宽带无线通信第二讲郑国莘吴雅婷

1、宽带无线通信 第二讲郑国莘 吴雅婷1OSI：起源和发展OSI层层的原理和益处层之间的交互TCP/IP网络协议1.3.1 OSI协议栈1.3 网络协议栈2分层的好处 各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。 1.3 网络协议栈3层数多少要适当 若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 1.3 网络协议栈4OSI层应用层表示层对话层传输层网络层数据链路层物理层1.3 网络协议栈5五层协议的体系结构 应用层(application layer) 传输层(transport layer) 网络层(net

2、work layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层1.3 网络协议栈6计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU协议数据单元1.3 网络协议栈7计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据

3、H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部1.3 网络协议栈8计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据1.3 网络协议栈9H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H

4、5应 用 程 序 数 据1.3 网络协议栈10H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层1.3 网络协议栈11H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层1.3 网络协议栈12应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2A

5、P1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程1.3 网络协议栈13计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！1.3 网络协议栈14OSI层应用层层功能介绍例子应用层（第七层）一个同其他计算通讯的应用便实现了OSI应用层的原理。应用层给应用提供通讯服务。浏览器，1.3 网络协议栈15OSI层表示层表示层（第六层）表示层的主要作用是定义了数据格式，例如，ASCII文本，EBCDIC文本，binary，BCD和JPEG。加密也被OSI定义为一个表示层服务。GIF，JPEG，ASCII，MP

6、EG，MIDI，HTML1.3 网络协议栈16例子FTP允许你选择binary和ASCII两种传输方式。如果是binary方式，发送端就不会改变文件的内容。如果是ASCII方式，发送端就会先把内容从发送端的字符集转换成标准的ASCII码再发送。接受端再从ASCII码转换为本地的字符集。1.3 网络协议栈17OSI层对话层对话层（第五层）对话层定义了如何开始，控制，结束对话。对话层确认对话的顺序，确保每一个步骤按顺序进行。RPC，SQL，NFS，NetBios names，AppleTalk ASP，DECnet SCP1.3 网络协议栈18OSI层传输层传输层（第四层）第四层包括协议的选择提供

7、和不提供出错处理。记录进来的数据流，如果包在传输过程中被分片还要进行包的重组。TCP，UDP，SPX1.3 网络协议栈19例子TCP提供了一个4200字节的数据段给IP进行投递。如果某种媒体不能传输4200个字节的包，那么IP将对数据进行分片。这样，接收端的TCP也许就会接收到3个不同的1400字节的段。并且，接收段可能按照和发送不同的顺序接收，所以它需要记录接收的段，并将它们重组为4200字节的段。然后将数据送给上一层。1.3 网络协议栈20OSI层网络层网络层（第四层）网络层提供了端到端的包传递。网络层定义了逻辑地址，所以任何端点都可以被唯一的标识。它也定义了路由如何工作和如何学习。网络层

8、还定义了如何对数据报分片来适应较小的最大传输单元。IP，IPX，AppleTalk DDP1.3 网络协议栈21网络层功能路由FredR1BunchesOfRoutersR2BarneryStep1Step2Step3将数据从源计算机发送到最近的路由器。将数据投递到离目标最近的路由器。将数据从离目标最近的路由器投递到最终路由器。1.3 网络协议栈22OSI层数据链路层数据链路层（第二层）数据链路层规范主要关心数据如何在一种特定连接或媒体上传输。Frame Relay, HDLC, PPP, IEEE 802.3/802.2, FDDI, ATM, IEEE 802.5/802.21.3 网络协

9、议栈23OSI层物理层物理层（第一层）物理层定义了物理媒体的特性。连接器，针，针的使用，电气参数，编码和光的调制等都是物理层规范的一部分。EIA/TIA-232, EIA/TIA-499, V.35, V.24, RJ45, Ethernet, 802.3, 802.5, FDDI, NRZI, NRZ, B8ZS1.3 网络协议栈24例子RJ45定义了连接器的形状和电缆芯/针的数量。Ethernet和802.3定义了1，2，3，6芯/针的使用。所以一根给Ethernet使用的带有RJ45连接器的5类电缆，同时应用了Ethernet和802.3物理层规范。1.3 网络协议栈25OSI层某些协议

10、可能同时定义了多层的细节。例如，TCP/IP应用层等价于OSI 5到7层，所以NFS实现同时适合这三层。类似的，802.3，802.5和以太网同时定义了数据链路层和物理层的细节。1.3 网络协议栈26层之间的交互不同计算机相同层之间的通讯应用层表示层对话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层对话层传输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层HOST AHOST BRouter 11.3 网络协议栈271.3 网络协议栈281.3.2 TCP/IP协议PresentationApplicationSessionTransportNetworkData linkPhysicalNetwo

11、rkInterfaceIP,ARP,ICMPTCPApplicationUDPTCP/IPOSI1.3 网络协议栈29层之间的交互TCP/IP Headers and TrailersDataTCPIPLTDataDataTCPDataTCPIP.5.ApplicationTransportInternetNetworkInterface1.3 网络协议栈30层之间的交互帧，包和段DataDataIPDataIPLHLTSegmentPacketFrame1.3 网络协议栈31面向连接的协议，非面向连接的协议，流量控制面向连接的协议 VS 非面向连接的协议如何进行出错处理流量控制

