第二讲_光网络结构体系及分类

1、2022-4-15许国良许国良1许国良南京大学光通信工程研究中心南京大学光通信工程研究中心2022-4-15许国良许国良2v 通信网的结构v 光网络的分类v 光网络的结构v SDH和WDM光网络v 2022-4-15许国良许国良3通信网的结构：分层结构2022-4-15许国良许国良4通信网的结构：分层和分割 电路层通道层传输媒质层2022-4-15许国良许国良5现有通信网的结构：水平分解CPN接入网UNINNINNICPN接入网UNI核心网2022-4-15许国良许国良6现有通信网的结构：垂直分解传送网业务网应用层2022-4-15许国良许国良7ISO/OSI七层协议模型应用层表示层会话层传输

2、层网络层链路层物理层通信子网面向通信面向服务面向应用应用程序：FTP、E-mail、Telnet数据结构表示、数据转换、加密、压缩进程管理、双工、半双工、单工、断点续发，薄层为上层提供可靠的数据传输数据分组、路由选择、差错控制、流量控制数据组成可发送、接收的帧传输物理信号、接口、信号形式、速率ISO/OSI：国际标准化组织开放系统互连（International Organization for Standardization Open Systems Interconnection）2022-4-15许国良许国良8Internet与IP技术：OSI与TCP/IP 2022-4-15许国良许国

3、良9网络体系结构：网络体系结构： 为了简化网络设计的复杂性，网络都按一系列层来管理，每一层都建立在前一层的基础上 一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层对话所使用的若干规则称为第N层协议 层次和各协议总称网络体系结构 数据传递都是由上层传到下层，接收由下层到上层，层间是虚通信，最下层为实际通信 网络的层次化使系统设计更加条理化、标准化、系统化，简化了网络的管理，使各个接口相对独立，保证了各个设备制造厂商的设备的互操作性。 每个设备可能有多层的功能，或一层的功能可能会有多种设备联合完成。上层下层上层下层缺点：增加了网络的复杂性，提高了网络设备的成本。目前的发展趋势网络合并（Merge）2022

4、-4-15许国良许国良101、物理层 物理层：描述信号实际传输的一些物理特性，如：电平、电压、传输介质的电学、光学特性等 1）通信系统 2）传输介质2022-4-15许国良许国良11物理层一、通信系统1、通信系统模型信源信宿变换噪声信道变换2、信号：模拟信号（图象、语音等）、数字信号（文本、计算机数据等）3、信号传输方式： 基带传输：二进制信息借助电（矩形）脉冲表示形式（载体）直接进入信道的传输方式，信号未经调制而传输，LAN中使用基带传输，需好信道比如：二级矩形（两个电平表示0和1），多级矩形（多个电平表示00、01、10、11等）和一些二级矩形的派生形式（平衡、非平衡、RZ、NRZ等） 调

5、制：信号经调制再传输，收端解调，幅度调制、频率调制、相位调制4、编码：减少传输位数，节约信道，压缩编码 安全保密传输，加密编码 适应恶劣信道传输，纠错编码5、信道： 带宽：所能传输信号的频率范围 容量：每秒钟所能传输的比特数（速率）2022-4-15许国良许国良12二、传输介质1、双绞线 一对铜线螺旋绕制而成，UTP、STP LAN上常用UTP，3类传10M-100m，5类传10M/100M-100m 10BASE-T100BASE-T RJ-45接头，8芯，1/2、3/4为数据收发，5/6为电话，7/8为电源2、同轴电缆外皮外导体绝缘层内导体（铜）50欧姆，传输基带数字信号细缆：10BASE

6、-2，10M-200m，BNC接头粗缆：10BASE-5，10M-500m，AUI接头 需收发器3、光纤金属材料PVC护皮 填充物 护皮62.5um玻璃芯125um玻璃外皮聚合物物理层2022-4-15许国良许国良13光纤所用材料为玻璃，带宽大，消耗低，不受电磁干扰 多模光纤：多个入射角，多条传输途径，传输时间也不相同，几公里 单模光纤：只有一个入射角，一条传输途径，几十公里发送端：发光二极管（LED），电信号变为光信号接收端：光检测二极管（PIN二极管），光信号变为电信号接头为：ST接头芯数：2-144，USA Min 12，HK Min 64、地面微波方向性强，直线传输（视距传输）收发两端

7、使用抛物面天线常用频段：2G-6G距离远时使用中继站一般用于电视、电话业务，也用于高速数传受天气影响较大5、卫星微波 将一个地面微波中继站升高到空中-卫星，用于连接多个地面微波收发站卫星在上行频段接收，放大，在下行频段转发，一个卫星可工作在多个频段物理层2022-4-15许国良许国良14同步卫星：卫星与地球保持相对静止，三颗同步卫星即可覆盖全球工作频段一般在几G到几十G可用于多种业务传输时延大；240ms-300ms6、超短波 无方向性，绕射能力强 频率范围：30M-1G 传输速率低10Kbps，距离近，几十公里 用于城市内无线组网、无线调度、遥测遥控 蜂窝系统、无线寻呼、无线数传 存在多径干

8、扰物理层2022-4-15许国良许国良152、数据链路层 1）数据链路层的作用 2）数据链路层协议例一 3）数据链路层协议例二 4）局域网技术的发展 5）ATM网络技术 6）无线网络技术 7）局域网网络设备 8）局域网主干技术比较2022-4-15许国良许国良16数据链路层一、数据链路层的作用 链路层是利用物理层提供的原始比特流，在邻接节点之间实现透明的、可靠的数据传输1、组帧 将待发信息分成以“帧”为单位的段 为什麽要组帧？ 物理层会出错，接收端可能接收的多或少（保证接收的比特数） 便于进行纠、检错，出错后处理重发 流量控制，处理发的快、收的慢 组帧的方法： 字符计数法：帧头处标明帧中字符数

