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  • 网络传输基本流程

    千次阅读 2019-05-05 21:16:38
    网络传输流程图 在数据链路层有一个标识:每一台主机的唯一符:MAC地址。 MAC地址:计算机的网卡在出厂时就打上了一串数据:MAC 地址,其通常是唯一的。 所以局域网中发消息必须加上目的主机的MAC地址。 两台计算机...

    网络传输流程图

    在这里插入图片描述
    在数据链路层有一个标识:每一台主机的唯一符:MAC地址
    MAC地址:计算机的网卡在出厂时就打上了一串数据:MAC 地址,其通常是唯一的。
    所以局域网中发消息必须加上目的主机的MAC地址。

    两台计算机通过 TCP/IP 协议通讯的过程如下所示:
    在这里插入图片描述
    数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器。

    TCP/IP 通讯过程:多台主机 —— 局域网

    假若有两台主机 A 和 B 发消息:
    在这里插入图片描述
    A主机发了一条消息给B主机,局域网上的所有主机都收到了,但是只有主机B接收这条消息。其他主机也收到了,但是直接丢弃了这条消息。收到消息之后只有B主机会响应数据给A主机。

    A 主机在发消息的时候可能另外的一台主机也发消息,进而导致以太网着一根线上跑了很多的电线号。进而导致它们的电信号互相混合。发消息的两台主机发完消息之后立马做碰撞检测,若检测到没有碰撞,消息已经被对方接受了。若检测到碰撞了,则两台主机做等待处理,即碰撞避免

    局域网通信原理:

    1. 局域网内通信 A 主机和 B 主机通信,所有主机都收到了消息,但是所有主机都答消息丢弃了。
    2. 在任何时刻,局域网中只有一个人发消息,如果有多个人发消息,局域网中就会产生数据碰撞。所以每一台主机都有一个基本的功能叫碰撞检测。
    3. 碰撞检测完成一旦发现由有碰撞就应该执行自己的碰撞避免算法,算法的本质就是等待,在合适的时候再发消息。

    如何保证每个消息收到:任何时候只有一个人说话。

    局域网的数据碰撞:两个人或多个人同时说话。每个人都要做碰撞检测,一旦检测到则做碰撞避免。

    数据包封装和分用

    下面是数据封装的过程:
    在这里插入图片描述
    不同的协议层堆数据包有不同的称谓:

    1. 传输层:
    2. 网络层:数据报
    3. 数据链路层:

    当数据从上层到下层交付的时候,要进行封装,到了堆端之后要进行解包,在解包的时候要决定数据交给上层,还有一个动作叫分用
    数据必须通过物理层(硬件)。

    • 封装:封装数据前加报头,包头后面被封装的叫有效载荷
    • 解包:每一层报头当中必须要提供一种在那个机制,将报头和有效载荷分离。
    • 分用:解包交付的时候必须要明确要交给上一层的谁。确定交给谁的信息必须在当前层的报头当中包含。(确定信息在当前层的报头)

    每一层的共性肯定也要有一个功能:将报头和有效载荷分离(下三层)。

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  • 网络传输数据基本流程 详解

    千次阅读 2021-03-03 17:12:54
    我是目录:1、网络传输流程图:2、数据包的封装分用:3、不同网络环境中,网络数据传输流程(1)网络互联:(2)局域网:(3)广域网: 1、网络传输流程图: 2、两台计算机通过 TCP/IP 协议通讯的过程如下所示: 2...

    1、网络传输流程图:

    在这里插入图片描述
    2、两台计算机通过 TCP/IP 协议通讯的过程如下所示:
    在这里插入图片描述

    2、数据包的封装分用:

    在这里插入图片描述

    3、不同网络环境中,网络数据传输流程

    (1)网络互联:

    ① ARP 缓存表中 可以找到 目的主机MAC
    在这里插入图片描述

    • 1、主机1查找本机ARP缓存表,根据ARP协议,找到MAC
    • 2、数据报由主机1,发送到集线器(数据报中:源MAC(主机1),目的MAC(主机3))(真实的数据报)
    • 3、集线器 直接转发 数据到除主机1的其他所有相连主机(主机2,主机3)
    • 4、主机2接收:数据报中,目的MAC不是我,丢弃
      主机3接收:数据报中,目的MAC是我,接收。 目的IP是我,交给对应端口进程处理

