電信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

  1.3.3 電信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

  1.協(xié)議及體系結(jié)構(gòu)

  在電信網(wǎng)中通信的雙方必須遵守共同的約定，如雙方使用的格式，收發(fā)信息采用的時(shí)序，通信系統(tǒng)中的兩個(gè)實(shí)體之間交換管理數(shù)據(jù)的規(guī)則等。

  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是為通信雙方建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有以下3個(gè)要素

  ① 語(yǔ)法：涉及數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號(hào)電平等。

  ② 語(yǔ)義：涉及用于協(xié)調(diào)與差錯(cuò)處理的控制信息。

  ③ 同步：涉及速度匹配和排序等。

  電信網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，為了使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較清晰，易于實(shí)現(xiàn)，通常將復(fù)雜系統(tǒng)分解為若千個(gè)子系統(tǒng)，然后“分而治之”,這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是工程設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的手段。而分層就是系統(tǒng)分解最好的方法之一。

  在圖1-4所示的一般分層結(jié)構(gòu)中，n層是n-1層的用戶(hù)，又是n+1層的服務(wù)提供者。n+1層雖然只直接使用了n層提供的服務(wù)，實(shí)際上它通過(guò)n層還間接地使用了n-1層以及以下所有各層的服務(wù)。

  層次結(jié)構(gòu)的好處在于使每一層實(shí)現(xiàn)一種相對(duì)獨(dú)立的功能。分層結(jié)構(gòu)還有利于交流、理解和標(biāo)準(zhǔn)化。

  協(xié)議是指某一層協(xié)議，準(zhǔn)確地說(shuō)，它是指對(duì)等實(shí)體之間的通信制定的有關(guān)通信規(guī)則約定的集合。

  網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)各層次及其協(xié)議的集合，層次結(jié)構(gòu)一般以垂直分層模型來(lái)表示，如圖1-5所示。

  網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)如下。

  ① 除了在物理媒體上進(jìn)行的是實(shí)通信之外，其余各對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行的都是虛通信。

  ② 對(duì)等層的虛通信必須遵循該層的協(xié)議。

  ③ 層的虛通信是通過(guò)n與層間接口處層提供的服務(wù)以及層的通信（通常也是虛通信）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

  2.OSI參考模型

  開(kāi)放系統(tǒng)互連（OpenSystemInterconnection,OSI）參考模型是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的標(biāo)準(zhǔn)化開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型?！伴_(kāi)放”這個(gè)詞表示能使任何兩個(gè)遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進(jìn)行互連。

  OSI包括了體系結(jié)構(gòu)、服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范。OSI的體系結(jié)構(gòu)定義了一個(gè)七層模型，用以進(jìn)行進(jìn)程間的通信，并作為一個(gè)框架來(lái)協(xié)調(diào)各層標(biāo)準(zhǔn)的制定：OSI的服務(wù)定義描述了各層所提供的服務(wù)，以及層與層之間的抽象接口和交互用的服務(wù)原語(yǔ)；OSI各層的協(xié)議規(guī)范，精確地定義了應(yīng)當(dāng)發(fā)送何種控制信息及何種過(guò)程來(lái)解釋該控制信息。

  需要強(qiáng)調(diào)的是，OSI參考模型并非具體實(shí)現(xiàn)的描述，它只是一個(gè)為制定標(biāo)準(zhǔn)而提供的概念性框架。在OSI中，只有各種協(xié)議是可以實(shí)現(xiàn)的，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備只有與OSI的有關(guān)協(xié)議相一致時(shí)才能互連。

  如圖1-6所示，OSl七層模型從下到上分別為物理層（PhysicalLayer,PH）、數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer,DL）、網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer,N）、傳送層（TransportLayer,T）、會(huì)話(huà)層（SessionLayer,S）、表示層（PresentationLayer,P）和應(yīng)用層（ApplicationLayer,A）。

  從圖1-6所示的OSI參考模型中可見(jiàn)，整個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)環(huán)境由作為信源和信宿的端開(kāi)放系統(tǒng)及若干中繼開(kāi)放系統(tǒng)通過(guò)物理媒體連接構(gòu)成。這里的端開(kāi)放系統(tǒng)和中繼開(kāi)放系統(tǒng)，都是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)OSI7498中使用的術(shù)語(yǔ)，它們相當(dāng)于資源子網(wǎng)中的主機(jī)和通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)機(jī)（IMP）。只有在主機(jī)中才可能需要包含所有七層的功能，而在通信子網(wǎng)中的IMP一般只需要最低三層甚至只要最低兩層的功能就可以了。

  層次結(jié)構(gòu)模型中數(shù)據(jù)的實(shí)際傳遞過(guò)程如圖1-7所示。圖中發(fā)送進(jìn)程送給接收進(jìn)程數(shù)據(jù)，實(shí)際上數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)發(fā)送方各層從上到下傳遞到物理媒體；通過(guò)物理媒體傳輸?shù)浇邮辗胶螅俳?jīng)過(guò)從下到上各層的傳遞，最后到達(dá)接收進(jìn)程。

