现代通信系统复习

1、现代通信系统现代通信系统(MODERN COMMUNICATION SYSTEM)雒江涛(Luo Jiangtao)重庆邮电大学研究生课程：第一章：Part C课程提纲第一章第一章 现代通信系统体系架构现代通信系统体系架构第二章 接入层网络系统第三章 汇聚与承载层网络系统第四章 现代通信系统规约与协议第五章 网络支撑系统2Chap1：内容提要1.1 通信、通信网络的发展(！)1.2 图、排队论与网络1.3 通信网络的拓扑结构及特征1.4 网络资源及相互关系（！）1.5 通信网络基本结构（！）1.6 通信系统主要性能指标1.7 容易混淆的概念3参考书：1 Computer NetworksA.

2、S. Tanenbaum或中译本计算机网络2 Data Communications and Networking，B. A. Forouzan1.8 开放系统互连参考模型4标准组织：总揽标准组织：总揽标准制定组织标准制定组织ISOITU-TIEEEANSIETSICCSA论坛论坛IETF3GPP3GPP2OMA其他其他1.8 开放系统互连参考模型5标准组织：标准组织：ISOISO国际标准化组织国际标准化组织International Standards Organization或或International Organization for Standardization成立于成立于1947

3、年，总部在瑞士日内瓦年，总部在瑞士日内瓦负责多个领域的标准化负责多个领域的标准化电信领域：著名的电信领域：著名的OSI参考模型参考模型ISO9001国际质量管理体系国际质量管理体系1.8 开放系统互连参考模型6标准组织：标准组织：ITU-TITU-T国际电信联盟国际电信联盟-电信标准化局电信标准化局ITU Telecommunication Standardization SectorITU-T是是ITU（国际电信联盟）的一个部门，（国际电信联盟）的一个部门，ITU是联合是联合国的一个下属机构国的一个下属机构前身为成立于前身为成立于1960年的年的CCITT（国际电报电话咨询（国际电报电话咨询

4、委员委员会：会：International Telegraph and Telephone Consultative Committee）1993年更名为年更名为ITU-T，总部在瑞士日内瓦，总部在瑞士日内瓦负责专门制定远程通信相关负责专门制定远程通信相关国际标准国际标准著名的标准：著名的标准：七号信令七号信令Q系列；系列；语音编码：语音编码：G.7XX系列，如系列，如G.711、G.729等等视频编码：视频编码：H系列，如系列，如H.263、H.264等等电话网的数据业务：电话网的数据业务：V系列等系列等赵厚麟1998、2002连任ITU-T局长；2010年起任ITU副秘书长1.8 开放系统

5、互连参考模型7标准组织：标准组织：IEEEIEEE电气电子工程师电气电子工程师学会学会Institute ofElectrical andElectronicsEngineers发音：发音：“i triple e”ai tripl i:IEEE定位在定位在“科学和教育，并直接面向电子电气工程、科学和教育，并直接面向电子电气工程、通讯、计算机工程、计算机科学理论和原理研究的组织，通讯、计算机工程、计算机科学理论和原理研究的组织，以及相关工程分支的艺术和科学以及相关工程分支的艺术和科学”。出版全世界出版全世界电子和电气还有计算机科学领域电子和电气还有计算机科学领域30%的文献，的文献，另外它还制定

6、了超过另外它还制定了超过900个现行工业标准个现行工业标准。成立成立于于1963年年1月月1日，总部在纽约日，总部在纽约著名的标准：著名的标准：802.x系列系列会员会员member：student , member, senior, fellow电气电子工程师学会总部在纽约3 Park Avenue的第17层1.8 开放系统互连参考模型8标准组织：标准组织：ANSIANSI美国国家标准协会美国国家标准协会American National Standards Institute负责制定美国国家标准的非营利负责制定美国国家标准的非营利组织，是代表美国组织，是代表美国在在ISO和和ITU-T的成

7、员。的成员。成立于成立于1918年年10月月19日，最初名称为美国工程日，最初名称为美国工程标准委员会，标准委员会，1928年改为现年改为现名。名。著名的标准：著名的标准：ANSI CANSI ASCII （American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换，美国信息交换标准代码）标准代码）；1.8 开放系统互连参考模型9标准组织：标准组织：ETSIETSI欧洲电信标准化欧洲电信标准化协会协会European Telecommunications Standards InstituteETSI的标准化领域主要是电信业，并涉及与的标

