云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)

目录

  • 计算机网络参考模型与5G协议
    • OSI七层参考模型
    • TCP/IP模型
      • TCP/IP 协议族的组成
      • 数据封装解封装过程
      • PDU协议数据单元
      • 设备与层的对应关系
      • 各层间通信
    • 5G协议
      • 5G技术规范
      • 移动通信与计算机网络通信类比
      • 空中接口
      • 5G无线协议栈

计算机网络参考模型与5G协议

导入:分层思想

  • 喝牛奶的人未必了解生产过程
  • 使用网络的人未必知道数据的传输过程(交换机 -> 防火墙 -> 路由器 -> 终端设备)
  • 将复杂的流程分解为几个功能相对单一的子过程
    • 整个过程更清晰,复杂问题简单化
    • 更容易发现问题并针对性的解决问题

OSI七层参考模型

  • 国际标准化组织(ISO)颁布了开放系统互连(OSI)参考模型,一个开放式体系结构将网络分为七层

    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,以及流程控制和差错校验
    网络层 进行逻辑寻址,实现不同网络之间的路径选择
    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
  • 具体阐述

    • 应用层:人机交互窗口,把人的语言输入到计算机当中。
    • 表示层:将接收到的数据翻译成二进制数组成的计算机语言,并对数据进行压缩和解压,数据加密和解密等工作
    • 会话层:管理是否允许不同机器上的用户之间建立会话联系
    • 传输层:将 [上层数据分片并加上端口号]TCP头部 封装成数据段,或通过对报文头中的端口识别,实现网络中不同主机上的用户进程之间的数据通信(承上启下)
    • 网络层:将 [上层数据加上源和目的方的逻辑(IP)地址]IP头部 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:将 [上层数据加上源和目的方的物理(MAC)地址]MAC头部 封装成数据帧,MAC地址是用来标识网卡的物理地址,建立数据链路,当发现数据错误时,可以重传数据帧。
    • 物理层:报文头部和上层数据信息都是由二进制数组成的,物理层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。

-网络层及以下的通信为点对点通信

-传输层的通信为端到端通信

TCP/IP模型

  • TCP/IP 4层模型:=应用层=,传输层,网络层,=网络接口层=
  • TCP/IP 5层模型:=应用层=,传输层,网络层,数据链路层,物理层

TCP/IP 协议族的组成

  • 应用层:HTTP(TCP端口) FTP TFTP(UDP端口) SMTP SNMP DNS

  • 传输层:TCP(面向连接,安全稳定) UDP(面向无连接,高效)

  • 网络层:IP -> ICMP(例:ping) IGMP(主管理协议) RARP ARP(用于IP地址解析MAC地址)

  • 数据链路层:由底层网络定义的协议

    物理层 :IEEE 802.3有线局域网(以太网)标准

    ​ IEEE 802.11无线局域网标准

数据封装解封装过程

分层 数据
应用层 上层数据
传输层 TCP(UDP)头部 + 上层数据
网络层 IP头部 + TCP头部 + 上层数据
数据链路层 MAC头部 + IP头部 + TCP头部 + 上层数据
物理层 比特流

解封装反向逐层解封装

PDU协议数据单元

分层 数据
应用层 上层数据
传输层 TCP(UDP)头部 + 上层数据 =数据段=
网络层 IP头部 + TCP头部 + 上层数据 =数据包=
数据链路层 MAC头部 + IP头部 + TCP头部 + 上层数据 =数据帧=
物理层 比特流

设备与层的对应关系

分层 设备
应用层 计算机
传输层 防火墙
网络层 路由器
数据链路层 交换机
物理层 网卡

各层间通信

云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)_第1张图片

PS:交换机不负责解封装,只负责转发,路由解封装。

5G协议

无线通信和有线网络都要通过封装解封装的过程

5G技术规范

  • 关于3GPP

    • 3GPP:第三代合作伙伴啊计划,通信行业标准化组织
    • 1998年12月成立
  • 3GPP成员

    • 欧洲的ETSI(欧洲电信标准化协会)
    • 日本的ARIB(无限行业企业协会)和TTC(电信技术委员会)
    • 中国的CCSA(中国通信标准化协会)
    • 韩国的TTA(电信技术协会)
    • 北美的ATIS(世界无线通讯解决方案联盟)
  • 3GPP定义的5G技术规范,TS38系列的部分内容

    • TS23.501:系统总体介绍
    • TS38.300:无线侧总体介绍
    • TS38.401:无线侧架构
    • TS38.211:物理信道结构
    • TS38.104:基站射频要求
  • TS28系列规范下载地址

    https://www.3gpp.org/ftp/Specs/2017-12/Rel-15/38_series/

移动通信与计算机网络通信类比

云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)_第2张图片

空中接口

  • 空中接口俗称空口,分为三层

  • 5G新型无限空口俗称NR(New Radio)

云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)_第3张图片

5G无线协议栈

  • 负责处理UE和gNB之间无线链路的数据

  • 分为控制面和用户面

  • 应用数据(比如聊天内容),在每一层都要经过不同的处理,添加上对应的包头,最终才会在PHY层被调制成无线电波发送到基站

  • 基站接收到内容后,也要层层处理解读包头内容,最终才会将剥光各层包头的应用数据再转发到传输网,进而转发到核心网

    云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)_第4张图片
    云计算学习笔记(3)(计算机网络参考模型与5G协议)_第5张图片

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