通信技术概述OSI模型各类网络协议信道复用方式数据交换方式网络层次划分与相关技术.docx
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通信技术概述OSI模型各类网络协议信道复用方式数据交换方式网络层次划分与相关技术
通信基础技术概念3
说明3
OSI参考模型与各种网络协议3
各种数据单位3
1物理层信息单元-比特流（bit）:
3
2数据链路层信息单元-数据帧（Frame）：
3
3网络层信息单元-数据包（Packet）：
3
4传输层信息单元-数据报（Datagram）/数据段（Segment）：
4
5-7会话层/表示层/应用层信息单元-消息（message）：
4
其他概念4
OSI七层模型图表，功能与对应的设备5
不同协议及其在OSI模型中的对应关系6
TCP/IP在OSI模型中的对应关系6
TDM设备在OSI模型中的对应关系7
ATM设备在OSI模型中的对应关系7
Windows中常见的网络协议8
1.TCP/IP协议8
2.IPX/SPX协议9
3.NetBEUI协议9
4.Microsoft网络的文件和打印机共享9
Linux/Unix系统中常用的网络协议9
Linux系统网络协议简述9
Linux主要支持TCP/IP，IPX，X.25，AppleTalk10
网络设备所采用的操作系统10
CiscoIOS操作系统10
HuaweiVRP与H3CComware操作系统10
JuniperJUNOS操作系统11
交换技术11
为什么要交换11
面向连接的交换与面向非连接的交换12
面向连接的交换12
面向非连接的交换12
交换技术的分类13
电路交换技术（CS:
CircuitSwitching）13
采用DSLAM接入,TDM方式传送的语音与数据业务的原理理解13
分组交换（PS:
packetswitching）14
ATM交换14
IP交换包交换/数据包分组交换15
帧中继FR（FrameRelay）15
光交换技术15
总结15
信道复用技术16
TDM时分复用16
TDMA18
STDM统计时分复用（StatisticTDM）18
FDM频分复用19
OFDM与FDM区别20
CDM码分复用21
CDMA码分多址21
同步码分多址技术21
WDM波分复用22
SDM统计复用22
总结22
网络层次，相关技术与设备23
核心网23
传输网/承载网（就IP业务而言）23
接入网23
通信基础技术概念
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说明
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本文的主要目的是将各种通信概念的层次进行梳理,希望能够帮助梳理繁多的通信术语进行分层次总结，理清思路。
文章主要包涵
OSI七层模型,信道复用,交换技术
核心层,传输层,接入层的不同技术与发展趋势
OSI参考模型与各种网络协议
各种数据单位
在解释七层协议之前首先解释一下各个层的数据单位，OSI七层协议中高一层的内容由下低一层的内容来传输，OSI参考模型的各层传输的数据和控制信息具有多种格式，常用的信息格式包括帧、数据包、数据报、段、消息、元素和数据单元。
信息交换发生在对等OSI层之间，在源端机中每一层把控制信息附加到数据中，而目的机器的每一层则对接收到的信息进行分析，并从数据中移去控制信息，下面是各信息单元的
1物理层信息单元-比特流（bit）:
物理层比特流设备之间比特流的传输，物理接口，电气特性等
2数据链路层信息单元-数据帧（Frame）：
是一种信息单位，它的起始点和目的点都是数据链路层，“包”是包含在“帧”里的，数据帧的每一帧里面包只含一个数据包，并在数据包的基础上加上MAC地址等信息构成数据帧。
“帧”数据由两部分组成：
帧头和帧数据。
帧头包括接收方主机物理地址的定位以及其它网络信息。
3网络层信息单元-数据包（Packet）：
也是一种信息单位，它的起始和目的地是网络层。
网络层将来自传输层的数据报/数据段进行分片打包，并为每个数据包加上IP地址等信息。
数据包主要由“目的IP地址”、“源IP地址”、选路信息，“净载数据”等部分构成。
数据包是从传输层获得数据报之后，将从传输层获得的数据报加上目的IP地址和源IP地址等信息构成。
注：
由于不同的网络又不同的MTU限制，所以路由器就肩负起了将大的IP数据包进行分片，切割成小的数据包进出传输，并进行分片重组的作用
4传输层信息单元-数据报（Datagram）/数据段（Segment）：
通常是指起始点和目的地都使用无连接网络服务（UDP协议）的的网络层的信息单元,数据段（Segment）通常是指起始点和目的地都是传输层的信息单元（比如TCP协议）。
传输层将来自高层（会话层/表示层/应用层）的数据加上系统端口号等信息便形成了数据段/数据报。
传输层也称为运输层。
传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层，但是很重要的一层。
因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。
有一个既存事实，即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。
例如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可互连，但它们提供的吞吐量、传输速率、数据延迟通信费用各不相同。
对于会话层来说，却要求有一性能恒定的界面。
传输层就承担了这一功能。
它采用分流/合流、复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异，使会话层感受不到。
此外传输层还要具备差错恢复、流量控制等功能，以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异。
传输层面对的数据对象已不是网络地址和主机地址，而是和会话层的界面端口。
上述功能的最终目的是为会话提供可靠的、无误的数据传输。
传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段、数据传送阶段、传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程。
而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种。
传输层服务分成5种类型。
基本可以满足对传送质量、传送速度、传送费用的各种不同需要.