8、准化领域主要是电信业，并涉及与其他组织合作的信息及广播技术领域。制定其他组织合作的信息及广播技术领域。制定的推荐性标准常的推荐性标准常被欧盟作为被欧盟作为欧洲法规的技术欧洲法规的技术基础而采用并被要求执行基础而采用并被要求执行1988年成立，年成立，总部设在法国南部的尼斯。总部设在法国南部的尼斯。著名的标准：著名的标准：GSM1.8 开放系统互连参考模型10标准组织：标准组织：CCSACCSA中国通信标准化协会中国通信标准化协会China Communications Standards Association由中国的企业和事业单位组成的，开展通信技术领由中国的企业和事业单位组成的，开展通信技

9、术领域标准化活动的非营利性法人社会团体域标准化活动的非营利性法人社会团体。该。该协会代协会代表中国参加表中国参加ITU、3GPP等等通讯行业和标准化的国通讯行业和标准化的国际组织，并在国内出版际组织，并在国内出版通信标准工作指南通信标准工作指南、通信技术与标准通信技术与标准等通信标准相关的出版物。等通信标准相关的出版物。成立成立于于2002年年12月月18日日，著名的标准：著名的标准：国家标准（国家标准（GB）通信通信行业标准（行业标准（YD）1.8 开放系统互连参考模型11标准组织：标准组织：IETFIETF互联网工程任务互联网工程任务组组Internet Engineering Task

10、Force全球全球互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定，当前绝是负责互联网相关技术规范的研发和制定，当前绝大多数国际互联网技术标准出自大多数国际互联网技术标准出自IETF成立于成立于成立于成立于1985年底年底标准：标准：Internet Draft（互联网草案）（互联网草案）RFC：免费下载：免费下载： /html/著名的标准：著名的标准：互联网协议（互联网协议（RFC 791）TCP协议（协议（RFC 793）自有下载 RFCs1.8 开放系统互连参考模型12标准组织：标

11、准组织：3GPP3GPP第三代合作伙伴第三代合作伙伴计划计划3rd Generation Partnership Project3GPP成立的成立的目标是在目标是在ITU的的IMT-2000计划范围计划范围内制订和实现全球性的（第三代）移动电话系统规内制订和实现全球性的（第三代）移动电话系统规范范。包含对。包含对GSM演进，以及演进，以及4G（LTE，LTE-Ad）标准制定。标准制定。成立成立于于1998年年12月，欧洲的月，欧洲的ETSI、日本的、日本的ARIB和和TTC、中国的、中国的CCSA、韩国的、韩国的TTA和北美洲的和北美洲的ATIS是是3GPP的成员的成员著名的标准：著名的标准：

12、3GPP TS XX.xyz，比如，比如36.300是是EUTRAN的总体介绍的总体介绍全免费下载：全免费下载：./specification-numbering1.8 开放系统互连参考模型13标准组织：标准组织：3GPP23GPP2第三代合作伙伴计划第三代合作伙伴计划3rd Generation Partnership Project 23GPP2致力于致力于使使ITU的的 IMT-2000计划中的计划中的（3G）移动电话系统规范在全球的发展）移动电话系统规范在全球的发展。演进路径是演进路径是从从2G的的CDMA One 或者或者IS-95发展发展而来的而

13、来的CDMA2000标准体系的标准化机构标准体系的标准化机构成立成立于于1998年年12月，成员包括：月，成员包括：TIA（北美）、（北美）、中国通信标准化协会（中国）、中国通信标准化协会（中国）、ARIB/TTC（日本）（日本）和和 TTA（韩国）（韩国）著名的标准：著名的标准：CDMA2000系列标准：系列标准：免费下载：免费下载： /Public_html/specs/index.cfm1.8 开放系统互连参考模型14标准组织：标准组织：OMAOMA开发移动联盟开发移动联盟Open Mobile Alliance各个国家、运营商和移动终端中提供具互操

