计算机网络参考模型与5G协议

网络协议与标准

协议和标准。协议可以理解为“规则”，而标准可以理解为“一致同意的规则”。

1.协议
在网络世界中，为了实现各种各样的需求需要在网络节点间通信：而在人类社会中，做任何事情同样同样需要人与人之间的交流。网络节点间的通信 使用各种协议作为通信“规则”，人与人之间的交流则是通过各种语言来实现的，可以说是语言就是人与人之间交流的“规则”。协议对于网络节点间通信的作用类似于语言对于人类交流的作用。网络节点间的通信在将信号发送给对方的统统是，也希望对方能够理解这个信号，并作出回应。因此，要进行通信的两个节点间必须采用一种双方均可“理解”的协议。

2.标准
在网络发展的过程中，许多机构或设备生产厂商（如思科公司）研发了自己的私有协议，而其他厂商生产的设备并不支持。如果网络设备之间使用私有协议通信，除非设备都是同一家厂家生产的，否则无法实现。也是国际上一些标准化组织就推行了一系列网络通信标准，来实现不同厂商设备间的通信。

文章目录

• 计算机网络参考模型与5G协议

• **1.分层思想**
• **2.OSI七层参考模型**
• **3.数据封装与解封过程**
• **4.层间通讯过程**
• **5.3GPP规范及5G空口协议栈**

1.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

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的解决问题

2.OSI七层参考模型

国际标准化组织(ISO)
1984年颁布了开放系统互连(OSI)参考模型
一个开放式体系结构，将网络分为七层

从下往上分别是：
应用层 网络服务与最总用户的一个接口
表示层 数据的表示、安全、压缩
会话层 建立、管理、中止会话
传输层 定义传输数据的协议端口号，以及留空和差错校验
网络层 进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择
数据链路层 建立逻辑链接、进行硬件寻址、差错校验等功能
物理层 建立、维护、断开物理连接

物理层和数据链路层
物理层
如何使用武力信号来表示数据1和0？
数据传输是否可同时在两个方向上进行？
通信双方如何简历和中止连接？
物理接口特性

数据链路层
数据帧封装结构
源和目的方的物理地址
数据校验功能

网络层和传输层
网络层
数据包装结构
源和目的方的逻辑地址
根据包头的逻辑地址选路

传输层
用户进程间的通信
承上启下

端到端和点到点有何区别？
端到端 传输层
点到点 网络层
不同的层面

会话层、表示层和应用层
会话层
建立用户间的会话关系

表示层
定义传递信息的语法和语义
编码和解码、压缩解压缩、加密解密

应用层
提供用户的接口

OSI参考模型和TCP/IP模型

3.数据封装与解封过程

TCP/IP协议簇的组成
应用层 HHTP 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

数据封装过程

数据解封装过程

4.层间通讯过程

PDU协议数据单元

设备与层对应的关系

各层间通信

5.3GPP规范及5G空口协议栈

关于3GPP
3GPP：第三代合作伙伴计划，通信行业标准化组织
1998年12月成立

3GPP的成员
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)和TTC(电信技术委员会)
中国的CCSA(中国通信标准化协会)
韩国的TTA(电信技术协会)
北美的ATIS(世界无线通讯解决方案联盟)
印度的TSDSI(电信标准开发协会)

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:物理信道结构
TS38.104:基站射频要求
TS38系列规范下载地址https://www.3gpp.org/ftp/Specs/2017-12/Rel-15/38 series/

3GPP定义的5G的三大场景
增强型移动宽带 (eMBB, Enhance Mobile Broadband)
按照计划能够在人口密集区为用户提供1Gbps用户体验速率和10Gbps峰值速率，在流量热点区域，可实现每平方公里数十Tbps的流量密度。

海量物联网通信 (mMTC, Massive Machine Type Communication)
不仅能够将医疗仪器、家用电器和手持通讯终端等全部连接在–起，还能面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，并提供具备超千亿
网络连接的支持能力。

低时延、高可靠通信(uRLLC, Ultra Reliable & Low Latency Communication)主要面向智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务，能够为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。

5G常用术语
NR(NewRadio，NR)新型无线空口
UE用户设备
gNB 3GPP定义的5G基站代称
AMF (接入和移动性管理功能)网元
MAC媒体接入控制
RRC无线资源控制
SAP服务接入点
RLC 无线链路控制
FEC前向纠错
HARQ混合自动重复请求
MIMO多输入多输出
OFDM正交频分复用
CP 循环前缀
DFT-s-OFDM离散傅里叶变换扩展正交频分复用
FDD频分双工
TDD时分双工
PDSCH物理下行链路共享信道
PDCCH物理下行链路控制信道
PBCH物理广播频道
PRACH物理随机接入信道
PUCCH物理上行链路控制信道
PUSCH物理上行链路共享信道
BPSK二进制相移键控
QPSK正交相移键控
QAM正交幅度调制
LDPC低密度奇偶校验
E-UTRA演进的通用地面无线接入

空中接口
空中接口俗称空口，分为三层
5G新型无线空口俗称NR(New Radio)
NR(新型无线空口)无线协议栈分为两个平面:用户面和控制面。
用户面(UserPlane,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。

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

L1和L2各层功能
SDAP：映射 添加QFI(QoS Flow ID)
PDCP：数据传输 PDCP 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 上行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 频率和时间同步 功控、测量和报告 MIMO处理 射频处理

L3层功能
RRC：是Uu口控制眠最高层，负责控制1层、2层完成空口资源传输 系统信息广播 RRC连接控制 移动性管理 测量配置报告 其他功能
NAS功能
NAS：主要负责与接入无关、独立于无线接入相关的功能及流程
会话管理 用户管理 安全管理 计费

5G各网元描述