第二章通信网的体系结构通信网的体系结构 现代通信网技术2 通信网的体系结构是从功能出发把通信网划分成若干个层次，每一层完成特定的功能，层与层之间通过标准的协议和接口交换信息而完成通信过程，它是一种用抽象的方法观察网络内部功能的一种分层化结构，是一种高度结构化的网络描述与设计技术，可见，建立通信网的体系结构的目的是为了实现通信设备的制造和通信网络建设的标准化，为此，国际标准化组织ISO和ITU-T制订了一系列用于开放系统互联的协议标准。 在通信网中协议是通信双方必须要遵守的规则，网络的协议是设计和开发通信设备和通信系统的基础，首先，讨论协议、协议的功能和协议的结构，将按照分层的观点来分析和考察网络协议，讨论作为分层基础的OSI参考模型和网络体系结构，OSI模型在通信网中的应用，同时讨论另一类常用的ICP/IP协议模型，并讨论新一代的通信网的网络体系结构即宽带网体系结构。 现代通信网技术32.1 网网络协议及其功能及其功能 2.1.1 网网络协议概述概述 通信双方的两个实体之间一组管理数据交换的规则称为通信协议。它是通信双方必须遵守的共同的约定，例如双方必须使用相同的格式，采用一致的时序来发送和接收信息等。 所谓实体是包含在通信系统中的能够发送和接收信息的某个部分，例如，用户的应用程序、文件的转移包、数据库管理系统、电子邮件系统和通信终端等。 通信协议是双方实体共同遵守的规则，它的主要内容有： 语法包括数据格式、编码和信号等级。 语义包括数据的内容和含义以及用于协调的控制信息和差错控制。 定时包括速率匹配和排序。2.1.2 网网络协议的功能的功能 网络协议具有以下主要功能：分段和重组 现代通信网技术42.1 网网络协议及其功能及其功能.封装连接控制流量控制差错控制寻址复用附加服务 这些功能通过网络的各层实现，网络的每一层不一定具有上述全部功能，可以完成其中一部分功能，但不同层可以具有相同的功能。下面对上述功能分别予以介绍。1. 分段和组装 在应用层转移数据的逻辑单元称为消息，应用实体之间以消息的形式或者以连接数据流的形式发送数据，较低层的协议需要把数据分为较小的，长度受限的数据块，这个过程称之为分段，通常把在这两个实体之间按照协议交换的数据块称为协议数据单元(PDU)，在接收侧重新把数据组装成消息。现代通信网技术5对数据进行分段的理由可以归纳如下：(1)通信子网只能接收一定长度的数据块，例如ATM网络的数据单元的长度固定为53个字节，以太网传送的数据单元最大长度为1526字节，为了有效地实现数据通过网络传送，必须对数据流进行分段，便于在长度上和网络中的数据单元进行适配。(2) 对长度较小的协议数据单元进行差错控制可以更加有效，利用较小的数据单元，当需要重传时，只需重传较少的比特数。(3) 对于共享信道的传输系统，对数据流进行分段可以使各个终端得到更为均等的传输机会。(4) 对数据进行分段，只要求接收实体分配较小的缓冲区。 当然对数据流进行分段也会带来不利的一面，主要有：(1)数据单元长度越小，控制信息在整个单元中占的比例则越大，会降低传输的效率。(2) 数据单元越小，处理机中断的次数越多，且处理时间越长，会增加网络的时延。 2.1 网网络协议及其功能及其功能现代通信网技术62.1 网网络协议及其功能及其功能2. 封装 在分段形成的数据块上增加控制信息的过程称为封装，这是协议要完成的主要功能之一，当网络存在多层协议时，需要按层次进行封装控制信息主要包括三个部分：(1) 地址码发送或接收端的地址。(2) 错误检测码包含某种校验序列，对收到的一段信息进行校验。(3) 协议控制对流量和差错进行控制的信息。3. 连接控制 数据通信分为无连接和面向连接两种通信方式。在无连接的方式中，每个协议数据单元传送的过程中进行独立处理：在面向连接的方式中要在两个实体之间建立一个逻辑关系，然后对PDU通过建立的连接进行有序的传送。面向连接的通信过程可以分为三个阶段： 现代通信网技术72.1 网网络协议及其功能及其功能（1）连接建立：协议实体一方发生建立连接请求，在简单协议中接收实体或者同意建立连接请求，或者拒绝该请求，如果同意建立连接，则连接继续进行下去，否则终止连接的建立过程。在复杂的协议中，可以允许双方进行协商。（2） 数据传送：连接建点后，请求方发送数据，接受方发送确认，完成数据传送。 (3) 连接拆除：数据传送结束后，请求方发送终止连接请求，接收方发送接受终止连接。面向连接的数据传送的一个重要特征是序号的利用，对于PUD的发送均按照预定的序号进行，发送和接收实体根据传送的序号可 以支持以下三项功能：流量控制、差错控制和数据单元的重组。4. 流量控制 流量控制是指接收实体对发送实体送出的数据单元的数量或速率进行限制。以避免数据单元的丢失和网络的拥塞。 