14、作性服各个国家、运营商和移动终端中提供具互操作性服务务引擎引擎前身为成立于前身为成立于1997年的年的WAP论坛，论坛，2002年年6月月合并成立合并成立OMA著名的标准：著名的标准：WAP协议簇：协议簇：wap、MMS、DRM（数字版权管理）（数字版权管理）标准免费下载：标准免费下载：/Technical/current_releases.aspx1.8 开放系统互连参考模型15标准组织：标准组织：Questions？OSI模型模型802.3LTEWAP手机上手机上网网中国电信中国电信3G网络网络国际标准国际标准HT

15、TP协议协议Q.700 七号信七号信令令1.8 开放系统互连参考模型16标准组织：标准组织：KeyOSI模型模型802.3LTEWAP手机上手机上网网中国电信中国电信3G网络网络国际标准国际标准HTTP协议协议Q.700 七号信七号信令令1.8 开放系统互连参考模型17OSI参考模型：模型参考模型：模型概念概念开放系统互连参考模开放系统互连参考模型（型（Open System Interconnection / reference model)ISO1983年正式发布，年正式发布，ISO/IEC 7498标准标准目标：开放不同系统目标：开放不同系统之间的通信，不需要之间的通信，不需要修改底层软

16、件和硬件修改底层软件和硬件逻辑逻辑七层参考模型七层参考模型应用层（应用层（Application）表示表示层（层（Presentation）会话层（会话层（Session）传输层（传输层（Transport）网络层（网络层（Network）数据链路层（数据链路层（Data Link）物理层（物理层（Physical）1234567Please Do Not Touch Steves Pet Alligator.1.8 开放系统互连参考模型18OSI参考模型：端到端的通信模型参考模型：端到端的通信模型ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDa

17、ta LinkPhysical12345677-6 Interface6-5 Interface5-4 Interface4-3 Interface3-2 Interface2-1 InterfaceApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysical12345677-6 Interface6-5 Interface5-4 Interface4-3 Interface3-2 Interface2-1 InterfaceNetworkPhysical communicationPhysical communicationH

18、ost AHost B要点要点主机间对等层通主机间对等层通信（信（peer-to-peer）主机内，下层为主机内，下层为上层提供服务；上层提供服务；服务通过层间接服务通过层间接口实现口实现1,2,3为为网络支网络支持层持层；5,6,7为为用户支持层用户支持层；层层4提供提供主机主机间间端到端通信；层端到端通信；层2保证一段保证一段链路链路的可靠通信的可靠通信1.8 开放系统互连参考模型19层接口层接口（N+1）实体）实体（N）实体）实体（N+1）实体）实体（N）实体）实体提供服务提供服务提供服务提供服务交换交换 原语原语交换交换 原语原语层接口层接口提供（提供（N）服务）服务（N）协议）协议（

19、N+1）层）层（N）层）层（N1）层）层提供（提供（N1）服务）服务通过（通过（N1）连接进行通信）连接进行通信开放系统开放系统A开放系统开放系统B（N）服务提供者）服务提供者（N）服务用户）服务用户（N1）协议）协议OSI参考模型：参考模型：层层间接口和服务间接口和服务（N-1）实体实体（N-1）实体实体1.8 开放系统互连参考模型20OSI参考模型：参考模型：层层间接口和服务间接口和服务功能功能1，2功能功能3，4功能功能5，6层层N+1层层N层层N-1服务提供服务提供层层N+1是层是层N的服务用户；的服务用户；层层N向层向层N+1提供服务提供服务服务原语服务原语指服务用户与服务提供者之间

20、指服务用户与服务提供者之间进行交互时所要交换的一些必进行交互时所要交换的一些必要信息。要信息。OSI/RM规定了四种规定了四种服务原语类型：服务原语类型：服务提供者服务提供者提供服务提供服务SAPSAP交换交换原语原语服务用户服务用户SAPSAP交换交换原语原语服务用户服务用户协议协议1.8 开放系统互连参考模型21OSI参考模型：原语的表示参考模型：原语的表示原语的表示：原语的表示：一个完整的服务原语由一个完整的服务原语由原语名字原语名字、原语类型原语类型和和原语参数原语参数三部分组三部分组成。原语名字和原语类型用英文写出，两者之间用圆点或空格隔成。原语名字和原语类型用英文写出，两者之间用圆

