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分层架构与数据通信基础_通信层次结构

作者：小蓝xlanll | 2024-03-01 11:20:33

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通信层次结构

一、分层架构相关概念

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

每层遵循某个网络协议以完成本层功能。

计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。

仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

二、认识分层结构

1、实体

第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

2、协议

为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。

语法：规定传输数据的格式；

语义：规定所要完成的功能；

同步：规定各种操作的顺序；

3、接口

访问服务点SAP，上层使用下层服务的入口

4、服务

下层为相邻上层提供的功能调用。

SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据；

PCI协议控制信息：控制协议等操作的信息；

PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单元；

三、OSI参考模型

1、应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序，比如QQ、微信。

典型应用层服务：

文件传送FTP
电子邮件SMTP
万维网HTTP

2、表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

功能一：数据格式变换

...0111011000...

翻译为：

功能二：数据加密解密

功能三：数据压缩和恢复

3、会话层

向表示层提供建立连接并在连接上有序地传输数据。

这是会话，建立同步SYN。

功能：

建立、管理、终止会话
使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
适用于传输大文件。

4、传输层

5、网络层

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

网络层传输单位是数据报。

功能：

路由选择，最佳路径
流量控制
差错控制
拥塞控制

6、数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。

数据链路层的传输单位是帧。

功能：

成帧（定义帧的开始和结束）
差错控制帧错+位错
流量控制
访问控制（控制对信道的访问）

7、物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。

物理层传输单位是比特。

透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

功能：

定义接口特性
定义传输模式（单工、半双工、双工）
定义传输速率
比特同步
比特编码

四、OSI参考模型和TCP/IP参考模型

OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点

1、OSI定义三点：服务、协议、接口

2、OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议

3、TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次

4、网络层和传输层的不同之处

	ISO/OSI参考模型	TCP/IP模型
网络层	无连接 + 面向连接	无连接
传输层	面向连接	无连接 + 面向连接

面向连接分为三个阶段：

建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求，只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输。
当数据传输完毕，必须释放连接。
面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

五、五层参考模型

五层参考模型的数据封装与解封装

六、物理层基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性，即定义标准。

1、机械特性

定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。

2、电气特性

规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。

某网络在物理层规定，信号的电平用+10V~+15V表示二进制0，用-10V~-15V表示二进制1，电线长度限于15m以内。

3、功能特性

指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。

描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义。

4、规格特性

定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

七、数据通信基础知识

1、典型的数据通信模型

2、数据通信的相关术语

数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。（数字信号：代表消息的参数取值是离散的。模拟信号：代表消息的参数取值是连续的。）
信源：产生和发送数据的源头。
信宿：接收数据的终点。
信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

信道：

传输信号：模拟信道（传送模拟信号）数字信道（传送数字信号）

传输介质：无限信道有线信道

3、三种通信方式

（1）单工信道

只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。

（2）半双工通信

通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。

（3）全双工信道

通信双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道。

4、两种数据传输方式

（1）串行传输

速度慢、费用低、适合远距离

（2）并行传输。

速度快、费用高、适合近距离

常用语计算机内部的数据传输。

5、码元

码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为K进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元也称为M进制码元。

1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

M进制码元：

4进制码元 -> 码元的离散状态有4个 -> 4种高低不同的信号波形 00/01/10/11

6、速率、波特

速度也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

（1）码元传输速率

别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是比特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以使多进制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关。

简而言之，就是1S传输多少个码元。

（2）信息比特速率

别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）。

简而言之，就是1S传输多少个比特。

关系：

如果一个码元携带n比特的信息量，则m波特的码元传输速率所对应的信息传输速率为m * n bit/s。

7、带宽

表示单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

练习题：

某一数字通信系统传输的是四进制码元，4S传输了8000个码元，求系统的码元传输速率是多少？信息传输速率是多少？若另一个系统传输的是十六进制码元，6S传输了7200个码元，求它的码元传输速率是多少？信息传输速率是多少？并指出哪个系统传输速率快？

答案：

2000Baud、4000b/s、1200Baud、4800b/s；十六进制更快。

系统传输的是比特流，通常比较的是信息传输速率，所以传输十六进制码元的通信系统传输速率较快，如果用该系统去传输四进制码元会有更高的码元传输速率。