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)信息采用的時序，通信系統(tǒng)中的兩個實體之間交換管理數(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個要素

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

  ② 語義：涉及用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。

  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，易于實現(xiàn)，通常將復(fù)雜系統(tǒng)分解為若千個子系統(tǒng)，然后“分而治之”,這種結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法是工程設(shè)計中常見的手段。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，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)，實際上它通過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現(xiàn)一種相對獨立的功能。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，它是指對等實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表示，如圖1-5所示。

  網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)的要點如下。

  ① 除了在物理媒體上進行的是實通信之外，其余各對等實體間進行的都是虛通信。

  ② 對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）來實現(xiàn)的。

  2.OSI參考模型

  開放系統(tǒng)互連（OpenSystemInterconnection,OSI）參考模型是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的標(biāo)準(zhǔn)化開放式網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型。“開放”這個詞表示能使任何兩個遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進行互連。

  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)定義了一個七層模型，用以進行進程間的通信，并作為一個框架來協(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；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程來解釋該控制信息。

  需要強調(diào)的是，OSI參考模型并非具體實現(xiàn)的描述，它只是一個為制定標(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）、會話層（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，整個開放系統(tǒng)環(huán)境由作為信源和信宿的端開放系統(tǒng)及若干中繼開放系統(tǒng)通過物理媒體連接構(gòu)成。這里的端開放系統(tǒng)和中繼開放系統(tǒng)，都是國際標(biāo)準(zhǔn)OSI7498中使用的術(shù)語，它們相當(dāng)于資源子網(wǎng)中的主機和通信子網(wǎng)中的節(jié)點機（IMP）。只有在主機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)的實際傳遞過程如圖1-7所示。圖中發(fā)送進程送給接收進程數(shù)據(jù)，實際上數(shù)據(jù)是經(jīng)過發(fā)送方各層從上到下傳遞到物理媒體；通過物理媒體傳輸?shù)浇邮辗胶?，再?jīng)過從下到上各層的傳遞，最后到達接收進程。

  圖1-7數(shù)據(jù)的實際傳遞過程

  數(shù)據(jù)在發(fā)送方從上到下逐層傳遞的過程中，每層都要加上適當(dāng)?shù)目刂菩畔?，即圖中的H7,H6,…，H1,統(tǒng)稱為報頭。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)換為電信號在物理媒體上傳輸至接收方。接收方在向上傳遞時的過程正好相反，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收到底下各層的控制信息，而高層的控制信息對于它來說又只是透明的數(shù)據(jù)，所以它只閱讀和去除本層的控制信息，并進行相應(yīng)的協(xié)議操作。發(fā)送方和接收方的對等實體看到的信息是相同的，就好像這些信息通過虛通信直接傳給了對方一樣。

  各層功能簡要介紹如下。

  ① 物理層：定義了為建立、維護和拆除物理鏈路所需的機械的、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（通常稱為幀），并以其為單位進行傳輸，幀中包含地址、控制、數(shù)據(jù)及校驗碼等信息。數(shù)據(jù)鏈路層的主要作用是通過校驗、確認、反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡(luò)層來說無差錯的數(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，即進行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞。

  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）為單位進行傳輸。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的是通信子網(wǎng)的運行控制，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題，這就需要在通信子網(wǎng)中進行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進行控制。當(dāng)分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達H的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題。

  ④ 傳送層：是第一個端到端，即主機到主機的層次。傳送層提供的端到端的透明數(shù)據(jù)傳送服務(wù)，使高層用戶不必關(guān)心通信子網(wǎng)的存在，由此用統(tǒng)一的傳送原語書寫的高層軟件便可運行于任何通信子網(wǎng)上》傳送層還要處理端到端的差錯控制和流量控制問題。

  ⑤ 會話層：是進程到進程的層次，其主要功能是組織和同步不同的主機上各種進程間的通信（也稱為對話）。會話層負責(zé)在兩個會話層實體之間進行對話連接的建立和拆除。在半雙工情況下，會話層提供一種數(shù)據(jù)權(quán)標(biāo)來控制某一方何時有權(quán)發(fā)送數(shù)據(jù)。會話層還提供在數(shù)據(jù)流中插入同步點的機制，使得數(shù)據(jù)傳輸因網(wǎng)絡(luò)故障而中斷后，可以不必從頭開始而僅重傳*近一個同步點以后的數(shù)據(jù)。

  ⑥ 表示層：為上層用戶提供共同的數(shù)據(jù)或信息的語法表示變換。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：是開放系統(tǒng)互連環(huán)境的較高層。不同的應(yīng)用層為特定類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供訪問OSl環(huán)境的手段。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下不同主機間的文件傳送訪問和管理（FTAM），傳送標(biāo)準(zhǔn)電子郵件的文電處理系統(tǒng)（MHS），以及使不同類型的終端和主機通過網(wǎng)絡(luò)交互訪問的虛擬終端（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算機通信網(wǎng)建立的協(xié)議模型，隨著計算機技術(shù)與通信技術(shù)的相互滲透，其應(yīng)用范圍已逐漸擴大，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號信令、用戶接入網(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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