被广泛采用的流量控制方式之一是滑动窗口控制，它的方法是向发送实体设置一个发送单元的限制值，这个数值规定了没有收到确认信息之前，允许发送实体送出的数据单元的最大值。为了更有效地对流量进行控制，流量控制协议可以设置在协议不同的层次上。 现代通信网技术82.1 网网络协议及其功能及其功能5. 差错控制 差错控制技术是用来对协议数据单元中的数据和控制信息进行保护的。包括两方面的内容，一方面是对收到的数据进行校验，在出错的情况下对整个PDU重新进行传输，另一方面，利用定时器进行控制，当超出规定的时间没有收到确认信号则重新传输。和流量控制一样，差错控制分布在系统的各个部分。 6. 寻址 在通信系统中，寻址是一个复杂的过程，涉及的因素较多，主要有以下 几个方面：(1) 寻址的级别：是指寻址和通信协议的层次有关，在不同的层次上，有 相应的地址和寻址方法。(2) 寻址范围：在面向连接的通信系统中，利用连接识别符进行寻址，识 别符所指的寻址范围是不同的。(3) 连接识别符：在进行连接时，采用一次特定的符号(码字)来标识已建 立的连接，这有利于减小比特开销、选路、复用和状态信息的利用。现代通信网技术92.1 网网络协议及其功能及其功能(4) 寻址模式：寻址模式是寻址中采用的方式，一般可分为单播、组播和广播模式。显然，它是规定了一个地址和端口或系统之间的关系。即一个地址是与单个端口或系统有关，还是和一部分端口或系统有关，还是和全部的端口或系统有关。 7. 复用 复用是指在一个系统上支持多个连接。例如在协议中多条虚电路可以终接在一个端系统中。它可以利用端口号来实现，显然它与地址是相关的。 8. 附加服务 协议可以对通信实体提供各种服务，例如优先权、服务等级及安全设置等等。 通信协议的基本功能的实现在通信网的设计和开发中具有举足轻重的作用。 现代通信网技术102.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型2.2.1 OSI参考模型的层次和功能 通信网的协议十分繁杂，涉及面很广，因此在制定协议时经常采用的方法是分层次法：即把整个协议分成若干个层次，这些层次之间既是互相独立的，又是互相联系的。独立是指各层协议各自完成自己的功能，当其中的一层协议发生变化时，对其它层次不发生影响。联系是指下一层为上一层提供服务，上一层对下一层存在依赖关系。 整个协议划分为多少层由协议的制定者来确定，确定层次的数量时应考虑的因素主要有：（1）对协议分的层次应当足够多，从而使得为每一层确定的详细协议不致过分复杂。（2）层次的数量不能太多，以防止对层次的描述和综合变得十分困难。（3）选择合适的界面使得相关的功能条件在同一层内，而将不同的功能分配给不同的层次。（4）希望分层结构各层之间的互相作用比较少，使得某一层次的改变对所造成的影响比较小。现代通信网技术112.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 层次和协议的集合称为网络体系结构，体系结构应当具有足够的信息，以使软件设计人员编写该层协议有关的程序。网络的体系结构和每层的协议的确定是通信网设计的基本课题之一。 协议的分层是通信网设计中一个带有全局性和根本性的问题，因而引起了广泛的重视。网络的设计者和用户都希望能有一个统一的标准，以实现各个网络之间的互通 国际标准组组织(ISO)已经制定了开放系统互连参考模型，即OSI参考模型。ISO是成立于1947年的国际标准化组织，在ISO中，TC97(技术委员会97)负责制订计算机和信息处理方面的技术标准，TC97中的SC6负责制订数据通信方面的技术标准，SC6于1977年开始开发OSI网络体系结构，制订有关OSI参考模型的技术标准，其中关于OSI参考模型的文件是ISO7498。在提出OSI/RM以后TC97又分别制订了OSI的各层协议，使得OSI的体系结构更加完善。 现代通信网技术122.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 TIU-T同时也公布了关于OSI体系结构的技术文件，在中公布了关于OSI/RM和OSI各层的协议。这两个标准化组织公布的技术文件虽然编号不同，但内容是完全一致的。 OSI是一个开放系统互连模型，所谓开放系统互连，是指按照这个标准设计和建成的计算机网络系统可以互相连接。 OSI模型规定了一个网络协议的框架结构，它把网络协议从逻辑上分为：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，其中下面三层为低层协议，提供网络服务，上面的四层为高层协议提供末端用户功能。OSI参考模型如图所示。现代通信网技术132.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型.