现代通信网络课程总结WORD形式.doc

现代通信网络课程总结教学内容 第一专题 总论 第二专题 交换技术 第三专题 计算机通信网 第四专题 移动通信网 第五专题 卫星通信网 第一专题 总论 掌握通信网的基本概念、基本功能及其一般结构；理解通信网的网络体系结构；了解网内业务、路由选择、流量控制、多 址接入等知识。 通信网的基本概念：通信网：多个通信系统有机地结合在一起协同工作。 通信网的构成要素 硬件要素：终端节点：主要功能是信号变换、信令交换，如电话机、计算机； 传输系统：主要功能是传输信息，如双绞线、同轴电缆、光纤、微波等； 交换节点：主要功能是完成各节点信息的汇集和分配，如交换中心、集中器、连接器等； 业务节点：由连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库系统组成。 软件要素：信令、协议、标准。 通信网的一般结构 用户驻地网 用户接入网 核心网 业务节点接口 用户网络接口 标准及其制订机构 标准：由那些得到国家或国际公认的机构正式认证并采纳的法则。法定标准、事实标准。 制订标准的机构：国际标准化组织ISO、国际电信联盟ITU、因特网工程任务组IETF、国际电子技术委员会、电气和电子工程师协会、电子工业协会；美国国家标准协会；国际商用机器公司等。 协议的基本概念 协议：指两个或两个以上的实体为了开展某项活动，经过协商后达成的一致意见。协议三要素：语法：协议的数据格式；语义：包括协调和错误处理的控制信息；时序：包括同步和顺序控制。分层体系结构中的协议：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。 通信网体系模型：OSI参考模型，TCPIP参考模型路由选择 路由：通信信息穿过通信网络的有向路径。有向路径：一系列互连的链路将网络的两端节点连在一起而形成的集合。路由选择原则：正确性、简便性、健壮性；稳定性、公平性和最优化、利用率。路由选择策略：确定型路由选择算法：扩散式（完全扩散式、选择扩散式）、随机式、固定式。自适应路由选择算法：独立路由选择策略、集中路由选择策略、分布路由选择策略。 流量控制：通过控制网中的通信量，使通信网工作在允许范围内。流量控制功能：防止网络因过载而引起通信吞吐量下降和延迟增加；避免死锁；网络及用户之间的速率匹配。 控制方法：缓冲区预约方式、许可证法；停-等流量控制、滑动窗口机制。 拥塞控制：解决通信网的面或全局的问题。 多址接入：把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间通信的技术。 多址接入的分类：频分多址FDMA 时分多址TDMA 码分多址CDMA 空分多址SDMA 第二专题 交换技术 掌握电路交换、分组交换的原理；理解宽带交换技术；了解帧中继、快速分组交换技术；了解软交换技术。 交换的基本概念 交换：让网络根据用户实际的需求为其分配通信所需的网络资源，即用户有通信需求时，网络为其分配资源，通信结束后，网络再回收分配给用户的资源，让其他用户使用。 电路交换：在通信网中任意两个或多个用户终端之间建立电路暂时连接。电路的形式：频分复用中的频带；时分复用中的时隙。 交换体制：空分制；时分制。 报文交换 在用户拟发送的完整数据的前面添加一个报文头，用来指明报文的接收地址和有关控制信息，然后由交换机将其转发至目的地。特点：存储-转发（Store and Forward） 分组交换基本思想：将较长的报文分解成若干个较小的数据块，即分组；每一分组加上交换所需的呼叫控制信息以及差错控制信息；这些分组采用存储-转发方式通过交换网络进行传输；最后将数据分组递交到目的主机，并将数据分组重新组装。 技术特点： 存储转发 统计时分复用 差错控制和流量控制 第三专题 计算机通信网 了解计算机通信网的特点；理解物理层、数据链路层、网络层的基本概念以及HDLC、TCP/IP协议特点及其实现技术；理解局域网、广域网的基本概念和工作原理； 了解计算机通信网络现状与发展方向。 计算机通信网的定义：利用通信线路将地理位置分散、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系统。 计算机通信网的组成：资源子网：负责全网数据处理业务，向网上用户提供各种网络资源和网络服务；通信子网：承担全网的数据传输、转接、加工和变换 等通信信息处理功能；协议：通信的双方事先约定好的、必须遵守的规则。计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。 五层网络体系结构：应用层，运输层，网络层，数据链路层，物理层传输介质（传输媒体）：网络中连接发送方与接收方的物理通路。 无线传输介质：电磁波 传输介质 有线传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤 物理层 基本功能: 利用机械的、电气的、功能和规程特性，在数据终端设备DTE和数据电路端接设备DCE之间，实现对物理信道的建立、保持和拆除功能。接口标准：机械特性：规定DTE和DCE的接口在机械上的分界方法；电气特性：规定导线的电气连接及有关电路的特性；功能特性：规定接口的信号各自具有的特定功能；规程特性：规定使用交换的控制步骤。 数据链路层 链路：一条无源的、点到点的物理线路段，其中间没有任何其他的交换结点。 数据链路： 结合实现通信协议的软硬件以及物理链路。 数据链路层的主要功能： 链路管理 信息区分 流量控制与差错控制 寻址 帧定界 透明传输 局域网 定义：指一个局部地域范围内，将多个终端以及数据库等设 备相互连接起来，进行数据传输的计算机通信网。特征：传输距离有限；为一个单位或组织拥有；以短的距离 获取获取高数据率。 