通信网理论基础课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2,本课程讨论的主要问题（,1,）,通信原理课程,：,给定传输信道，如何进行有,效的传输？,信号的表示：,PCM/,M/,信源编码；,信道,：恒参信道、变参信道；,基带、带限射频信道；噪声,+,干扰；,传输方式,：模拟传输、数字传输；,AM/FM/PM,，,PSK/FSK/MSK,，（基带）最佳传输,同步：,位同步、帧同步、群同步,4,本课程讨论的主要问题（,3,）,假定有,N,个用户数，共需要,N,(N-1),N,2,条物理传输通道。,缺点：,成本昂贵，且极难扩展，每条物理传输通道的利用率极低。,通信网络的基本问题：,就是如何以尽可能,低的成本,有效地解决处于任何地理位置的,任意两个用户之间即时信息传递,问题。它完全类似于当今的交通运输系统,解决人和物资流动的问题。,5,本课程讨论的主要问题（,4,）,通信网络在传统的电话交换网、分组交换网、计算机通信网的基础上得到了飞速发展，出现了多种类型的网络和技术，,例如，光传输网、宽带综合业务网（,B-ISDN,）、,Internet,、千兆以太网、,3G,（第,3,代移动通信系统）等等。,目前正在向下一代,Internet,、全光网络、,LTE,（,3G,长期演进）、,4G(,第,4,代移动通信,),等方向发展。,尽管这些网络在形式上千差万别，但它们许多基,本的原理都是相同的。,6,本课程讨论的主要问题（,5,）,本课程的主要目的,：就是要讨论这些网络的,共性原理,。（具体的网络形态将由专业课来介绍。）,希望通过本课程的学习,:,使大家能够理解现在的各种新型通信网络的,设计原理和依据,，同时为大家设计和构思其他新型的通信网络打下理论基础。,7,本课程讨论的主要问题（,6,）,第,1,章,主要讨论通信网络的,基本构成,和,协议体系,；,第,2,章,详细讨论了链路层、网络层和传输层的,端到端,传输协议,：包括组帧、差错检测、自动请求重发,（,ARQ,）、协议的初始化、差错控制和流量控制,等；,第,3,章,首先描述了单个排队系统的基本时延性能，接,着描述了多个排队队列组成的网络的时延性能，给,出的分析模型是常用的,网络时延模型,；,8,本课程讨论的主要问题（,7,）,第,4,章,分析了多个用户,共享一个信道的问题,：,多址,技术，重点研究随机多址的基本特征（时延、通过,量和稳定性）及其改进的方法；,第,5,章,研究如何为数据分组选定合适的传输路径问,题,：,路由算法,，给出了常用的最短路由算法，并,讨论了路由信息的广播；,8,第一章 概论,1.1,通信网络的基本构成,1.2,协议体系及分层的概念,1.3,通信网络的数学基础（略）,1.4,通信网络的基本理论问题,3,1.1,通信网络的基本构成,1.1.1,数据传输链路,1.1.2,数据传输网络,1.1.3,网络的互连,4,1.1,通信网络的基本构成,（电话机、,传真机、计,算机）,链路汇聚点,传输链路,（,路由器、程控交换机,）,（电话线、,光纤）,用户终端,基本网络由物理传输,链路和链路汇聚点组成,6,通信网络举例（,1,）,不同类型的基本网络,通过,路由器,互连而成,7,通信网络举例（,2,）,通信网,包括的网络（通常称为子网）有：,ATM,（,Asynchronous,Transfer,Mode,，异步转移模式）网,络、,X.25,分组数据网,、,PSTN,（,Public,Switched,Telephone,Network,，公用电话交换网）,/,ISDN,（,Integrated,Service,Digital,Network,综合业务数字,网）、,移动通信网,/,卫星通信网,、,FDDI,（,Fiber,Distributed,Data,Interface,，光纤分布式数据接口）环,网、,局域网,及,高速骨干核心网,等。整个网络通过以,WDM,（,Wavelength,Division,Multiplexing,，波分复,用）链路作为核心路由器的高速通道，形成高速信息,传输平台，将上述各子网互连互通，可形成一个无缝,覆盖的网络。