图2.1 OSI参考模型现代通信网技术142.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 OSI模型中各层的主要功能如下：1. 物理层(Physical Layer) 在物理层主要讨论在通信线路上比特流的传输问题，这一层协议描述传输的电气的、机械的、功能的和过程的特性。其典型的设计问题有：信号的发送电平、码元的宽度、线路码型、网络连接插脚的数量、插脚的功能、物理连接的建立和终止以及传输的方式等。2. 数据链路层(Data Link Layer) 在数据链路层主要讨论在数据链路中帧流的传输问题。这一层协议的内容包括：帧的格式、帧的类型、比特填充技术、数据链路的建立和终止、信息流控制、差错控制，向网路层报告一个不可恢复的错误。这一层协议的目的是保证在相邻的站与节点或节点与节点之间正确地、有次序和有节奏地传输数据帧。数据帧典型的例子是HDLC。3. 网络层(Network Layer) 网络层主要处理分组在网络中的传输。这一层协议的功能是：路由选择、数据交换、网络连接的建立和终止，在一个给定的数据链路上网络连接的复用，根据从数据链路层来的错误报告而进行的错误检测和恢复，分组的排序和信息流的控制等。网络层典型的例子是建议的第三层协议。 现代通信网技术152.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型4. 传送层(Transport Layer) 传送层协议处理报文从信息源到目的地之间的传输。这一层的主要功能是：把传送层的地址变换为网络层的地址，传送连接的建立和终止，在网络连接上对传送连接进行多路复用，端一端的顺序控制，信息流控制，错误的检测和恢复。传送层复杂程度与第3层密切有关。对于可靠的、功能齐全的第3层，所要求的将是较小的第4层。第1层到第3层是连接的，而第4层到第7层端点对端点的。5. 会话层(Session Layer) 会话层主要控制用户间的会话。会话是指用户与用户的连接，会话可以使一个用户登录到一个远程分时系统或者在两台机器之间传送文件。这一层的功能是：把会话地址变成它的传送地址，会话连接的建立和终止，会话连接的控制，会话连接的同步。6. 表示层(Presentation Layer) 表示层主要处理应用实体间交换数据的语法，其目的是解决格式和数据表示的差别。这一层的例子有：文本压缩、数据加密、字符编 现代通信网技术162.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 码的转换，如把ASCII(美国信息交换标准码)变换成EBCPIC(扩充的二一十进制码)。表示层的协议，使计算机的文件格式能够经过变换而得以兼容。7. 应用层(Application Layer) 应用层为应用进程提供访问OSI环境的方法。这一层的例子有：虚拟终端协议、虚拟文件协议、文件传送协议、公共管理信息协议。虚拟终端服务是用来提供给终端使它能访问远程系统中的用户进程。虚拟文件服务提供对文件的远程访问、管理和传送，文件传送是两个终端之间提供文件传送服务。公共管理信息服务通过提供的七项基本服务支持对网络的性能管理、故障管理和配置管理服务。2.2.2 OSI的协议数据单元 在协议的分层结构中，一个特定层为上一层提供一组服务，上一层称为服务用户，下一层是服务提供者。一般地讲，分层结构中的N层为位于上面的N+1层提供一种服务。 现代通信网技术172.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 如图所示。图中示出(N-1)、N和(N+1)层之间的关系。N层对N+1层的N服务通服务访问点(SAP)提供。服务访问点实际上是N层和N+1层之间的逻辑接口。在每一层中有多个活跃的实体(Entity)。实体的例子如多道处理系统中的一个进程，或者可以是一个子程序，同一层中有多个同级实体，它们可能存在于同一系统中，这时不能从外部观察到它们。它们也可能存在于不同的系统中，不同系统中的实体之间联系是在同级协议控制下进行通信的。如图中虚线所示。图2.2 N-1、N和N+1层的关系示意图现代通信网技术182.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 在层的实体之间传送的比特组称为数据单元。在同等层之间传送数据单元是按照该层的协议进行的，因此这时的数据单元称为协议数据单元。图所示出层间数据单元形成过程。图中PDU是协议数据单元，SDU是服务数据单元，PCI是协议控制信息。(N+1)-PDU越过N+1和N层的边界之后，变换为N-SDU，N-SDU上加上N-PCI，则成为N-PDU。