5-7会话层/表示层/应用层信息单元-消息（message）：
是指起始点和目的地都在网络层以上（经常在应用层）的信息单元。
会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。
表示层主要解决用户信息的语法表示问题。
它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。
即提供格式化的表示和转换数据服务。
数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。
例如图像格式的显示，就是由位于表示层的协议来支持。
应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。
应用层协议的代表包括：
Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。
其他概念
协议数据单元PDU（ProtocolDataUnit）是指对等层次之间传递的数据单位。
协议数据单元（ProtocolDataUnit）物理层的PDU是数据位（bit），数据链路层的PDU是数据帧（frame），网络层的PDU是数据包（packet），传输层的PDU是数据段（segment），其他更高层次的PDU是数据（data）。
元素（cell）是一种固定长度的信息，它的起始点和目的地都是数据链路层。
元素通常用于异步传输模式（ATM）和交换多兆位数据服务（SMDS）网络等交换环境。
数据单元（dataunit）指许多信息单元。
常用的数据单元有服务数据单元（SDU）、协议数据单元（PDU）。
SDU是在同一机器上的两层之间传送信息。
PDU是发送机器上每层的信息发送到接收机器上的相应层（同等层间交流用的）。
Packet（数据包）：
封装的基本单元，它穿越网络层和数据链路层的分解面。
通常一个Packet映射成一个Frame，但也有例外：
即当数据链路层执行拆分或将几个Packet合成一个Frame的时候。
数据链路层的PDU叫做Frame（帧）；
网络层的PDU叫做Packet（数据包）；
传输层TCP的叫做Segment（数据段）；UDP的叫做Datagram。
（数据报）——在网络层中的传输单元（例如IP）。
一个Datagram可能被封装成一个或几个Packets，在数据链路层中传输。
OSI七层模型图表，功能与对应的设备
OSI模型在逻辑上可分为两个部分：
低层的1-4层关注的是原始数据的传输；高层的5-7层关注的是网络下的应用程序
体会:
无论什么类型的协议,一般均可以抽象遵守OSI的七层协议,这样的话不同的通信协议与标准都回用到OSI七层协议所对应的设备.
具体7层
数据格式
功能，连接方式与主要协议
典型设备
应用层Application
消息（message）
网络服务与使用者应用程序间的一个接口，主要协议比如HTTP，SMTP，FTP
网关
表示层Presentation
数据表示、数据安全、数据压缩
会话层Session
建立、管理和终止会话
传输层Transport
数据组织成数据段Segment）（UDP的叫做Datagram数据报）
用一个寻址机制来标识一个特定的应用程序（端口号），主要协议比如UDP,TCP，SPX等
在计算机层面,是由操作系统来协调分配的.