,8,通信网络举例（,3,）,路由器,是网络互连的核,心设备，它负责,分组,（分组,是由若干数据比特组成的可,进行独立传输的数据块，其,长度为几十个字节到几千个,字节）的,转发,和为各个分组,选择适当的传输路径,。,（铁路运输的货运站、集装,箱码头）,Interfaces,Interfaces,9,通信网络举例（,4,）,正是由于路由器的,存在，我们可以将任一,用户（用户,A,）的分,组，通过一个最优的路,由（用户,A,路由器,R13,路由器,R1,路由,器,R3,ATM,网络路,由器,R14,用户,G,）转,发给任一目的用户（用,户,G,）。,（图,1.2,）,Interconnect,(,Crossbar+,Scheduler),Receive,Buffering,Transmit,Buffering,Receive,Buffering,Transmit,Buffering,10G,Linecards,1.16,11,1.1.1,数据传输链路（1）,所谓,数据传输链路,是指在,物理传输媒,介,（如双绞线、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、调制解调的方式、数据编码,的方式、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,格式）的数据比特通道,。,12,1.1.1,数据传输链路（2）,数据传输链路分为,两大类,：,一类,是用户到网络节点（路由器或交换机）,之间的链路（简称为,接入链路,）；,另一类,是网络节点（路由器或交换机）到网,络节点（路由器或交换机）之间的链路（简,称为,网络链路,）。,13,1.1.1,数据传输链路（3）,接入链路有多种形式,，如,Modem,（调制解调,器）链路、,xDSL,链路、,ISDN,链路、无线链路,（移动通信和卫星通信链路）、局域网链路,等。,例如：,xDSL,链路,是通过数字技术，对,PSTN,端局（本地电,话交换机）到用户终端之间的,线路进行改造而成,的数字用,户线,DSL,（,Digital,Subscriber,Line,）。,DSL,的前缀,x,表示不,同的传输方案。例如：,ADSL,（,Asymmetric,DSL,非对称数,字用户线）的上行速率为,640,kb/s,1,Mb/s,，下行速率为,6,8Mb/s;,HDSL(High,Speed,DSL),上下行速率相同，均为,768kb/s,或,1.5Mb/s,；,VDSL,（,Very,High,Speed,DSL,）下行速,率,12.96Mb/s,、,25Mb/s,、,52Mb/s,，上行速率为,1.6,14,ADSL,例如：,DMT,full,rate,downstream,(up,to,8Mbps),DMT,full,rate,upstream,(up,to,640Kbps),G.lite,ADSL,downstream,(up,to,1.5Mbps),G.lite,ADSL,upstream,(up,to,512Kbps),RJ-11,Port,for,Connection,to,ADSL,Four,10/100Mbps,Ethernet,Ports,for,Connection,to,Computers,15,Cable,Modem,例如：,The,DCM-201,has,a,maximum,downloading,speed,at,38Mbps,(256,QAM),and,a,maximum,uploading,speed,at,10Mbps,(16,QAM).,The,DCM-201,uses,the,Reed-Solomon,error,correction,method,for,data,packet,integrity.,Downstream,Modulation:,64QAM,256QAM,Frequency,Range:,91-857MHz,Upstream,Modulation:,QPSK,16QAM,Frequency,Range:,5-42MHz,16,局域网链路,局域网链路中最典型的是,以太网,（Ethernet）,链,路,，在双绞线上可传输的峰值数据速率为,10Mb/s,、,100Mb/s,、,1000,Mb/s,。