在N-PDU和(N+1)-PDU之间并非是一一对应关系，如果N层认为有必要，可以把(N+1)-PDU折成为几个单元，加上PCI后成为多个N-PDU，或者可以把多个(N+1)-PDU连接起来，形成一个N-PDU。 图2.3 层间数据单元的传递过程示意图现代通信网技术192.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 到达目的站的N-PDU，在送往(N+1)层之前把PCI去掉。在层间通信中PCI相当于报头，在原点遂层增加新的PCI，到达目的地之后逐层去掉，使得信息原来的结构得以恢复。2.2.3 OSI2.2.3 OSI的服务原语的服务原语 在OSI结构中，相邻层之间的服务是根据原语和参数来表达的。所谓原语是指实现某一功能的机器指令的集合，原语规定了要执行的功能，原语的参数用来传送数据和控制信息。 1. 原语的类型及其表示方法 根据ITU-T和建议，在OSI参考模型中服务原语可以分为四类：(1)请求(request)：用户要求服务提供者进行某一项操作，例如，用户 要求建立连接或发送数据；(2) 指示(indication)：通知另一方用户有某一事件发生；(3) 响应(response)：用户对某事件做出的反应；(4) 证实(confirm)：用户收到对于它的请求的答复； 现代通信网技术202.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 在面向连接的通信过程中需要用到上述四类原语，在无连接通信中，只会用到请求和指示两种原语。 原语在两个实体之间的传送关系如图所示。 图2.4 原语传送的图解表示现代通信网技术212.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 原语由提供服务的层次、原语的名称、原语的类型和原语的参数组成，原语的一般表示是：XX名称，类型，参数 XX为层的表示符(DH,DL,N,T,S,P,A)，例如对于数据链路层XX是DL，对于传送层XX是T。 名称则反应原语的功能，类型是指请求、指示、响应、证实中的某一类原语，参数包括主叫地址、被叫地址、快速数据选择、服务质量、传送服务数据等。 下面以网络层的原语为例子进一步说明原语的组成及其功能。 2. 网络层服务原语 网络层为传送层提供两种类型的服务，即面向接的服务和无连接服务，服务原语也分为面向连接的服务原语和无连接的服务原语两种，前者较为复杂，后者较为简单。 网络层的服务原语可以分为四类，即连接的建立、连接的折除、数据的传送和连接的复位。现代通信网技术222.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型(1)连接建立的服务原语N-CONNECT.request(callee,caller,acks-wantcd,exp-wanted,qos,user-data)N-CONNECT.indiation(callee,caller,acks-wanted,exp-wanted,qos,user-data)N-CONNECT.response(reponder,acks-wanted,exp-wanted,qos,user-data)N-CONNECT.confirm(responder,acks-wanted,exp-wanted,qos,user-data)在上述原语中N-CONNECT表明是网络层用于建立网络连接的原语。括号内是原语携带的参数，说明如下：Callee:表示被叫实体的网络地址，即网络服务访问点NSAP。Caller：表示主叫实体使用的网络地址NSAP。 现代通信网技术232.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型ask-wanted：说明要求对每次发出的数据分组作确认的布尔标志变量，当两个传送实体都同意使用确认时此变量置为“真”，若网络层不提供确认功能，则在传送给目的地时将原语中此变量置为“假”，若网络层提供确认但目的地不使用时，将所语中此变量也置为“假”。这是一个任选项。exp-wanted：说明是否传送加速数据的布尔标志量，若两个传送实体和网络层都允许使用加速数据，则把该变量置为“真”。否则为“假”，这也是一个任选项。Qos:确定连接提供的服务质量参数(时间延迟、网络吞吐量、传输误码率、保密度等)的期望值和限制值，如果网络不能提供主叫方或被叫方所要求的服务质量参数的下限值，则连接失败。Ustr-data:可以是0或者为若干字节的用户数据。 现代通信网技术242.