信 实现数据库资源共享 在这一时期 形成了以PSTN为基础 Internet 移动通信网等多种业务网络交叠并存的结构 由于不同业务网所采用的技术 标准和协议各不相同 使得网络之间的资源和业务很难共享和互通 因此在20世纪80年代末 开始研究如何实现一个多业务 单技术的综合业务网 其主要的成果是N ISDN B ISDN和ATM技术 1 2 3当前阶段 见教材P4 注明 光纤是光导纤维的简写 是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具 见下图 注明 SDH是同步数字网络体系 容量较大 它是一种将复接 线路传输及交换功能融为一体 并由统一网管系统操作的综合信息传送网络的技术 ATM是异步传输模式 是国际电信联盟制定的一种标准MPLS是多协议标签交换 是一种用于快速数据包交换和路由的体系 它为网络数据流量提供了目标 路由 转发和交换等能力 通信网 概念 发展 要素 分类 功能 实现多用户间具有标准的通信协议的系统 软件 第一阶段 第二阶段 当前阶段 硬件 终端设备 传输系统 转接交互系统 网络结构 网内信令 协议 接口 技术体制 技术标准 有线业务网 移动通信网 数据通信网 传送网 GSM CDMAGPRS 3G PSTN ISDNINT VOIP PDH SDH DWDM AN X25 DDN FR IP ATM MPLS NO7 DSNTMN 信令机制 信息处理 信息传送 网络管理 支撑网 1 2 3 5 4 1 3 1 什么是交换式网络 为什么要使用交换式网络 交换式网络的作用有哪些 交换式网络有哪些常用的多址接入方式 什么是复用技术 它分为哪两类 1 3通信网的构成要素与基本结构 交换式网络 1 什么是交换式网络 交换式网络是指在网络中引入交换节点来组建的交换式网络 它是指现代通信网普遍采用了交换技术 常见的有星形 树形 网形 总线形 环形等网络 它们都可以实现用户之间的交互 2 为什么要使用交换式网络 那是因为普通的点到点的网状网络不能实现 见教材P5 交换式网络的功能 3 交互式网络中 交换节点的作用是什么 作用一 简单说是资源分配广泛 是负责用户的接入 业务量的集中 用户通信连接的创建 信道资源的分配 用户信息的转发 以及必要的网络管理与控制功能的实现 从网络拓扑结构上来看 形成了图1 6所示的星形网络结构 图1 6星形网络 树形网络如图1 7所示 树形结构可以看成是星形拓朴结构的扩展 在树形网络中 节点按层次进行连接 信息交换主要在上 下节点之间进行 树形结构也用于用户接入网和主从方式同步网中 图1 7树形网络 一般来说 实际的网络结构是网状网络和树形网络结构的组合 这是把各种结构的优点组合起来的复合电路网 实践证明 这种复合式结构有利于减小电话网的投资 作用二 在交换式网络中 用户终端至交换节点可以采用有线接入方式 也可以采用无线接入方式 可以采用点到点的接入方式 也可以采用共享介质方式 包括同轴电缆 光纤 无线路由 无线网卡等组建无线局域网 但如果是如图1 5所示的任意两个用户之间引入交换节点 组建的这种网状结构的网络 是不能实现交互功能的 其原因如下 图1 5网状网络 在传统的有线电话网中 使用有线 点到点的接入方式 即每个用户使用一条单独的双绞线接入交换节点 如果多个用户采用共享介质方式接入交换节点 则需解决多址接入的问题 4 交换式网络有哪些常用的多址接入方式 目前常用的多址接入方式有频分多址 FDMA 接入 时分多址 TDMA 接入 码分多址 CDMA 接入 随机多址接入等 作用三 提高中继线路的利用率 降低通信成本 现代通信网采用了复用技术 即将一条物理线路的全部带宽资源分成多个逻辑信道 使多个用户共享一条物理线路 注明 中继线路就是连接中继器的线路 注明 什么是物理线路 物理线路是指计算机与设备之间的物理连接线路 即实际的电线 什么是物理层 物理层是网络的硬件组成 包含服务器 客户端和线路 什么是线路 线路则表示运载消息的物理介质 服务器 客户端都可以理解为一个点 而点与点之间 通过线路建立的连接 就称为物理连接 复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道 然后恢复原机制或解除终端各信道重复利用技术的过程 可分为静态复用和动态复用 又叫统计复用 两大类 5 什么是复用技术 它分为哪两类 