这是在办公室环,境下，最常用的接入方式。,17,GPRS,/,CDMA,链路,高速上网,：,支持,GPRS,class,8,;,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,无需更换设备,速度更可高达,1.9MBps,18,1.1.1,数据传输链路（4）,网络链路,也有多种形式，如：帧中继、,SDH,、,WDM,等。,例,如,：,SDH,（,Synchronous,Digital,Hierachy,，同步数字系列）是在美国贝,尔实验室提出的,SONET,（,Synchronous,Optical,Network,，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,（,155.520,Mb/s,），,STM-4,（,622.080,Mb/s,），,STM-16,（,2,488.320,Mb/s,），,19,1.1.1,数据传输链路（5）,光波分复用,（,WDM,，,Wave,Length,Division,Multiplexing,）技,术是在,一根光纤,中能同时传输,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,纤上可提供的数据速率为,4,2.5,Gb/s,（第一个数字,4,为波长数，,第二个数字,2.5,为每一波长上的速率，后同）、,16,10,Gb/s,，,160,2.5Gb/s,、,128,10Gb/s,等，理论上可达,5,Tb/s,的传输速,率。,20,1.1.2,数据传输网络（1）,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。（一个分组经过的所有,传输链路的集合称为一条路径(或路由)）。,在数据传输网络中，要传送的,基本内容,称,为消息（,Message,）。根据不同的应用场合，,消息可有不同的含义。比如，消息可以是一份,电子邮件（,E-mail,），一份文件，一幅图,像，,。,21,1.1.2,数据传输网络（2）,会话过程（,Session,）：,B,A,在要进行交互操作的场合，如：,A,可以发一个消息给,B,，,B,可以发一个应答给,A,，双方需要交互多次才可,完成信息交换的过程，或者说，双方需要按一定的,顺序交换大量的消息。我们称这样,一个消息的序列,为一个会话过程（,session,）,22,1.1.2,数据传输网络（2）,数据传输网络,必须保证每一个会话过程可靠、,及时、高效地完成。,典型的数据传输网络,：分组交换网,，电路交换网，,ATM,网。,23,1,分组交换网（1）,在分组交换网中，将消息分成许多比较短的、格,式化的数据块称为,分组（,Packet,）,进行传输和交,换。每一个分组由若干比特的数据组成。,每一个分组通常包括一个附加的,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。,在每一个,网络节点,中采用,存储转发,的工作方式来,将输入的分组送到选定的输出链路上。（这种按,照一定的规则（路由算法）将输入分组送到选定,的输出链路上的过程称为交换。）分组交换网如,24,1,分组交换网（2）,消息,A,分段,重装,节点的,交换过程,25,1,分组交换网（2）,分组交换网中，,选择一条合适的传输路径,，有哪些方式？,基本方式：,虚电路方式,数据报方式,26,1,分组交换网（3）,在,虚电路方式,中，在一个会话过程开始时，,确定,S,D,的一条,逻辑,通路,（即实际分组传输时才占用物理链路，无分组传输时不占用,物理链路。此时物理链路可用于其他用户分组的传输）。会话过,程中所有的分组都沿此逻辑通道进行。,例如图,1-3,（,a,）的,S,D,之间,为消息,A,建立了一条逻辑通路。每一,条逻辑通路可用一个虚电路号来表示,27,1,分组交换网（4）,B,A,C,在,数据报方式,中，为会话过程中的每一个分组独立,地选择路由，也就是,S,D,之间一次会话过程中的分,组可以独立地选择路径,A,，路径,B,或路径,C,或其他路,径。