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型(2) 连接拆除的服务原语N-DISCONNECT.request(originator,reason,use-data,responding-address)N-DISCONNECT,indication(originator,reason,use-data,responding-address)括号内为原语参数originator:说明某一事件的发起者。reason:说明发生某一事件的原因。resoponding-address:说明响应地址。(3) 数据传送的服务原语N-DATA.request(user-data)N-DATA.indication(uses-data)N-DATA-ACKNOWLEDGE.request()现代通信网技术252.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型N-DATA-ACKOWLEDGE.indication()N-EXPEDITED-DATA.request(user-data)N-EXPEDTED-DATA:indiocation(user-data)(4) 连接复位的服务原语N-RESET.request(originator,reason)N-RESET.indication(originator,reason)N-RESET.response()N-RESET.confirm() 在OSI环境中每一层都有相应的原语，其主要功能都是用来建立、维持和折除该层的逻辑连接，因此各层的原语的功能基本相同，具体原语的名称、参数可以查阅ITU-T的相关资料。 现代通信网技术262.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型3. 原语的实现 原语是一个抽象的描述，不作过分具体的规定，其原因是：(1)允许在OSI的层间利用一个公共的约定，与所使用的操作系统和特定语言的类型无关。(2) 在原语的实现过程中，给用户一个选择，用户可以选择不同的方法来加以实现。(3) 如果利用公共的语言和编辑器，标准原语的采用有利于在不同的用户机之间实现数据的可传送性。(4) 采用标准原语有利于在系统应用公共的数据单元格式(分组、帧、块、消息)，采用公共协议数据单元有利于不同系统的互相兼容，这对实现开放系统互连是十分必要的。 抽象的原语可以用子程序调用、函数调用、寄存器存储处理等方法来实现，用计算机高级语言编程的方法来实现原语，可以简化软件的开发过程。 现代通信网技术272.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型2.2.4 OSI2.2.4 OSI的服务和协议的服务和协议 在OSI环境中OSI标准在相邻的上下层之间(垂直方向)定义了相应的服务，在同等层之间(水平方面)定义了相应的协议。服务是用原语来实现的，而协议则具有复杂的多层结构。 对于这些服务和协议，由ISO和ITU-T这两个制定技术标准的国际化组织制订和公布了相关的文件，在大多数情况下这两个组织公布的关于OSI服务和协议的文件在技术上都是兼容的。 由ISO和ITU-T制定的关于OSI相邻层之间的服务和各层协议的技术文件对应关系如图和图所示。 现代通信网技术282.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型。图2.5 OSI相邻层之间的服务示意图图2.6 OSI各层常用协议示意图现代通信网技术292.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型2.2.5 OSI2.2.5 OSI参考模型在通信网中的应用参考模型在通信网中的应用 OSI参考模型最初是为计算机通信网建立的协议模型，随着计算机技术向通信领域的渗透，其应用范围已逐步扩大，成为制定通信网协的重要的依据，目前在通信网协议的制订过程中应用OSI参考模型的网络有：分组交换数据通信网的接口，N-ISDN的S/T接口，公共信道信令网，用户接入网的V5接口，电信管理网的Q3接口，SDH的ECC信道等，可见OSI参考模型在通信网的应用已经十分广泛。 下面对SDH ECC协议来说明OSI模型在通信传输网中的应用。ECC信道是SDH中的嵌入式信道，主要用于传送SDH的控制和管理信息，ECC有两个信道其速率分则为192kbit/s和576kbit/s，分别用于SDH再生段和复用段的管理信息的传输。ECC协议栈如图所示。 现代通信网技术302.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型 从图可以看到ECC协议栈是完全按照OSI参考模型来设计的，是包含7层的满栈协议，图中所示不再是协议的分层模型，而是包含了每一层协议的具体内容。 图2.7 SDH按ECC协议栈示意图现代通信网技术312.