OSI參考模型，TCP/IP協議族及5G協議

標題 帶你瞭解OSI參考模型，TCP/IP協議族及5G協議

OSI參考模型

概念：是一個開放式體系結構，將網絡分爲七層。是由國際標準化組織（ISO）在1984年頒佈了開放系統互連(OSI)參考模型

物理層和數據鏈路層
■物理層
●如何使用物理信號來表示數據1和0?
●數據傳輸是否可同時在兩個方向上進行?
●通信雙方如何建立和中止連接?
●物理接口特性
■數據鏈路層
●數據幀封裝結構
●源和目的方的物理地址
●數據校驗功能
網絡層和傳輸層
■網絡層
●數據包封裝結構
●源和目的方的邏輯地址
●根據包頭的邏輯地址選路
■傳輸層
●用戶進程間的通信
●承上啓下

TCP/IP協議族

值得注意的是，OSI參考模型沒有考慮任何-組特定的協議，因此OSI更具有通用性。而TCP/IP參考模型與TCP/IP協議簇吻合得很好，雖然該模型不適用於其他任何協議棧，但如今的網絡多以TCP/IP協議簇作爲基礎，這使得在分層設計上沒有過多考慮協議的OSI分層理念，所以沒有廣泛地應用於實際工作中。相反，人們更多地應用TCP/IP分層模型在實際工作中分析問題、解決問題。

在TCP/IP協議中，數據需要進行封裝與解封裝進行傳遞。

5G無線網絡

1.5G協議架構

五代(5G)移動通信技術被稱爲新型無線空口(NewRadio，NR)，可以滿足國際.
電信聯盟(ITU) 對IMT-2020 (5G)設定的性能要求。3GPP於2017年3月批准成立了
NR規範制定的工作組，其研究的內容將加入到3GPP Release 15 (簡稱R15)中發佈。

1. 5G常用術語:
   ➢NR (New Radio，NR)新型無線空口
   ➢UE用戶設備
   ➢gNB 3GPP定義的5G基站代稱
   ➢AMF (接入和移動性管理功能)網元
   ➢MAC媒體接入控制
   ➢RRC無線資源控制
   ➢SAP服務接入點
   ➢RLC 無線鏈路控制
   ➢FEC前向糾錯
   ➢HARQ混合自動重複請求
   ➢MIMO多輸入多輸出
   OFDM正交頻分複用
   ➢CP 循環前綴
   ➢DFT-S-OFDM離散傅里葉變換擴展正交頻分複用
   FDD頻分雙工
   TDD時分雙工
   PDSCH物理下行鏈路共享信道
   PDCCH物理下行鏈路控制信道
   PBCH物理廣播頻道
   PRACH物理隨機接入信道
   PUCCH物理上行鏈路控制信道
   ➢PUSCH物理上行鏈路共享信道
   BPSK二進制相移鍵控
   ➢QPSK正交相移鍵控
   QAM正交幅度調製
   ➢LDPC低密度奇偶校驗
   ➢E_UTRA演進的通用地面無線接入
   

2.關於3GPP

3GPP (Third Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃)是-一個成立於1998年12月的標準化組織，目前其成員包括:
➢歐洲的 ETSI (歐洲電信標準化委員會) ;
➢日本的ARIB (無線行業企業協會)和TTC (電信技術委員會) ;
➢中國的CCSA (中國通信標準化協會) ;
➢韓國的TTA (電信技術協會) ;
➢北美的ATIS(世界無線通訊解決方案聯盟);
➢印度的TSDSI (電信標準開發協會) ;
各個國家和企業主導的5G方案想列入5G標準，需要組織內成員表決通過。
3GPP定義的5G分爲3大場景:
➢增強型移動寬 帶(eMBB, Enhance Mobile Broadband)
按照計劃能夠在人口密集區爲用戶提供1Gbps用戶體驗速率和10Gbps峯值速率，在
流量熱點區域，可實現每平方公里數十Tbps的流量密度。
➢海量物聯網通信 (mMTC, Massive Machine Type Communication)
不僅能夠將醫療儀器、家用電器和手持通訊終端等全部連接在一起，還能面向智慧城市、
環境監測、智能農業、森林防火等以傳感和數據採集爲目標的應用場景，並提供具備超千億
網絡連接的支持能力。
➢低時延、高可靠通信(uRLLC, Ultra Reliable & Low Latency Communication)
主要面向智能無人駕駛、工業自動化等需要低時延高可靠連接的業務，能夠爲用戶提供
亳秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證。

3.5G無線協議棧

NR (新型無線空口)無線協議棧分爲兩個平面:用戶面和控制面。用戶面(User Plane,
UP)協議棧即用戶數據傳輸採用的協議簇，控制面(Control Plane, CP)協議棧即系統的
控制信令傳輸採用的協議簇。