因而，到达目的节点,D,的分组所经过的链路可能,各不相同。,28,电路交换（或称线路交换）,是指根据用户的呼,叫请求，将输入物理电路,直接,与输出物理电路,相连接,的一种交换技术。,电路交换机在功能上等效为一个,开关矩阵,，当,某一输入电路要与某一输出电路相连时，则将,对应的开关闭合，形成直接的通路。,在电路交换网中，在双方通信之前，需要在双,方,建立,一条直接的物理通路，在通信结束后，,要,拆除,该物理通路。在通信过程中，收发双方,独占该道物理通路。,在电路交换方式中，信息的传输具有,很短的时,延,，且可以保持收发双方严格的,同步,关系。但,与分组交换相比，链路使用,效率相对较低,。,2.电路,交换,交换网络,控制系统,29,3,ATM,网络（1）,ATM,（,Asynchronous,Transfer,Mode,）是在传统电,话网使用的电路交换以及分组交换网基础上发展起,来的一种交换技术，可以较好地支持,不同速率,、,不,同种类,的宽带信息交换。,ATM=,电路交换,+,分组交换,（,1,）,atm,使用信元，信元是一种固定长度分组（,53B,）,（,2,）,atm,使用虚电路，有虚电路号等概念,（,3,）,atm,可以满足实时性业务要求（类似电路交换）,30,3,ATM,网络（2）,它与分组交换的差别是采用一个全网统一的固定长度的,分组（称之为,信元,）进行传输和交换。,ATM,网络中，信,元的长度为,53,个字节，其中,5,个字节为信元头，,48,个字节,用来运载信息。,好处：,由于信元长度和格式固定，可用硬件电路对信元进,行处理，因而缩短了每一个信元的处理时间。,它采用,面向连接,（即虚电路）方式，以提高信息传送的实,时性。,ATM,设计是,以光纤传输为基础,，因此在传输链路上采用,了非常简单的差错控制和流量控制等措施，提高了信元,31,3,ATM,网络（3）,UNI,NNI,NNI,UNI,ATM,网络,交换机,X,交换机,H,交换机,K,交换机,Y,A,B,ATM,用户（终端）到,ATM,交换机（网络）之间的接,口称为,UNI,（,User-Network,Interface,，用户网络接,口）。,交换机（网络节点）之间的接口称为,NNI,（,Network-,Node,Interface,，网络节点接口）。,32,3,ATM,网络（4）,ATM,信元,5,首部,48,净负荷,GFC,4,VPI,8,VCI,16,PT,3,1,HEC,8,VPI,12,VCI,16,PT,3,1,HEC,8,CLP,UNI,接口,比特,NNI,接口,比特,字节,ATM,的信元格式,：,UNI,接口和,NNI,接口的信元格式除前,12,个比特格式不同外，其余格,式完全相同。,GFC,（,Generic,Flow,Control,）是流量控制比特。,VPI/VCI,用来表示信元,传递的路径。其中，,VPI,（,Virtual,Path,Identifier,）是虚通道标识；,VCI,（,Virtual,Channel,Identifier,）是虚信道标识。,PT,（Payload,Type,负荷类型）用来区分该信元是,用户信息还是控制信息。,CLP,（Cell,Loss,Priority，信元丢失优先级）指示信元的丢,失优先级。,HEC,（Header,Error,Control，信元头差错控制）提供信元头四个字节的差,错控制，可进行多个比特的检错和单个比特的纠错。,33,3,ATM,网络（5）,ATM,网络,A,B,(8,17),(6,35),(9,26),(2,55),4,3,2,4,1,3,2,4,3,2,X,1,Y,1,Z,入端口,入（,VPI,VCI,）出端口,出（,VPI,VCI,）,4,(8,17),2,(6,35),入端口,入（,VPI,VCI,）出端口,出（,VPI,VCI,）,4,(9,26),2,(2,55),入端口,入（,VPI,VCI,）出端口,出（,VPI,VCI,）,4,(6,35),3,(9,26),传输和交,换的过程,34,3,ATM,网络（6）,ATM,信元通常是,在,SDH,链路上,进行传输的。