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OSI七层参考模型与5G协议

2023-10-29

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

分层思想

OSI七层参考模型

OSI模型vsTCP/IP模型

TCP/IP协议组成

数据通信4要素

ARP工作原理

ICMP

数据封装过程

解封装过程

客户端和服务器的关系

客户端和服务器的关系

常用网络服务简介

协议在客户端服务器通信中的作用

Web服务器和Web客户端

TCP和UDP传输协议

域名系统（DNS）

DNS协议

DNS服务器

Web客户端和服务器

Web协议

FTP客户端和服务器

FTP Protocol

电子邮件客户端和服务器

语音客户端和服务器

端口号

常用端口号

5G技术规范

关于3GPP

3GPP定义的5G技术规范，TS38系列的部分内容

无线测

信道

射频

移动通信与计算机通信类比

计算机通信

移动通信

空中接口

5G无线协议栈

L1和L2各层功能

L3层功能

分层思想

分层思想：将复杂的流程分解为几个功能相对单一的子过程。
作用：整个流程更加清晰，复杂问题简单化；更容易发现问题并针对性解决问题。

OSI七层参考模型

物理层：建立、维护、断开物理连接

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。

网络层：进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择。

传输层：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。

会话层：建立、管理、中止会话。

表示层：数据的表示、安全、压缩。

应用层：网络服务与最终用户的一个接口。

OSI模型vsTCP/IP模型

              【TCP/IP五层模型 】               【 OSI七层模型】

                    应用层                  应用层/表示层/传输层

                    传输层                              传输层

                    网络层                              网络层

                   数据链路层                        数据链路层

                    物理层                              物理层

TCP/IP协议组成

应用层——HTTP/FTP/TFTP/SMTP/SNMP/DNS

传输层——TCP/UDP

网络层——ICMP/IGMP/IP/ARP/RARP

数据链路层 物理层——由底层网络定义的协议

数据通信4要素

源ip、源MAC、目标ip、目标MAC

ARP工作原理

已知目标IP未知目标MAC地址时用，

举例：若PC1想发信息给PC2，但是只知道PC2的IP，未知PC2的MAC时，就会通过ARP发送广播帧给交换机，

交换机接收到广播帧时无条件做广播处理，此时连接到交换机上的所有主机都可收到此广播帧，

它们会比较自己的IP与目标IP是否一致，若不一致则丢弃处理，若一致则回消息给发送方，在回包的过程中自然会加上自己的IP和MAC地址，

当发送方接收到此数据时，会查看接收方的MAC和IP地址，把它们一起放入ARP缓存表。

ICMP

ICMP：Internet控制报文协议

作用：有些网络实用程序用来测试与目的设备的连通性，并给予发送方反馈（测试网络连通性并给予反馈）

命令：ping、traceroute(tracert)

数据封装过程

加包头，用了什么协议在包头可以知道，自上而下

应用层——上层数据

传输层——TCP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+LLC头部+IP头部+TCP头部+上层数据

物理层——比特流（Bits）

解封装过程

物理层——比特流（Bits）

数据链路层——MAC头部+LLC头部+IP头部+TCP头部+上层数据

网络层——IP头部+TCP头部+上层数据

传输层——TCP头部+上层数据

应用层——上层数据

应用层——纯数据（messsage） 计算机

传输层——数据段（segment） 防火墙

网络层——数据包（packet） 路由器

数据链路层——数据帧（frame） 交换机（二层）

物理层——比特流（bits） 网卡

客户端和服务器的关系

客户端和服务器的关系

服务器时运行某种软件并为网络上的其他主机提供服务的主机

常用网络服务简介

域名服务器（DNS）（TCP协议，53端口）:提供网站的IP地址或域名，以便主机能与其连接。

Telnet服务器（TCP协议，23端口）：允许管理员从远程位置登录到主机，然后以如同本地登录的方式控制主机的服务

电子邮件服务器（TCP协议，25端口）：

1.使用简单邮件协议（SMTP（TCP协议，25端口））、邮局协议（POP3（TCP协议，110端口））或Internet邮件访问协议（IMAP4（TCP协议，143端口））