9、量 开始/结束字符法： 开始-DLE（10H） 正文-STX（02H） 结束-DLE（10H） 适合传送 8bit文本文件 开始/结束旗标法：每帧开始/结束有专门的位图案， 如“01111110”，若发送数据有5连1，则其后自动添“0” 适合传送任意二进制数据2022-4-15许国良许国良172、差错控制 差错的检测与纠正 在发送的帧中，加入检/纠错用的冗余比特序列（如：CRC码） 差错恢复 为发送端提供一种“反馈重发机制” 发端收到正确反馈，发下一帧； 发端收到错误反馈，重发上一帧； 发端超时未收到反馈，重发上一帧；3、流量控制 发的快，收的慢，即使物理层无错，接收端也会溢出错 有很多方法，

10、主要用于网络层 一般是收方要几帧，发方发几帧数据链路层2022-4-15许国良许国良18二、数据链路层协议例一 HDLC（High-level Data Link Control）是面向比特型的通信规程，可以对任意数据进行透明、可靠的传输，用于公网、卫星通信等1、组帧格式开始标志地址控制信息帧校验结束标志8 bit8 bit 8 bit128 byte 16 bit8bitF 01111110 A C I FCS F 01111110发送帧：接收方地址应答帧：发送方地址信息 I 0 发序号N(S) P/F 收序号N(R)监视 S 1 0 监 视 P/F 收序号N(R)无编号 U 1 1 修 饰

11、 P/F 修 饰发：连续5个1，插入0收：连续5个1，丢掉0对A、C、I 字段进行冗余校验， 典型为X16+X12+X5+1控制 I：用于信息传送，序号模 8控制 S：链路监视、应答，帧确认、 重发请求、暂停发送等 RR：接收准备好 RNR：接收未准备好 REJ：要求重发N（R）及以后的 I 帧 SREJ：要求重发N（R）的 I 帧控制 U：用于链路控制的附加功能，链路 建立、模式设定、链路释放等数据链路层2022-4-15许国良许国良192、链路建立与拆除 建立：发送端发U帧请求，收端发U帧确认，双方建立通信模式、初始化 拆除：发送端发U帧请求，收端发U帧确认，断线3、信息的发送与接收 发送

12、端发信息帧（I），发送序号加1模8 收端接收正确发响应S帧的RR（N（R），处理接收序号 发端继续发以后的信息帧4、错误检测与恢复 接收端检测FCS以及帧序号，有错就丢掉，响应S帧的REJ（N（R） 要求发送端重新发送N（R）及以后的帧5、流量控制 接收端处于忙状态时，发送S帧的RNR（N（R），要求发送端暂停发送 接收端不忙时，发送S帧的REJ（N（R）及RR（N（R），要求发送端 启动发送数据链路层2022-4-15许国良许国良20三、链路层协议例二 局域网（LAN）是一个部门或组织的区域性计算机网络系统，范围在10Km内、数据速率大于1M、误码率低、无路由选择、延迟小，LAN的拓扑结构分

13、为总线型、环型、星型及混合型等LLCMACPH高层由于拓扑结构或物理介质不同，访问介质的方法及协议不同，为了便于给上层提供服务，LAN中将链路层分为两层：LLC/MAC，不论介质访问协议如何，LLC子层的机制都是一样的2、LAN标准 1980年以来，IEEE为LAN制定了一系列标准，IEEE802系列为链路层标准 IEEE 802.1 LAN体系结构 IEEE 802.2 逻辑链路控制LLC IEEE 802.3 CSMA/CD介质访问控制方法（MAC） IEEE 802.5 Token-Ring介质访问控制方法（MAC） IEEE 802.3U 100M以太网 IEEE 802.11 无线局

14、域网 1、LAN参考模型数据链路层2022-4-15许国良许国良213、逻辑链路控制协议（LLC） 接受MAC服务，为网络层提供服务 通信方式与数据单元结构类似 HDLC 协议4、以太网（Ethernet）介质访问控制（MAC）协议 Xerox、DEC、Intel在80年代共同提出一个10M以太网标准 IEEE 802.3 速率：10M点数：1024介质：双绞线、同轴、光纤 距离：2.5Km 编码：曼彻斯特访问控制：CSMA/CD数据帧结构：前导码起始SADAFCSPAD信 息长度CRC64 - 1518 byte7 byte1010 - 101 byte101010116 byte目的地址6

15、 byte源地址2 byte0 -15000 -1500 byte0 -46 byte填充46 byteCRC校验数据链路层2022-4-15许国良许国良22CSMA/CD：载波侦听、多路访问/冲突检测 MA：多路访问，点到多点 CS：载波侦听 a：持续监听；听到信道空闲，马上发送 b：p-持续监听：听到信道空闲，以某一概率发送 c：非持续监听：听到信道空闲，马上发送；如信道忙，延迟一时段再听 CD：冲突检测 在通信过程中，同时进行冲突检测：若信道空闲，进行数据发送，然后 进行512 bit （64 byte ）时间片的冲突检测，即将自己发送的包收回来， 若正确，认为已占领信道，进行连续发送；