,为了支持,不同类型的业务,，,ATM,网络向用户提供四种,类别的服务，即,A,类、,B,类、,C,类和,D,类。,服务类别,是根据业务的,比特率,是固定的还是,可变,的、源,节点到目的节点是否需要,同步,、以及是面向,连接,还是无,连接来划分的。,对于不同类别的业务，,ATM,网络采用,不同的适配方法,（即如何将业务比特流分段，形成数据协议单元（,CS-,PDU,），再如何将,CS-PDU,分成信元，最后如何有效地,传输这些信元）。这些适配的方法称为,AAL1,AAL5,。,35,3,ATM,网络（7）,AAL1,支持,A,类,：恒定比特流、收发需要定时关,系、面向连接的业务。,AAL2,支持,B,类,：可变比特流、收发需要定时关系且,面向连接的业务（如话音和图像等业务）。,AAL3/4,支持,C,类,/D,类业务,，服务既可以是面向连接,的也可以是无连接的，支持的业务可以是报文模式,也可以是流模式。,AAL5,为面向连接的应用提供更为有效的运载措施。,36,1.1.3,网络的互连（1）,前面两个小节，我们主要讨论的是,一个子网内,的问题，这时所有的链路具有相同特性，采用某,种数据传输链路协议和寻址方式，通过,交换设备,来实现子网内的路由选择和信息交换。,当,多个,（,不同传输和交换方式的,）,子网要互,联互通,构成一个大的网络时，需要采用路由器,（设备）。如图,1-5,所示。,37,1.1.3,网络的互连（2）,ATM,租用线,子网,B,ATM,网络,子网,C,WLAN,子网,A,局域网,核心网,IP/MPLS,38,1.1.3,网络的互连（3）,1,3,输入端口,输入子网,输出子网,输出端口,1,子网,C,子网,A,2,2,3,子网,A,子网,B,子网,B,子网,C,3,1,路由器的,基本功能,有两个：,一是,根,据路由表，将报文（,datagram,）发送,到正确的目的地；,二是,维持和更新决,定报文传输路径的路由表。,路由表,中指明到达目的地应将报,文送入与路由器相连的哪一个子网。,2,39,1.1.3,网络的互连（4）,路由器,工作方式,是：从接收报文中,提取,目的地,址，并确定该地址中的网络号，,查找路由表,以获,得与该目标网络相匹配的表项。,该表项包括报文应到达的下一网络及到达下一网,络的必要信息（如对应的路由器输出端口）。报,文被封装在选定的输出端口的数据帧中(,采用输,出子网的数据格式,)，并由输出端口输出。,40,1.1.3,网络的互连（5）,为了实现全网互连需要,两个基本条件,：一是,全网统一编址,，二是,路由算法,。,编址,解决如何区分网络中的节点、用户终端等，,例如，在,Internet,中是采用,IP,地址来区分路由,器、服务器、用户计算机等。,路由算法,解决从源到目的地之间应经过的子网、,路由器、网络节点等。例如，可以采用从源到目,的地经过的路由器最少的原则来选择一条路由。,41,1.1.3,网络的互连（6）,路由器,区别于,交换机,的关键特征是它可连接使,用不同物理传输媒介、具有不同传输协议的数据链,路。,在一个典型的网络中，通常会有一种以上的局,域网（,LAN,）和广域网（,WAN,）技术，而每个子,网都有独立的数据链路传输协议和寻址方式。,接入网,传输网,接入网,1.1.3,网络的互连（,7,）,接入网 传输网,(,核心网）,3,1.2,协议体系及分层的概念,1.2.0,通信协议的重要性,1.2.1,分层的概念,1.2.2 OSI,协议的体系结构,1.2.3 TCP/IP,协议的体系结构,1.2.4,混合的分层协议体系,4,通信协议（,1,）,给定传输链路，可否进行有效的通信？,步骤一,：线路要接通（拨号、专线,/,热线）,通,信,协,议,步骤二,：双方有交换信息的设备，并且愿意通信,步骤三,：互相要确认对方的身份,步骤四：双方要有互懂的语言,步骤五,：双方要有交流的规则,步骤六：双方要有合适的结束通信的方式,7,通信协议（,4,）,不难看出，如此往复下去将,引起无穷多次信息的,交换,，也不可能使双方同时进入进攻的状态。这,个问题出现的,关键,是：每一方很难相信自己是正,确的，它要求双方的信息都必须严格正确。