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型ECC协议栈中各层协议的基本情况如下：物理层：采用SDH的DCC作为物理层传输通道，包含两个传输通道，一是再生段DCC，使用SDH段开销中的D1D3字节，提供192kbit/s的数据传输通道，另一复用段DCC，利用SDH段开销中的D4-D12字节，提供576kbit/s的数据传送通道。数据链路层：采用LAPD协议，即采用ISDN的D通道链路接入程序，支持证实和非证两种操作，把IP数据分别放入LAPD的帧结构中的信息字段进行传输，LAPD协议的采用进一步提高了对监控和网管信息的传输准确性。网络层：采用IP协议，在SDH的环形或线形中，利用IP协议的寻址方式对各个网元进行寻址，使得由OS发出操作和控制命令能准确到达各个网元，各网元发出的事件报告能准确通过GNE到达OS。传送层：采用IP协议，通过差错控制进一步提高了网元和网元之间或网元和DS之间的数据传输质量 现代通信网技术322.2 OSI2.2 OSI参考模型参考模型会话层：采用、规定的会话层服务和会话层协议。表示层：采用、规定的表示层和表示层协议，采用规定的抽象语法标记1(ASN.1)，表示层协议规定了对数据的表示格式和表示方法。应用层：采用了OSI中的公共应用服务单元ACSE和ROSE，采用了特定服务单元CMISE，以支持TMN的性能管理，故障管理和配置管理的实现。 OSI参考模型在通信网中已经得到了广泛的应用，成为制订通信网络协议的重要依据，但随着现代通信技术的发展，OSI参考模型的应用也正在表现出它的局限性，一些新的通信网络的协议模型已经和OSI模型有了很大的区别，例如在ATM协议模型中，取消了原来的数据链路层，而增加了ATM适配层，并引入了面的概念。它是根据网络自身的特点，在OSI的基础上演变而来的一个协议模型。 现代通信网技术332.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型 2.3.1 TCP/IP 2.3.1 TCP/IP 协议模型概况协议模型概况 对于互操作通信的协议标准目前主要有两种体系结构，除了上述的OSI参考模型之外，还有一种就是TCP/IP 协议模型。 TCP/IP 协议开始是为世界上第一个分组交换网ARPMET，而设计的网络协议，以后作为INTERNET的网络体系结构，同时TCP/IP又和UNIX操作系统结合在一起，广泛应用于各种局域网。 与OSI模型不同，它没有官方的文件加以统一，所以，TCP/IP 协议层次的划分没有标准的文件加以规定，因而在各种不同的资料上TCP/IP 协议的层次划分不完全一致，一般来说可以分5层，即应用层、传送层、网间层，网络接入层和物理层，TCP/IP 协议的分层模型如图所示。 图2.8 TCP/IP协议分层模型现代通信网技术342.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型 目前TCP/IP 协议泛指以TCP和IP为基础的一个协议集而不仅仅涉及到TCP和IP两个协议，这个协议集，目前已成为一种工业标准，得到了广泛的应用，TCP/IP协议集如图所示。 图2.9 TCP/IP协议集示意图2.3.2 TCP/IP2.3.2 TCP/IP协议模型中的各层的功能协议模型中的各层的功能 下面对TCP/IP协议模型中各层的功能作简要的分析。1.物理层 物理层的功能是解决比特流的传输问题，包括机械的、电气的、功能的和过程的四个方面的特性。 现代通信网技术352.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型2. 网络接入层 网络接入层也就是通信子网层。TCP/IP协议的第3层是IP协议，这一层协议的主要功能是交换功能，不具有对数据信号的传送功能，对于经过IP协议处理过的数据的传送需要通过IP协议层之下的通信子网来进行。因此，网络接入层的主要功能是对IP数据报的传送。所谓网络接入的含义是IP终端通过通信子网接入到IP网络中去，而IP数据报可以通过各种类型的通信子网进行传送，通信子网的例子有：网、帧中继网、以太网、PDDI环网、ATM网和SDH网等。当通过ATM和SDH网传递时则分别称为IP over ATM和IP over SDH方式。3. IP层 这是TCP/IP协议模型中的第三层，称为INTERNET层，译为网间层，其功能和OSI模型的网络层相同，这一层采用的协议是IP协议，IP协议的主要功能有：(1) 规定了IP层的数据单元IP数据报的格式。(2) 规定了IP地址的格式及它们的分配规律。 现代通信网技术362.