静态复用技术包括频分多路复用和同步时分复用 注明 频分多路复用是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道 每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术 比如电视机技术 同一条同轴电缆可以传送多个频道的电视节目 同步时分复用 STDM技术 是按照信号的路数划分时间片 每一路信号具有相同大小的时间片 时间片轮流分配给每路信号的技术 常用的方式有频分复用 时分复用 码分复用等 简单分析时分复用 统计时分复用技术 时分复用一般会造成资源的浪费 4个时隙 不同时刻数据 时分复用一般会造成资源的浪费 因此采用统计时分复用技术即可改进 3个时隙 不同时刻数据 缓冲器 1 3 2通信网的构成要素请问 一个完整的通信网包括哪两大部分 1 终端设备 终端设备是通信网最外围的设备 它将用户要发送的各种形式的信息转变为适合于相关的电信业务网传送的电磁信号与数据包等 或反之 它将从通信网中收到的电磁信号 光信号及数据包等转变为用户可识别的信息 2 传输系统 传输系统是信息传递的通道 它将用户终端设备 转接交换系统 节点 相互之间连接起来 形成网络 3 转接交换系统 转接交换系统是通信网的核心 它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集 转接接续和分配 电话网转接交换设备的基本功能是汇集 转接和分配 对于主要用于计算机通信的数据业务网 由于数据终端或计算机终端可有各种不同的速率 因此为了提高传输链路的利用率 可将流入信息流进行存储 然后再转发到所需要的链路上去 这种方式叫做存储转发方式 通信网的软件是指通信网为能很好地完成信息的传递和转接交换所必需的一整套协议和标准 包括网络结构 网内信令 协议和接口以及技术体制 技术标准等 是通信网实现电信服务和运行支撑的重要组成部分 请问 通信网的软件包括哪几部分 1 3 3通信网的分类请问一个完整的通信网应分为哪几类 一个完整的现代通信网可分为相互依存的三类 分别是 业务网 传送网 支撑网 见教材P7图1 8 图1 8通信网的分类 在我们日常的工作和生活中 经常接触和使用各种类型的通信网 例如电话网 计算机网络 Internet 国际互联网 等 不同的网络虽然在传送信息的类型 传送的方式 所提供服务的种类等方面各不相同 但是它们都实现了以下四个主要的网络功能 请问 通信网主要有什么功能 信息传送 信息处理 信令机制 网络管理 1 信息传送 这是通信网的基本任务 传送的信息主要分为三大类 用户信息 信令信息 管理信息 信息传输主要由交换节点和传输系统完成 2 信息处理 网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的 主要目的是增强通信的有效性 可靠性和安全性 信息最终的语义解释一般由终端应用来完成 3 信令机制 信令机制是指通信网上任意两个通信实体之间为实现某一通信任务进行控制信息交换的机制 例如电话网上的No 7信令 Internet上的各种路由信息协议 TCP连接建立协议等均属此范畴 4 网络管理 网络管理主要是指网络的运营管理 维护管理 资源管理 以保证网络在正常和故障情况下的服务质量 它是整个通信网中最具智能的部分 已形成的网络管理标准有 电信管理网标准TMN系列 计算机网络管理标准SNMP等 通信网的具体分类及英文注解如下 1 有线业务网 教材P7 PSTN 公共交换电话网ISDN 综合业务数字网INT 因特网又叫做国际互联网VoIP 是模拟声音讯号 Voice 数字化 以数据封包 DataPacket 的形式在IP数据网络 IPNetwork 上传递 也就是互联网电话 网络电话或者简称IP电话的意思 2 移动通信网 GSM 全球移动通讯系统CDMA 码分多址技术GPRS 通用无线分组业务 是一项高速数据处理的技术 3G 第三代移动通信技术 是支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术 3 数据通信网 X 25 X 25网络是第一个面向连接的网络 也是第一个公共数据网络 DDN 是数字数据网 是利用数字信道传输数据信号的数据传输网 它的传输媒介有光缆 数字微波 卫星信道以及用户端可用的普通电缆和双绞线 具有传输质量高 速度快 