网络层Network
分割和重新组合数据包Packet
基于网络层地址（IP地址）进行不同网络系统间的路径选择，主要协议如IP，ICMP，ARP，RARP，IPX，OSPF等
路由器（路由器的传输目的是IP地址）
数据链路层DataLink
将比特信息封装成数据帧Frame
在物理层上建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用以及差错校验等功能。
通过使用接收系统的硬件地址或物理地址来寻址，主要协议比如PPP，MP，SLIP，ISDN，LAPB，X.25，帧中继，HDLC等
网桥（点对点使用,交换机的两个口就相当于一只网桥
）、交换机（交换机的传输地址是物理地址,因此交换机不仅限于以太网,其他网络如x.25;ATM等都有交换机一说）、网卡
VLAN的Tag和Untag实际上发生在OSI七层协议的第二层，也就是数据链路层。
物理层Physical
传输比特（bit）流
建立、维护和取消物理连接，物理层协议比如有EIA/TIARS-232、EIA/TIARS-449、V.35、RJ-45等
中继器（信号的再放大与传输）和集线器（多口的中继器,对所有信号进行广播）
（集线器，交换机，路由器设备的区别）
无线与有线的区别之一就是在物理层,无线使用电磁信号为传输介质.有线使用光或点信号进行传输.
无线发射与接收装置的协议主要体现在物理层
1.有线IP与无线IP协议体现在OSI的那一层?
802.11是无线网路协议，属于链路层协议。
TCP/IP可以理解为一个网络架构与OSI对应，也可以理解为TCP协议与IP协议。
TCP是传输层协议，IP是网路层协议。
实际上无线路由和无线网卡起的作用之一是:
TCP/IP和802.11协议之间的转换
不同协议及其在OSI模型中的对应关系
TCP/IP在OSI模型中的对应关系
TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议。
虽然从名字上看TCP/IP包括两个协议，传输控制协议（TCP）和网际协议（IP），但TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：
远程登录、文件传输和电子邮件等，而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。
通常说TCP/IP是Internet协议族，而不单单是TCP和IP。
TCP/IP模型实际上是OSI模型的一个浓缩版本，它只有四个层次：
TCP/IP的层
对应OSI的层
TCP/IP协议族各层的主要协议
1.应用层
应用层表示层会话层
FTP（FileTransferProtocol）是文件传输协议
[一般上传下载用FTP服务，数据端口是20H，控制端口是21H]
Telnet服务是用户远程登录服务
[使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便]
DNS（DomainNameService）是域名解析服务
[提供域名到IP地址之间的转换]
SMTP（SimpleMailTransferProtocol）是简单邮件收发协议 POP3（PostOfficeProtocol3）
[邮局协议第3版本，用于接收邮件]
2.传输层
传输层
传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）
[面向连接]
用户数据报协议UDP（UserDatagramprotocol）
[面向非连接]
3.网络层
网络层
IP（InternetProtocol）协议
ICMP（InternetControlMessageProtocol）控制报文协议[例如Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echorelay进行网络测试。
]
IGMP,InternetGroupManagementProtocol（组播协议）
ARP（AddressResolutionProtocol）地址转换协议
RARP（ReverseARP）反向地址转换协议
OSPFOpenShortestPathFirst开放式最短路径优先
[是一个内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，简称IGP）]
BGPbordergatewayprotocol边界网关协议
4.网络接口层
数据链路层和物理层
SLIPSLIP（SerialLineInternetProtocol串行线路网际协议）
