寬帶無線通信第二講鄭國莘吳雅婷.pptVIP

,寬帶無線通信 第二講 鄭國莘 吳雅婷,OSI：起源和發(fā)展 OSI層 層的原理和益處 層之間的交互 TCP/IP網絡協(xié)議,1.3.1 OSI協(xié)議棧,1.3 網絡協(xié)議棧,分層的好處,各層之間是獨立的。 靈活性好。 結構上可分割開。 易于實現(xiàn)和維護。 能促進標準化工作。,1.3 網絡協(xié)議棧,層數(shù)多少要適當,若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復雜。 層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務時遇到較多的困難。,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層,應用層 表示層 對話層 傳輸層 網絡層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層,1.3 網絡協(xié)議棧,五層協(xié)議的體系結構,應用層(application layer) 傳輸層(transport layer) 網絡層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) 物理層(physical layer),數(shù)據(jù)鏈路層,5 應用層,4 傳輸層,3 網絡層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理層,1.3 網絡協(xié)議棧,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,應用進程數(shù)據(jù)先傳送到應用層,加上應用層首部， 成為應用層 PDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元,1.3 網絡協(xié)議棧,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,應 用 程 序 數(shù) 據(jù),10100110100101 比 特 流 110101110101,注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次,應 用 程 序 數(shù) 據(jù),1.3 網絡協(xié)議棧,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,10100110100101 比 特 流 110101110101,計算機 2 的物理層收到比特流后 交給數(shù)據(jù)鏈路層,1.3 網絡協(xié)議棧,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,數(shù)據(jù)鏈路層剝去幀首部和幀尾部后 把幀的數(shù)據(jù)部分交給網絡層,H2,T2,1.3 網絡協(xié)議棧,H3,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,網絡層剝去分組首部后 把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層,1.3 網絡協(xié)議棧,H4,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,運輸層剝去報文首部后 把報文的數(shù)據(jù)部分交給應用層,1.3 網絡協(xié)議棧,應 用 程 序 數(shù) 據(jù),H5,應 用 程 序 數(shù) 據(jù),計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,應用層剝去應用層 PDU 首部后 把應用程序數(shù)據(jù)交給應用進程,1.3 網絡協(xié)議棧,計算機 1 向計算機 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,計算機 1,AP2,AP1,計算機 2,我收到了 AP1 發(fā)來的 應用程序數(shù)據(jù)！,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層應用層,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層表示層,1.3 網絡協(xié)議棧,例子,FTP允許你選擇binary和ASCII兩種傳輸方式。如果是binary方式，發(fā)送端就不會改變文件的內容。如果是ASCII方式，發(fā)送端就會先把內容從發(fā)送端的字符集轉換成標準的ASCII碼再發(fā)送。接受端再從ASCII碼轉換為本地的字符集。,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層對話層,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層傳輸層,1.3 網絡協(xié)議棧,例子,TCP提供了一個4200字節(jié)的數(shù)據(jù)段給IP進行投遞。如果某種媒體不能傳輸4200個字節(jié)的包，那么IP將對數(shù)據(jù)進行分片。這樣，接收端的TCP也許就會接收到3個不同的1400字節(jié)的段。并且，接收段可能按照和發(fā)送不同的順序接收，所以它需要記錄接收的段，并將它們重組為4200字節(jié)的段。然后將數(shù)據(jù)送給上一層。,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層網絡層,1.3 網絡協(xié)議棧,網絡層功能路由,Fred,R1,Bunches Of Routers,R2,Barnery,Step1,Step2,Step3,將數(shù)據(jù)從源計算機發(fā)送到最近的路由器。 