    ② ARP 缓存表中 找不到 目的主机MAC
    在这里插入图片描述

    • 1、主机1查找本机ARP缓存表,发现找不到目的主机MAC
    • 2、主机1发送广播数据报(非真实数据,只是要求对应主机返回MAC数据)
    • 3、广播数据报通过集线器转发到主机2、主机3
    • 4、主机2接收:要求的IP不是,丢弃
      主机3接收:要求的IP是我,返回我的MAC
    • 5、主机1收到主机3的返回数据(IP、MAC),更新自己的ARP缓存表
    • 6、主机1发送真实的数据到主机3
      (真实的数据 ,源MAC/源IP:主机1的MAC/IP , 目的MAC/目的IP :主机3的MAC/IP)

    ③ 使用集线器的缺陷: 网络冲突
    (比如,你想知道张三的qq号,你开群聊发消息,就会对群聊里其他成员造成不必要的麻烦)

    (2)局域网:

    在这里插入图片描述
    局域网 交换机 组网方式:(路由器(方式2)和它一样)
    在这里插入图片描述

    • 1、主机1查找本机ARP缓存表,如果找不到,发送广播数据报,让IP为主机3的告诉我它的MAC
    • 2、交换机转发到其他所有端口(广播)
    • 3、主机2丢弃,主机3返回自己的MAC
    • 4、交换机知道主机3的MAC,然后主机1也就知道了主机3的MAC(更新ARP缓存表)
    • 5、主机1发真实的数据给交换机(源MAC:主机1 , 目的MAC:主机3)
    • 6、交换机查找自己的MAC地址转化表,通过MAC找端口,发送到对应端口
    • 7、主机3接收:目的MAC是我,目的IP也是我

    局域网 与 网络互联 数据传输的区别在于:局域网方式是定向传输,而网络互联是广播式传输
    (先问张三手机号,在打电话给张三,不影响李四)

    局域网 交换机 + 路由器 的方式:
    在这里插入图片描述

    • 1、通过目的 IP+子网掩码,计算出是否目的主机和本机在同一网段(IP和子网掩码位与操作,得到网络号)

    • 2、如果是,和之前交换机组局域网流程一致

    • 3、如果不是,表示我主机1处理不了,要发给网关转发(路由器)

    • 4、数据报发给路由器

      (源IP:192.168.1.x   源MAC:主机1的)
      (目的IP:192.168.2.y 目的MAC:路由器网卡1的MAC)
      
    • 5、路由器接收到数据报,分用:物理层到网络层,所以可以获取到目的IP

    • 6、路由器查找自己的ARP缓存表(IP找MAC)

    • 7、找不到,路由器发广播,主机2你在哪?告诉我你的MAC

    • 8、有了MAC,直接发送到主机2

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    局域网方式是只使用 LAN 口,而广域网 LAN口和WAN都使用

    (3)广域网:

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    主机1:发送 http://www.baidu.com 网络数据报
    在这里插入图片描述

    • 1、DNS协议:域名 转 IP

      源IP:主机1的IP            源MAC:主机1的MAC
      目的IP:百度服务器的IP      目的MAC:
      
    • 2、根据目的IP计算是否和主机1在同一网段
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    • 3、不是同一个网段:发送数据报到网关(路由器)
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    • 4、交换机转发(没有封装分用):在MAC地址转换表,通过目的MAC找端口

    • 5、路由器接收、分用、修改数据报
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    • 6、路途中的设备:
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    • 7、百度服务器:(接收数据并响应)
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    • 8、路由器1接收 百度服务器的响应数据(分用、修改、封装)
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    • 9、主机接收数据报(分用)

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  • 4G网络数据传输流程

    千次阅读 2019-05-30 16:55:28
    摘要:这是4G网络数据传输流程系列的第三课,上一课讲了资源调度,备好粮草,这一课我们集结兵马,趟一趟物理层处理流程。先讲从传输块TB到码字(CW,Code Word),重点是信道编码和速率匹配。有请小编Bob。 物理层...