带宽利用率高的优点 FR 是帧中继之意 是一种局域网互联的WAN协议 工作在OSI参考模型的物理层和数据链路层 它为跨越多个交换机和路由器的用户设备间的信息传输提供了快速和有效的方法 帧中继是一种数据包交换技术 它可以使终端站动态共享网络介质和可用带宽 它是对原来的分组交换协议作了简化的数据传输新技术 所以又称 快速分组交换 技术 IP 网络互连协议 简称为 网协 也是计算机网络相互连接进行通信的协议 ATM 是异步传输模式网络 ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术 MPLS 是多协议标签交换 是一种快速数据包交换和路由的体系 它为网络数据流量提供了目标 路由 转发和交换等能力 4 传送网 PDH 是准同步数字系列网 是在数字通信网的每个节点上分别设置高精度的时钟 这些时钟信号都具有统一的标准速率 但仍有一些微小的差别 为了保证通信的质量 要求这些时钟的差别不能超过规定的范围 因此 这种同步方式严格来说不是真正的同步 所以称为 准同步 注意所谓的准同步哦 SDH 同步数字体系 是一种将复接 线路传输及交换功能融为一体 并由统一网管系统操作的综合信息传送网络 SONET 同步光纤网络 是使用光纤进行数字化信息通信的一个标准 OTN 是光传送网 是以波分复用技术为基础 在光层组织网络的传送网 也是下一代的骨干传送网 DWDM 是密集型光波复用 是用一根光纤组合光波波长进行传送的网络 这是一项光纤骨干网上提高带宽的激光技术 AN 是电信网 是电信部门业务节点与用户终端设备之间的实施系统 它可以部分或全部代替传统的用户本地线路网 并包括复用 交叉连接和传输功能 5 支撑网 CCSNo 7 是七号公共信道信令 是专门为数字通信网设计的一种多功能的新型公共信道信令方式 DSN 是分布式业务网络 是中国移动对电信业务和移动互联网业务提出的新一代可运营 可管理的分布式核心网体系和功能架构 主要对目前电信网和Internet在业务和运营上所面临的一些挑战 吸取电信网可运营 可管理的特性和Internet在业务上的快速 灵活 低成本 可扩展的特性 采用新技术来驱动对网络架构的发展 TMN 是电信管理网 是采用商定的具有标准协议和信息的接口进行管理信息交换的体系结构 是支撑电信网和电信业务的规划 配置 安装 操作及组织的网络 1 请问业务网的主要功能是什么 业务网负责向用户提供各种通信业务 如基本语音 数据 多媒体 VPN等 采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互连在一起就形成了不同类型的业务网 构成一个业务网的主要技术要素有以下几方面的内容 网络拓扑结构 交换节点技术 编号计划 信令技术 路由选择 业务类型 计费方式 服务性能保证机制等 其中 交换节点技术是构成业务网的核心要素 目前主要的业务网有 公共电话网 公共移动电话网 智能网 分组交换网 帧中继网 数字数据网 计算机局域网 Internet互联网 ATM网等 2 请问传送网的主要功能是什么 传送网是随着光传输技术的发展 在传统传输系统的基础上引入管理和交换智能后形成的 传送网独立于具体业务网 负责按需为交换节点和业务节点之间的互连分配电路 在这些节点之间提供信息的透明传输通道 它还包含相应的管理功能 如电路调度 网络性能监视 故障切换等 构成传送网的主要技术要素有传输介质 复用体制 传送网节点技术等 3 请问支撑网的主要功能有哪些 支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令 同步 网络管理 业务管理 运营管理等功能 以提供用户满意的服务质量 支撑网包含以下三部分 1 同步网 它处于数字通信网的最底层 负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输设备之间信号的时钟同步 帧同步以及全网的网同步 保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收和发送 2 信令网 对于采用公共信道信令体制的通信网 存在一个逻辑上独立于业务网的信令网 它负责在网络节点之间传送业务相关或无关的控制信息流 3 管理网 管理网的主要目标是通过实时和近实时来监视业务网的运行情况 并相应地采取各种控制和管理手段 以达到在各种情况下充分利用网络资源 