数据链系统与技术（第2版） 课件ch08数据链的网络协议

数据链的网络协议国防电子信息技术丛书数据链系统与技术(第2版)第八章01网络互联的基本概念自20世纪70年代以来，计算机通信已从深奥的研究专题演变为社会基础设施的基本组成部分，网络已应用于各行各业。因为网络是一个非常活跃而且快速发展的新兴领域，所以这个主题似乎显得有点复杂，其中存在很多技术问题，并且每种技术都有各自的特点。许多公司陆续推出了各种新的、非常规技术的商用联网产品和服务。最终，由于这些技术可以用许多方法进行组合和嫁接，从而使得联网的问题变得复杂起来。网络互联的基本概念网络应用和网络编程用户接触的网络服务和设施都是由应用软件提供的。某一计算机上的应用程序通过网络与另一计算机上的应用程序进行通信。数据通信“数据通信”（DataCommunication）是指对通过物理媒介（如导线、电波和光束）实现信息传送。由于涉及许多物理概念，数据通信似乎对我们理解联网有些不相关。网络互联的基本概念分组交换和联网技术在20世纪60年代，一个新的概念使得数据通信发生了一场革命：分组交换。早期的通信网络从电话和电报通信系统中演变而来，这两种原始的系统只是利用一对物理导线将通信双方连接起来形成一条通信线路。使用TCP/IP的网络互联20世纪70年代，计算机网络发生了一场革命一一因特网的设想。研究分组交换的许多专家一直努力寻求一种能满足所有需求的分组交换技术。网络互联的基本概念通信至少要涉及两个实体，即发送信息的一方与接收信息的另一方。我们将看到，其实大多数分组交换通信系统还包含有中间实体（如分组转发设备）。为保证通信成功，其中重要的一点是网络中所有参与通信的实体，必须在信息如何表示与沟通方面达成一致。通信协定包括许多细节。网络协议网络互联的基本概念使用术语互操作性（Interoperability）来表达两个实体进行通信的能力，并且认为如果两个实体能够相互通信而不产生任何误解，那么它们就能正确地互操作。为了确保通信各方在通信细节上一致并遵从一组相同的规则，就必须制定一套精确的通信规范。网络互联的基本概念图8.1是TCP/IP和OSI分层模型示意图。网络互联的基本概念为了更好地理解协议是如何操作的，假定有两台联网的计算机，每台计算机上都含有一套分层协议，当一个应用进程要发送数据时，首先将数据放置到一个分组中，然后使该分组向下传递通过协议的每个层次。一旦该数据分组穿过了发送计算机的所有协议层，分组就离开计算机并通过底层物理网络进行传输。当数据分组到达接收计算机时，该分组将向上传递通过各协议层。如果接收计算机上的应用进程收到数据后发出一个响应，则整个过程逆向进行。也就是说，这个响应以同样的方式向下传递通过各个层次，然后到达接收该响应的计算机，再向上传递通过各个层次。网络互联的基本概念02数据链的网络拓扑结构网络拓扑是指网络形状或者是它在物理上的连通性，网络拓扑结构则是指用传输媒介互联各种设备的物理布局，即用何种方式将网络中的设备连接起来。构成网络的拓扑结构有很多种，一般而言，对于有线网络，主要有星形结构、环形结构、树形结构、总线形结构、网状结构等。数据链的网络拓扑结构常见网络拓扑结构，如图8.2所示。数据链的网络拓扑结构网控站控制网络中的从属站对网络的连接。由于控制节点的存在，因此网络中节点数量的增加对网络吞吐量和时延性能并不会有太大影响，扩展性能较好。但是一旦网控站遭到破坏，整个网络将陷入瘫痪，因而抗毁能力不强。Link-11数据链即采用了这种有中心的网络拓扑结构。数据链的网络拓扑结构在有中心拓扑结构中，一个节点作为网控站，其他节点作为从属站，如图8.3所示。数据链的网络拓扑结构在无中心拓扑结构中，各个节点地位平等，如图8.4所示。数据链的网络拓扑结构任意两个站点之间均可以直接通信。