4.5無線網絡主要協議

5G無線網絡主要的協議有MAC、RLC、PDCP、RPC等協議。
MAC協議層
媒體訪問控制(Medium Access Control,MAC)協議層位於物理層和RLC層之間，物理層爲MAC子層提供傳輸通道。MAC向RLC子層提供不同的邏輯信道。
1.MAC層提供以下7種功能:
(1)邏輯信道與傳輸信道之間的映射:
(2)複用、解複用:將來自一個或多個邏輯信道的MAC SDU複用到-一個傳輸塊並傳遞給PHY;將從物理層傳來的傳輸塊解複用成多個MACSDU並傳遞給-一個或多個邏輯信道:
(3).上行調度信息上報，包括終端待發送數據量信息和上行功率餘量信息:
(4)通過HARQ進行錯誤糾正:
(5)通過動態調度管理用戶之間的優先級管理:
(6)同一個終端不同邏輯信道之間的優先級管理:
(7)傳輸格式選擇，通過物理層上報的測量信息、用戶能力等，選擇相應的傳輸格式，
如:調製式和編碼速率，從而達到最有效的資源利用。
2. RLC協議層
無線鏈路控制協議(Radio Link Control,RLC)層位於PDCP層和MAC層之間。它通過RLC信道與PDCP層通信，通過邏輯信道與MAC層通信。RLC層重排PDCP PDU的格式，使其能適應MAC層指定的大小。
RLC層的功能如下:
(1)高層PDU傳輸:
(2)通過ARQ機制進行錯誤修正(僅適用於AM數據傳輸) :
(3) RLC SDU級聯、分段、重組(僅適用於UM和AM數據傳輸) ;
(4) RLC數據PDU重分段(僅適用於AM數據傳輸) ;
(5)RLC數據PDU重排序(僅適用於UM和AM數據傳輸);
(6)重複檢測(僅適用於UM和AM數據傳輸) ;
(7) RLC SDU丟棄(僅適用於UM和AM數據傳輸) ;
(8) RLC重建:
(9)協議錯誤檢測(僅適用於AM數據傳輸)。
3. PDCP協議層
分組數據匯聚協議( Packet Data Convergence Protocol,PDCP)層位於5G空中接口中協議棧的RLC層之上,用於對用戶平面和控制平面數據提供頭壓縮、加密、完整性保護等操作，以及終端提供無損切換的支持。
PDCP的功能有如下10個:
(1) IP 數據的頭壓縮與解壓縮:
(2)數據傳輸(用戶平面或控制平面) ;
(3)下層重建時，對上層PDU的順序遞交:
(4)下層重建時，爲映射到RLCAM的無線承載重複丟棄下層底層SDU
(5)對PDCP SN值的維護:
(6)對用戶平面數據及控制平面數據的加密及解密;
(7)控制平面數據的完整性保護及驗證;
(8) RN用戶平面數據的完整性保護及驗證:
(9)定時丟棄:
(10)重複丟棄。
4. SDAP協議
SDAP (Service Data Adaptation Protocol,服務數據適配協議)是在5G/NR用戶面新增的子層，該層的功能之一-就是對QoS流與DRB之間進行映射。由於在5G/NR中gNB與5GC之間的接口是新增的NG接口，而NG接口是基於QoS流，而空口是基於用戶的DRB承載，也可以說從PDCP開始就是DRB承載，因此在5GINR中需要新增–個適配子層SDAP,以便將QoS映射DRB。而LTE中的核心網是EPS承載，其與DRB承載可直接一一對應，不需要適配過程。
SDAP子層主要功能如下:
(1)傳輸用戶面數據:
(2)爲上下行數據進行QoSFlow到DRB的映射:
(3)在上下行數據包中標記QoS FLow ID:
(4)爲上行SDAP數據進行反射QoS流到DRB的映射。
SDAP實體(或者叫實例)位於SDAP子層，每個PDU會話都會建立對應的SDAP實體(或叫實例) ,一個UE可以有多個SDAP實體(因爲一個UE可以同時建立多個PDU會話)。
一個SDAP實體從上層接收SDAP SDU(也就是應用層的數據包),將其打包爲SDAP
PDU (增加了SDAP header)，最後通過下層(PDCP)將SDAP PDU發給對端SDAP實體。
一個SDAP實體從下層(PDCP)接收對端SDAP實體發過來的SDAP PDU,去除SDAP
header後，將SDAP SDU投遞給上層。
5. RRC協議層
RRC (radio resource control)是NR (5G) 中高層協議的核心規範，其中包括了UE和NR之間傳遞的幾乎所有控制信令,以及UE在各種狀態下無線資源使用情況、測量任務和執行的操作。
RRC對無線資源進行分配併發送相關信令.UE和NR之間控制信令的主要部分是RRC消息。RRC消息承載了建立、修改和釋放數據鏈路層和物理層協議實體所需的全部參數，同時也攜帶了NAS (非接入層)的一些信令，如移動端管理(Mobile Management,MM)，配置管(Configuration Management,CM)等。
RRC層提供的服務與功能如下:
(1)廣播系統消息:
(2) RRC連接控制:
(3) RAT間移動性:
(4)測量配置與報告:
(5)通用協議錯誤處理:
(6)支持自配置和自優化:
(7)支持網絡性能優化的測量記錄和報告。
其他功能，如:專用NAS信息和非3GPP專用信息的傳輸、UE無線接入性能信息的
傳輸。
6. NAS協議層
NAS (Non-Access-Stratum) 層主要負責與接入無關、獨立於無線接入相關的功能及流程，主要功能包括以下幾個方面:
(1)會話管理:包括會話建立、修改、釋放以及QoS協商:
(2)用戶管理:包括用戶數據管理等:
(3)安全管理:包括用戶與網絡之間的鑑權及加密初始化;
(4)計費。