保证通信的服务质量 另外 从网络的物理位置分布来划分 通信网还可以分成用户驻地网CPN 接入网和核心网三部分 其中用户驻地网是业务网在用户端的自然延伸 接入网也可以看成传送网在核心网之外的延伸 而核心网则包含业务 传送 支撑等网络功能要素 1 4 1网络分层的概念1 为什么要进行网络分层 1 4通信网的体系结构 1 可以降低网络设计的复杂性 网络功能越来越复杂 在单一模块中实现全部功能过于复杂 也不可能 2 能方便地实现异构网络设备间的互连互通 用户可以根据自己的需要决定采用哪个层次的设备实现相应层次的互连 例如终端用户关心的往往是在应用层的互连 网络服务商关心的则是在网络层的互连 它们使用的互连设施必然有所不同 3 可以增强网络的升级性 层次之间的独立性和良好的接口设计 使得下层设施的更新升级不会对上层业务产生影响 提高了整个网络的稳定性和灵活性 4 促进了竞争和设备制造商的分工 分层思想的精髓要开放 任何制造商的产品只要遵循接口标准设计 就可以在网上运行 这打破了以往专用设备的易于形成垄断性的缺点 注意 不同的网络中 层次的数目 每一层的命名和实现的功能各不相同 但其分层设计的指导思想却完全相同 即每一层的设计目的都是为其上一层提供某种服务 同时对上层屏蔽其所提供的服务的实现细节 2 协议 什么是协议 简单说 协议就是一种相互约束的规定 规则 通常说的IP地址就是每一台电脑的名字 它是由网络运营商分配的 就像手机号码 车牌号 电话号码一样 具体说 在分层体系结构中 协议是指位于一个系统上的第N层与另一个系统上的第N层通信时所使用的规则和约定的集合 通信协议应该包括哪些内容 即通信协议的三要素 语法 协议的数据格式 语法就是格式 语义就是功能 时序就是先后顺序 2 语义 包括协调和错误处理的控制信息 3 时序 包括同步和顺序控制 网络体系结构 网络体系结构常用的有两种模型 即 OSI七层参考模型 TCP IP模型 INT定义的 OSI参考模型 OpenSystemInterconnect开放系统互连参考模型OSI参考模型是由ISO 国际标准化组织 定义的 网络世界的法律 OSI参考模型 面向用户应用 面向数据传输 OSI模型每层都有自己的功能集层与层之间相互独立又相互依靠上层依赖于下层 下层为上层提供服务 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 Internet层 网络接口层 OSI参考模型 TCP IP模型 图1 9层 协议 接口示意 QQ用户1 转换为IP层协议语言 QQ用户2 翻译IP层协议语言 图1 9描述了一个五层结构的网络 其工作过程可总结为几句话 上层指挥下层不能跨层指挥下层服务上层不能跨层服务对等层级别相同每层具有自己的协议 就像平时的工作岗位一样 注意 在一个系统中 每一层都对应自己的一个协议 这些协议就构成一个协议链的组合 这个组合简称为协议栈 什么是协议栈 简单说就是一组协议有序的排列组合 3 对等层间的通信图1 10描述了在一个五层结构的网络中 对等层间的逻辑通信是如何进行的 以及在这一过程中信息的打包和解包过程 图1 10对等层间逻辑通信的信息流 定界标志 控制信息 标识信息 控制信息 源端 分组 分组 目的端 见教材P10 就是压缩和解压缩的过程 在源端 消息自上而下传递 并逐层打包 图1 10中 消息M由运行在第五层的一个应用进程产生 该应用进程将M交给第四层传输 第四层将H4字段加到M的前面以标识该消息 然后将结果传到第三层 H4字段包含相应的控制信息 例如消息序号 假如底层不能保证消息传递的有序性 目的地主机的第四层利用该字段的内容 仍可按顺序将消息传到上层 由于数据的传输是有方向性的 因此协议必须规定从源端到目的端之间一个连接的工作方式 此种工作方式按其方向性可分为如下三种 1 单工通信 数据只能单向传输 2 半双工通信 数据可以双向传输 但两个方向不能同时进行 只能交替传输 3 全双工通信 数据可以同时双向传输 1 4 2分层结构中的接口和服务1 实体与服务访问点 SAP 所谓实体 Entity 是指每一层中任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 第N层实体通常由两部分组成 相邻层间的接口和第N层通信协议 层间接口则由原语集合和相应的参数集共同定义 它是第N层通信功能的执行体 