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  上一期我们讲了局域网的两种协议，以太网和WiFi，这两种协议均工作在网络层以下，本期就来重点讲解网络层之下的协议。链路层和物理层合称网络接口层。

蓝牙和ZigBee

  除了WiFi以外，还有两个无线协议：蓝牙和ZigBee。蓝牙定义在IEEE 802.15.1标准中。IEEE 802.15.1网络以低功率和低成本在小范围内运行，本质上是一个"电缆替代"技术。平时我们也能发现，蓝牙主要用于计算机与无线键盘、鼠标、耳机等外部设备的互联。所以蓝牙也被称为无线个人域网络(Wireless Personal Area Network, WPAN)。蓝牙也是定义的网络接口层，以TDM方式工作于无须许可证的2.4GHz频段。802.15.1能提供高达4Mbps的数率。蓝牙通常用于自组网络，也就是不需要网络基础设施(如AP)来互连蓝牙设备。这就意味着蓝牙不能上网。

  有人可能会问，同样是无线协议，同样定义在网络接口层，为什么WiFi能上网，而蓝牙就不行。我们讲下层为上层协议提供了一个统一的接口，隐藏了实现细节，网络层并不关心底层是双绞线还是无线，不管你是以太网还是WiFi，它只是通过接口获取下层提供的服务。那么为什么蓝牙不行？

  虽然蓝牙协议结构和802.11协议的结构图类似，都包括最下的物理层和中间的数据链路层，但是蓝牙协议还包括了一个中间层协议和最后的应用层协议。而且，某些控制数据和音频数据完全不经过中间层，是直接从Baseband到达应用层，甚至也跨过了部分数据链路层的结构。所以蓝牙并不能加入TCP/IP体系，也就不能上网。不过倒也有方法，两台手机开启蓝牙共享功能，一台手机通过移动数据或者WiFi联网，另一台手机可以在只开启蓝牙的情况下上网。

  ZigBee被定义在IEEE 802.15.4标准中。它与蓝牙目标不同。ZigBee的服务目标是低功率、低速率、低工作周期的应用。因为并非所有的网络应用都需要高带宽和随之而来的高成本。比如，家庭温度和光线传感器、安全设备和墙上安装的开关都是非常简单、低功率、低工作周期、低成本的设备。ZigBee非常适合这些设备。和蓝牙一样，也是用于自组网络(Ad Hoc)。

移动蜂窝网络

   虽然目前5G已经大行其道，但我们依然拿4G来举例，原理都差不多。

  首先，4G也是属于网络接口层，也就是说，我们使用4G上网，上层还是走的TCP/IP协议栈。有人可能联想到WiFi，同样是定义了物理层和链路层，上层同样是TCP/IP协议栈，同样是无线网络协议，是不是WiFi和4G就差不多呢。

  实际上，4G和WiFi非常不同。举几个我们能明显感受到的不一样：不管是以太网还是WiFi，都有MAC地址和网关；而在4G里面没有MAC地址和网关的概念（如果要类比的话可以把PGW看作是网关，它负责分配IP和DNS）。如图：

  说到4G就不得不说到一个组织：3GPP。很多人以为3GPP是制定3G标准的，其实不是，他们是负责整个移动蜂窝网络的标准化工作的。另外很多人会把4G和LTE混为一谈。4G全称是第四代移动通信技术(the 4th generation mobile communication technology)，只是一个标准，是由3GPP组织负责定制的。只要你的协议能达到4G的标准，你就可以称为4G。

  至于为什么需要蜂窝网络，而不直接使用WiFi作为无线接入，那是因为WiFi接入区域范围在10~100米。因此我们需要在WiFi热区外接入互联网时就需要蜂窝网络。因为蜂窝电话早就已经普及了，很自然想到扩展蜂窝网络，使它们不仅支持语言电话，也支持无线互联网接入。

  不过4G和之前的3代还是很有区别的。第一代（1G）系统是模拟FDMA系统，专门用于语音通话。后来被2G系统替代，2G系统也是为语音通话设计的，后来扩展了对因特网的支持（2.5G）。3G系统支持语音和数据，但更强调数据能力和更高速的无线接入。到了基于LTE技术的4G系统，其特征是全IP核心网络。

  现在我们打电话也是走的IP网络，不过也不是所有的都是。有这种场景：我们在接电话时就不能上网了，而且4G的标志也变成了2G。这因为语音服务用的不是上述模型，在打电话时，占用了4G所在的频段，所以就不能上网了。有一种VoIP的语音通话技术，它是基于IP的语音传输。在4G中的应用就是VOLTE。也就可以分为下面两种：

（1）VOLTE ，采用与数据传输同种形式。
（2）CSFB (电路域衰落)，采用2G网络传输语音。

  当使用VOLTE技术时，会用到IP层及以上的部分协议。当采用CSFB衰落到2G网络时，运营商有专门的语音网络，在这个网络上只支持手机，不支持互联网其他设备接入，不必考虑其它层的数据封装。此时整个网络模型只有物理层和MAC层，没有上层。现在大部分手机都是使用VOLTE进行通话。

总结

  4G和WiFi都是属于网络接口层，上层都是走的TCP/IP协议栈。4G和WiFi都是输入接入网的范畴，核心网相同。WiFi属于局域网范畴，和以太网理念一样，底层使用MAC地址在局域网内通信。4G严格来说没有局域网的概念，使用移动数据网络时主要靠IMSI码，需要鉴权、注册等一系列动作，这些大部分靠我们插入的SIM卡来完成。总之，4G的技术比WiFi要复杂很多很多。因为4G要考虑的东西非常之多。4G相关的技术常见的有：

1. LTE技术标准。
2. LTE-Advanced技术标准（分为TD-SCDMA直接进化的TDD和WCDMA直接进化的FDD两种标准）。
3. WiMax技术标准。
4. HSPA+技术标准。
5. WirelessMAN-Advanced技术标准。   三大运营商采用的都是第2种技术，FDD-LTE和TDD-LTE都有。蜂窝网络是一个庞大的体系，无法详尽展开，在《计算机网络·自顶向下》这部书中的第7章有详细的介绍，这本书也是我老师推荐我读的，确实不错，对于想深入了解计算机网络的可以看看。这本书已经出到了第7版，目前最新的一版。为了方便大家学习，我已经将其打包，可以在公众号：极客随想，回复消息：计算机网络。即可获取资源。

  本期是计算机网络通信协议的第二期，下一期会讲关于移动蜂窝网安全这块内容。敬请关注后续更新。