將數(shù)據(jù)投遞到離目標最近的路由器。 將數(shù)據(jù)從離目標最近的路由器投遞到最終路由器。,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層數(shù)據(jù)鏈路層,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層物理層,1.3 網絡協(xié)議棧,例子,RJ45定義了連接器的形狀和電纜芯/針的數(shù)量。Ethernet和802.3定義了1，2，3，6芯/針的使用。所以一根給Ethernet使用的帶有RJ45連接器的5類電纜，同時應用了Ethernet和802.3物理層規(guī)范。,1.3 網絡協(xié)議棧,OSI層,某些協(xié)議可能同時定義了多層的細節(jié)。例如，TCP/IP應用層等價于OSI 5到7層，所以NFS實現(xiàn)同時適合這三層。類似的，802.3，802.5和以太網同時定義了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的細節(jié)。,1.3 網絡協(xié)議棧,層之間的交互不同計算機相同層之間的通訊,HOST A,HOST B,Router 1,1.3 網絡協(xié)議棧,1.3 網絡協(xié)議棧,1.3.2 TCP/IP協(xié)議,TCP/IP,OSI,1.3 網絡協(xié)議棧,層之間的交互TCP/IP Headers and Trailers,1.,2.,3.,4.,5.,Application,Transport,Internet,Network Interface,1.3 網絡協(xié)議棧,層之間的交互幀，包和段,Data,Segment,Packet,Frame,1.3 網絡協(xié)議棧,面向連接的協(xié)議，非面向連接的協(xié)議，流量控制,面向連接的協(xié)議 VS 非面向連接的協(xié)議 如何進行出錯處理 流量控制,1.3 網絡協(xié)議棧,面向連接的協(xié)議 VS 非面向連接的協(xié)議,1.3 網絡協(xié)議棧,1.5 計算機網絡范例,網絡用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。 網絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。 所有的網絡結點都同等重要，因而大大提高網絡的生存性。 計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。 網絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。,1.5 計算機網絡范例,請注意名詞“結點”,“結點”的英文名詞是 node。 雖然 node 有時也可譯為“節(jié)點”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點，這種節(jié)點很像竹竿上的“節(jié)”。 在網絡中的 node 的標準譯名是“結點”而不是“節(jié)點”。,1.5 計算機網絡范例,ARPANET的成功使 計算機網絡的概念發(fā)生根本變化,早期的面向終端的計算機網絡是以單個主機為中心的星形網 各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。 分組交換網則是以網絡為中心，主機都處在網絡的外圍。 用戶通過分組交換網可共享連接在網絡上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。,1.5 計算機網絡范例,從主機為中心到以網絡為中心,以主機為中心,以分組交換網為中心,1.5 計算機網絡范例,互聯(lián)網發(fā)展的第一階段,第一個分組交換網 ARPANET 最初只是一個單個的分組交換網。 ARPA 研究多種網絡互連的技術。 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為標準協(xié)議。 同年，ARPANET分解成兩個網絡： ARPANET進行實驗研究用的科研網 MILNET軍用計算機網絡 19831984 年，形成了因特網 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布關閉。,1.5 計算機網絡范例,互聯(lián)網發(fā)展的第二階段,1986 年，NSF 建立了國家科學基金網。 NSFNET。它是一個三級計算機網絡： 主干網 地區(qū)網 校園網 1991 年，美國政府決定將因特網的主干網轉交給私人公司來經營，并開始對接入因特網的單位收費。 1993 年因特網主干網的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。,1.5 計算機網絡范例,三級結構的互聯(lián)網,各網絡之間需要使用路由器來連接。 有時在結構圖中可不畫出路由器。,校園網,校園網,校園網,校園網,校園網,校園網,國家主干網,1.5 計算機網絡范例,三級結構的互聯(lián)網,主機到主機的通信可能要經過多種網絡。,校園網,校園網,校園網,校園網,校園網,校園網,國家主干網,1.5 計算機網絡范例,互聯(lián)網發(fā)展的第三階段,從1993年開始，由美國政府資助的 NSFNET逐漸被若干個商用的 ISP 網絡所代替。 1994 年開始創(chuàng)建了 4 個網絡接入點 NAP (Network Access Point)，分別由 4 個電信公司經營。 NAP 就是用來交換因特網上流量的結點。在NAP 中安裝有性能很好的交換設施。到本世紀初，美國的 NAP 的數(shù)量已達到十幾個。 從 1994 年到現(xiàn)在，因特網逐漸演變成多級結構網絡。