2.用于从客户端通过Internet向服务器发送电子邮件

3.以user@xyz格式指定收件人

动态主机配置协议（DHCP）服务器（UDP协议，67端口客户端，68端口服务器）：为客户分配IP地址、子网掩码、默认网关和其他信息的服务

Web服务器（TCP协议，80端口）：

1.超文本传输协议（HTTP（TCP协议，80端口））

2.用于在Web客户端Web服务器之间传输信息

3.大部分网页都是用HTTP访问

文件传输协议（FTP）服务器（TCP协议，20端口传输数据，21端口建立连接）：供客户端和服务器之间下载和上传文件的服务

属于UDP协议：TFTP，SNMP，DHCP

协议在客户端服务器通信中的作用

应用程序协议、传输协议、网间协议和网络访问协议

Web服务器和Web客户端

HTTP：指定网页请求（来自客户端）和响应（来自服务器）的格式

TCP：确定流量控制和数据包交换的确认机制

IP：通过网络发送数据包时标识源和目的

TCP和UDP传输协议

TCP和UDP。TCP有确认和重传机制，UDP无确认和重传机制。

TCP传输协议：

（1）TCP将报文划分为较小的片段，称为数据段。

（2）数据段按顺序编号。

（3）如果发送方在规定时间内未收到确认，则会认为数据段已丢失并重新传输。

UDP传输协议：

（1）UDP 不需要确认接收， 是效率最高的传送机制。

（2）无确认和重传机制

（3）UDP是音频流、视频流和IP语音（VolP）之类应用程序的首选。

域名系统（DNS）

DNS协议

  • 提供网站URL或域名的IP地址，以便主机与其连接的一种服务
  • DNS域名是由Internet中的上级域或组来注册和组织的
  • Internet中最常用的一些高级域是.com、.edu和.net

DNS服务器

  • DNS服务器包含一张表，通过它来确立域内的主机名与相应的IP地址的关联关系
  • DNS服务器端使用53端口

Web客户端和服务器

Web协议

  • 用于在web客户端和web服务器之间传输信息的服务
  • 大部分网页都使用超文本传输协议(HTTP)通过服务器的端口80进行访问
  • HTTP并非安全的服务。对安全HTTP服务的请求将发送到端口443。此类请求需要使用https://

 

FTP客户端和服务器

FTP Protocol

  • 用于客户端和服务端的上传和下载文件。
  • 客户端和服务器之间使用两种不同的端口进行通信。
  • 用于建立连接的时候使用21端口。
  • 传输数据时使用20端口

电子邮件客户端和服务器

  • mail客户端和服务器端的通信方式（使用TCP协议）

语音客户端和服务器

  • IP电话采用的时IP语音（VoIP）技术，使用IP数据包来传送数字化的语音数据

端口号

常用端口号

—范围介于1到65535之间。

公认端口：1到1023；

注册端口：1024到49151；

私有端口：49452到65535。

5G技术规范

关于3GPP

3GPP定义的5G技术规范，TS38系列的部分内容

无线测

  • 无线侧就是指无线接入网，由BSC、RNC、BTS、NodeB等组成

BSC：基站控制器

RNC：无线网络控制器

BTS：基站首发台

NodeB：基站

MSC：移动交换中心

  • 在GSM系统（2G）中，基站的无线部分即无线基站子系统BSS主要由BSC和BTS组成
  • 在3G系统中，相应的无线部分即无线网络子系统RNS主要由RNC和NodeB组成

信道

信道就是传输信息的通道。物理信道一般是指物理媒介传输信息的通道，比如：电话线，光纤，同轴，微波等。

射频

  • 射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率。
  • 射频范围从300kHz~300GHz之间。射频就是射频电流，简称RF，它是一种高频交流变化的电磁波的简称。
  • 每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
  • 射频（300K—300G）是高频（大于10K）的较高频段，微波频段（300M—300G）又是射频的较高频段。

移动通信与计算机通信类比

计算机通信

移动通信

  • 移动通信网络由三部分组成：接入网、承载网、核心网

空中接口

  • 空中接口组成空口，分为3层
  • 5G新型无线空口俗称NR（New Radio）

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

  • UE、gNB、AMF
  • UE：用户设备
  • gNB：3GPP定义的5G基站代称 ，向UE提供NR（空口）用户面和控制面协议终端的节点，并且由NG（无线接入网与5G核心网间）接口连接到5GC
  • AMF：接入和移动管理功能

L1和L2各层功能

  1. MAC

L3层功能

无线资源管理Radio Rresource Management（RRM）：是在有限带宽的条件下，为网络内无线用户终端提供业务质量保障，其基本出发点实在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰弱和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大程度地提高无线频谱利用率，防止网络阻塞和保持尽可能小的信令负荷。

RRC：是Uu口控制面最高层，负责控制1层、2层完成空口资源传输

NAS：Non-Access Stratum

  1. 会话管理：包括会话建立、修改、释放以及Qos协商
  2. 用户管理：包括用户数据管理等
  3. 安全管理：包括用户与网络之间的鉴权及加密初始化

主要负责与接入无关、独立与无线接相关的功能及流程

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计算机模型

5G协议

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