通信网络基础总结

第一章 通信网络概论及数学基础

通信网络的基本构成

一个基本的通信网络通常是由用户通信终端、物理传输链路、网络节点组成。路由器是网络互联的核心。

• 数据传输链路
  定义：在物理传输媒介上利用一定的传输标准形成的传输规定速率（和格式）的数据比特通道。
  分类：
  1. 接入链路：用户到网络节点（路由器或交换机）之间的链路，包括无线链路、局域网链路（以太网）无线链路中最典型的是数字蜂窝移动通信的链路
  有线局域网链路中最典型的是利用以太网构成的传输链路。
  2. 网络链路：网络节点（路由器或交换机）到网络节点之间的链路，包括同步数字系统SDH、光波分复用WDM

• 数据传输网络
  基本功能：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。
  典型的数据传输网络：分组交换网和ATM网等。
  分组交换网
  定义：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/或尾。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。
  分组交换网需要完成三个基本过程：
  1. 分段和重装过程 2. 选择传输路径 3. 各网络节点的交换过程。

  如何选择一条合适的传输路径，基本方式：
  1. 数据报方式：
  每一个分组独立地选择路由，一个消息中的分组可以沿不通的路径传输 特点：链路使用效率较高，但无带宽保证，且存在乱序问题
  2. 虚电路方式：虚电路是电路交换和数据报方式的结合一个会话过程开始时，确定一条逻辑通路，一个消息中的所有分组沿着预先建
  立的逻辑通道传输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。特点：链路使用效率较高，可以消除乱序，但无法保证带宽。
  ATM网
  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。采用面向连接（即虚电路）方式，以提高信息传送的实时性。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。
  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，提高了信元在网络中的传输速率。

• 网络的互连
  前面讲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。
  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。
  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
  实现全网互联需要两个条件：一是全网统一编址，而是路由算法。

协议体系分层结构

• 通信协议的重要性
  一个完整的通信(信息)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。
• 分层的概念
  模块化：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。
• OSI协议的体系结构以及TCP/IP协议的体系结构、混合的分层协议体系
  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，该模型被称为开放系统互连（ OSI） 参考模型