16、若冲突，则立即停止发送，并 发送阻塞信号（32 byte ），使冲突强化，各冲突方进行随机延时，然后再 进行载波侦听，随机延时采用“截断的二进制指数后退算法”：L站 1 站 2 截断的二进制指数后退算法： T=r*t 0=r=2k-1 k=min（i，10） t：512bit 时间片 i：冲突次数 冲突到了16次，交上层处理 网络直径： 2L/ct c =1.8*10 m/s8数据链路层2022-4-15许国良许国良23CSMA/CD发送端与接收端控制流程图 发送 随机延迟总线空闲？发送信息有冲突？ 发阻塞发送完成？ 冲突16次？收到应答？ 放弃发送 结束YNYNNYYNYN接收有载波？收信息

17、冲突碎片地址匹配CRC？ 发应答 结束取消接收NYNYYYNN数据链路层2022-4-15许国良许国良24LAN链路层发送端与接收端工作过程 发送端：LLC子层请求发送一帧，MAC子层将LLC子层的 PDU组成帧：将一个前导码、帧起始标志加到帧的头部，将LLC的 PDU作为信息，填充PAD，附加目的地址、源地址、帧长度和校验序列，然后采用CSMA/CD访问控制方法进行发送，发送成功将结果通知LLC 接收端：接收端的MAC子层随时监听，听到有载波并有前导码和同步码后，接收比特，检测帧长度是否正确，帧长度是否为8 的整数倍，是否有冲突信号，目的地址是否是自己，是否群呼，差错控制是否正确，以上检测均

18、通过，响应LLC 子层数据链路层2022-4-15许国良许国良253、网络层 1）网络层的作用 2）路由选择与拥挤控制 3）网络层协议例一 4）网络层协议例二：无连接的IP协议 5）网间互连 6）广域网连接2022-4-15许国良许国良26网络层一、网络层的作用 网络层利用数据链路层提供的邻接节点间的数据传送功能，保证终端系统间进行透明、高可靠的数据传递 链路层仅负责将帧从线路一端送到相邻的另一端，若数据从源到目标传输并不是相邻节点，则需要经多次跳跃，网络层则负责端到端的通信 网络层开始是为资源子网访问通信子网而设计，通信子网是一种交换式通信网，LAN是一种广播通信网，LAN 不需网络层即可工

19、作，但 LAN要划分子网，网间互连时需网络层 1、数据分组/数据报 将数据分成长度有限的分组/数据报，降低节点存储负担2、路由选择 为数据传送选择跳跃的最佳路径3、流量与拥挤控制 节点超载，接收端反馈，与发送端进行协调4、网间互连 不同子网间的互连，协议转换5、为上层提供服务2022-4-15许国良许国良27* 连接型（虚电路服务） 源端点与目的端点先建立起一条逻辑通路，即虚电路（非专有，别人也可用用完即释放），然后数据分组延虚电路顺序传送，发完拆链，建链和拆链都是一段段地进行* 无连接型（数据报服务） 不需建立链路，数据报自身目的地址及序号等信息，节点根据地址进行转发* 两种服务比较 虚电路

20、：建链拆链；建链时需路由选择，以后不用；分组顺序到达，路经一致 数据报：不需建链；每个数据报传送都需路由选择；数据报无顺序，路径不一 虚电路：顺序控制、流量控制由通信子网负责；可靠传输；适合集中大数据 数据报：顺序控制、流量控制由端系统负责； 不可靠传输；适合分散小数据 虚电路：虚电路有一环故障，传输中断 数据报：无此情况网络层2022-4-15许国良许国良28二、路由选择与拥挤控制 1、路由算法 路由算法属网络层软件，负责分组/数据报传输时选择路径，对数据报每个都要决定，对虚电路只在建链时选择一次 要求：正确、简单、牢固、稳定、公正和优化 两类算法：适应性：依网络流量和拓扑进行路由选择（动态

21、路由选择） 非适应性：不依网络流量和拓扑进行路由选择（静态路由选择）* 最短路径路由选择 按最短路径路由，路径可以是：距离、段数、带宽、流量等，一般取速度最快为最短路径，各节点测量与其它节点 的最短路径，记录形成路由表* 多路径路由选择 若各通信全部经最短路由，将造成拥挤，多路径路由选择将路径划分成最好、次好、第三好 - ，将流量分配到几条路径上，按随机数分布路由* 集中路由选择 前两种算法适合网络拓扑静态，而且流量变化少的场合，由操作人员列表，装入 IMP 中，但如果网络拓扑变化（IMP 故障）或流量变化大，就需要动态修改路由表，该方法建立路由选择控制中心（RCC），每个 IMP 周期性地向

22、 RCC 发送路由等状态信息，RCC 为每个 IMP 修正路由表，转发给每个 IMP网络层2022-4-15许国良许国良29* 独立路由选择 集中路由选择需 RCC，RCC任务繁重，分配路由表流量集中，不能发生故障该方法中每个 IMP 基于自己收集的信息修正路由表，以适应网络拓扑和流量的变化* 分布式路由选择 IMP 与相邻的 IMP 交换路由选择信息，修正路由表2、拥挤控制 造成线路拥挤有两方面：IMP 慢；线路容量不够* 缓冲区预分配 建立一条虚电路时，IMP 不仅添写了路由表，还为该虚电路开辟了缓冲区* 丢弃报文分组 一般用于数据报服务，报文分组到达，若无空间，便丢弃* 定数分组控制法