,1.5 計算機網絡范例,今日的多級結構的互聯(lián)網,大致上可將互聯(lián)網分為以下五個接入級 網絡接入點 NAP 國家主干網（主干 ISP） 地區(qū) ISP 本地 ISP 校園網、企業(yè)網或 PC 機上網用戶,1.5 計算機網絡范例,多級結構的互聯(lián)網,大公司,地區(qū) ISP,網絡接入點 NAP （對等點）,公司,主干服務 提供者,本地 ISP,地區(qū) ISP,地區(qū) ISP,地區(qū) ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,網絡接入點 NAP （對等點）,主機到主機的通信可能經過多種 ISP。,1.5 計算機網絡范例,無線接入 AP,光纜,1.5 計算機網絡范例,無線接入 AP,光纜,，,廣域網,城域網，局域網,無線局域網,1.5 計算機網絡范例,1.5.1 廣域網：線路交換的特點,兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。,1.5 計算機網絡范例,更多的電話機互相連通,5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。 N 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2對電線。 當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。,1.5 計算機網絡范例,使用交換機,當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。,交換機,1.5 計算機網絡范例,“交換”的含義,在這里，“交換”(switching)的含義是： 轉接把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。 從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。,1.5 計算機網絡范例,電路交換的特點,電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個階段： 建立連接 通信 釋放連接,1.5 計算機網絡范例,電路交換舉例,A 和 B 通話經過四個交換機 通話在 A 到 B 的連接上進行,(,(,(,(,交換機,交換機,交換機,交換機,用戶線,用戶線,中繼線,中繼線,B,D,C,A,1.5 計算機網絡范例,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),分組交換的原理（二）,每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組。,首部,首部,首部,請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”,1.5 計算機網絡范例,分組交換的原理（三）,分組交換網以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。,1.5 計算機網絡范例,分組交換網的示意圖,H1,A,分組交換網,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,結點交換機,主機,1.5 計算機網絡范例,結點交換機,在結點交換機中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。 結點交換機處理分組的過程是： 把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）； 查找轉發(fā)表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發(fā)； 把分組送到適當?shù)亩丝谵D發(fā)出去。,1.5 計算機網絡范例,分組交換的優(yōu)點,高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。 可靠 完善的網絡協(xié)議；自適應的路由選擇協(xié)議使網絡有很好的生存性。,1.5 計算機網絡范例,分組交換帶來的問題,分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。,1.5 計算機網絡范例,存儲轉發(fā)原理 并非完全新的概念,在 20 世紀 40 年代，電報通信也采用了基于存儲轉發(fā)原理的報文交換(message switching)。 報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經很少有人使用了。,1.5 計算機網絡范例,三種交換的比較,A B C D,A B C D,A B C D,報文交換,電路交換,分組交換,t,1.5 計算機網絡范例,數(shù)字數(shù)據(jù)網DDN,數(shù)字數(shù)據(jù)網DDN 數(shù)字數(shù)據(jù)網DDN (Digital Data Network)是利用光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星等數(shù)字信道，進行數(shù)據(jù)通信的基礎網絡，主要為用戶提供永久或半永久的出租數(shù)字線路。,1.5 計算機網絡范例,DDN 采用時分復用TDM,DDN 使用TDM 、按時間片分配用戶，在中繼傳輸時有幀結構，如 E1。 在用戶速率為 N * 64kb/s (N=1-31) 或子速率時，復用/解復用都由硬件實現(xiàn)，用戶無需任何軟件協(xié)議。所以，對用戶數(shù)據(jù)是透明的，可支持其它協(xié)議或開放各種業(yè)務網。 DDN 因為使用TDM，用戶使用的帶寬是固定的。當用戶不使用時，帶寬也不能分配給其它用戶使用；當用戶需要高帶寬時，網絡也不能馬上提供。這就不適用于信息突發(fā)率較高的用戶的需求。,1.5 計算機網絡范例,時分復用的信號，為了在接收端能夠正確地還原各路信號，必須保持收端與發(fā)端的同步。要保持收、發(fā)同步，除了保證碼元的節(jié)拍一致外，還必須準確地識別各路信號的輪流排隊次序。