组成：硬件组成：用户工作站、网络服务器；网络适配器（又称网卡）；传输介质及附属设备。 软件组成：网络协议软件；通信软件；网络操作系统。 主要技术要素：网络拓扑结构、传输介质、介质访问控制协议。 IEEE 802.3协议 拓扑结构：总线；介质访问方式：CSMA/CD。 EUI-48地址：前三个字节：公司标识符；后三个字节：扩展标识符。 CSMA/CD协议 多点接入： 表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 载波监听： 指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算 机在发送数据，以免发生碰撞。 碰撞检测：指计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。 二进制指数类型退避算法：确定基本退避时间，一般是取为争用期2t ；定义重传次数k，k 10，即k = Min重传次数,10；从整数集合0,1,(2 k-1)中随机地取出一个数，记为r，重传所需的时延就是r倍的基本退避时间；当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。其它局域网协议 IEEE 802.5协议： 拓扑结构：环形；介质访问方式：令牌。 IEEE 802.4协议：拓扑结构：总线(物理)，环形(逻辑)；介质访问方式：令牌。 基本服务集 基本组成： 一个基站（接入点AP）； 若干个移动站（工作站）。 特点： 本BSS内所有站都可进行通信； 和本BSS以外的站通过基站通信。 分类：基础的基本服务集 独立的基本服务集 组网方式：分布式控制方式 集中式控制方式 混合控制方式 CSMA/CA协议 协议描述：用户发送数据前进行载波监听，查看媒体是否空闲；在媒体空闲后，等待一个随机时间再发送，使信号的 碰撞概率减到最小；增加确认机制，设置ACK应答帧指示碰撞的发生。 避免碰撞的措施： 规定帧间间隔IFS； 采用虚拟载波监听机制； 使用二进制指数退避算法的争用窗口机制。 帧间间隔 帧间间隔长度： 取决于该站欲发送帧的类型； 高优先级帧需等待较短的时间； 低优先级帧需等待较长的时间。 帧间间隔分类： 短帧间间隔SIFS 点协调功能帧间间隔PIFS 分布协调功能帧间间隔DIFS 扩展帧间间隔EIFS 虚拟载波监听 实现机制：源站通知：源站在发送数据帧时，将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧）填入相应字段；其他站收到持续时间通知后，调整自己的网络分配向量NAV，在这一段时间都停止发送数据。 网络分配向量：当一个站检测到正在信道中传送的MAC帧的持续时间字段时，设置自己的网络分配向量；NAV指出必须经过多少时间才能完成数据帧的这次传输，使信道转入到空闲状态，避免碰撞的可能。 争用窗口 实现机制：信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，都必须先等待一个帧间间隔；然后进入争用窗口，计算随机退避时间；站点每过一个时隙，就检测一次信道；若信道空闲，退避计时器继续倒计时；若信道忙，则冻结退避计时器，重新等待信道变为空闲并再经过一个帧间间隔后，从剩余时间开始继续倒计时。如果退避计时器减小到零，站点开始发送数据帧。二进制指数退避算法：第i次退避就在2 2+i个时隙中随机地选择一个；当时隙编号达到255时不再增加。 网络互联定义：把网络与网络连接起来；在用户之间实现跨网络的通信与操作技术。 分类：局域网与局域网、局域网与广域网、广域网与广域网。 网络互联的问题：不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制机制 不同的差错恢复方法 不同的服务 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的管理与控制方式 网络互联的方法 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层物理层中继系统： 中继器或转发器。 数据链路层中继系统： 网桥或桥接器。网络层中继系统： 路由器。网桥和路由器的混合物：桥路器。 网络层以上的中继系统： 网关。 IP地址 定义：给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围内惟一的32bit的标识符。 编码方法：分类的IP地址：最基本的编址方法，在1981年通过相应的标准协议；划分子网：对基本编址方法的改进，其标准RFC 950在1985年通过；构成超网：较新的无分类编址方法，1993年提出后很快就得到推广应用。 IP数据报的格式 分组转发算法 从IP数据报首部中提取目的IP地址D, 得出目的网络地址N; 若网络N与此路由器直接相连，则直接将数据报交付给目的站D,否则是间接交付，执行（3）；若路由表中有目的地址D的特定主机路由，则传送给所指明的下一跳路由器，否则，执行(4)；若路由表中有到达网络N的路由，则传送给路由表指明的下一跳路由器，否则，执行(5)； 若路由表中有一个默认路由，则传送给路由表中所指明的默认路由器，否则，执行(6)；报告转发分组出错。 分组转发算法从收到的分组的首部提取目的IP地址D；先用本网络的子网掩码和D逐比特相与，看是否和相应的网络地址匹配，若匹配，则将分组直接交付，否则就是间接交付，执行(3)；若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器，否则，执行(4)；对路由表中的每一行的子网掩码和D逐比特相与，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器，否则，执行(5)；若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器，否则，执行(6)；报告转发分组出错。 