,如果我们把前面严格确认的条件放松，即要求,同时,进攻的概率很高,，这样上面的问题就可以解决。,解决的方法,是：如果红军一方要在某个时间发起进,攻，它就同时派出多个信使，并确信对方会以很大,的概率获得该信息，而对方确信请求进攻方会发起,进攻。这样双方取胜的可能性很大。,8,通信协议（,5,）,上述例子说明了通信协议（规则）的,重要性,，,完善的通信协议应当保证通信的终端能,有效、,高效地向用户提供所需的服务。,不同的通信功能需要,不同的通信协议,，如,IEEE,802.3,，,IP,，,TCP,，,HTTP,。,一个完整的通信系统需要,一组通信协议,。,通信协议通常可通过完善的,协议体系,来描述。,9,1.2.1,分层的概念（1）,通信网络的协议可按照,分层,的概念来设计。,分层概念的基础是,“,模块,”,的概念。,例如,：在计算机系统中，一个模块就是一个过程,或一台设备，它完成一个给定的功能；若干个模,块组成一个完整的系统功能。,模块提供的功能通常称之为,“,服务,”,。,10,1.2.1,分层的概念（2）,采用模块概念的,好处,是：设计简单、可懂性好、标准,化、互换性好，有大量现存的模块可以利用。,对于模块,设计人员,，要关心该模块内部的细节和模块,的操作。,而对于模块,使用人员,，把模块当作一个黑盒子，只关,心该模块的输入、输出以及输入输出的功能关系，而,不关心模块内部的工作细节。,模块可以,嵌套,组成更大的模块。,低层,黑盒子,黑盒子,高层模块,11,1.2.1,分层的概念（3）,例如：一个高层的模块由低层模块加上一些简,单模块组成。,简,单模块,黑,盒子,黑,盒,子,简单模块,低,层,黑,盒,子,12,1.2.1,分层的概念（4）,低层对等过程,模块,H,模块,H,模块,L,模块,L,低层黑盒子,通信系统,高层通信系统,对等过程,通信网络的分层,可以看成,由一套模块组成的体系结,构，除了最低层由物理通,信链路组成以外，每一个,高层模块是由低层黑盒子,通信系统加一组简单的模,块组成,。,13,1.2.1,分层的概念（5）,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对应的,模块就称为,对等,（,peer,）模块,或对等过程,。如图,1-8,中的模,块,H,和,H,，模块,L,和,L,都是,对等模块。在该图中，低层模,块（通信系统黑盒子）本身由,更低层的对等模块和更低层的,通信系统黑盒子组成。,高层黑盒子,通信系统,对等过程,低层黑盒子,通信系统,低层对等过程,模块,H,模块,L,模块,H,模块,L,14,n,n,1.2.1,分层的概念（5）,n,-1,假设我们讨论的是,第,n,层,，那么一个节点中第,n,层对,等模块与对方节点中第,n,层对等模块通过第,n,-1,层进,行通信时，有,两个非常重要的方面,。,第一方面,是：需要有一个,分布式算法,（,或称为协,议,）来供两个对等层相互交换消息，以便为高层提,供所需的功能和业务。,第二方面,是第,n,层和第,n,-1,层之间的,接口,（,API,），该,接口对于实际系统的设计和标准化非常重要。,15,1.2.2,OSI,协议的体系结构（1）,国际标准化组织（,ISO,）将协议体系结构模型,分为,七个层次,：应用层、表示层、会话层、,运输层、网络层、数据链路层和物理层，并,将它作为开发协议标准的框架。,该模型,被称为开放系统互连（,OSI,）参考模,型，如图,1-9,所示。,16,1.2.2,OSI,协议的体系结构（2）,第一层：,物理层,（,physical,layer,）。在由物理通信信道,连接的,任一对节点之间,，提,供一个传送比特流（比特序,列）的,虚拟比特管道,。在,发,端,它将从高层接收的比特流,变成适合于物理信道传输的,信号，在,收端,再将该信号恢,复成所传输的比特流。,物理,信道,包括：双绞线、同轴电,缆、光缆、无线电信道等。,17,1.2.2,OSI,协议的体系结构（3）,第二层：,数据链路层,（,data,link,layer,）。物理层提供的,仅仅是原始的数字比特流传,送服务，它并不进行差错保,护。