為此在各路信號排隊的開頭加入標志碼。,標志碼與各路樣值脈沖編碼輪流發(fā)送一次構成的碼組稱為1幀。（如圖2.6-2) 標志碼稱為幀同步碼。,時分復用原理,1.5 計算機網絡范例,30/32路話音PCM碼流的幀結構,30路語音信號以8KHz的抽樣速率采樣，幀長度Ts=1/fs=1/8kHz=125s。,在A律PCM基群中，一幀共有32個時間間隔，稱為時隙。各個時隙從0到31編號，記為Ts0,Ts1.Ts31,如圖2.6-3所示。32個時隙中的30個供用戶（即30話路）使用。每個時隙包含8位二進制碼。,時分復用原理,1.5 計算機網絡范例,32路時隙,幀同步碼,語音編碼,語音編碼,標志信號,1幀=32時隙=125s,時分復用原理,1.5 計算機網絡范例,語音編碼占：Ts1 Ts15, Ts17 Ts31，共30個時隙。,Ts16：用于傳送話路信令 。,第0個時隙Ts0：幀同步碼時隙。,時分復用原理,1.5 計算機網絡范例,(1) PCM 30/32系統(tǒng)傳碼率RBp,例如：,1.5 計算機網絡范例,DDN 的組成,DDN節(jié)點,DDN節(jié)點,DDN節(jié)點,DDN節(jié)點,DDN 網,DTE 用戶 數(shù)據(jù)單元,DTE 用戶 數(shù)據(jù)單元,NAU 網絡 接入單元,NAU 網絡 接入單元,網絡管理控制中心 NMC,用戶環(huán)路,數(shù)字通道,1.5 計算機網絡范例,幀中繼網絡FR,幀中繼網絡FR 幀中繼(Frame Relay)是綜合業(yè)務數(shù)字網標準化過程中產生的一種重要技術，它是傳輸線路數(shù)字化和用戶終端智能化的趨勢下，由X.25分組交換技術發(fā)展起來的一種傳輸技術。它在用戶網絡接口之間提供用戶信息幀的雙向傳送，并保持順序不變。 我國的幀中繼網絡以DDN為物理傳輸基礎。,1.5 計算機網絡范例,FR與OSI的對應關系,FR是ITU-T和ANSI標準，定義了在公共數(shù)據(jù)網(PDN)上發(fā)送數(shù)據(jù)的流程，屬于高性能的鏈路層協(xié)議。 它對應于OSI層次模型的最下二層。,1.5 計算機網絡范例,幀中繼的幀格式,標志(Flag)：用于指示一幀的開始和結束，其值為01111110。其唯一性使用比特填充法來保證。 信息(Information)：長度可變的用戶數(shù)據(jù)（一般為16002048個字節(jié)，理論上最大長度為4096字節(jié)）。 幀校驗序列(FCS)：包括2字節(jié)的循環(huán)冗余校驗。當通過幀校驗序列檢測出幀出現(xiàn)差錯時，就將該幀予以丟棄。,1.5 計算機網絡范例,幀中繼和其它通信方式的比較,幀中繼網絡可直接利用現(xiàn)有的DDN網絡硬件資源，只需更新網絡軟件就可實現(xiàn)，所需費用較低，因此，我國的幀中繼網絡以DDN為物理傳輸基礎。 ATM比較適合構造高速寬帶網的骨干網，而幀中繼網可作為寬帶業(yè)務的接入網,1.5 計算機網絡范例,異步傳輸？ 以字符為單位 在發(fā)送每個字符代碼時，其前、后分別加上“起”信號（長度為1個碼元，極性為“1”）和“止”信號（長度為1或2個碼元，極性為“0”）， 實現(xiàn)串行傳輸收發(fā)雙方碼組或字符的同步。 同步傳輸？ 以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號 在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的。 接收端為正確的區(qū)分收到的數(shù)據(jù)流中的每個碼元，必須首先建立準確的時鐘信號，實現(xiàn)比特同步。 異步傳輸相對于同步傳輸效率較低。,1.5 計算機網絡范例,SDH 同步數(shù)字序列,1.5 計算機網絡范例,1.5 計算機網絡范例,美國電器和電子工程師學會IEEE802 物理層的功能：傳輸位，信號編碼、譯碼，同步碼的產生 與接收。 媒體訪問控制層(MAC)：幀的裝配與拆分，位差錯檢驗，尋址。 邏輯鏈路控制層（LLC)：邏輯數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放，差錯控制，提供高層服務的訪問接口。,1.5.2 局域網與城域網,網絡硬件 OSI層次 網關 7.應用層 路由器、三層交換機 3.網絡層 網卡，網橋， 交換機 2.數(shù)據(jù)鏈路層 網卡，集線器，中繼器 1.物理層,1.5 計算機網絡范例,1.5 計算機網絡范例,傳輸介質：,1.5 計算機網絡范例,網絡硬件： 網卡：也稱網絡適配器、網絡接口卡（NIC，Network Interface Card），在局域網中用于將用戶計算機與網絡相連，大多數(shù)局域網采用以太（Ethernet）網卡。,1.5 計算機網絡范例,網絡硬件： 網卡：也稱網絡適配器、網絡接口卡（NIC，Network Interface Card），在局域網中用于將用戶計算機與網絡相連，大多數(shù)局域網采用以太（Ethernet）網卡。 調制解調器：modem，實現(xiàn)信號的模數(shù)轉換。,1.5 計算機網絡范例,網絡硬件： 交換機：具有多個網橋的功能。交換機組成的系統(tǒng)在物理上是星形連接。交換機上同時有多個數(shù)據(jù)通道并存，端口間既隔離又連接的功能反映在邏輯上就是一個受控制的多端口的開關矩陣。,1.5 計算機網絡范例,網絡硬件： 網橋：連接兩個局域網的存儲轉發(fā)設備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，可以完成相同或相似體系結構網絡系統(tǒng)的連接。 在網絡的連接中，如果只有MAC層，則要橋接的兩個網必須是同樣的網。而同時具有MAC層和LLC層的網橋則可以在不同的網絡間傳送信息。,局域網絡的組建,網絡硬件： 交換機：具有多個網橋的功能。交換機組成的系統(tǒng)在物理上是星形連接。交換機上同時有多個數(shù)據(jù)通道并存，端口間既隔離又連接的功能反映在邏輯上就是一個受控制的多端口的開關矩陣。 路由器：路由器就像一個帶有