21、点或空格隔开，原语参数写在后面的括号内，可用中文表示开，原语参数写在后面的括号内，可用中文表示。原语例子：比如一个网络连接的请求：CONNECTCONNECT. .requestrequest（主叫地址，被叫地址，确认，加速数据，QoS，用户数据）。其中，CONNECT为相应的原语名字，request为原语类型，括号内为原语参数1.8 开放系统互连参考模型22OSI参考模型：原语和服务关系参考模型：原语和服务关系服务类别服务类别需证实的服务：四种服务原语；需证实的服务：四种服务原语；无需证实的服务：两种服务原语无需证实的服务：两种服务原语系统系统A A用户用户A ARequestRequest

22、ConfirmConfirm需证实需证实的的服务服务服务层服务层系统系统B B用户用户B BIndicationIndicationResponseResponse时时间间图服务原语关系图图服务原语关系图RequestRequestIndicationIndication无需证无需证实的实的服服务务1.8 开放系统互连参考模型23OSI参考模型：数据封装参考模型：数据封装(N)PCI(N)SDU层层(N)层层(N1)(N)PDU(N)PCI(N)SDU(N-1)ICI(N-1)IDU(N-1)ICI(N)PCI(N)SDU(N)PCI(N)SDU(N-1)ICI(N-1)SDU(N)PCI(N

23、)SDU注意：注意：接口信息单元的大小和相应的协议数据单元的接口信息单元的大小和相应的协议数据单元的大小并无直接的联系；有时需要一个大小并无直接的联系；有时需要一个SDUSDU分成两个或分成两个或多个多个PDUPDU来传送来传送层层(N+1) 接口控制接口控制信息信息；协议控制协议控制信信息息注：注：层层N N 的的 PDU PDU 是是层层（N-N-1 1）的）的 SDUSDU1.8 开放系统互连参考模型24OSI参考模型：数据封装参考模型：数据封装PDUPDU是对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元；是对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元；SDUSDU是上下层之间交换的数

24、据单元，是本层用户数据；是上下层之间交换的数据单元，是本层用户数据；下层为上层提供服务是通过封装上层的下层为上层提供服务是通过封装上层的PDUPDU来实现的。来实现的。应用层应用层应用层应用层表示层表示层表示层表示层会话层会话层会话层会话层传输层传输层传输层传输层网络层网络层网络层网络层链路层链路层链路层链路层物理层物理层物理层物理层数据数据数据数据数据数据数据AHPHSHTHNHDHDT01110010110011000100101110111(光或电光或电)物理信道物理信道AHAHAHAHAHPHPHPHPHSHSHSHTHTHNH数数据据通通信信量量减减少少PDUPDUPDUPDUPDU

25、PDUSDUSDUSDUSDUSDUPDU（Protocol Data Unit）SDU (Service Data Unit) 数数据据通通信信量量增增加加发送进程发送进程接收进程接收进程1.8 开放系统互连参考模型25OSI参考模型：各层的功能参考模型：各层的功能物理层：物理层：处理比特流比特流物理、机械、电气特性比特到信号传输速率；物理拓扑等数据链路层：一段链数据链路层：一段链路上处理路上处理“数据帧数据帧”成帧（成帧（Framing）物理寻址物理寻址流流控控差错控制差错控制接入控制接入控制1.8 开放系统互连参考模型26OSI参考模型：各层的功能（参考模型：各层的功能（2）网络层：网络

26、层：将数据包（数据包（packet）通过跨越多网络链路送交目的主机逻辑寻址（全局）（网际）路由：中间节点传输层：负责整条传输层：负责整条“消息消息”从源到目的的传送从源到目的的传送服务点寻址：区分不同服服务点寻址：区分不同服务务分片重组：分割分片重组：分割“消息消息”成为分组成为分组连接控制连接控制流量控制流量控制差错控制差错控制消息网络（可能多个）AB传输层传输层网络层网络层包（packets）1.8 开放系统互连参考模型27OSI参考模型：各层的功能（参考模型：各层的功能（3）会话会话层：层：控制网络对话对话控制同步检查表示层：语法语义转换表示层：语法语义转换翻译翻译加密加密/解密解密压缩

