文章目录
- 2.1.2 计算机网络
- 1.网络标准协议
- 2.软件定义网络
- 3.第五代移动通信技术
- 记忆要点总结
2.1.2 计算机网络
在计算机领域中，网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起，组成数据链路，从而达到资源共享和通信的目的。凡将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络资源共享的系统，均可称为计算机网络。从网络的作用范围可将网络类别划分为个人局域网(Personal Area Network,PAN)、局域网(Local Area Network,LAN)、城域网(Metropolitan Area Network,MAN)、广域网(Wide Area Network,WAN)、公用网(Public Network)、专用网(Private Network)。
1.网络标准协议
网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。网络协议由三个要素组成，分别是语义、语法和时序。语义是解释控制信息每个部分的含义，它规定了需要发出何种控制信息，完成的动作以及做出什么样的响应：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序：时序是对事件发生顺序的详细说明。人们形象地将这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。
1）OSI
国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互连参
考模型(Open System Interconnect，OSI),其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架，并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。OSI采用了分层的结构化技术，从下到上共分物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
广域网协议是在OSI参考模型的最下面三层操作，定义了在不同的广域网介质上的通信。
广域网协议主要包括：PPP点对点协议、ISDN综合业务数字网、xDSL（DSL数字用户线路的统称：HDSL、SDSL、MVL、ADSL）、DDN数字专线、x.25、FR帧中继、ATM异步传输模式。
2）IEEE 802协议族
IEEE 802规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接的建立、维护和拆除的途径。遵循IEEE802标准的产品包括网卡、桥接器、路由器以及其他一些用来建立局域网络的组件。IEEE802规范包括：802.1(802协议概论)、802.2（逻辑链路控制层LLC协议）、802.3（以太网的CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测协议)、802.4（令牌总线Token Bus协议）、802.5(令牌环Token Ring协议)、802.6（城域网MAN协议）、802.7(FDDI宽带技术协议)、802.8(光纤技术协议)、802.9（局域网上的语音/数据集成规范）、802.10（局域网安全互操作标准）、802.11(无线局域网WLAN标准协议)。
3）TCP/IP
Internet是一个包括成千上万相互协作的组织和网络的集合体。TCP/IP是Internet的核心。TCP/IP在一定程度上参考了OSI,它将OSI的七层简化为四层：①应用层、表示层、会话层三个层次提供的服务相差不是很大，所以在TCPP中，它们被合并为应用层一个层次。②由于传输层和网络层在网络协议中的地位十分重要，所以在TCP/IP中它们被作为独立的两个层次。③因为数据链路层和物理层的内容相差不多，所以在TCPP中它们被归并在网络接口层一个层次里。
在应用层中，定义了很多面向应用的协议，应用程序通过本层协议利用网络完成数据交互的任务。这些协议主要有FTP(File Transfer Protocol,文件传输协议)、TFTP(Trivial File Transfer Protocol,简单文件传输协议)、HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)、SMTP(Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件传输协议)、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,.动态主机配置协议)、Telnet(远程登录协议)、DNS(Domain Name System,域名系统)、SNMP(Simple Network Management Protocol,简单网络管理协议)等。
传输层主要有两个传输协议，分别是TCP和UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)，这些协议负责提供流量控制、错误校验和排序服务。
网络层中的协议主要有IP、ICMP(Internet Control Message Protocol,.网际控制报文协议)、IGMP(Internet Group Management Protocol,网际组管理协议)、ARP(Address Resolution
Protocol,.地址解析协议)和RARP(Reverse Address Resolution Protocol,反向地址解析协议)等，这些协议处理信息的路由和主机地址解析。
由于网络接口层兼并了物理层和数据链路层，所以网络接口层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线路。
2.软件定义网络
软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，它可通过软件编程的形式定义和控制网络，其通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
利用分层的思想，SDN将数据与控制相分离。在控制层，包括具有逻辑中心化和可编程的控制器，可掌握全局网络信息，方便运营商和科研人员管理配置网络和部署新协议等。在数据层，包括哑交换机（与传统的二层交换机不同，专指用于转发数据的设备），仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求。两层之间采用开放的统一接口（如OpenFlow等）进行交互。控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。SDN打破了传统网络设备的封闭性。此外，南北向和东西向的开放接口及可编程性，也使得网络管理变得更加简单、动态和灵活。
SDN的整体架构由下到上（由南到北）分为数据平面、控制平面和应用平面，具体如
图2-1所示。其中，数据平面由交换机等网络通用硬件组成，各个网络设备之间通过不同规则形成的SDN数据通路连接：控制平面包含了逻辑上为中心的SDN控制器，它掌握着全局网络信息，负责各种转发规则的控制：应用平面包含着各种基于SDN的网络应用，用户无须关心底层细节就可以编程、部署新应用。
控制平面与数据平面之间通过SDN控制数据平面接口(Control-Data-Plane Interface,CDPI)进行通信，它具有统一的通信标准，主要负责将控制器中的转发规则下发至转发设备，最主要应用的是OpenFlow协议。控制平面与应用平面之间通过SDN北向接口(NorthBound Interface, NBI)进行通信，而NBI并非统一标准，它允许用户根据自身需求定制开发各种网络管理应用。
SDN中的接口具有开放性，以控制器为逻辑中心，南向接口负责与数据平面进行通信，北向接口负责与应用平面进行通信，东西向接口负责多控制器之间的通信。最主流的南向接口CDPI采用的是OpenFlow协议。OpenFlow最基本的特点是基于流(Flow)的概念来匹配转发规则，每一个交换机都维护一个流表(Flow Table),依据流表中的转发规则进行转发，而流表的建立、维护和下发都是由控制器完成的。针对北向接口，应用程序通过北向接口编程来调用所需的各种网络资源，实现对网络的快速配置和部署。东西向接口使控制器具有可扩展性，为负载均衡和性能提升提供了技术保障。
3.第五代移动通信技术
第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代移动通信技术。
国际电信联盟(ITU)定义了5G的八大指标，与4G的对比如表2-1所示。
5G国际技术标准重点满足灵活多样的物联网需要。在正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)和多入多出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)基础技术上，5G为支持三大应用场景，采用了灵活的全新系统设计。在频段方面，与4G支持中低频不同，考虑到中低频资源有限，5G同时支持中低频和高频频段，其中中低频满足覆盖和容量需求，高频满足在热点区域提升容量的需求，5G针对中低频和高频设计了统一的技术方案，并支持百MHz的基础带宽。为了支持高速率传输和更优覆盖，5G采用LDPC(一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码)、Polr(一种基于信道极化理论的线性分组码)新型信道编码方案、性能更强的大规模天线技术等。为了支持低时延、高可靠，5G采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术。
国际电信联盟(ITU)定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带(MBB)、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(MTC)。增强移动宽带主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验：超高可靠低时延通信主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求：海量机器类通信主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。
记忆要点总结
（1）OSI采用了分层的结构化技术，从下到上共分物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
（2）软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，它可通过软件编程的形式定义和控制网络，其通过将网络设备的控制面与数据面分离开来。
（3）第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代移动通信技术。