而数据链路层,负责数据,块（帧）的传送,，并进行必,要的,同步控制、差错控制和,流量控制,。由于有了第二层,的服务，它的上层可以认为,链路上的传输是无差错的。,1.2.2,OSI,协议的体系结构（4）,第三层：,网络层,（,network,layer,）,网络层的基本功能是把网络中的节,点和数据链路有效地组织起来，为,终端系统提供,透明的传输通路,（路,径）。网络层通常分为两个子层：,网内子层,和,网际子层,。,网内子层,解决子网内分组的路由、,寻址和传输问题；,网际子层,解决分,组跨越不同子网的路由选择、寻址,和传输问题。,它还包括不同子网之间速率匹配、,流量控制、不同长度分组的适配、,连接的建立、保持和终止等问题。,18,19,1.2.2,OSI,协议的体系结构（5）,第四层：,运输层,（,transport,layer,）。运输层可以看成是用户,和网络之间的,“,联络员,”,。它利用,低三层所提供的网络服务向高层,提供,可靠的端到端的透明数据传,送,。它根据发端和终端的地址,定,义,一个跨过多个网络的逻辑连接,（而不是第三层所处理的物理连,接），,并完成,端到端（而不是第,二层所处理的一段数据链路）的,差错纠正和流量控制功能。它使,得两个终端系统之间传送的数据,单元,无差错，无丢失或重复，无,20,1.2.2,OSI,协议的体系结构（6）,第五层：,会话层,（,session,layer,）。会话层负责控,制两个系统的表示层,（第六层）实体之间的,对话,。它的基本功能是,向两个表示层实体,提供,建立和使用连接的方,法，而这种表示层之间,的连接就叫做,“,会话,”,（,session,）。,21,1.2.2,OSI,协议的体系结构（7）,第六层：,表示层,（,presentation,layer,）。表示层负责定义,信息的,表示方法,，并向应用程序和终端,处理程序提供一系列的,数据转换,服务,，以使两个系统,用共同的语,言,来进行通信。,表示层的,典型服务,有：数据翻译,（信息编码、加密和字符集的翻,译），格式化（数据格式的修改,及文本压缩）和语法选择（语法,的定义及不同语言之间的翻译）,等。,22,1.2.2,OSI,协议的体系结构（8）,第七层：,应用层,（,application,layer,）。应用,层是最高的一层，,直接向用,户（即应用进程,AP,）提供服,务,，它为用户进入,OSI,环境,提供了一个窗口。,应用层包含了,管理功能,，同,时也提供一些,公共的应用程,序,，如文件传送，作业传送,和控制，事务处理，网络管,理。,23,1.2.2,OSI,协议的体系结构（9）,高,层,功,能,低,层,功,能,24,1.2.3,TCP/IP,协议的体系结构（,1,）,TCP/IP,（,Transmission,Control,Protocol/Internet,Protocol,）,协,议,族,是,美,国,国,防,部,远,景,研,究,规,划,局,（,DARPA,）,所,资,助,的,实,验,性,分,组,交,换,网,络,ARPARNET,上研究开发成功的。,TCP/IP,协议族的通信任务组织成,五个相对独立的层,次,：应用层、运输层、互连网层、网络接入层、物理,层。（它没有,OSI,七层模型中的表示层和会话层,，一般,这两层的功能并入应用层,）。,TCP/IP,协议族,重点强调,应用层、运输层和互连网层，而,对网络接入层只要求能够使用某种协议来传送互连网层,的分组。,25,1.2.3,TCP/IP,协议的体系结构（,2,）,FTP,SMTP,TELNET,HTTP,网络接入层的,主要功能,是解决与硬件相关的功能，向,互连网层提供标准接口,。从网络,的角度来讲，它是解决在一个网络中两个端系统之间传送数据的问题，以及一个端系,统（计算机）和它连接的网络之间的信息交换。,26,1.2.3,TCP/IP,协议的体系结构（,3,）,FTP,SMTP,TELNET,HTTP,如果两台设备连在两个不同的网络上，要使数据穿过多个互连的网络正确地传输，,这是,互连网层（网际层）要完成的功能,。该层采用的协议称为,互连网协议（,IP,）,，,它提供跨越多个网络的选路功能和中继功能。,IP,解决了网络互连问题，但它是一个,不可靠的传输协议。