27、压缩/解压缩解压缩应用层：应用程序应用层：应用程序虚拟网络终端虚拟网络终端文件传输管理文件传输管理邮件服务邮件服务目录服务目录服务OSI各层功能汇总网络资源访问接口翻译、加密、压缩等建立、管理和终止会话提供端到端的消息传递和差错控制提供分组端到端的传递和网际路由数据成帧和节点到节点的可靠传送将比特流在媒介上传输，提供物理和电气规范7 应用层6 表示层5 会话层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层1.8 开放系统互连参考模型28OSI参考模型：总结和评价参考模型：总结和评价计算机网络计算机网络：4个糟糕个糟糕糟糕的提出时机：糟糕的提出时机：TCP、IP协议之后协议之后糟糕的技术糟糕的技术

28、糟糕的实现糟糕的实现糟糕的策略糟糕的策略其实没有那么糟！其实没有那么糟！重要重要概念和理念对我们理解和设概念和理念对我们理解和设计协议有很多帮助：计协议有很多帮助：关于协议、层次、接口、原语、对等通信等分层架构1.9 TCP/IP协议模型29TCP/IP协议模型：历史协议模型：历史概述概述TCP/IP是协议簇，不是一个是协议簇，不是一个协议协议最初定义在最初定义在1974年年TCP/IP和和Internet先先出现网络、协议出现网络、协议，再有，再有模型模型Internet的基石的基石Internet原型原型1969年年TCP/IP在在1980年稳定，年稳定，1983年被年被ARPANET完全

29、接完全接受受TCP/IP和和OSI模型模型A visualization ofrouting pathsthrough a portion of the Internet1.9 TCP/IP协议模型30TCP/IP协议模型：分层协议模型：分层TCP/IP模型有几层？哪几层？模型有几层？哪几层？4层？层？5层？层？应用传输互联网主机至网络计算机网络第3版中译本，P.271.9 TCP/IP协议模型31TCP/IP协议模型：描述统一协议模型：描述统一计算机网络第3版中译本，P33层层名字名字PDU名字（中）名字（中）PDU名字（英）名字（英）L5应用层应用层消息消息messageL4传输层传输层段

30、段;用户数据报用户数据报Segment/user datagramL3网络层网络层数据报数据报; 分组分组/包包Datagram, PacketL2数据链路层数据链路层帧帧FrameL1物理层物理层比特比特Bits五个层次五个层次各层各层PDU名名字字1.9 TCP/IP协议模型32TCP/IP协议模型：主要协议协议模型：主要协议协议协议OSIOSITCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP协议簇协议簇应用层应用层应用层FTP、 Telnet、 NFS、 SMTP、 SNMP 、TFTP HTTP 、etc.表示层会话层传输层传输层传输层TDP、UDP网络层网络层网络层IP、 ICMP、

31、 GGP、 EGP、 IGP、ARP、RARP etc.数据链路层未定义未定义LAN， X.25，FDDI， 其它网络物理层双绞线，同轴线，光缆，其它信道More and More 1.9 TCP/IP协议模型33TCP/IP协议模型：协议模型：IP协议协议IP功能功能IP分组跨网络传递功能分组跨网络传递功能无连接无连接尽力而为（尽力而为（Best-Effort）网际路由网际路由标准：标准：RFC 791， 1981.9每个主机都分配一个每个主机都分配一个IP地地址址数据封装在数据封装在IP分组分组路由器（路由器（router）负责完）负责完成分组转发；成分组转发；属于多个网络的节点可以属于多

32、个网络的节点可以有多个有多个IP地址地址网络网络200.1.2网络网络 TCP/IP协议模型34TCP/IP协议模型：协议模型：IPv4头格式头格式IP包格式包格式头部：头部：20-60字节字节总长度：总长度：20- 65 536字字节（节（64 kB）IP地址头格式地址头格式自己学习，自己学习，计算机网计算机网络络，Ch5.5RFC 791自己安装一个抓包工具：自己安装一个抓包工具：Wireshark，分析下自己，分析下自己上网的上网的IP包包思考：思考：IP如何知道其上层如何知道其上层是是UDP还是还是TCP？1.9 TCP/IP协议模型35TCP/IP协议模型：协议模