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型(3) 规定了根据节点路由表实现IP数据报路由选择的方法。(4) 在IP数据报的长度和通信子网的数据单元的长度之间进行适配。例如IP数据报的长度为1500字节，若通过以太网传输，以太网帧的长度为1000个字节，这就需要对数据报进行分片处理。4. TCP层 传送层涉及到的是端一端的数据协议，传送层的目的是为用户终端提供可靠的数据传送，也就是说，传送层的作用是弥补从网络层得到的服务和用户对服务质量的要求之间的差距，服务较好的网络层需要简单的传送协议，信元服务质量较差的网络层则需要复杂的、功能齐全的传送层协议。 IP协议是提供无连接的不可靠服务，需要具有良好差错控制功能的传输控制协议来保证端一端的数据传输质量。 在ICP/IP协议集中传送层协议主要有三种：即传输控制协议TCP、用户数据协议UDP和差错与控制报文协议ICMP。 现代通信网技术372.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型 TCP协议提供面向连接的端到端的可靠数据传送，根据TCP协议，把用户数据分成TCP数据段进行发送，在接收端按顺序号重组、恢复原来的用户信息，TCP协议的主要功能是差错校验、出错重发和顺序控制等，以保证数据可靠传送，减少端到端数据传输的误码率。 UDP协议提供无连接服务，其优点是避免了在面向连接的通信中所必须的连接建立和连接释放的过程，避免额外开销的增加，在UDP服务中必须实现对数据包进行编号，并实现超时重传机制，以提高数据传输的质量。 在传输的数据包发生错误或出现丢失时，利用ICMP协议发送出错信息给发送端，其次在数据包流量过大时通过ICMP协议，还可以实现流量控制。 5. 应用层 应用层协议是为用户提供各种应用服务，应用服务是由应用软件提供的，应用层软件是由各种应用软件模块组成的，在TCP/IP协议集中提供的应用服务主要有：现代通信网技术382.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型TELNET：远程注册，是指登录到远程的计算机上去。FTP：文件传送，在服务器和客户之间或在两台计算机之间传送文件E-MALL：在两个用户之间传送电子邮件。HTTP：发布和访问具有超文本格式的信息。SNMP：简单网络管理协议，对TCP/IP网络进行管理。 现代通信网技术392.3 TCP/IP 2.3 TCP/IP 协议模型协议模型 TCP/IP协议模型和OSI参考模型是目前得到广泛应用的两种协议模型，它们之间的对应关系如图所示。 图2.10 TCP/IP模型及与OSI模型的对应关系 由图可见OSI模型是一个七层结构，而TCP/IP模型是一个五层结构，其中TCP/IP的应用层与OSI的应用层相对应，在TCP/IP模型中没有表示层与会话层，这两层的功能包含在应用层中。TCP/IP层对应于OSI中的传送层，IP层对应于OSI中的网络层，TCP/IP中的网络接入层不能和OSI中的数据链路层相对应，是指IP网络的接入层，具有独立的通信功能，可以是以太网、SDH网、ATM网络等。 现代通信网技术402.4 IP宽带网的体系网的体系结构构 随着网络技术的不断发展，IP宽带综合网络受到了广泛的关注，IP网络的特点是采用IP协议，这一网络不仅可以传送对实时性要求不高的数据信息，而且可以传送对实时性要求很高的语音和视频信息，可以开通如IP电话、电子商务、视频点播、高清晰度电视、网上购物、远程教育等多项业务。IP计算机网正在演变成为IP宽带综合网络。 由于DWDM光纤通信技术、千兆比高速路由器和ATM交换技术的发展，使得以IP为基础的计算机网络和以电路交换为基础的电信网络之间出现业务相互渗透、相互融合的趋势。 2.4.1 IP2.4.1 IP宽带网体系结构宽带网体系结构 的一般框架的一般框架 IP宽带网的体系结构主要包括三个方面：应用模型、系统模型和技术模型，这三个模型之间的关系如图所示。 图2.11 IP宽带综合网的体系结构框图现代通信网技术412.4 IP宽带网的体系网的体系结构构1. 应用模型 IP网络结构的应用模型反映了用户与其提供服务的IP网络之间的关系。如图所示。 应用模型定义IP网络能够支持的各种业务以及向用户提供的各种业务的属性。例如各类应用业务特点、服务质量和业务类型的要求。 图2.12 应用模型下面对这三个模型分别加以讨论。现代通信网技术422.4 IP宽带网的体系网的体系结构构2. 系统模型 IP网络的系统模型反映了IP网络的网络能力和功能组成，表示IP网络支持各类应用所需的系统功能要素，互连实体及相互关系，规定了系统及组成部分的性能参数。 IP网络体系结构的系统模型可以划分为水平方向的实体平面和垂直方向的逻辑平面，IP网络体系的系统模型从实体平面又进一步可分为核心网(骨干网)、接入网和用户网，从逻辑平面可以分为低层能力、IP层能力和高层能力。 