23、使用四处环游的“许可证”来控制子网中数据分组的数目，许可证有一定的数量，发端销毁，收端再生* 抑制分组法 在网络运行过程中，节点发现有阻塞趋势，则向源节点发抑制分组，源节点放慢速度，在监听期间无抑制分组，则加大通信量网络层2022-4-15许国良许国良30三、网络层协议例一：面向连接的X.25协议 1、X.25 概述 1974年，CCITT 制定了通信子网的 X.25 标准，1976、1980、1984年进行了修订，建议每四年修订一次，X.25 定义了 DTE 与 DCE 间的接口，有三层： * 物理层 定义了 DTE 与 DCE 间电子、机械接口 标准采用X.21/X.21bis X.21

24、不常用，一般使用 X.21bis 即 RS-232-C标准 * 链路层 提供 DTE 与 DCE 间的 可靠通信，协议采用 LAPB（链路访问规程 B），它是 HDLC 的一个子集 * 网络层 负责 DTE 间的连接 虚电路：建链、传输、拆链 永久虚电路：租用线路，连接总存在，想发就发，不需建、拆链IMP IMP DCE DCE X.25网 路由选择、拥挤控制X.25(1.2.3)DTEX.25(1.2.3)DTE网络层2022-4-15许国良许国良312、X.25 虚电路呼叫建立与清除0001信道群号信 道 号分组类型 0000101源地址目的地址目地址长源地址长C功能数据长 00 功能数据

25、用户数据0 - 150 - 15虚电路数：40951：控制分组0：数据分组地址号码类似电话号码，国家、地区用户号组成，14 位十进制数线路协商数据，窗口尺寸、数据长度速率等DTE 自己规定的数据，登录口令等DTE1 发： CALL REQUEST （调用请求分组， 分组类型：0000101）传输到 DCE，DCE传输到 DTE2，DTE2 发： CALL ACCEPTED分组，建立起虚电路0001信道群号信 道 号分组类型 1附加数据任何一个 DTE 都可以发 CLEAR REQUEST （控制分组虚电路已建立，不需地址），对方回答：CLEARCONFIRMATION 确认，清除虚电路网络层2

26、022-4-15许国良许国良323、数据传输信道群号信 道 号数据缺省 128 字节0D01QP（S）MP（R）Q：限定数据，高层用D：P（R）：分组接收序号M：MoreP（S）：分组发送序号0：DCE 收到数据应答1：DTE 收到数据应答0：最后一组1：完整分组未发完数据传输采用数据报文分组发送、接收序号进行模 8 操作数据分组中没有数据校验，该功能在链路层完成4、流量控制/差错控制 用发送窗口机制来限定 DTE 连续发送分组的数目，一般取 7，分组发送序号P（S）由 DTE 指定，DCE 或 DTE 通过 RR 或 RNR（控制分组）中的 P（R）来确认分组，使发送端移动窗口 若网络出现错

27、误（分组丢失、序号错误、阻塞、虚电路丢失），DTE 或 DCE可以发出复位请求：RESET REQUEST，拆除虚电路，重新建链网络层2022-4-15许国良许国良33四、网络层协议例二：无连接的 IP 协议 IP 协议是 TCP/IP 协议族中的网络层部分，最早用于 ARPA 网络，后来成为工业标准，用于网络互连，Internet 网络层即是采用 IP 协议 IP 协议提供非连接的数据报服务，数据在网上传输时不保证可靠性，由网关将数据穿过几个网络，可靠性依靠上层 - 传输层（TCP）来保证1、 IP 协议的工作方式 源机器取得要传输的数据并把它分割成最大 64K 字节的数据报，每个数据报沿网

28、络传输，传输过程中 IP 数据报可能被网关分成更小的数据报片，所有报片最后到达目标机器后，重新汇编成本来数据 IP 数据报长度最大为 64K ，但实际中应与 MAC 帧一起考虑，最好是一个 IP 数据报正好装入一个 MAC 帧中，如 Ethernet MAC 帧数据最长 1500 byte IP 数据报就取 1500 byte IP 数据报在经过网关（路由器）传输时，它将被划分为更小的报片，这是由于网关的出口可能为其他介质：如 X.25，容许数据长度为 128 byte（缺省）因此必需将 IP 数据报划分报片 数据报片仍是 IP 数据报格式，由目标机（而不是下一个网关）组合成原来 IP 数据报

29、，这是由于：网关的存储和处理限制；报片传输的不同路径网络层2022-4-15许国良许国良342、IP 地址 IP 数据报传输为无连接，通过 IP 地址进行寻址 IP 地址由 32 位组成，按每 8 位为一个字节组，共四个字节组，通常用十进制数表示，用小数点隔开：2 IP 地址由网络标识和主机标识两部分组成，网络标识一样的是同一个网络 IP 地址一般划分为 5 类：A、B、C、D、E00101101111 1 1 1 0A类：- 54B类：- 54C类：- 223.255.