33、型：IP地址地址IP地址地址版本：版本：IPv4分类：分类：Class A-ERFC 1166IP地址构成地址构成网络地址：网络地址：netID主机地址：主机地址：hostID1.9 TCP/IP协议模型36TCP/IP协议模型：协议模型：IP地址范围地址范围IP地址范围和地址范围和数量数量Class A： 2 B(Billion)Class B： 1 BClass C: 0.5B中国中国IPv4资源情况资源情况2011年统计结果年统计结果55Class AFromTo55Class B233

34、.255.255.255Class C55Class D55Class E1.9 TCP/IP协议模型37TCP/IP协议模型：协议模型：IP地址类小练习地址类小练习5 29. 6. 8. 4246. 7. 3. 8 4. 23.145. 90哪类地址？哪类地址？Class DClass CClass AClass EClass A1.9 TCP/IP协议模型38TCP/IP协议模型：子网协议模型：子网子网掩码子网掩码功能：分级路由；增加功能：分级路由；增加主机数

35、；高效使用主机数；高效使用C类类地址地址“/”后面数字代表掩后面数字代表掩码比特为码比特为“1”的位数，的位数，从左向由从左向由将原本将原本hostID中拿出少中拿出少量比特用作子网地址：量比特用作子网地址：subnetID 192. 168. 3. 58/24给定IP地址：掩码：92；扩展2bit1.9 TCP/IP协议模型39TCP/IP协议模型：子网（续）协议模型：子网（续）网络地址计算网络地址计算IP地址与子网掩码按位做地址与子网掩码按位做“与与”练习：计算练习：计算IP地址地址 2/26的的子网掩码子网掩码和和网络网络地址？地址？子网掩

36、码：子网掩码：92网络地址：网络地址：41.9 TCP/IP协议模型40TCP/IP协议模型：传输层协议协议模型：传输层协议两个协议两个协议用户数据报协议（用户数据报协议（UDP）User Datagram Protocol传输控制协议（传输控制协议（TCP）Transmission Control ProtocolUDP:无连接无连接不可靠不可靠TCP面向连接面向连接可靠可靠IPUDPTCPprotocol=6 （TCP）protocol= 17 （UDP）1.9 TCP/IP协议模型41TCP/IP协议模型：端口和套接字协议模型：端口和套接字

37、端口端口主机上不同进程靠端口（主机上不同进程靠端口（port）号加以区分）号加以区分IANA负责分配负责分配著名端口（著名端口（Well-known ports）80 【？】20/21【？】临时端口临时端口1024-65535套接字（套接字（sockets）:主机：向操作系统请求网络服务的特殊文件句主机：向操作系统请求网络服务的特殊文件句柄；柄；网络：互联网应用中定位进程的标识网络：互联网应用中定位进程的标识表示方法：表示方法：，如如1.9 TCP/IP协议模型42TCP/IP协议模型：协议模型：UDPUDP协议协议RFC 768特点特点无连接无连接无保证，无差错、流控无保证，无差错、流控只是

38、基于端口的复用只是基于端口的复用UDP数据报格式数据报格式头部头部+净荷净荷头部：头部：8字节字节问题：问题：你平常用的程序哪你平常用的程序哪个是个是UDP承载的？承载的？1.9 TCP/IP协议模型43TCP/IP协议模型：协议模型：TCPTCP协议协议RFC 793特点特点面向面向连接连接可靠地，有差错、流控算可靠地，有差错、流控算法法基于端口的复用基于端口的复用TCP段（段（segment）格格式式头部头部+净荷数据净荷数据头部长度：头部长度：HLEN字字段指示，单位：段指示，单位：4字节字节问题：问题：与与UDP头部的差别？为什头部的差别？为什么？么？TCP连接可靠通信1.9 TCP/IP协议模型44TCP/IP协议模型：协议模型：TCP连接建立连接建立TCP连接建立连接建立三次握手三次握手SYNSYN，ACKACK练习：练习：用用Wireshark抓包上抓包上网过程，观察网过程，观察TCP连接建立的三次过连接建立的三次过程，查看标志位：程，查看标志位：SYN、ACK1.9 TCP/IP协议模型45TCP/IP协议模型：协议模型：T