2014-2015网络通信原理_1,2概述,,网络协议模型

网络通信原理（一）2015级研究生课程2020年1月1SCUTDT&PLabsCopyright《网络通信原理》课程参考书：《网络通信原理讲义》(第二版)----华南理工大学2020年1月2SCUTDT&PLabsCopyright《网络通信原理》的基本内容：1、第一篇：通信网络的数学分析基础2、第二篇：通信网络概论2020年1月3SCUTDT&PLabsCopyright第二篇：通信网络概论2020年1月4SCUTDT&PLabsCopyright1.1网络的基本概念2020年1月5SCUTDT&PLabsCopyright日常生活和工作中的网络系统示例电力网系统通信网系统城市供水网络系统铁路、公路交通运输网络系统邮政邮件传递网络系统油气传输管线网络系统银行金融系统各类行政部门构成的管理系统1.通信网络概述华南理工大学2020年1月6SCUTDT&PLabsCopyright网络运行的基本要素;统一的协议与规程合理的协调与管理机制1.通信网络概述华南理工大学2020年1月7SCUTDT&PLabsCopyright通信网络面对的主要问题（1）业务类型多种多样可以是具有流特性的，或是离散突发特性的；（2）具有实时性要求的，非实时要求的；（3）单向非对称的，或是双向交互式的；（4）一对一的，或者是组播的，或者广播性质的；（5）有线方式传输的，或是无线方式传输的；（6）网络中的节点，可以是固定的，也可以是移动的。通信网络，是各类网络系统中最复杂最庞大的系统。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月8SCUTDT&PLabsCopyright1.2通信网络的简要发展历史2020年1月9SCUTDT&PLabsCopyright通信网络的发展历史通信的发展史很大程度上就是网络通信的发展史1837年莫尔斯发明电报后构建的电报网1876贝尔发明的电话机后构建的电话网人工交换（1878年）机电式步进交换机（1893年）纵横式自动交换机（1938年）程序控制交换机（1965年）全数字式程控交换机(当前)基于IP的分组/报文交换软交换软件定义网络1.通信网络概述华南理工大学2020年1月10SCUTDT&PLabsCopyright无线广播是最早的单向广播式的通信网络1918年出现的调幅无线音频广播1933年出现的调频无线音频广播1938年开通电视广播1.通信网络概述华南理工大学2020年1月11SCUTDT&PLabsCopyright现代数据通信与计算机网络的发展1960s：在通信网络中提出分组交换的概念以计算机为核心的网络的建立和应用；1970s：计算机互联网的实验与TCP/IP协议的创立；1980s：国际互联网的发展综合服务业务网概念的提出；1990s：ATM（异步转移模式）网络技术的发展基于IP的高速宽带网络技术的广泛应用；2000s：下一代网络（NGN/软交换）和下一代互联网的发展。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月12SCUTDT&PLabsCopyright移动通信网络技术的发展1950/60s：美国电话电报公司（AT&T）的贝尔实验室，研究发明了蜂窝式的频率重用无线通信系统；1980s：第一代（1G）基于模拟通信技术的蜂窝移动通信系统开始规模商用;1990s：模拟移动通信系统被采用数字通信技术的第二代（2G）蜂窝移动通信系统所代替；2000s：第三代（3G）移动通信系统开始规模商用。2010s：第四代（LTE/4G）移动通信系统开始规模商用。第五代（5G）移动通信系统的概念的提出……1.通信网络概述华南理工大学2020年1月13SCUTDT&PLabsCopyright有关数据通信网络传输能力的发展水平基于波分复用单根光纤的传输速率实验室研究结果已经可达Tbps（1000Gbps＝1000000Mbps＝1012bps）的水平。实际使用的光纤的传输速率已经达到几十Gbps。高速路由器和交换机的端口速率也已经达到几十Gbps。采用超宽带技术的无线个域网的速率可达几百兆bps的水平。无线局域网的速率达到约50Mbps的水平。无线城域网(WiMAX)的速率达到接近100Mbps的水平。4G移动通信系统达到接近100Mbps的水平。5G移动通信系统的目标是达到Gbps的水平。(对于无线通信系统，通常是理想信道条件下的指峰值速率)1.通信网络概述华南理工大学2020年1月14SCUTDT&PLabsCopyright1.3现代通信网络的常用定义与概念2020年1月15SCUTDT&PLabsCopyright宽带通信网络用户与网络之间的接口速率大于PCM一次群速率的网络。(传输实时多媒体信号所要求的基本速率)一次群（基群）速率：中国、欧洲等国家和地区：2.048Mbps；北美、日本等国家和地区：1.54Mbps。一般认为：宽带网络的接口速率大于等于：2Mbps满足音频、视频等多媒体信号同时传输的要求：例如MPEG1：1.5MbpsMPEG2:4－6MbpsMPEG4/H.264:1-2Mbps1.通信网络概述华南理工大学2020年1月16SCUTDT&PLabsCopyright现代无线通信网络移动通信系统的无线接入网蜂窝结构：基站用户间采用点到多点(MPM)无线工作方式；基站与核心网之间回程网采用有线(或无线)的连接方式。互联网的无线接入网作为有线连接的局域网的无线扩展，通过AP(AccessPoint)设备使用户通过无线的方式接入网络，构成无线局域网。无线网状网(无线Mesh网)节点间通过无线互联的方式构成可实现区域覆盖的网状结构的网络。如AdHoc网络、无线回程网等。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月17SCUTDT&PLabsCopyright现代无线通信网络(续)无线传感器网络由无线传感器通过无线方式互连构成的网络；网络结构：点到多点(MPM)方式、网状网方式；主要关注问题：低功耗、轻量级协议栈。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月18SCUTDT&PLabsCopyright现代无线通信网络(续)无线通信网络的类型无线广域网：全国范围，如运营商的移动通信网络；无线广域网通常泛指有无线接入网和核心网构成的跨区域大规模网络。