计算机网络模型与5G协议
计算机网络模型与5G协议
一、分层思想
1、什么是分层思想
在计算机领域和工业生产中经常会提到“分层思想”，想要理解七层模型、封装等概念，首先就要理解分层思想。
分层思想就是将系统的各个组件分隔归类到不同的层中，每一层中的组件各司其职，完成其所在层的工作任务，工作精细化的同时，提高工作效率，减少不必要的负荷工作。
例如说，我去食堂吃一份红烧肉，我在这个过程中扮演了就餐的角色，然而在我们就餐之前，红烧肉的产生经历了很多人和部门的参与。采购部门买来猪肉和调料，洗菜工对猪肉进行清洁，切菜工对猪肉进行切块，厨师对猪肉进行烹调，最后经由打饭阿姨卖给我。将吃红烧肉这个过程分层后，每一层都各司其职后，我才能吃到美味的红烧肉。
2、分层思想的优势
（1）整个流程更加清晰，复杂的问题简单化
（2）更容易发现问题并能够针对性的解决问题
二、osi七层参考模型
1、国际标准化组织（ios）
国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称为ISO）是标准化领域中的一个国际性非政府组织。ISO成立于1947年，是全球最大最权威的国际标准化组织，我们这里提到的OSI(Open Systems Interconnection reference，开放式系统互连) 七层参考模型是ISO在1984年颁布的开放式体系结构模型，首次将网络传输分为了7层，并沿用至今。
2、七层模型及对应功能和硬件
| 分层 | 功能 | 对应硬件 |
|---|---|---|
| 应用层 | 网络服务与最终用户的一个接口 | 计算机 |
| 表示层 | 数据的表示、安全、压缩 | 计算机 |
| 会话层 | 建立、管理、终止会话 | 计算机 |
| 传输层 | 定义传输数据的协议端口号以及流控和差错校验 | 防火墙 |
| 网络层 | 进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择 | 路由器 |
| 数据链路层 | 进行硬件地址寻址，差错校验等功能 | 交换机 |
| 物理层 | 建立、维护、断开物理连接 | 网卡 |
| 应用层：应用层（Application Layer）是七层OSI模型的第七层。应用层直接和应用程序接口并提供常见的网络应用服务。是开放系统的最高层,其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务。 | ||
| 表示层：表示层（Presentation Layer）位于OSI分层结构的第六层，它的主要作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同，它可以处理所有与数据表示及运输有关的问题，包括转换、加密和压缩。 | ||
| 会话层：会话层(Session Layer)是建立在传输层之上，利用传输层提供的服务，使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，这种能力对于传送大的文件极为重要。 | ||
| 传输层：传输层（Transport Layer）是国际标准化组织提出的开放系统互连(OSI)参考模型中的第四层。该层协议为网络端点主机上的进程之间提供了可靠、有效的报文传送服务。其功能紧密地依赖于网络层的虚拟电路或数据报服务。传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。 | ||
| 数据链路层：数据链路层（Data Link Layer）是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自物理层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层主要有两个功能 ：帧编码和误差纠正控制。 | ||
| 物理层：物理层（或称物理层，Physical Layer）是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输，是网络传输过程中不可缺少的“信号”和“介质”。 |
3、osi模型与TCP/IP模型的区别
| TCP/IP 4层模型 | TCP/IP 5层模型 | OSI 7层模型 |
|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 | 应用层 |
| 表示层 | ||
| 会话层 | ||
| 传输层 | 传输层 | 传输层 |
| 网络层 | 网络层 | 网络层 |
| 数据链路层 | 数据链路层 | |
| 网络接口层 | 物理层 | 物理层 |
4、TCP/IP模型中的各层主要协议
| 分层 | 主要协议 |
|---|---|
| 应用层 | HTTP/HTTPS/FTP/TFTP/SMTP/SNMP/DNS |
| 传输层 | TCP/UDP |
| 网络层 | ICMP/IGMP/IP/ARP/RARP |
| 数据链路层 | 由底层网络定义的协议 |
| 物理层 | 由底层网络定义的协议 |
三、数据的封装和解封装
1、数据封装过程
封装 (encapsulation)
隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口，控制在程序中属性的读取和修改的访问级别。
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2、数据解封装过程
解封装，就是封装的逆过程，拆解协议包，处理包头中的信息，取出净荷中的业务信息数据封装和解封装是一对逆过程。
3、PDU
PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）在开放式系统互联（OSI）模型中，在传输系统的每一层都将建立协议数据单元。PDU包含来自上层的信息和当前层的实体附加的信息，这个PDU会被传送到下一较低的层。物理层实际以一种编帧的位流形式传输这些PDU，这些PDU由协议栈的较高层建造。接收系统自下而上传送这些分组通过协议栈，并在协议栈的每一层分离出PDU中的相关信息。
4、各层间通信
四、认识5G
1、3GPP
3GPP（3rd Generation Partnership Project）即第三代合作计划，是权威的3G技术规范机构，它是由欧洲的ETSI（欧洲电信标准化委员会）、日本的ARIB无线行业企业协会）、日本的TTC（电信技术委员会）、韩国的TTA（电信技术协会）、美国的ATIS（世界无线电通讯解决方案联盟）、印度的TSDSI（电信标准开发协会）和中国的CCSA（中国通信标准化协会）七个标准化组织组成。
2、5G规范
2020年7月9日，国际电信联盟（ITU）无线通信部门（ITU-R）国际移动通信工作组（WP 5D）第35次会议成功闭幕，会议确定3GPP系标准成为唯一被ITU认可的5G标准。
3GPP定义的5G技术规范，TS38系列的部分内容：
TS23.501：系统总体介绍
TS38.300：无线侧总体介绍
TS38.401：无线侧架构
TS38.211：物理通信结构
TS38.104：基站射频要求
3、移动通信与计算机通信的比较
4、空口的概念
在移动通信当中，电话终端用户与基地台通过空中接口（Air Interface）互相连结。“空中接口”是基站和移动电话之间的无线传输规范，它定义每个无线信道的使用频率、带宽、接入时机、编码方法以及越区切换。
5、5G无线协议栈
NR无线协议栈分为两个平面：用户面和控制面。用户面(User Plane, UP）协议栈即用户数据传输采用的协议簇，控制面(Control Plane, CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。
| 分层 | 功能 |
|---|---|
| SDAP | 映射，添加QFI（Qos Flow ID） |
| PDCP | 数据传输，RDCO SN维护，RoHC头压缩，加密解密，完整性保护和验证，SDU丢弃（基于定时器），排序，重复检测与丢弃 |
| RLC | 传输上层的PDU，ARQ纠错，分割和重分割，重组RCL SDU，重复检测，SDU丢弃，RLC层重建，协议错误检测 |
| MAC | 逻辑信道与传输信道间的映射，复用和解复用 MAC SDU-TB（Transport Block），上报调度信息，HARQ纠错，通过调度控制UE间优先级，上层逻辑信道优先级处理，填充 |
| PHY | CRC检测和指示，FEC编解码——LDPC、Polar，HARQ软合并，速率匹配，信道映射，调制、解调，射频和时间同步，功控、测量和报告，MIMO处理，射频处理 |
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| 控制面: | |
| 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：主要负责与接入网关，独立于无线接入相关的功能及流程。 |