实体可以是一个软件实体 也可以是一个硬件实体 位于不同系统的同一层中的实体叫做对等层实体 第N层实体负责实现第N 1层要使用的服务 在这种模式中 第N层是服务提供者 而第N 1层则是服务的用户 服务只在服务访问点 SAP 处有效 也就是说 第N 1层必须通过第N层的SAP来使用第N层提供的服务 第N层可以有多个SAP 每个SAP必须有惟一的地址来标识它 第N层提供的服务则由用户或其他实体可以使用的一个原语集合详细描述 注意 OSI定义了如下四种原语类型 1 请求原语 Request 2 指示原语 Indication 3 响应原语 Response 4 证实原语 Confirm 2 相邻层间的接口关系相邻层间为了进行信息交换 必须对它们之间的接口规则达成一致 如图1 11所示 第N 1层实体通过SAP 服务访问点 将IDU 接口数据单元 传给第N层实体 其传输过程 见教材P11 SAP ServiceAccessPointIDU InterfaceDataUnitSDU ServiceDataUnitPDU ProtocolDataUnitICI InterfaceControlInformation图1 11相邻层间的接口关系 下层为其上层提供的服务可以分为以下两种类型 1 面向连接的服务 Connection oriented 服务者首先建立连接 然后使用该连接传输服务信息 服务使用完毕 释放连接 该类服务需要用到全部四类原语 常称为可靠连接 比如打电话 2 无连接的服务 Connectionless 使用服务前 无需先建立连接 但每个分组必须携带全局目的地地址 并且每个分组之间完全独立地在网上进行选路发送 该类服务只使用请求 指示两类原语 比如发QQ 发短信 发邮件 不可靠连接 不可靠 可靠 面向连接 无连接 1 4 3OSI和TCP IP目前 在通信领域影响最大的分层体系结构有两个 即TCP IP协议族和OSI参考模型 它们已成为设计可互操作的通信标准的基础 TCP IP体系结构以网络互连为基础 提供了一个建立不同计算机网络间通信的标准框架 目前几乎所有的计算机设备和操作系统都支持该体系结构 它已经成为通信网的工业标准 OSI则是一个标准化了的体系结构 常被用来描述通信功能 但实际中很少实施 它首先提出的分层结构 接口和服务分离的思想 已成为网络系统设计的基本指导原则 通信领域通常采用OSI的标准术语来描述系统的通信功能 1 OSI参考模型OSI OpenSystemInterconnection 开放系统互连 参考模型是ISO在1977年提出的开发网络互连协议的标准框架 这里 开放 的含义是指任何两个遵守OSI标准的系统均可进行互连 如图1 12所示 OSI参考模型分为七层 其中一至三层一般称为通信子网 它只负责在网上任意两个节点之间传送信息 而不负责解释信息的具体语义 五至七层称为资源子网 它们负责进行信息的处理 信息的语义解释等 第四层为运输层 它是下三层与上三层之间的隔离层 负责解决高层应用需求与下三层通信子网提供的服务之间的不匹配问题 例如通信子网不能提供可靠的传输服务 而当应用层又有需要时 运输层必须负责提供该机制 反之如果通信子网功能强大 运输层作用则变弱 下面是各层的具体功能 图1 12OSI和TCP IP协议分层结构 1 应用层 为用户提供到OSI环境的接入和分布式信息服务 2 表示层 将应用进程与不同的数据表示方法独立开来 3 会话层 为应用间的通信提供控制结构 包括建立 管理 终止应用之间的会话 4 运输层 为两个端点之间提供可靠 透明的数据传输 以及端到端的差错恢复和流量控制能力 5 网络层 使高层与连接建立所使用的数据传输和交换技术独立开来 并负责建立 保持 终止一个连接 6 数据链路层 发送带有必需的同步 差错控制和流量控制信息的数据块 帧 保证物理链路上数据传输的可靠性 7 物理层 负责物理介质上无结构的比特流传输 定义接入物理介质的机械的 电气的 功能的特性 数据封装及解封装的过程 Hello Hello Hello 高层数据 Hello TCP UDP头 Hello TCP UDP头 IP包头 Hello TCP UDP头 IP包头 LLC子层 LLC子层 MAC子层 MAC子层 数据封装过程 解封装刚好相反 OSI的目标是用这一模型取代各种不同的互连通信协议 不过以OSI为背景虽已经开发了很多协议 但七层模型实际上并未被接受 