无分类编址 CIDR的两级编址的记法是：IP地址:=， 斜线记法（CIDR记法）：在IP地址后加上斜线/以及网络前缀所占的比特数。 CIDR地址块：由网络前缀都相同的连续的IP地址组成。 路由聚合：一个CIDR地址块可以表示很多个传统的分类地址，可以减少路由表中的项目。 最长前缀匹配：从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。 网络地址转换NAT 私有地址段（RFC 1918）：A类（1）：10.0.0.0 - 10.255.255.255 B类（16）：172.16.0.0 - 172.31.255.255 C类（256）：192.168.0.0 - 192.168.255.255 NAT路由器：在相应的路由器上安装NAT软件，它至少有一个有效的 外部全球地址IP G; 所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成IP G才能和因特网连接。转换方案：多地址NAT、端口映射NAT。 IPv6协议 IPv6的地址空间 IPv6的IP地址域为128比特。 拥有2的128次方巨大的地址空间，但实际可用数要小的多三种基本类型地址： 单播(unicast)、多播(multicast)、任播(anycast)。冒号十六进制记法： 9 每个16bit用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。 零压缩(zero compression)： 9 一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 其它记法：冒号十六进制记法结合点分十进制记法； CIDR斜线表示法。 IPv6的地址空间 类型前缀（二进制） 0000 0000 0000 001 0000 010 001 1111 1110 10 1111 1110 11 1111 1111 地址类型 保留（与IPv4兼容） 网络服务访问点NSAP地址 IPX（Novell）地址 可聚合的全球单播地址 本地链路单播地址 本地网点单播地址 多播地址 占地址空间的份额 1/256 1/128 1/128 1/8 1/1024 1/1024 1/256 从IPv4向IPv6过渡双协议栈技术：在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈：IPv4和IPv6双协议栈主机（或路由 器）既能够和IPv6的系统通信，又能够和IPv4的系统通信；双协议栈记主机(或路由器)记为IPv6/IPv4表明它具有两种IP地址。 隧道技术：在IPv6数据报进入IPv4网络时，将其封装成为IPv4数据报，整个IPv6数据报变成IPv4数据报的数据部分 然后IPv6数据报在IPv4网络的隧道中传输；当IPv4数据报离开IPv4网络时，再将数据部分(即原来的IPv6数据报) 交给主机的IPv6协议栈第四专题 移动通信网 掌握移动通信基础知识； 基本概念、系统构成、多址方式、双工方式； 覆盖方式、区群组成、信道配置。 了解几种常用蜂窝移动通信网基础知识；全球移动通信系统GSM；窄带CDMA移动通信系统；通用分组无线业务GPRS。 了解下一代无线蜂窝网即将采用的新技术。 第三代移动通信系统； 第四代移动通信系统。 移动通信的基本概念 定义：通信双方或至少一方在运动状态(或暂时静止)中进行信息传递的通信方式。 移动通信网中的多址方式 频分多址方式FDMA：Frequency Division Multiple Access 时分多址方式TDMA：Time Division Multiple Access 码分多址方式CDMA：Code Division Multiple Access 空分多址方式SDMA：Space Division Multiple Access 移动通信网中的双工方式 单工方式：通信双方在某一时刻只能处于一种工作状态，不能同时进行收发。 半双工方式：通信中有一方(基站)可以同时收发信息；另一方(移动台)则以单工方式工作。全双工方式：通信双方均可同时进行接收和发送信息。 移动通信网的覆盖方式 小容量大区制： 优点：组成简单，投资少，见效快。 缺点：频率利用率低。大容量小区制：优点：提高频率利用率，减少相互干扰，组网灵活。 缺点：成本高，控制复杂。 区群的组成 区群组成的条件：区群之间可邻接，进行无空隙无重叠地覆盖；邻接之后的区群应保证各个相邻同信道小区之间的距离相等。 区群内的小区数应满足下式：N=i 2+ij+j 2。 信道配置 配置原则：在蜂窝移动通信网中，同信道干扰问题在分区群时考虑，保证有足够的防护比； 信道分配时应对邻道干扰的问题加以考虑。 等频距分配法：按频率等间隔分配信道。 若需要M个信道，将其分为N个信道组，则每个信道组 中有M/N个信道；N个信道组的信道序列确定如下：K+jN。 信道组序号：K=1、2、3、N； 信道序号：j=0、1、2、(M/N)-1。 全球移动通信系统GSM CDMA系统 关键技术：功率控制技术、软切换技术、软容量等。 GPRS系统 新一代移动通信 IMT-2000：工作在2000MHz频段，最高速率可达到2000Kbit/s，在 2000年左右投入商用系统。 主要标准： W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。 4G关键技术：正交频分复用