现代通信网第一章1.ppt

现代通信网 天津大学仁爱学院信息工程系 通信网的基本构成 1 协议体系及分层的概念 2 通信网络中的数学问题 选学 3 通信网络的基本理论问题 4 本章结构 通信网的概念 通信网是由一定数量的节点 包括终端设备和交换设备 和连接节点的传输链路相互有机的组合在一起 以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系 通信网络的基本构成 一个基本的通信网络示意图 通信网络的分类用户活动的类型 移动 固定 业务的种类 电话 计算机数据 多媒体 传输媒介 有线 无线 技术体制 ATM交换体制 电路交换体制 分组转发体制 应用领域 军用 民用 公用 专用 1 1通信网络的基本构成 Textinhere 1 1 3 1 1 2 1 1 1 数据传输链路 数据传输网络 网络的互连 1 1 1数据传输链路 所谓数据传输链路是指在物理传输媒介 双绞线 同轴电缆 光纤 微波传输系统 卫星传输电路等 上利用一定的传输标准 它通常规定了电气接口 调制解调方式 数据编码方式 比特同步 帧格式和复分接的方式等 形成的传输规定速率 和方式 的数据比特通道 1 1 1数据传输链路 接入链路 用户到网络节点 路由器或交换机 之间的链路 例如 modern链路 xDSL链路 ISDN链路 无线链路 局域网链路等 网络链路 网络节点 路由器或交换机 到网络节点 路由器或交换机 之间的链路例如 帧中继 SDH 同步数字系统 WDM 光波分复用 数据传输链路分为两大类 接入链路举例 Modem链路 窄带猫 利用传统的电话线路构成数据传输链路 在链路上 用户侧和网络侧的计算机和服务器分别和各自的Modem相连 Modem之间通过双绞线相连 接入链路举例 ISDN链路 一线通 利用传统的电话线路实现数据传输 用户使用的基本接口速度为2B D 144kb s 一次群速率接口为23B D 1544kb s 或30B D 2048kb s 接入链路举例 ADSL链路 宽带猫 接入链路举例 局域网链路 以太网 网口 接入链路举例 GPRS链路 高速上网 支持GPRSclass8 支持最高53 6Kbps的下载速度 双频支持 GSM双频 900MHz 1 8GHz CDMA上网卡 数据传输速率最高达256Kbps 实际接入速度平均可达每秒233Kbps 网速是GPRS的3 4倍 拨号上网 56KB 的4倍 CDMA网络升级到3G之后 速度更可高达1 9Mbps 网络链路举例 SDH链路 SDH 同步数字系统 是在美国贝尔实验室提出的SONET 光同步数字网 的基础上制定的技术标准 它具有一套标准化的结构等级STM N N 1 4 16 64 它们的传输速率分别为 STM 1 155 520Mb s STM 4 622 080Mb s STM 16 2488 320Mb s STM 64 9953 280Mb s 网络链路举例 WDM链路 WDM 光波分复用 技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一种技术 在发端将不同波长的光信号组合 复用 起来 在接收端又将组合的光信号分开 解复用 并送到不同的终端 目前在一根光纤上可提供的速率为 1 1 2数据传输网络 1 1 2数据传输网络 数据传输网络的基本功能是通过网络中的交换机 或路由设备 为运载用户业务的分组 选择合适的传输链路 从而使这些分组迅速可靠地传送到目的用户 基本功能 路径 一个分组经过的所有传输链路的集合 消息 在数据传输网络中 要传送的基本内容称为消息 会话 一个消息的序列称为一个会话过程 相关概念 分组交换网 ATM网 X 25网等 典型分类 1 1 2数据传输网络 会话过程 在要进行交互操作的场合 如 A可以发消息给B B可以发一个应答给A 双方需要交互多次才能完成消息交换的过程 或者说 双方需要按一定的顺序交换大量的消息 这样的一个消息集合称为一个会话过程 对会话的要求 可靠 及时 高效 分组交换网 分组 交换 将消息分为许多比较短的 格式化的数据块来传输 每个分组由若干比特数据构成 每个分组中包含一个分组头分组头指明该分组的目的节点及其他网络控制信息 在每个网络节点中采用存储转发的工作方式将输入的分组送到选定的输出链路 按照一定的规律将输入分组送到选定的输出链路上的过程称为交换 分组交换网 虚电路方式 数据报方式 如何选择一条合适的传输路径 分组交换网 虚电路方式 数据报方式 ATM网络 ATM用户 终端 到ATM交换机 网络 之间的接口称为UNI User NetworkInterface 用户网络接口 交换机 网络节点 之间的接口称为NNI Network Node 网络节点接口 ATM信元结构 2 VPI VCI虚通道 信道标识 3 PT负荷类型 4 CLP信元丢失优先级 5 HEC信元头差错控制 ATM信元传输与交换过程 1 1 3网络的互连 1 在一个子网内部 所有的链路具有相同的特性 采用某种数据传输链路协议和寻址方式 可以仅通过交换设备来实现子网内的路由选择和信息交换 2 当多个 不同传输和交换方式 的子网要互联成一个大的网络时 需要采用路由器 1 1 3网络的互连 根据路由表 将报文发送到正确的目的地址 功能1 维持和更新决定报文传输路径的路由表 功能2 路由器 路由器的基本功能 路由器的工作方式 实现全网互连的两个基本条件 路由算法 全网统一编址 全网互连 通信网络举例 1 2协议体系及分层的概念 Textinhere 1 2 3 1 2 2 1 2 1 分层的概念 OSI协议的体系结构 TCP IP协议的体系结构 1 2 4 混合的分层协议体系 通信协议 给定传输链路 能否进行有效通信 通信协议 communicationsprotocol 是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定 协议定义了数据单元使用的格式 信息单元应该包含的信息与含义 连接方式 信息发送和接收的时序 从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方 通信协议的概念 语法 如何讲 数据的格式 编码和信号等级 语义 讲什么 数据内容 含义以及控制信息 定时 速率匹配和排序 协议三要素 通信协议 通信协议的重要性 占据两个山顶的红军与驻扎在这山谷的蓝军作战 力量对比是 一个山顶上的红军打不过蓝军 但两个山顶的红军协同作战就可战胜蓝军 一个山顶上的红军拟于次日正午向蓝军发起攻击 于是发送电文给另一山顶上的友军 但通信线路很不好 电文出错的可能性很大 因此要求收到电文的友军必须发送确认电文 但确认电文也可能出错 试问能否设计出一种协议 使得红军能实现协同作战且一定 