12、1.3 网络协议栈32面向连接的协议 VS 非面向连接的协议类型功能例子面向连接出错处理（可靠）LLC type 2(802.2),TCP,SPX,X.25面向连接预建立的路径X.25虚电路，帧中继续电路,ATM虚连接非面向连接简单投递；没有拥塞处理；没有出错处理；没有pre-established连接。IPX,UPD,IP,LLC type 11.3 网络协议栈331.5 计算机网络范例网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。网络的结构应当

13、尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。 1.5 计算机网络范例34请注意名词“结点”“结点”的英文名词是 node。虽然 node 有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。在网络中的 node 的标准译名是“结点”而不是“节点”。1.5 计算机网络范例35ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化 早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。 分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。 1.5 计算机网络

14、范例36从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网1.5 计算机网络范例37互联网发展的第一阶段第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET进行实验研究用的科研网MILNET军用计算机网络19831984 年，形成了因特网 Internet。1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。 1.5 计算机网络范例38互联网发展的第二阶段1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机

15、网络： 主干网地区网校园网1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。 1.5 计算机网络范例39三级结构的互联网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器1.5 计算机网络范例40三级结构的互联网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网1.5 计算机网络范例41互联网发展的第三阶段从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET

16、逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。 1.5 计算机网络范例42今日的多级结构的互联网大致上可将互联网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP国家主干网（主干 ISP）地区 ISP本地 ISP校园网、企业网或 PC 机上网用户1.5 计算机网络范例43多级结构的互联网大公司地区 ISP网络接

17、入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地 ISP地区 ISP地区 ISP地区 ISP本地 ISP本地 ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）主机到主机的通信可能经过多种 ISP。1.5 计算机网络范例44无线接入AP光缆1.5 计算机网络范例45无线接入AP光缆，广域网城域网，局域网无线局域网1.5 计算机网络范例461.5.1 广域网：线路交换的特点 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。 1.5 计算机网络范例47更多的电话机互相连通5 部电话机两两相连，需 10 对电线。N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。当电话机的数量很大时，

18、这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。 1.5 计算机网络范例48使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。 交换机1.5 计算机网络范例49“交换”的含义在这里，“交换”(switching)的含义是：转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 1.5 计算机网络范例50电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接1.5 计算机网络范例51电路交换举例A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行(交换机交换机交

19、换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA1.5 计算机网络范例52数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”1.5 计算机网络范例53分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 31.5 计算机网络范例54分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机1.5 计算机网络范例55结点交换机在

20、结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。 1.5 计算机网络范例56分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 1.5 计算机网络范例57分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定

21、的开销。 1.5 计算机网络范例58存储转发原理并非完全新的概念 在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。 1.5 计算机网络范例59三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放1.5 计算机网络范例60数字数据网DDN数字数据网DDN 数字数据网DDN (Digital Data Network)是利用光纤、数字微波、卫

22、星等数字信道，进行数据通信的基础网络，主要为用户提供永久或半永久的出租数字线路。1.5 计算机网络范例61DDN 采用时分复用TDMDDN 使用TDM 、按时间片分配用户，在中继传输时有幀结构，如 E1。 在用户速率为 N * 64kb/s (N=1-31) 或子速率时，复用/解复用都由硬件实现，用户无需任何软件协议。所以，对用户数据是透明的，可支持其它协议或开放各种业务网。DDN 因为使用TDM，用户使用的带宽是固定的。当用户不使用时，带宽也不能分配给其它用户使用；当用户需要高带宽时，网络也不能马上提供。这就不适用于信息突发率较高的用户的需求。1.5 计算机网络范例62时分复用的信号，为了在

23、接收端能够正确地还原各路信号，必须保持收端与发端的同步。要保持收、发同步，除了保证码元的节拍一致外，还必须准确地识别各路信号的轮流排队次序。为此在各路信号排队的开头加入标志码。标志码与各路样值脉冲编码轮流发送一次构成的码组称为1帧。（如图2.6-2)标志码称为帧同步码。时分复用原理1.5 计算机网络范例6330/32路话音PCM码流的帧结构30路语音信号以8KHz的抽样速率采样，帧长度Ts=1/fs=1/8kHz=125s。在A律PCM基群中，一帧共有32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到31编号，记为Ts0,Ts1.Ts31,如图2.6-3所示。32个时隙中的30个供用户（即30话路）使用

24、。每个时隙包含8位二进制码。时分复用原理1.5 计算机网络范例6432路时隙Ts0Ts1Ts2Ts15Ts16Ts17Ts30Ts31帧同步码语音编码语音编码标志信号1帧=32时隙=125s时分复用原理1.5 计算机网络范例65语音编码占：Ts1 Ts15, Ts17 Ts31，共30个时隙。Ts16：用于传送话路信令 。第0个时隙Ts0：帧同步码时隙。时分复用原理1.5 计算机网络范例66(1) PCM 30/32系统传码率RBp例如：1.5 计算机网络范例67DDN 的组成DDN节点DDN节点DDN节点DDN节点DDN 网DTE 用户数据单元DTE 用户数据单元NAU 网络 接入单元NAU