无线城域网：方圆几公里到几十公里范围，如802.16网络；无线局域网：若干百米范围，如802.11网络；无线个域网：若干米范围，如802.15篮牙、超宽带(UWB)；无线体域网：体内设备与体外穿戴设备等构成的网络。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月19SCUTDT&PLabsCopyright现代无线通信网络(续)无线通信网络的主要发展方向宽带化(物理层技术)：3G－2Mbps；WLAN－54Mbps；LTE/4G、802.16－100M-300M；5G-1Gbps。支持移动性(物理层、链路层技术)：终端移动环境下的高传输速率；终端高速移动下的通信(如高铁)。异构网间的无缝漫游(网络层技术)：终端可接入不同的网络，如在不同制式的蜂窝移动网络、WLAN和UWB网络间无缝漫游切换。无线资源管理与调度(综合及跨层技术)：资源(时域、频域、空域等)的优化调度管理、QoS、动态路由算法、认知无线电和认知网络,软件定义无线网络。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月20SCUTDT&PLabsCopyright下一代网络下一代网络（NGN：NextGenerationNetworks）泛指新一代的网络技术、以软交换为基础的网络体系与结构(1)下一代互联网（NGI：NextGenerationInternet）新一代的互联网网体系结构，主要特征采用IPv6协议；提供服务质量（QoS）保证；具有良好的安全协议和机制；支持移动（在移动的环境下保证通信的连续性）；可管理和运营。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月21SCUTDT&PLabsCopyright下一代网络(续)(2)下一代网络(国际电联定义的新一代网络)主要特征分组化：基于IP网络实现多种业务融合；开放性：各种应用层的协议接口标准化；多业务：业务与控制分离、控制与承载分离（各种业务均采用统一的“信令机制”，如SIP）；提供服务质量保证；有良好的网络安全机制；普遍接入能力：有线无线，固定移动等。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月22SCUTDT&PLabsCopyright下一代网络中国下一代互联网（CNGI：ChinaNGI）发展情况：中国是互联网的后发展国家，地址资源严重匮乏，对推广IPv6最为迫切；NGI的发展为中国在互联网领域设备的研制和有关应用协议和相关软件的开发提供了历史机遇；国家发展和改革委员会建立CNGI的发展基金，投入巨大的财力支持CNGI的研究与开发；中国已经构建起全国范围的IPv6实验网，如中国教育科研网2：CERNET2，华南理工大学是CERNET2的主节点之一。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月23SCUTDT&PLabsCopyright1.4通信网络的主要性能指标2020年1月24SCUTDT&PLabsCopyright传输速率传输速率通常是指链路的比特速率，其基本单位是比特/每秒（bit/s）；有线信道链路的传输速率通常是一个定值；无线信道链路的传输速率通常会根据信道特性的变化而改变。在计算机网络系统中，人们常把传输速率与信道容量混为一谈：传输速率：传输的比特速率；信道容量：可实现无差错传输的最大比特速率。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月25SCUTDT&PLabsCopyright吞吐率吞吐率是一个传输速率有关联的网络参数。在不同的应用场景，吞吐率可能会有不同的定义。通常将包含用户终端在内的网络所有节点，在单位时间内所有发送进程产生的数据量与接收进程收到的正确的数据量的比值，定义为网络的吞吐率。吞吐量的概念常用作评估不同调度控制算法、不同系统的性能的指标。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月26SCUTDT&PLabsCopyright差错率差错率是一个相对值，一般来说是总的传输的数据量与传输过程中出错的部分的比值。常用的差错衡量指标：误比特率；误帧率。通常对不同传输业务，会有不同的差错率要求：话音业务：差错率不高于10－3；视频业务：差错率不高于10－4；文件类型的数据业务：差错率要求在10－7以下。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月27SCUTDT&PLabsCopyright2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright28传输时延与时延抖动传输时延是指数据从信源节点传输到信宿节点所经历的时间；延时抖动是指最大的传输时延与最小的传输时延的差值。现代的通信网络通常基于统计复用的工作方式，统计复用的系统往往有较大的传输时延；因系统中业务量负载的波动和交换机、路由器中缓冲器的存在。传输的时延的抖动一般难以避免。对应非交互的业务，延时的抖动通常可通过在接收端设置缓冲器来消除其影响。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright29传输时延与时延抖动1.通信网络概述华南理工大学传播时延正常传输时延dp出现拥塞等异常情形缓冲前的传输时延特性缓冲后的传输时延特性B0传输时延抖动2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright30效率通信网络的效率可以看作是传输过程中用户数据量与总的传输数据量的比值。影响网络效率的主要因素：报文的结构；网络管理与控制信息、路由信息等传输的开销。1.通信网络概述华南理工大学2020年1月SCUTDT&PLabsCopyright31安全性能传统的通信网是一个基于电路交换的面向连接的系统，除非有手段可以在传输的硬件线路或结构上侵入到特定的传输路径上，通常有较好的安全性。现代通信网考虑到信息交互的便利性和资源统计复用的高效率性，网络基本上采用开放系统互连的理念构建。现代网络系统在机制和结构上存在巨大的安全隐患；除非可以实现物理意义上电磁信号的隔离，否则安全隐患必然存在。网络安全将是网络中永恒的一个博弈问题。