即100 取得胜利 这样的协议无法实现 通信协议的重要性 通信协议的重要性 没有一种通信协议能保证红军100 获胜 完善的通信协议应当保证通信的终端能高效地向用户提供所需服务 计算机1向计算机2通过网络发送文件可以将要做的工作进行如下的划分 与文件本身有关一些工作 确信对方已做好接收和存储文件的准备 双方协调好一致的文件格式 两个计算机将文件传送模块作为最高层 与文件传送有关一些工作 传送方面的工作由下面的模块负责 1 2 1分层的概念 1 2 1分层的概念 文件传送模块直接使用命令或函数调用发送和接收文件 两个计算机交换文件 1 2 1分层的概念 再设计一个通信服务模块 通信服务模块完成一般的通信服务功能 1 2 1分层的概念 再设计一个网络接入模块 网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如 规定传输的帧格式 帧的最大长度等 通信网络 易于实现和维护 各层之间彼此独立 能促进标准化工作 灵活性好 结构上可分割开 分层的好处 三个概念 25 对等模块 由于信息的交换必须在双方进行 通信的双方必须有相同 或相应 的功能块才能完成给定的功能 因此在每一层双方两个功能相应的模块就称为对等模块 1 2 2OSI协议的体系结构 OSI参考模型的低层 面向数据通信 OSI参考模型的高层 面向信息处理 1 2 2OSI协议的体系结构 1 2 2OSI协议的体系结构 参考模型第四层 向用户提供提供可靠的端到端服务 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节 是计算机通信体系结构中关键一层 参考模型第五层 负责维护两个节点之间会话连接的建立 管理和终止 以及数据的交换 参考模型第六层 用于处理在两个通信系统交换信息的表示方式 主要包括数据格式变换 数据加 解密 数据压缩与恢复等功能 传输层 会话层 表示层 4 5 6 参考模型第三层 为应用程序提供网络服务 识别并保证通信双方的可用性 建立传输错误纠正与保证数据完整性控制机制 应用层 7 1 2 3TCP IP协议的体系结构 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 应用层 网络接入层 互联网层IP 各种应用层协议如TELNET FTP SMTP等 运输层 TCP或UDP TCP IP的体系结构 HTTP SMTP DNS RTP TCP UDP IP 互联网层 网络接入层 运输层 应用层 网络接口1 网络接口2 网络接口3 1 2 3TCP IP协议的体系结构 1 2 3混合的分层协议体系 数据链路层 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 运输层 网络层 表示层 会话层 数据链路层 物理层 7654321 OSI的体系结构 应用层 网络接入层 互联网层IP 各种应用层协议如TELNET FTP SMTP等 运输层 TCP或UDP TCP IP的体系结构 混合分层协议 计算机1向计算机2发送数据 举例 协议数据单元PDU ProtocolDataUnit 是指对等层次之间传递的数据单位 协议数据单元 ProtocolDataUnit 物理层的PDU是数据位 bit 数据链路层的PDU是数据帧 frame 网络层的PDU是数据包 packet 传输层的PDU是数据段 segment 其他更高层次的PDU是数据 data 计算机2 计算机1向计算机2发送数据 举例 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 传输层报文再传送到网络层 加上网络层首部 成为IP数据报 或分组 传输层报文 传输层报文 举例 计算机1向计算机2发送数据 举例 计算机1向计算机2发送数据 举例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 应用程序数据 10100110100101比特流110101110101 注意观察加入或剥去首部 尾部 的层次和每层的PDU及其构成 应用程序数据 H3 网络层首部 举例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理传输媒体 计算机1 AP2 AP1 电信号 或光信号 在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层 计算机2 举例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 10100110100101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 举例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 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 H2 T2 举例 计算机1向计算机2发送数据 H3 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给传输层 举例 计算机1向计算机2发送数据 H4 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 传输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层 举例 计算机1向计算机2发送数据 举例 计算机1向计算机2发送数据 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 计算机1 AP2 AP1 计算机2 收到了AP1发来的应用程序数据 举例 计算机1向计算机2发送数据 1 4通信网络的基本理论问题 每个用户主要关心的是如何将消息快速而准确地传到对方 我们不仅关心两个相邻节点之间链路的传输可靠性和有效性 而且还要关心同一物理媒介网络中任意两个节点之间的链路的传输可靠性和有效性 此外 还要关心穿越不同物理媒介网络的任意两个节点之间的传输可靠性和有效性 从用户角度看 多址问题 1 4通信网络的基本理论问题 问题1 多址问题 多址问题主要解决众多用户如何共享一个物理媒介 问题2 网络拓扑和覆盖问题 网络拓扑和覆盖问题主要解决如何设置网络的接入点和网络节点 使得众多用户能够方便的接入到网络中 经济的共享高速大容量的骨干链路和网络 问题3 路由问题 路由问题主要解决如何为用户的消息或分组选择最佳的传输路径 从而使得用户的消息或分组在子网内或跨越多个网络时能快速 可靠地传送到