25、 网络 接入单元网络管理控制中心 NMC用户环路数字通道1.5 计算机网络范例68帧中继网络FR帧中继网络FR 帧中继(Frame Relay)是综合业务数字网标准化过程中产生的一种重要技术，它是传输线路数字化和用户终端智能化的趋势下，由X.25分组交换技术发展起来的一种传输技术。它在用户网络接口之间提供用户信息帧的双向传送，并保持顺序不变。 我国的帧中继网络以DDN为物理传输基础。1.5 计算机网络范例69FR与OSI的对应关系FR是ITU-T和ANSI标准，定义了在公共数据网(PDN)上发送数据的流程，属于高性能的链路层协议。它对应于OSI层次模型的最下二层。 网络层数据链路层物理层高层网

26、络层数据链路层物理层X.25OSIFR数据链路层物理层1.5 计算机网络范例70帧中继的帧格式标志(Flag)：用于指示一帧的开始和结束，其值为01111110。其唯一性使用比特填充法来保证。信息(Information)：长度可变的用户数据（一般为16002048个字节，理论上最大长度为4096字节）。帧校验序列(FCS)：包括2字节的循环冗余校验。当通过帧校验序列检测出帧出现差错时，就将该帧予以丢弃。1.5 计算机网络范例71帧中继和其它通信方式的比较帧中继网络可直接利用现有的DDN网络硬件资源，只需更新网络软件就可实现，所需费用较低，因此，我国的帧中继网络以DDN为物理传输基础。ATM比

27、较适合构造高速宽带网的骨干网，而帧中继网可作为宽带业务的接入网1.5 计算机网络范例72异步传输？以字符为单位在发送每个字符代码时，其前、后分别加上“起”信号（长度为1个码元，极性为“1”）和“止”信号（长度为1或2个码元，极性为“0”），实现串行传输收发双方码组或字符的同步。同步传输？以同步的时钟节拍来发送数据信号在一个串行数据流中，各信号码元之间的相对位置是固定的。接收端为正确的区分收到的数据流中的每个码元，必须首先建立准确的时钟信号，实现比特同步。异步传输相对于同步传输效率较低。 1.5 计算机网络范例73SDH 同步数字序列1.5 计算机网络范例74物理层LLCMACIEEE802参考

28、模型的范围Data link返回1.5 计算机网络范例美国电器和电子工程师学会IEEE802物理层的功能：传输位，信号编码、译码，同步码的产生 与接收。媒体访问控制层(MAC)：帧的装配与拆分，位差错检验，寻址。逻辑链路控制层（LLC)：逻辑数据链路的建立、维持和释放，差错控制，提供高层服务的访问接口。1.5.2 局域网与城域网75网络硬件 OSI层次网关 7.应用层路由器、三层交换机 3.网络层网卡，网桥， 交换机 2.数据链路层网卡，集线器，中继器 1.物理层1.5 计算机网络范例761.5 计算机网络范例传输介质：771.5 计算机网络范例网络硬件：网卡：也称网络适配器、网络接口卡（NI

29、C，Network Interface Card），在局域网中用于将用户计算机与网络相连，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡。781.5 计算机网络范例网络硬件：网卡：也称网络适配器、网络接口卡（NIC，Network Interface Card），在局域网中用于将用户计算机与网络相连，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡。调制解调器：modem，实现信号的模数转换。791.5 计算机网络范例网络硬件：交换机：具有多个网桥的功能。交换机组成的系统在物理上是星形连接。交换机上同时有多个数据通道并存，端口间既隔离又连接的功能反映在逻辑上就是一个受控制的多端口的开关矩阵。80数据

30、链路层LLC层MAC层MAC层802.3主机802.5主机物理层物理层网1网21.5 计算机网络范例网络硬件：网桥：连接两个局域网的存储转发设备，工作在数据链路层，可以完成相同或相似体系结构网络系统的连接。在网络的连接中，如果只有MAC层，则要桥接的两个网必须是同样的网。而同时具有MAC层和LLC层的网桥则可以在不同的网络间传送信息。81局域网络的组建网络硬件：交换机：具有多个网桥的功能。交换机组成的系统在物理上是星形连接。交换机上同时有多个数据通道并存，端口间既隔离又连接的功能反映在逻辑上就是一个受控制的多端口的开关矩阵。路由器：路由器就像一个带有两个网卡的计算机。连接多个逻辑上分开的网络。异种网络、多个子网互联。在主干网主要是路由选择。1.5 计算机网络范例82局域网络的组建网络硬件：网 关(Gateway) ：也称为协议转换器，网关用于将具有不同体系结构，协议差别较大的网络,经协议转换,使不同的网络可以互相通信。因此，网关是一种可进行高层协议转换的网络连接设备,也是最复杂