计算机网络参考模型与5G协议

本章结构

■  分层思想

■  OSI参考模型

■  TCP/IP协议族

■  数据封装与解封装过程

■  层间通讯过程

■  3GPP规范与5G空口协议栈

 

一.分层思想

层次划分的必要性：由于硬件和软件没有统一标准，单独的一台计算机，对不同厂商之间的设备无法通信。全球互联网，网络之间设备需要通信，于是在人为逻辑上进行了层次划分
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层次划分方法：每层之间都应当相对独立，相同或相近的功能仅在一个层中实现，便于排错。梳理功能之间的关系，每层只为相邻的上一层提供服务
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层次划分的优点：各层之间相互独立，使问题复杂程度降低，灵活性好，结构上可分割，容易实现和维护，能促进标准化工作

 

小结：分层是为了将复杂的流程分解为几个功能相对单一的子过程

作用：   1、整个流程更加清晰，复杂问题简单化。

              2、更容易发现问题并针对性的解决问题。

 

二.OSI参考模型

分层	功能
应用层	网络服务与最终用户的一个接口
表示层	数据的表示、安全、压缩
会话层	建立、管理、中止会话
传输层	定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验
网络层	定义逻辑地址、实现不同网络之间的寻址，理论选择转发数据的最佳路径
数据链路层	建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能
物理层	建立、维护、断开物理连接

 

● 应用层——————网络服务与最终用户的一个接口

人和计算机的一个交互窗口，将人的语言输入到计算机中

● 表示层——————数据的表示、安全、压缩

将人的语言转换成计算机语言，，并指定数据的存储格式、加密格式，解密等等工作，

● 会话层——————建立、管理、中止会话

通过一些协议判断是否符合建立会话

● 传输层——————定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验

将上层数据分片加上端口号封装成数据段，进行数据通信。

● 网络层——————定义逻辑地址、实现不同网络之间的寻址，理论选择转发数据的最佳路径

将上层数据加上逻辑地址封装成数据包，实现数据从源端到目的端的传输

● 数据链路层——————建立逻辑连接、进行硬件地址寻址、差错校验等功能

将上层数据加上识别地址封装成数据帧，建立数据链路;当发现数据错误时，可以重传数据帧。

● 物理层——————建立、维护、断开物理连接

 将这些二进制数字组成的比特流转换成电信号在网络中传输。

 

小结：

面向用户：应用层、表示层、会话层为高三层

承上启下：传输层

面向硬件：网络层、数据链路层、物理层为低三层

端口号可以用来区分相同的IP的不同流量

点到点是网络层面，端到端是传输层面

 端口到端口是软件和软件，节点到节点是两个机器之间

 

 

三.TCP/IP协议族

思科 TCP/IP四层	华为 TCP/IP五层	OSI七层
应用层	应用层	应用层
		表示层
		会话层
传输层	传输层	传输层
网络层	网络层	网络层
网络接口层	数据链路层	数据链路层
	物理层	物理层

 

物理层：

• IEEE802.3有线局域网（以太网）

• IEEE802.11无线局域网标准

数据链路层：

• 点对点协议（Point-to-Point Protocol） PPP协议是目前广域网上应用最广泛的协议之一，它的优点在于简单、具备用户验证能力、可以解决IP分配等。

 

网络层：

IP协议：（Internet Protocol，网际协议），而 IP 又由四个支撑协议 组成：

• ARP（地址解析协议）： 是根据IP地址获取物理mac地址的协议

• RARP（逆地址解析协议）： 是根据物理mac地址获取IP地址的协议

• ICMP（网际控制报文协议）：ping 网络连通性检测

• IGMP（网际组管理协议）：一个组播协议，该协议运行在主机和组播路由器之间

   

传输层：

• TCP ：协议注重传输的安全性、可靠性。 （安全性高，速度慢）

• UDP：协议注重中传输的效率，速度快。（安全性不高，速度快）

应用层：

• HTTP（超文本传输协议）：是一个简单的请求-响应协议，现在主要的场景是web服务，就是网页的传输，默认使用tcp的80端口

• HTTPs：是以安全为目标的 HTTP 通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性，默认使用tcp的443端口

• FTP文件传输协议：FTP（file File Transfer Protocol）提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限，默认使用tcp的20，21端口

• TFTP简单文件传输协议：是一个小而易于实现的文件传送协议，TFTP只支持文件传输，不支持交互，没有庞大的命令集。也没有目录列表功能，以及不能对用户进行身份鉴别，默认使用udp的69端口

• SNMP简单网络管理协议：是专门设计用于在 IP 网络管理网络节点（服务器、工作站、路由器、交换机及HUBS等）的一种标准协议，默认使用udp的161端口

• SMTP简单邮件传输协议：一组用于从源地址到目的地址传送邮件的规则，并且控制信件的中转方式，用于邮件的发送，默认使用tcp的25端口

• POP3邮局协议版本3：用于邮件的接收，默认使用tcp的110端口

• telnet远程登陆协议：一种字符模式的终端服务，可以使用户通过网络进入远程主机或网络设备，然后对远程主机或设备进行操作，默认使用tcp的23端口

• ssh安全的远程登陆协议，默认使用tcp的22端口ssh

• DNS 域名解析系统：将域名和IP地址相互映射，默认使用tcp和udp的53端口

• DHCP（动态主机配置协议）是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码，默认使用udp的67和68端口。分配ip地址

每层传输的数据单元及对应的设备

层	数据单元	设备
应用层（PDU）	协议数据单元	计算机
传输层	数据段	防火墙
网络层	数据包	路由器
数据链路层	数据帧	交换机
物理层	比特流	网卡

 

 四.数据封装与解封装过程

1.封装过程

应用层：原始数据被转换成二进制数据
传输层：二进制数据被分割成小的数据段，并封装TCP头部 （数据段）
（TCP头部的关键信息–端口号）
网络层：传输层传来的数据被封装上IP头部 （数据包）
（IP头部的关键信息–IP地址）
数据链路层：网络层传来的数据被封装上MAC头部 （数据帧）
（MAC头部的关键信息–MAC地址）
物理层：二进制数据组成的比特流转化为电信号在网络中传输 （比特流）

 

2.解封装过程

物理层：将电信号转化为二进制数据，并将其送至数据链路层
数据链路层：查看MAC地址，地址是自己，就拆掉MAC头部，继续传输
地址不是自己，就丢弃数据
网络层：查看IP地址，地址是自己，就拆掉IP头部，继续传输
地址不是自己，就丢弃数据
传输层：查看TCP头部，判断应该传到哪里，然后重组数据，传输到应用层
应用层：二进制转化为原始数据

 

小结 

TCP通信的数据封装解封过程如图：