[SLIP仍然是一种广泛使用的协议,它主要被用于支持TCP/IP网络控制协议（networkcontrolprotocol，NCP）]
CSLIPCompressedSLIP压缩的SLIP协议
[常用在Telnet，Rlogin之类的应用程序中]
PPPPointtoPointProtocol点对点协议
MTU，ARP，RARP
OSI模型的网络层同时支持面向连接和无连接的通信，但是传输层只支持面向连接的通信；TCP/IP模型的网络层只提供无连接的服务，但是传输层上同时提供两种通信模式。
TDM设备在OSI模型中的对应关系
TDM实际上是一种用电路交换技术，只对于OSI模型中的物理层进行了实现。
ATM设备在OSI模型中的对应关系
ATM也只是一种WAN封装交换技术，属于第二层封装，采用的是信元格式。
ATM层与OSI参考模型的比较
可以说，B-ISDNPRM的物理层或多或少地对应于OSI模型的第一层（物理层），而且主要完成比特级的功能，这一点我们不做详细的讨论，而是着重考察ATM层与OSI参考模型的对应关系。
·ATM层上的虚连接与OSI物理层上的实连接不同
建立虚连接是ATM层的一个重要功能，虚通路/虚通道连接相当于网络中A、B两点之间建设了一条虚线（VirtualWire），下表列出了OSI点到点基带物理层与ATM层的比较。
OSI点到点基带物理层与ATM层的比较
OSI点到点基带物理层
ATM层（假定基带传输）
（物理链路）永久连接（除非故障或网络重构才断开）
动态连接（可能呈现出半永久连接）
连接的带宽等于物理层链路的比特率
虚通路连接的带宽值可以为0～物理层链路的比特率。
一般说来，在一条物理链路上存在多条虚通路连接
建立或关闭一条物理连接就意味着传输电缆物理上连接起来或物理上断开连接
连接建立和释放过程由控制平面完成
确实存在实际的铜线/光纤连接
不存在铜线/光纤连接，而是虚连接
·B-ISDNUNI接口上ATM层的GFC控制与LAN环境中的MAC功能相类似
事实上，B-ISDNUNI接口上需要支持多个终端接入，这对星形配置来说可能比较好与OSI点到点的物理模型相对应，而对共享媒体情形就需要解决带宽共享和接入竞争的问题。
见下图所示。
ITU-T在ATM信头中定义了GFC域，用于解决共享媒体型CPN（CustomerPremisesNetwork－用户基地网络）接入中的竞争问题，这使得GFC功能有些与LAN环境中的MAC功能相类似，而我们记得MAC位于OSI模型中数据链路中的底部。
下图表示了N-ISDN中LAP-D帧结构与B-ISDNPRM的ATM层协议数据单元的一种比较。
小结：
ATM层横跨OSI模型的第1层和第2层，大致处理相当于OSI物理层上部和数据链路层下部的一些功能。
Windows中常见的网络协议
1.TCP/IP协议
TCP/IP协议是协议中的老大，用得最多，只有TCP/IP协议允许与internet进行完全连接。
现今流行的网络软件和游戏大都支持TCP/IP协议。
2.IPX/SPX协议
IPX/SPX协议是Novell开发的专用于NetWare网络的协议，现在已经不光用于NetWare网络，大部分可以联机的游戏都支持IPX/SPX协议，例如星际、cs。
虽然这些游戏都支持TCP/IP协议，但通过IPX/SPX协议更省事，不需要任何设置。
IPX/SPX协议在局域网中的用途不大。
它和TCP/IP协议的一个显著不同是它不使用ip地址，而是使用mac地址。
3.NetBEUI协议
NetBEUI协议是有IBM开发的非路由协议，实际上是NetBIOS增强用户接口，是Windows98前的操作系统的缺省协议，特别适用于在“网上邻居”传送数据，大大提高了在“网上邻居”查找电脑的速度。
如果一台只装了TCP/IP协议的Windows98电脑想加入到WINNT域，也必须安装NetBEUI协议。
现在的Win7操作系统中也提供是否开启NetBIOS协议的选项。
该协议现在主要用于网络邻居的连接。
4.Microsoft网络的文件和打印机共享
在局域网中设置了ip地址与子网掩码，网线也连接正常，但在“网上邻居”中别人就是看不到自己的电脑，估计多半是由于没有把本机的“Microsoft网络的文件和打印机共享”启用。
Linux/Unix系统中常用的网络协议
Linux系统网络协议简述
Linux的网络接口分为四部份：
网络设备接口部份，网络接口核心部份，网络协议族部份，以及网络接口socket层。
网络设备接口部份主要负责从物理介质接收和发送数据。
实现的文件在linu/driver/net目录下面。