30、255.254D类：多点广播E类：保留网络层2022-4-15许国良许国良35* IP 地址划分规则： 网络标识的第一个字节不能为 127，内部使用 网络标识的第一个字节不能为 0 主机标识各个二进制数不能全为 1，广播地址 主机标识各个二进制数不能全为 0* 子网和子网掩码 每一个网络都需要唯一的网络标识，而 32 位 IP 地址中的网络地址部分是有限的，要想扩充网络地址可采用子网技术：将主机地址部分划分出一定位数作为网络地址，剩余的位数作为主机地址，整个 IP 地址表示为： 网络标识 + 子网标识 + 主机标识 如： 是一个 B 类网络，可将主机标识的第一字节用于子网

31、标识则可构成 254 （0、255禁用）个子网，每个子网有 254 个主机 要告之本网络是如何划分的，采用子网掩码：凡是 IP 地址中网络和子网标识部分用二进制 1 表示，主机标识部分则用二进制 0 表示，子网掩码缺省值为： A类： B类: C类: 例：IP 地址为： Mask 为： 表示：162.105 网络中 160.5 号主机 Mask 为： 表示：162.105.160 网络中 5 号主机网络层2022-4-15许国良许国良36* MAC 地址

32、与 IP 地址 MAC 地址是按厂商（3 字节）和设备号（3 字节）编号，按整个 MAC 地址进行寻址，寻址麻烦 IP 地址可以按组织（网络拓扑）编号，IP 寻址按：网络地址 + 子网地址 + 主机地址进行，寻址合理 不是所有的设备都有 MAC 地址（如 Modem） MAC 寻址要维护大量整个 MAC 地址，若一个组织以 MAC 地址组成网段，该组织最好购买同一厂商的网卡 IP 地址属逻辑地址，可以分配给组织一个 IP 网段，软件设置每台主机的 IP 地址，主机移动时不需改动硬件，只需修改 IP 地址 按 MAC 寻址，不知道地址就广播出去，是全网内广播（广播风暴） IP 广播可以只在一定网

33、段内进行（组发），不影响其他网段网络层2022-4-15许国良许国良373、IP 数据报格式版本IHL服务类型总 长 度标 识 符协 议生存时间分段位移报头校验和MDX源 IP 地址目的 IP 地址填 充Option数 据32 bit由报头和正文两部分组成报头为一个 20 字节固定长度和一个可选项版本：版本号IHL：报头长度（32 bit/单位） 最小值为 5服务类型：优先级 DX XT R 0 1 2 3 4 5 6 7低延迟 高吞吐 高可靠总长度：数据报整个长度，最大 65536 字节标识符：用于将数据报分成报片，属于同一数据报的报片标识一样DF：通知网关不要将数据报分成报片MF：表示后面

34、还有报片，最后一个报片应为 0网络层2022-4-15许国良许国良38分段位移：表示当前报片在源数据报中的位置，偏置从 0 开始，单位为 8 byte 13 个 bit 有 8192*8=65536 byte 报片头与数据报头大小一样，多数段一样，不同的有：总长度、MF、校验和与分段位移有变化，目标节点收到最后一个报片（MF=0），从它的长度和偏置可得到数据报总长度，然后与所有到达报片的长度和比较是否相等来判断是否所有报片均到达，报片到达可以不按顺序生存时间：数据报容许在网络系统中维持的时间，超时即丢弃，单位为 秒，最 大容许时间为 255，准确计算时间较难，因为无时钟同步，简单方法 是数据报

35、每经过一次网关，即将寿命减一协议：指出传输的数据报是属于上层的哪种服务，如：TCP报头校验和：对报头按 16 bit 流取反码再相加，再把结果取反形成一个 16 bit 校验和，只对报头校验，不对数据校验，交上层处理源 IP 地址：目的 IP 地址：可选项：用于安全、路由选择、错误报告、调试等，容许后续版本的协议插入 信息，具有可扩展性数据：网络层2022-4-15许国良许国良39六、广域网连接 异地的不同局域网通过公共的通信子网（WAN）进行互连1、电话网（PSTN） 频带 Modem，64K，支付电话费2、模拟专线 频带 Modem，64K 基带 Modem，64K - 2M，支付月租费3

36、、CHINAPAC（X.25） 64K，传输质量高、电路利用率高、有延迟，协议有三层，支付流量费4、CHINADDN 数字专线、透明传输，2M，延迟小，支付月租费5、CHINAFRN 帧中继，简化X.25 为二层，2M，延迟小，PAC 或 DDN 上提供6、VSAT 卫星通信网，9.6K - 1.5M，支付流量或月租费7、ISDN 2B+D，带多个终端，支付电话费8、Internet网络层2022-4-15许国良许国良404、传输层 1）传输层概念 2）OSI传输层协议 3）传输层协议例子：TCP/UDP2022-4-15许国良许国良41传输层协议一、传输层概念传输层用于实现两个终端计算机系统

37、内进程间的高可靠、高效率数据传输。网络通信分为计算机系统间的通信和双方系统进程间的通信。 为什麽不把进程间通信也放入网络层呢？ 下三层属于通信子网，用户无法控制，上三层属于用户应用部分，为了让用户排除通信控制、差错控制/恢复等烦恼，在上下三层间加入传输层，这样，前四层为传输服务提供者，后三层为服务用户，因此，传输层处于一个承上启下的关键位置。用户应用只对传输层，而不必关心网络是什麽样子。 传输层为上层隔离了通信子网的技术细节，上层调用标准例程就能适应任何通信子网，传输层可与任何上层直接通信，没有传输层，协议分层无意义。2022-4-15许国良许国良42二、OSI 传输层协议 从物理层到网络层，

38、协议制定的很标准，也不太复杂，到传输层，协议的标准就变得模糊，OSI 根据不同子网，将子网划分为3 种类型，传输层协议分为 5类：* 通信子网三种类型：A：无差错、无故障的完整服务 - LANB：完美的分组传递，但可能发生 N-RESET - X.25C：不可靠的服务，有分组丢失，分组重复 - PSTN * 5 类协议0：简单类 - 建链、数据分段传输、出错通知， A1：基本错误恢复类 - 网络故障恢复，优先级数据传递， B 2：多路复用类 - 在 0 上增加多个传送共用一条网络线路， A 3：错误恢复和多路复用类 - 在 1 上增加多个传送共用一条网络线路，B 4：错误检测和恢复类 - 在