    原文:微信公众号 Wisdom365

    摘要:这是4G网络数据传输流程系列的第三课,上一课讲了资源调度,备好粮草,这一课我们集结兵马,趟一趟物理层处理流程。先讲从传输块TB到码字(CW,Code Word),重点是信道编码和速率匹配。有请小编Bob。

    物理层处理的起点是MAC层传下来的TB,终点是生成基带OFDM信号。然后上变频或下变频将基带OFDM信号变成射频信号,通过天线发射出去。与资源调度一样,物理层处理也分上行和下行,二者处理流程类似,仍然以下行为例介绍(还记得不?下行是指Bob从基站下载小视频~,关注公众号“wisdom365”了解更多)。

    上行和下行处理流程区别在哪?有两点:

    (1)下行可以同时处理两个TB,上行只能处理1个TB(注:R10版本上行最多可支持四流传输,此时上行也能同时处理2个TB,但基本未商用);

    (2)下行采用OFDM方式,上行为避免峰均比过高采用SC-OFDM,因此,上行处理在层映射和预编码之间增加一步:变换预编码,以达到上行单载波目的。

    由于物理层处理步骤实在是太多了,小编只能分成两篇文章来讲,第一篇讲述第1步~第5步(上图中标灰的框),第二篇讲述第6步~第11步。

    物理层处理--从TB到码字

    下行能同时处理两个TB,两个TB的处理流程完全相同,因此小编就以一个TB处理流程为栗子,力求说清楚每一步干什么?从哪来?到哪去? 怎么做?

     

    第二步:码块分割。把大码块分割成小码块,每个小码块继续添加24bit的CRC校验。

    A:每次码块都要分割吗?

    A:如果是,为什么要分割呢?

    A:如果不是,什么样的码块要分割呢?

    B:不是所有码块都要分割,只有那些很大的码块才要分割。

    A:多大?

    B:据《圣经》3GPP TS 36.212记载,大于6144bit的码块才要分割。

    A:为什么是6144bit?6666不行吗?多吉利

    B:。。。定义6144是因为下一步信道编码中能处理的最大数据块就是6144bit。

    假设有1个很大的TB传下来,数据块后附加24bit CRC校验,发现大于6144bit,则再次分割(假设分成两块),每块后再附加24bit CRC校验。

     

    第三步:信道编码。地球人都知道信道编码的目的是保证信息传输不出错,提高可靠性,否则Alice传过去的小视频就都是马赛克了~~。

    怎么实施信道编码呢?简单讲, 发送端在信息bit后附加校验bit,使信息bit和校验bit有一定的数学关系,称为编码;接收端收到后猜传的是1还是0,称为译码,当然这里的猜可不是拍大腿猜,是通过算法有理有据的猜。按照校验bit和信息bit之间的关系可以把信道编码分为线性分组码和卷积码,区别在于,线性分组码的校验bit只和它们要保护的当前传输的信息bit有关系,而卷积码的校验bit除和当前传输的信息bit有关外,还和前一时刻传输的信息bit有关(好绕啊。。),第一步的CRC就可以认为是线性分组码,3G WCDMA采用的就是卷积码。

    在4G中,采用的信道编码是著名的Tur..bo..码, 码率为1/3。这一步里,针对第二步码块分割后得到的每个码块独立进行信道编码,输出三行数据,分别是:系统比特流,第一校验比特流,第二校验比特流。

    A:话说Turbo不是涡轮发动机的意思吗?Turbo码到底是什么?

    B:Turbo码是C. Berrou与A. Glavieux在1993 年瑞士日内瓦举行的IEEE ICC国际通信学会上首次提出的一种级联码,基本原理是编码器通过交织器把两个分量编码器进行并行级联,两个分量编码器分别输出对应校验bit;译码器在两个分量编码器之间进行迭代译码,分量译码器之间传递去掉正反馈的外信息,整个译码过程类似涡轮工作,所以就把这个编码方法称为涡轮码,错了,是Turbo码。

    A:说人话。。。

    B:Turbo码编码器其实就是把两个卷积码编码器并行起来,中间加一个交织器,也叫做并行级联卷积码。因为有两个卷积码编码器,每个编码器都会输出校验bit,所以Turbo码输出两个校验bit流,称为第一校验bit流和第二校验bit流,加上原始数据,共输出三行数据。一图胜千言,看下图。

    A:然后呢?

    B:编码器中的这个交织器可是神来之笔,Turbo码有增益全靠有它。在4G网络里,这个交织器最大能处理的数据长度是6144bit,这也是为什么第二步里超过6144bit的码块要被拆了。

    A:欧,然后呢?

    B:Turbo译码器是两个串联的卷积码译码器,第一个译码器的输出通过交织器打乱顺序后作为第二个译码器的输入,第二个译码器的输出再送回去作为第一个译码器的输入,循环迭代,直到译码完毕。一图胜千言,看下图。

    A:为什么这么折腾呢?