  圖1-7數(shù)據(jù)的實(shí)際傳遞過(guò)程

  數(shù)據(jù)在發(fā)送方從上到下逐層傳遞的過(guò)程中，每層都要加上適當(dāng)?shù)目刂菩畔ⅲ磮D中的H7,H6,…，H1,統(tǒng)稱(chēng)為報(bào)頭。到最底層成為由“0”或“1”組成的數(shù)據(jù)比特流，然后再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)在物理媒體上傳輸至接收方。接收方在向上傳遞時(shí)的過(guò)程正好相反，要逐層剝?nèi)グl(fā)送方相應(yīng)層加上的控制信息。

  因接收方的某一層不會(huì)收到底下各層的控制信息，而高層的控制信息對(duì)于它來(lái)說(shuō)又只是透明的數(shù)據(jù)，所以它只閱讀和去除本層的控制信息，并進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)議操作。發(fā)送方和接收方的對(duì)等實(shí)體看到的信息是相同的，就好像這些信息通過(guò)虛通信直接傳給了對(duì)方一樣。

  各層功能簡(jiǎn)要介紹如下。

  ① 物理層：定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格，“0”、“1”信號(hào)的電平表示，收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。

  ② 數(shù)據(jù)鏈路層：比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元（通常稱(chēng)為幀），并以其為單位進(jìn)行傳輸，幀中包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼等信息。數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過(guò)校驗(yàn)、確認(rèn)、反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路改造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來(lái)不及處理發(fā)送方來(lái)的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線(xiàn)路阻塞。

  ③ 網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元（分組）為單位進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運(yùn)行控制，主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越通信子網(wǎng)從源傳送到目的地的問(wèn)題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對(duì)流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)H的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問(wèn)題。

  ④ 傳送層：是第一個(gè)端到端，即主機(jī)到主機(jī)的層次。傳送層提供的端到端的透明數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，使高層用戶(hù)不必關(guān)心通信子網(wǎng)的存在，由此用統(tǒng)一的傳送原語(yǔ)書(shū)寫(xiě)的高層軟件便可運(yùn)行于任何通信子網(wǎng)上》傳送層還要處理端到端的差錯(cuò)控制和流量控制問(wèn)題。

  ⑤ 會(huì)話(huà)層：是進(jìn)程到進(jìn)程的層次，其主要功能是組織和同步不同的主機(jī)上各種進(jìn)程間的通信（也稱(chēng)為對(duì)話(huà)）。會(huì)話(huà)層負(fù)責(zé)在兩個(gè)會(huì)話(huà)層實(shí)體之間進(jìn)行對(duì)話(huà)連接的建立和拆除。在半雙工情況下，會(huì)話(huà)層提供一種數(shù)據(jù)權(quán)標(biāo)來(lái)控制某一方何時(shí)有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。會(huì)話(huà)層還提供在數(shù)據(jù)流中插入同步點(diǎn)的機(jī)制，使得數(shù)據(jù)傳輸因網(wǎng)絡(luò)故障而中斷后，可以不必從頭開(kāi)始而僅重傳*近一個(gè)同步點(diǎn)以后的數(shù)據(jù)。

  ⑥ 表示層：為上層用戶(hù)提供共同的數(shù)據(jù)或信息的語(yǔ)法表示變換。為了讓采用不同編碼方法的通信終端在通信中能相互理解數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可以采用抽象的標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并采用標(biāo)準(zhǔn)的編碼表示形式。表示層管理這些抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將通信終端內(nèi)部的表示形式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信中采用的標(biāo)準(zhǔn)表示形式。數(shù)據(jù)壓縮和加密也是表示層可提供的表示變換功能。

  ⑦ 應(yīng)用層：是開(kāi)放系統(tǒng)互連環(huán)境的較高層。不同的應(yīng)用層為特定類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供訪(fǎng)問(wèn)OSl環(huán)境的手段。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下不同主機(jī)間的文件傳送訪(fǎng)問(wèn)和管理（FTAM），傳送標(biāo)準(zhǔn)電子郵件的文電處理系統(tǒng)（MHS），以及使不同類(lèi)型的終端和主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交互訪(fǎng)問(wèn)的虛擬終端（VT）協(xié)議等都屬于應(yīng)用層的范疇。

  OSI參考模型最初是為計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)建立的協(xié)議模型，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的相互滲透，其應(yīng)用范圍已逐漸擴(kuò)大，成為制定電信網(wǎng)協(xié)議的重要依據(jù)。例如，電信網(wǎng)中分組交換網(wǎng)的X.25協(xié)議、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)的sa接口協(xié)議、公共信令網(wǎng)的7號(hào)信令、用戶(hù)接入網(wǎng)的V5接口協(xié)議、電信管理網(wǎng)的Q3接口協(xié)議和SDH傳輸網(wǎng)的ECC協(xié)議等。

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