39、3 上增加数据丢失、重复、顺序错的检测 及恢复， C传输层协议2022-4-15许国良许国良43三、传输层协议例子 - TCP/UDP TCP 是一个面向连接的传输层协议，UDP 是非连接的协议，它们不属于ISO 的标准协议集，但 TCP 协议能容忍不可靠子网，相当于 ISO 的第 4 类协议，由于其在商业界/工业界的成功，已成为事实上的工业标准：TCP/IP TCP/IP 协议的 5 元组唯一指定一条 TCP 连接： （TCP、IP1、PORT1、IP2、PORT2） PORT：端口号，用于区分一台计算机系统内的不同进程 SOKET：套接字，TCP、IP、PORT 应用层编程接口对 5 元组

40、赋值，调用函数，即可通信，不必关心什麽网络1、TCP 数据格式 * 端口号：1 -255 为众所周知的端口号， 其它端口号留给用户使用 * 序号：TCP 接收用户报文，分成长度不超过 64K 的数据片，数据片由 IP 作为一个独立的数据报（字节流）传送，（建议使用数据片长度为 536，则 IP 为 576 byte），TCP 为传输的每个字节数据都编号，序号处放的是当前数据片 中第一个字节的顺序号（模 2 的32次方）传输层协议2022-4-15许国良许国良44源端口（16 bit）目的端口（16 bit）序 号确 认 号头长度保留结束同步复位确认报文结束紧急窗 口填 充选 项紧急指针头校验和

41、数 据32 bitTCP header * 确认号：告之发方的已经收到了确认号以前的数据，即采用捎带技术，在发送数据段中捎带数据确认应答，全双工通信 * 头长度：报头长度，单位为 4 byte，最小为：5传输层协议2022-4-15许国良许国良45 * URG 紧急标志：表示有紧急数据 * ACK 确认标志：表示使用确认号字段 * EOM 报文结束：报文发完，还可发别的 * RST 复位标志：通知对方复位 * SYN 同步标志：用于建链时同步序号 * FIN 结束标志：释放连接 * 窗口：通知对方在确认号字节后容许发送的最大字节数，最多为 64K， 起流量控制的作用 * 头校验和：所有报头数据

42、按 16 位取反相加，和再取反 * 紧急指针：紧急数据位于当前序号后的位置指示 * 选项：其它应用，如指明最大数据段长度等 * 填充：保证头为 32 位的整数倍，填充 0 * 数据：发送数据2、TCP 协议的工作方式 * 建立连接 TCP 使用三次握手动作完成建立一条连接，容许任意一端建立，也可双方传输层协议2022-4-15许国良许国良46同时建立，连接建立后，容许数据双向流动（全双工），两端无主次之分，发端为 Client，收端为 Server 建立连接时，双方均需协商/确认序号，实现同步 由于 TCP 可用于不可靠分组，有可能在连接的建立过程中，出现延迟分组或重发分组，因此需要可靠的建链

43、过程 site1 site2SYN ,Seq=x SYNSYN+ACK SYN ,Seq=y,ACK x+1ACK y+1 ACK * 关断连接 TCP 关断连接使用修改的三次握手完成，由于 TCP 是全双工的，有两个方向的数据流，有两个发方，任何发方都可以关闭自己的一半，最后两条全关闭，发拆方可收，不可发；收拆方可发，不可收 site1 site2FIN ,Seq=x FIN ACK ACK x+1 DATA DATA FIN FIN Seq=y ACK y+1 ACK 传输层协议2022-4-15许国良许国良47 * 数据传输与控制 用 TCP 数据格式传数据 ACK 确认，若发方发的多，

44、收方 ACK 少，则需重传 超时重发：每次发送一个数据片，启动计时，等待确认，若超时则重发 复位：严重故障时，启动复位，两端立即停止发送，释放连接 紧急数据可插入 URG ，如：Break 使用窗口进行流量控制 * 可以看出：TCP 的数据格式只有一种格式，建链、拆链、复位、应答、 流控与数据传输都用此格式，靠标志来完成，而不是靠不同的 TCP 数据 格式来完成3、UDP 数据格式* 无连接的数据报协议* 开销小，可靠性低（SNMP、RIP）* 不需返回数据时，源端口号可为 0 * 长度：整个 UDP 的长度，单位字节* 校验：可选，为 0 即不校验 16 bit 取反相加，和再取反源端口号目

45、的端口号校验长度数 据32 bit传输层协议2022-4-15许国良许国良485、会话层一、会话层概念 会话层用于在两个应用进程彼此通信时，组织它们之间的对话，并管理它们的数据流，为上层提供如下服务：会话建立/拆除、数据传输、会话管理、同步、活动管理、异常报告 会话、表示、应用属高层协议，利用低 4 层提供的无错信道，提供面向用户的服务。会话层是一个薄层，其它协议无此层，只有 ISO 的模型中有，Internet中也无此层，低 4 层中的应答等是用于数据的正确传输，会话层的应答等，是用于应用间的协调，是面向应用的流控二、会话的建立与拆除 建立：请求 - 响应 拆除：请求 - 响应 传输层拆链属