相反 TCP IP却成为通信网络的工业标准 其中一个原因是OSI过于复杂 它用七层实现的功能 TCP IP用很少的层就实现了 另外一个原因是 当市场迫切需要异构网络的互连技术 异构网络是一种类型的网络 其是由不同制造商生产的计算机 网络设备和系统组成的 大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用 互联网可以由多个异构网络互联组成 时 只有TCP IP是经过了实际网络检验的成熟技术 2 TCP IP协议体系结构TCP IP是美国国防部高级研究计划署 DARPA 资助的ARPANet实验项目的研究成果之一 开始于20世纪60年代的ARPANet项目主要目的就是要研究不同计算机之间的互连性 但项目开始进展得并不顺利 直到1974年 V Cerf与R Kahn联手重写了TCP IP协议 并最终成为了Internet的基础 TCP IP与OSI模型不同 并没有什么组织为TCP IP协议族定义一个正式的分层模型 然而根据分层体系结构的概念 TCP IP可以被很自然地组织成相关联的五个独立层次 如图1 12所示 下面是各层的具体功能 1 应用层 包含支持不同用户应用的应用逻辑 每一种不同的应用层需要一个与之相对应的独立模块来支持 2 运输层 为应用层提供可靠的数据传输机制 对每一个应用 运输层保证所有的数据都能到达目的地应用 并且保证数据按照其发送时的顺序到达 3 IP层 该层用于在不同网络之间IP分组的转发和路由的选择 其中使用IP协议执行转发 使用RIP OSPF BGP等协议来发现和维护路由 人们习惯上将该层简称为IP层 4 网络接入层 定义了将数据组成正确帧的规程和在网络中传输帧的规程 帧是指一串数据 它是数据在网络中传输的单位 5 物理层 定义数据传输设备与物理介质或它所连接的网络之间的物理接口 可以说 Internet今天的成功主要归功于TCP IP协议的简单性和开放性 从技术上看 TCP IP的主要贡献在于 明确了异构网络之间应基于网络层实现互连的思想 IP地址是独一无二的 实践中可以看到 一个独立于任何物理网络的逻辑网络层的存在 使得上层应用与物理网络分离开来 网络层在解决互连问题时无需考虑应用问题 而应用层也无需考虑与计算机相连的具体物理网络是什么 从而使得网络的互连和扩展变得容易了 1 5 1ITUITU InternationalTelecommunicationUnion 国际电信联盟 成立于1932年 1947年成为联合国的一个专门机构 是由各国政府的电信管理机构组成的 目前会员国约有170多个 总部设在瑞士日内瓦 1 5通信网络技术标准化 原则上 ITU只负责为国际间的通信制定标准 提出建议 但实际上相关的国际标准通常都适用于国内网 为适应现代电信网的发展 1993年ITU机构进行了重组 目前常设机构有 1 ITU T 电信标准化部门 其前身是国际电报电话咨询委员会 CCITT 负责研究通信技术准则 业务 资费 网络体系结构等 并发表相应的建议书 2 ITU R 无线电通信部门 研究无线通信的技术标准 业务等 同时也负责登记 公布 调整会员国使用的无线频率 并发表相应的建议书 3 ITU D 电信发展部门 负责组织和协调技术合作及援助活动 以促进电信技术在全球的发展 在上述三个部门中 ITU T主要负责电信标准的研究和制定 是最为活跃的部门 其具体的标准化工作由ITU T相应的研究组SG StudyGroup 来完成 ITU T主要由13个研究组组成 每组有自己特定的研究领域 4年为一个研究周期 为适应新技术的发展和电信市场竟争的需要 目前 ITU T的标准化过程已大大加快 从以前的平均4 10年形成一个标准 缩短到9 12个月 ITU T制定并被广泛使用的著名标准有 局间公共信道信令标准SS7 综合业务数字网标准ISDN 电信管理网标准TMN 光传输体制标准SDH 多媒体通信标准H 323系列等 1 5 2ISO 理解为国务院 ISO InternationalOrganizationforStandardization 是一个专门的国际标准化组织 正式成立于1947年 它的总部设在瑞士日内瓦 是联合国的甲级咨询组织 并和100多个国家标准化组织及国际组织就标准化问题进行合作 它是国际电工委员会 IEC 的姐妹组织 ISO的宗旨是 促进国际间的相互合作和工业标准的统一