    B:这是Turbo码的核心和显著特征,使用外信息进行一次次迭代译码,如此保证Turbo的高性能。

    A:举个栗子?

    B:在Turbo码之前,译码不使用外信息,若要判断一个比特是0还是1,你觉得它像1就是1。如果这时周围的小伙伴告诉你这个比特更像0,这个信息就是外信息,是排除了自身判断由别人得到的信息。使用外信息做判断的时候,就要把周围人的判断和自己的判断进行比较,综合两方面得到最终结果。多听听别人意见总是有好处,集思广益嘛。所以Turbo码使用外信息进行迭代解码这一思路,开启了现代编解码理论的大门。

    A:恩恩。那码率1/3是什么意思?

    B:信道编码要在信息bit后附加校验bit,信息bit位数/(信息bit位数+校验bit位数)就是码率。1/3的码率就是说对于1个信息bit,要算出2个校验bit来保护它,这样信道编码后得到的数据总长度就是原来的3倍。

    A:好复杂的样子...

    B:讲了这么多,也是为了纪念Turbo码。2016年10月14日在葡萄牙里斯本,3GPP RAN1确定LDPC码为5G信道编码长码方案,Turbo码结束了在3G、4G时代长达十几年的统治。

    A:一个时代的落幕,确实让人唏嘘,不过和咱们吃瓜群众有关系吗?

    B:有啊,话说我曾立志在广袤的大草原中寻找一匹好码,从Turbo到LDPC到polar到喷泉

    A:套码的汉子你威武雄壮...

     

    第四步,速率匹配。信道编码后的数据最终要通过无线资源传输,但是数据量和传输资源往往不匹配,有时传的数据量多而传输资源不够,有时数据量少而传输资源多,这就需要把这两部分匹配起来,叫做速率匹配,一般有两种方法:(1)打孔,扔掉一些数据bit;(2)重复,复制数据bit充数。

    在4G网络,每一个码块信道编码后,Turbo编码器并行输出三行数据,而最终传输的肯定是一行数据流,所以怎么把三行数据再变成一行数据流,首位相接,还是交插组队?无线传输资源不是固定不变的,得到的一行数据流与无线传输资源大小不匹配怎么办?这就是4G网络中速率匹配要解决的问题。

    下图是速率匹配器结构图,Turbo信道编码后的三行数据同时输入,分别通过行列交织器后,存在缓冲器中,系统比特流排在缓冲器头部,校验bit流排在尾部。比特选择器在缓冲器中选择一个“起点”,并顺序选出指定大小的一行数据,作为输出。共有四种“起点”选择方式,对应我们常说的4个冗余版本(RV)。

     

    第五步,码块级联。天下大事,合久必分,分久必合。数据处理也一样,第一步中,长度超出6144bit的大码块要分割,这是“分”;这一步,要把分割、信道编码后的码块再首尾相接连起来,这就是“合”。最终仍然得到呈“一字长蛇阵”的数据bit流,形式上和第一步的输入TB是一样的,不过这时数据流改名叫码字(CW,Code Word)。

    OK,到这里,小编洋洋洒洒几千字讲完了4G物理层处理中从TB到码字的流程,其中重点是信道编码和速率匹配。下一课Bob小编将介绍4G网络哼哈二将MIMO和OFDM在物理层的实现和处理流程,完成物理层处理的收官之战,敬请期待。

     

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    例如:同一网段内的两台主机进行文件传输

     

    基于TCP/IP协议两台主机通讯过程流程图如下:

     

    跨网段的两台主机进行文件传输【传输过程中要经过一个或对个路由器】

    流程图如下:

     

    数据包的封装和分用:

    1 不同的协议层对于数据包有不同的称谓:在传输层叫做数据段,在网络层叫做数据报,在链路层叫做数据帧。

    2 应用层数据通过协议栈发送到网络上时,每层协议都会给数据加上一个首部,叫做封装。

    3 首部信息包含了首部多长,有效载荷多长,上层协议是什么等信息。

    4 数据封装成帧后通过传输介质,到达目的主机后,每层剥掉相应的首部,根据首部中‘上层协议字段’将数据传给上层协议处理。

     

    下图为数据封装的过程:

     

    下图为数据分用的过程:

     

     

     

     

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