46、卤莽拆除：一端发拆，就不在接收数据，对方不可拒绝 会话层拆链属雅致拆除：一端发拆，对方可协商，对方响应后才可拆三、数据传输 传输层有常规数据和加急数据 会话层有常规数据、加急数据、特权数据（带外）、能力数据（会话控制）2022-4-15许国良许国良495、会话层四、会话管理 OSI 协议的连接是全双工的，但许多高层软件希望半双工通信，需要会话管理，会话层通过令牌来实现，持有令牌的一方才可发数据，发完将令牌交给对方，没有令牌想发数据，可以申请五、同步 用于在出错后，将会话实体恢复到一个已知状态 传输层已保证数据不出错，但不能保证高层不出错（打印缺纸，断点续发）在数据中加入一些同步点，故障后，从最

47、近同步点处继续六、活动管理 将用户的报文流分割成一些逻辑单位 - 活动，活动间完全独立 传输多个任意文件，每个文件为一个活动（带外） 网上交易，一个交易过程为一个活动，安全七、异常报告 对意外错误的报告2022-4-15许国良许国良506、表示层 表示层处理所有数据表示及与传送有关的问题，数据结构表示、数据转换、加密、压缩等，Internet 无表示层 前五层保证数据位流由发方正确传送到收方的相应进程，表示层对数据进行处理，进行相应数据格式转换等一、数据表达 数据表示、编码、传送及解码中描述的数据结构，使不同计算机间相互兼容数据意义相互转换、理解 IBM 使用 EBCDIC 字符码，而一般为

48、ASCII 码 INTEL 芯片右边为最高位，MOTOROLA 左边为最高位 OSI 提出一种抽象语法表示 ASN.1，用来表示数据结构和传输语法二、数据压缩 节省传输开销、存储开销，又是一种加密 数据压缩/解压缩由表示层来完成，三种主要实现方式： * 符号集合的有限性 * 符号使用的相对频率（Huffman） * 符号出现的上下文（Run Length）三、数据加密 发端加密/收端解密由表示层来完成 加密：物理层/链路层（硬件），传输层/表示层（软件）2022-4-15许国良许国良517、应用层一、应用层概念 应用层由若干个应用进程（应用程序）组成，为用户提供网络服务 应用进程分为两部分：与

49、通信无关（程序界面、数据处理等） 与通信有关，称应用实体（AE），应用层所起的作用 主要为 AE 的作用 传输层：保证可靠信道 会话层：保证可靠数据 表示层：保证可靠语法 应用层：保证正确语义二、应用服务元素（ASE） 由于应用进程一般都使用一些基本操作，为避免各种应用的重复开发，OSI 在应用层内制定了一些进程使用的基本元素 - ASE * ACSE：联系控制服务元素 - 建链/拆链 * RTSE：可靠传输服务元素 - 数据传输 * CCR：委托、并发和恢复 - 多机协调工作、错误恢复 * ROSE：远程操作服务元素 - 远程操作 * DS：目录服务 - 分布式数据库 * MHS：报文处理系

50、统 - 邮件 * FTAM：文件传输、访问和管理 - 文件传输 * VT：虚终端 - 终端访问计算机2022-4-15许国良许国良52分类参数网络区域（服务范围）局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、国家与国际网、全球网传输信号格式数字网、模拟网带宽宽带网、窄带网物理层（媒介）有线：光纤网、铜线网无线：无线网、卫星网功能传输网，骨干网核心网接入网支线网广播网运营方式公网、专网协议体制SDH、ATM、IP等业务种类电信网、广播电视网、计算机网通信网络分类通信网络分类2022-4-15许国良许国良53分类参数网络功能核心交换网光传输网光接入网光局域网和光局域互连区域光广域网光城域网

51、光局域网光信号的传输媒介光纤网、空间通信网光承载的信号数字、模拟信号承载方式PDH、SDH、WDM、IP等光网络分类光网络分类12022-4-15许国良许国良54分类参数网络业务静态业务网络动态业务网络波长变换无波长转换有波长转换节点单跳网络多跳网络拓扑结构总线、星型、网状、环形、树形选路广播与选择波长选路网光网络分类光网络分类22022-4-15许国良许国良55 除了按业务外，人们更熟悉的是按服务范围进行的分类。在三网融合之前，电信网和互联网的划分区域稍有差别。 我们首先来看互联网的的区域划分：局域网（LAN）：连接的用户位于一个本地区域，如一个部门、一栋大楼、一个办公司、一个工厂或是一个大

52、学校园。城域网（MAN）：为一个城市内的或是一个城区内的用户提供互联功能。广域网（WAN）：覆盖了从相邻城市连接到不同国家用户的地理范围。 其次是电信网，传统的电信网主要指电话通信网，按区域划分为长途网、本地网。其中长途网包括国际、国内四级干线，国内四级干线涵盖省会城市之间和省会与地市中心城市之间的连接；本地网为地市区域内的网络，包括城市内的市话网和郊区农村的农话网。随着电信网内数据业务的飞速增长，传统的电信网称呼已不适合，人们更愿以通信网来替代之。在互联网的冲击下，其区域划分演变为：长途（广域）网、城域网和接入网。其中本地网演变成城域网和接入网。接入网在城域网的边缘，其覆盖区域大于（包括）局

53、域网的范畴。2022-4-15许国良许国良562022-4-15许国良许国良572022-4-15许国良许国良581、定义：以光为传输媒质的通信网络，传输的物理媒介有：光纤、自由空间等。2、功能：在光层上完成通信数据的传输、交换、汇聚和接入等网络的功能。3、特点：充分利用了光纤的巨大带宽资源。对数据的传输速率、协议、业务的透明性。可提供动态可重构网络，灵活升级。波长的在利用可靠的保护恢复机制。光网络的定义和功能光网络的定义和功能2022-4-15许国良许国良592022-4-15许国良许国良602022-4-15许国良许国良61光传送网（OTN）的概念在1998年由国际电信联盟ITU-T提出，