在传输过程中可能会出现,IP,报文的错误、丢失和乱序等问题。,27,1.2.3,TCP/IP,协议的体系结构（,4,）,FTP,SMTP,TELNET,HTTP,UDP,（,User,Datagram,Protocol,）为,应用层提供无连接的,尽力（,Best,effort,）服务,，它,并不保证,一定传,到，,也不保证,按顺序传输以及不重复,TCP,为应用程序之间的数据传输提,供,可靠,连接，它是,面向连接,的传输,控制协议。,28,1.2.4,混合的分层协议体系,由于现代通信网络的低层基本都是参照,OSI,的模型设计的，,而,TCP/IP,协议随着,Internet,的飞速发展而被广泛采用，因而,通常采用,混合的分层协议体系,来描述一个信息网络，如图,1-,11,所示。它,包括,应用层、运输层、网络层、数据链路层和物,理层。,2,内容,1.1,1.2,1.3,通信网络中的数学基础,(,穿插到以后章节,),1.4,3,1.4,通信网络的基本理论问题,(1),在一个由多种类型的物理网络构成的通信网络中，对,每个,用户,而言，所关心的问题主要是,如何将其消息快,速而准确地传到对方,。,用户的信息通常要,跨越多个网络,，例如，图,1-2,。,4,通信网络举例,例如，图,1-2,中用户,D,到用户,G,之间要跨越移,动通信链路、,SDH,链路、,WDM,链路、,ATM,链路、以太网等。,5,通信网络举例,N,D,C,F,I,K,G,E,J,H,Y,我们不仅要关心,两个相邻节点之间,链路,的传输可靠性和有效性，而且,还要关心同一种物理媒介,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,之间链路的传输。,6,1.4,通信网络的基本理论问题,(2),A,N,AP,AP,Node,移动,基站,用户,Y,我们若从,网络设计,的观点来看,待网络中的基本问题，所碰到,的,第一个问题是,如何设置网络,的接入点和网络节点，使得众,多的用户能够方便地接入到网,络之中，经济地共享高速大容,量的骨干链路和网络。这是网,络拓扑设计和网络覆盖问题。,（建立新网，网络扩展）,7,1.4,通信网络的基本理论问题,(3),第二个基本问题是,：采用什么样的,传输和交换机制。基本传输的单元,是分组、消息、信息流（线路）；,电路交换、分组交换、在第几层使,用交换技术，,。,控制系统,交换网络,8,1.4,通信网络的基本理论问题,(4),第三个,最基本的问题是众多的,用户,如何共享一个物理媒介,，,即多址问题。,9,1.4,通信网络的基本理论问题,(5),第四个问题是,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,或分组在一,个子网内,或,跨越,多个网络,时能快速、可靠地,传送到对方。这是路由问,题。,N,D,C,F,B,I,K,G,E,J,H,10,1.4,通信网络的基本理论问题,(6),E,F,A,(,t,),A,C,(,t,),C,D,(,t,),D,B,(,t,),B,第五个问题是,如何保证网,络,稳定运行,，即如何避免,网络中某条链路、某个子,网或整个信息网络发生,拥,挤和阻塞,，它包括用户接,入网络的业务流量和网络,内部的流量管理和控制。,这是流量控制问题。,11,本书的主要内容安排如下(1),第,2,章,：端到端的传输协议。主要讨论错误检,测，自动请求重传协议，组帧的主要问题以及网,络层和运输层的端到端的协议。,第,3,章,：网络的时延模型。主要介绍排队论的基本,知识，它是后面章节讨论的基础。,第,4,章,：多址协议。本章以共享传输媒介的网络,（如局域网和无线通信网）为基础，讨论随机多址,的基本问题、冲突分解方法及其性能改进的方法。,12,本书的主要内容安排如下(2),第,5,章,：路由算法。主要讨论最短路由算法、路,由信息的广播等。,第,6,章,：流量控制。主要讨论接入允许控制、窗,口流量控制和闭环流量控制等。,第,7,章,：网络的拓扑设计。主要讨论根据用户的,需求，如何最优设置用户接入点和网络节点。,还有网络管理（安全、计费、配置、,故障、性能等）等。,