网络接口核心部份是整个网络接口的关键部位，它为网络协议提供统一的发送接口，屏蔽各种各样的物理介质，同时有负责把来自下层的包向合适的协议配送。
它是网络接口的中枢部份。
它的主要实现文件在linux/net/core目录下，其中linux/net/core/dev.c为主要管理文件。
网络协议族部份是各种具体协议实现的部份。
Linux支持TCP/IP，IPX，X.25，AppleTalk等的协议，各种具体协议实现的源码在linux/net/目录下相应的名称。
在这里主要讨论TCP/IP（IPv4）协议，实现的源码在linux/net/ipv4,其中linux/net/ipv4/af_inet.c是主要的管理文件。
网络接口Socket层为用户提供的网络服务的编程接口。
主要的源码在linux/net/socket.c
Linux的协议栈其实是源于BSD的协议栈，它向上以及向下的接口以及协议栈本身的软件分层组织的非常好。
Linux的协议栈基于分层的设计思想，总共分为四层，从下往上依次是：
物理层，链路层，网络层，应用层。
物理层主要提供各种连接的物理设备，如各种网卡，串口卡等；链路层主要指的是提供对物理层进行访问的各种接口卡的驱动程序，如网卡驱动等；网路层的作用是负责将网络数据包传输到正确的位置，最重要的网络层协议当然就是IP协议了，其实网络层还有其他的协议如ICMP，ARP，RARP等，只不过不像IP那样被多数人所熟悉；传输层的作用主要是提供端到端，说白一点就是提供应用程序之间的通信，传输层最着名的协议非TCP与UDP协议末属了；应用层，顾名思义，当然就是由应用程序提供的，用来对传输数据进行语义解释的“人机界面”层了，比如HTTP，SMTP，FTP等等，其实应用层还不是人们最终所看到的那一层，最上面的一层应该是“解释层”，负责将数据以各种不同的表项形式最终呈献到人们眼前。
Linux网络核心架构Linux的网络架构从上往下可以分为三层，分别是：
用户空间的应用层。
内核空间的网络协议栈层。
物理硬件层。
其中最重要最核心的当然是内核空间的协议栈层了。
Linux网络协议栈结构Linux的整个网络协议栈都构建与LinuxKernel中，整个栈也是严格按照分层的思想来设计的，整个栈共分为五层，分别是：
1，系统调用接口层，实质是一个面向用户空间应用程序的接口调用库，向用户空间应用程序提供使用网络服务的接口。
2，协议无关的接口层，就是SOCKET层，这一层的目的是屏蔽底层的不同协议（更准确的来说主要是TCP与UDP，当然还包括RAWIP，SCTP等），以便与系统调用层之间的接口可以简单，统一。
简单的说，不管我们应用层使用什么协议，都要通过系统调用接口来建立一个SOCKET，这个SOCKET其实是一个巨大的sock结构，它和下面一层的网络协议层联系起来，屏蔽了不同的网络协议的不同，只吧数据部分呈献给应用层（通过系统调用接口来呈献）。
3，网络协议实现层，毫无疑问，这是整个协议栈的核心。
这一层主要实现各种网络协议，最主要的当然是IP，ICMP，ARP，RARP，TCP，UDP等。
这一层包含了很多设计的技巧与算法，相当的不错。
4，与具体设备无关的驱动接口层，这一层的目的主要是为了统一不同的接口卡的驱动程序与网络协议层的接口，它将各种不同的驱动程序的功能统一抽象为几个特殊的动作，如open，close，init等，这一层可以屏蔽底层不同的驱动程序。
5，驱动程序层，这一层的目的就很简单了，就是建立与硬件的接口层。
可以看到，Linux网络协议栈是一个严格分层的结构，其中的每一层都执行相对独立的功能，结构非常清晰。
其中的两个“无关”层的设计非常棒，通过这两个“无关”层，其协议栈可以非常轻松的进行扩展。
在我们自己的软件设计中，可以吸收这种设计方法。
Linux主要支持TCP/IP，IPX，X.25，AppleTalk
网络设备所采用的操作系统
由于网络协议是在操作系统的基础上实现，所以诸如路由器，交换机的网络设备中主要采用的操作系统就成为各种协议实现的关键，同样的协议在不同的操作系统上进行实现，完全可以满足不同操作系统之间使用同一种协议进行通信的目的。
主要的数据设备供应商Cisco所采用的网络操作系统是IOS（与Unix/Linux无关），H3C的交换机与路由器所采用的网络设备操作系统为Comware。
其他的数据设备采用较多的则是基于Unix/Linux系统基础。
CiscoIOS操作系统
在有Cisco之前，常把有多个网络接口的UNIX机器当路由器来用。
今天，人们喜欢使用专用路由器，它
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