54、现在被普遍接纳和认可的光网络模型如图1所示，各个客户网络通过光核心网相连，客户网络和核心网络之间通过用户网络接口（UNI）实现网间的寻路和信令。核心网内部的OXC之间和子网之间通过网间接口NNI相连。ITU-T在G.872建议中定义光传送网为一组可为客户层信号提供主要在光域上进行传送、复用、选路、监控和生存性处理的功能实体，它能够支持各种上层技术，是适应公用通信网络演进的理想基础传送网路。光传送网光传送网OTN的定义的定义2022-4-15许国良许国良62 分层结构是定义和研究光传送网（OTN）的基础。层网络之间均为客户层服务层的关系。SDH网按分层概念可以分为电路层、通道层和传输媒质层，在第

55、五章中介绍了各层定义。G.872建议在光传送网中加入了光层，按建议，光层由光信道层(OCH)、光复用段层(OMS)和光传输段层(OTS)组成，如图9.1所示。 物理层(光纤) 光传输段层 光复用段层 光信道层 (没有) 虚道层 虚道层 电路层 电路层 PDH 通道层 SDH 通道层 电复用段层 电复用段层 光传送网络 （c）光层分解 电路层 电通道层 电复用段层 光层 物理层(光纤) （b） WDM 网络 电路层 通道层 复用段层 再生段层 物理层(光纤) （a）SDH网络 图 9.1 SDH和OTN的分结构 光传送网光传送网OTN的分层的分层2022-4-15许国良许国良63OTN全光传送网

56、光层的每一层都需要有相应的技术支持（见表9.1），如光传输层需解决光信号的放大、色散管理，光复用段层采用了光波复用技术，如光码分复用(OCDM)、光时分复用(OTDM)、密集波分复用(DWDM)，光信道层需要有全光交换技术、全光路由等。相应层功能技术IP层IP头处理、分段、转发（光域）波长交换路由器OCHIP包封成光分组、光通路连接信息适配、光通路监控光交换技术（光开关、波长变换器、可调谐光滤波器）OMS光分组的复用、段信息适配、段监控光DWDM/OTDM/OCDM复用技术OTS在光纤媒质（G.652、G.653、G.655光纤）上提供传输功能光放大器、色散管理（DA）等表9.1 OTN的相应

57、层技术2022-4-15许国良许国良64光网络各层的功能 数据链路层数据链路层： 完成数据的逻辑连接（完成数据的逻辑连接（ATM虚电路、虚电路、IP包的分组包的分组定界）。定界）。 协议封装。协议封装。 QoS控制、差错检查、流量控制等。控制、差错检查、流量控制等。 连接证实、传输带宽管理。连接证实、传输带宽管理。 物理层：物理层： 速率适配。速率适配。 线路故障分段、光通道保护。线路故障分段、光通道保护。 光信号传输。光信号传输。 光链路的配置和连接。光链路的配置和连接。 光信号的放大。光信号的放大。2022-4-15许国良许国良65光网络的分层及相应技术相应层相应层功能功能技术技术业务层业

58、务层IPIP包头的处理、分段、包头的处理、分段、转发（光域）转发（光域）ATMATM信元的封装、虚电信元的封装、虚电路的建立路的建立SDHSDH组帧等组帧等波长路由器波长路由器光路由器光路由器ATMATM交换机交换机SDHSDH端机等端机等OCHOCH层层IPIP包封装成光分组，光包封装成光分组，光通道连接，信息适配，通道连接，信息适配，光通道监控光通道监控光交换技术（光开关、光交换技术（光开关、波长变换器、可调谐光波长变换器、可调谐光滤波器）滤波器）OMSOMS层层光分组的复用、段信息光分组的复用、段信息适配、段监控适配、段监控光光DWDM/OTDM/OCDMDWDM/OTDM/OCDM复用

59、复用技术技术OTSOTS层层在光纤媒质上（在光纤媒质上（G652G652、G655G655、LEAFLEAF、TRUE WTRUE W）上传输功能上传输功能光放大器、色散补偿、光放大器、色散补偿、非线性控制技术等非线性控制技术等2022-4-15许国良许国良66分层对应功能电路层电路层通道层通道层段层段层物理层物理层传传输输媒媒质质层层铁路铁路火车火车集装箱集装箱货物货物2022-4-15许国良许国良672022-4-15许国良许国良682022-4-15许国良许国良69光传送网光传送网OTN的分割的分割传送网分层后，每一层网络仍然很复杂。为了便于管理，在分层的基础上，将每一层网络在水平方向上

60、按照该层内部的结构分割为若干个子网和链路连接。分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网、国内长途网和本地网等，并独立地对每一部分行使管理。图8.3给出了传送网分割概念与分层概念的一般关系。2022-4-15许国良许国良70 光透明传送子网ClientOADMOADMOADMOADMOADMOLSOADMOADMOADMOADMOLSOADMClient光子网光电转换设备OXC边界处光电转换子网内部全光传送2022-4-15许国良许国良71光传送网光传送网OTN的功能模型的功能模型图8.4为传送网的功能模型示例。网络的结构元件按功能分为参考点（接入点）、拓扑元件、传送实体和传送处理功能四大类。网