现代通信网技术432.4 IP宽带网的体系网的体系结构构(1) 实体平面IP网络的实体平面的参考框架如图所示，实体平面划分为核心网、接入网和用户网。 核心网可进一步划分为IP层网络功能和电信网功能，IP能力提供尽力而为服务、综合服务和区分服务，窄带能力包括了音频信道、电路和分组模式承载业务，宽带能力包括异步转移模式，同步数字系列(SDH)和光数字系列(PhDH)传送能力。 图2.13 IP网络实体平面参考框架示意图现代通信网技术442.4 IP宽带网的体系网的体系结构构(2) 逻辑平面IP网络体系的系统模型从逻辑平面可以划分为低层能力和高层能力，如图所示。低层能力又可分为IP网络低层能力和电信网的低层能力，IP低层能力包括IP地址的分配和处理及IP网络中的路由选择能力。电信能力的低层能力包括窄带ISDN能力，通过的宽带传输能力和公共信道信令传送能力。 图2.14 IP网络基本配置模型的逻辑平面示意图现代通信网技术452.4 IP宽带网的体系网的体系结构构3. 技术模型 IP网络的技术模型是由一系列技术标准和建议构成，技术模型包括用于规范业务、接口、设备以及相互间关系的参考标准和建议，表述IP网络中各单元的配置，相互关系和相互作用。 2.4.2 IP2.4.2 IP网络的基本参考模型网络的基本参考模型 IP网络协议分为高层和低层。低层指电信基础设施提供的传送能力和IP层提供的交换和路由选择能力。高层则为用户提供多种服务。每一层协议层都具有自己的用户(U)面、控制(C)面和管理(M)面，而在任何有两种技术融合下，需要确保在各自的用户、控制和管理面之间映射。IP层之间需要映射，同等层之间也需要映射，因此需要明确IP网络和电信网的U、C、M平面之间的关系，以便充分地确定IP网络和电信网融合后的用户平面、控制平面和管理平面。 现代通信网技术462.4 IP宽带网的体系网的体系结构构1.参考模型中的U，C和M平面之间的关系、IP网络U、C和M平面的关系如图所示。由于IP网络运行在电信基础设施支持下的IP层协议及真相关的协议(如ICMP)上，IP协议层并没有特定的用户平面、控制平面和管理平面。IP协议及其相关的协议提供的相拟的功能都隐含在IP的一个协议中。 图2.15 IP网络U、C和M之间关系图现代通信网技术472.4 IP宽带网的体系网的体系结构构2. IP网络的分层协议模型IP网络的协议分层模型如图所示，这里IP协议是加于各种电信协议之上的，其中IP协议与下层实际的电信协议之间的区域表示适配功能、Qos映射以及所需的汇聚/适配协议。该模型描述了IP层及其以下各层之间的叠加关系，IP业务可以通过帧中继叠加SDH网进行传输也可以通过ATM的叠加SDH进行传送，也可以在经过PPP协议处理以后通过SDH进行传送，物理层则通过光传送网或无线、卫星、有线电视传送网对信号进行传送。图2.17 IP网络的协议分层模式示意图现代通信网技术482.4 IP宽带网的体系网的体系结构构2.4.3 IP2.4.3 IP网和电信网融合的体系结构网和电信网融合的体系结构 IP网和电信网的融合，可以采用两种结构，即叠加体系结构和并行结构。采用叠加体系结构时，IP叠加在任何下层电信协议之上，如、帧中继、ATM、ISDN等。IP网络中的不同部分，即不同路由器之间，可以使用不用的电信协议。 采用并行体系结构时，IP网络与电信网络通过它们内在的应用以互补和协同工作的方式来提供服务，例如：IP数据业务可以与话音和/或传真等电信业务并存。基于电信业务的建立是通过一个IP网上的服务器来触发和控制的，因此，实际的业务被认为存在具有协调或综合控制机制的并行领域中。 2.4.4 IP2.4.4 IP宽带网络的新发展宽带网络的新发展 传统的IP网络传输技术，是在传统的电信传输技术之上发展(如IP over ATM.IP over SHD等)，IP和传统网络之间采用叠加或并行结构，而新一代IP网络技术，采用全新的集成模型，将第三层IP技术与第二现代通信网技术492.4 IP宽带网的体系网的体系结构构 层的硬件交换技术结合在一起，并且使用一个定长的标记作为分组在网络中传输，它是所需一切处理的唯一的标志。这种技术兼具了IP的灵活性、可扩展性和ATM等硬件交换技术的高速性能、QoS(服务质量)性能、流量控制性能。这就是新一代IP骨干网络技术MPLS(Multiprotocal Label Switching)多协议标记交换技术，使用这种技术，将不仅能够解决当前网络中存在的大量问题(如N平方、带宽瓶颈、QoS保证、组播以及VPN支持等问题，而且能够实现许多崭新的功能(如含量工程、显式路由等)，是一种理想的IP骨干网技术。 现代通信网技术50END谢谢观看