只需指定一个节点担任网络时间基准，网络建立之后，如担任网络时间参考的节点失去功能，网络可以指定其他节点担任。这种网络结构灵活性高，抗毁能力强，Link-16数据链的网络拓扑结构就是基于这种无中心的分布对等方式的网状结构。数据链的网络拓扑结构03数据链的网络协议体系结构网络的设计和研究采用多层的体系结构，如OSI和TCP/IP体系结构，如图8.1所示。数据链的网络协议体系结构不同层有不同的功能，采用不同的通信协议，彼此分工并相互协调，实现整个网络的功能和性能指标要求。需要指出的是，由于现有的数据链系统是在分层原则（尤其是OSI）被广泛使用之前设计出来的，其一些重要功能突破了层的界线，而且OSI体系结构也并不完全适合Link-16数据链网络。OSI主要面向连接的、有线的信息通信，它规定的各层之间的联系规则，并不完全适合数据链以广播特性为主的、无线的通信系统。数据链的网络协议体系结构数据链网络协议体系结构可表述如图8.5所示的形式。数据链的网络协议体系结构网络层。数据链路层。应用层。传输层。物理层。数据链的网络协议体系结构Link-16数据链的网络协议在Link-16数据链中，固定格式消息采用标准双脉冲封装格式STDDP和两倍压缩单脉冲封装格式P2SP时，时隙的开始一段时间不发送任何脉冲信号，这段时延称为抖动。抖动的大小是由传输保密加密变量（TSEC）控制的。设置信号发射抖动是为了提高系统的抗干扰能力，因为它使敌方由于不知道抖动延迟是如何随时隙而变化，因而不能准确判明时隙起点。数据链的网络协议体系结构04无线MAC协议及其在数据链中的应用由第1章对数据链基本概念的论述可知，数据链本质是一种高效传输、实时分发、保密、抗千扰、消息格式化的数据通信网络。因此，数据链的网络协议分层体系结构与无线通信网络基本一致，不同之处在于具体各层协议的实现方式不同，尤其是数据链路层的MAC子层和物理层。对于物理层来说，其主要功能是实现与射频信号产生相关的信道编码、调制解调、功率控制等技术，不同的数据链系统，其物理层技术实现方式也不同。无线MAC协议及其在数据链中的应用无线通信网络的MAC协议无线信道是多个网络用户的共享媒介，当多个用户同时传输，即同时尝试接入信道时，将造成数据帧冲突（在物理信道上相互重叠）并影响接收，带来通信性能的下降。因而信道带宽是无线通信网中的宝贵资源，需要通信协议（MAC协议）提供信道共享的调度机制，安排大量用户以相互协调和有效的方式接入信道，高效、合理地共享有限的无线带宽资源，实现用户之间的有效通信。无线MAC协议及其在数据链中的应用MAC协议的研究目的，就是确保多个通信节点间公平、高效地共享相同的无线信道资源，它决定节点业务量以及网络吞吐量。MAC协议的好坏直接影响无线网络吞吐量、时延以及网络规模等性能指标的优劣，一直是无线网络的关键技术和研究热点。在数据链的研究中，MAC协议强调在一定应用场景下，将多个作战平台组成一定拓扑结构的网络，确保网络节点按需使用信道资源，实时可靠地传输作战信息，最终完成作战任务。无线MAC协议及其在数据链中的应用无线网络MAC协议主要按照节点获取信道的方式，分为固定分配协议、随机接入协议、受控接入协议，如图8.6所示。无线MAC协议及其在数据链中的应用战术数据链应用于战场数字化空地/空空通信，虽然都要求可靠、及时、准确地通信，但侦察、突袭、拦截、格斗、精确打击等不同的作战任务，对网络的吞吐量、通信时延、传输速率、网络容量、业务类型及信息精度等具体指标是不同的，其中通信时延是战术数据链的关键指标之一。战术数据链的MAC协议无线MAC协议及其在数据链中的应用时隙分配算法在各节点分布式执行。①节点首先查询请求列表，各优先级请求队列总数为请求时隙数；②然后，判断请求时隙