現(xiàn)代通信網(wǎng)概論2(教材)

現(xiàn)代通信網(wǎng)概論第二章現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)1、現(xiàn)代通信終端2、現(xiàn)代傳輸技術(shù)3、數(shù)字通信技術(shù)4、現(xiàn)代交換技術(shù)2.1現(xiàn)代通信終端-固定電話機現(xiàn)代通信終端-手機現(xiàn)代通信終端-手機SIM卡是（SubscriberIdentityModule客戶識別模塊）的縮寫，也稱為智能卡、用戶身份識別卡，GSM數(shù)字移動電話機必須裝上此卡方能使用。它在一電腦芯片上存儲了數(shù)字移動電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內(nèi)容，可供GSM網(wǎng)絡(luò)客戶身份進行鑒別，并對客戶通話時的語音信息進行加密。手機SIM卡（參看教材19頁）現(xiàn)代通信終端-移動電話機沒有SIM卡，手機能工作嗎？SIM卡上有什么信息？在教材上找答案。SIM卡的原理SIM卡是帶有微處理器的芯片內(nèi)有5個模塊，每個模塊對應(yīng)一個功能CPU(8位/16位/32位)、程序存儲器ROM、工作存儲器RAM、數(shù)據(jù)存儲器EEPROM和串行通信單元，這5個模塊集成在一塊集成電路中。SIM卡在與手機連接時，最少需要5個連接線這5個模塊被膠封在SIM卡銅制接口后與普通IC卡封裝方式相同。這5個模塊必須集成在一塊集成電路中，否則其安全性會受到威脅，因為芯片間的連線可能成為非法存取和盜用SIM卡的重要線索SIM卡的存儲容量

一般SIM卡的IC芯片中，有128KB的存儲容量，可供儲存以下信息1000組電話號碼及其對應(yīng)的姓名文字40組短信息(ShortMessage)5組以上最近撥出的號碼4位SIM卡密碼(PIN)市面上的SIM卡芯片有16K,32K,64K,128K,512K,1M多種，以及能提供多媒體業(yè)務(wù)，非接觸業(yè)務(wù)的專業(yè)SIM卡，容量可以達到M兆級SIM卡的功能之一存儲用戶相關(guān)數(shù)據(jù)SIM卡存儲的數(shù)據(jù)可分為四類：第一類是固定存放的數(shù)據(jù)。這類數(shù)據(jù)在ME（MobileEquipment）被出售之前由SIM卡中心寫入，包括國際移動用戶識別號（IMSI）、鑒權(quán)密鑰（KI）等；第二類是暫時存放的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。如位置區(qū)域識別碼（LAI）、移動用戶暫時識別碼（TMSI）、禁止接入的公共電話網(wǎng)代碼等；第三類是相關(guān)的業(yè)務(wù)代碼，如個人識別碼（PIN）、解鎖碼（PUK）、計費費率等；第四類是電話號碼簿，是手機用戶隨時輸入的電話號碼SIM卡的功能之二用戶PIN的操作和管理SIM卡本身是通過PIN碼來保護的，PIN是一個四位到八位的個人密碼，只有當(dāng)用戶輸入正確的PIN碼時，SIM卡才能被啟用，移動終端才能對SIM卡進行存取，也只有PIN認證通過后，用戶才能上網(wǎng)通話SIM卡的功能之三用戶身份鑒確認用戶身份是否合法，鑒權(quán)過程是在是在網(wǎng)絡(luò)和SIM卡之間進行的，而鑒權(quán)時間一般是在移動終端登記入網(wǎng)和呼叫時。鑒權(quán)開始時，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一個128比特的隨機數(shù)RAND，經(jīng)無線電控制信道傳送到移動臺，SIM卡依據(jù)卡中的密鑰Ki和算法A3,對接收到的RAND計算出應(yīng)答信號SRES，并將結(jié)果發(fā)回網(wǎng)絡(luò)端。而網(wǎng)絡(luò)端在鑒權(quán)中心查明該用戶的密鑰Ki，用同樣的RAND和算法A3算出SRES,并與收到的SRES進行比較，如一致，鑒權(quán)通SIM卡的功能之四SIM卡中的保密算法及密匙SIM卡中最敏感的數(shù)據(jù)是保密算法A3、A8、密鑰Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生產(chǎn)SIM卡時寫入的，無法讀出。PIN碼可由用戶在手機上自己設(shè)定，PUK碼由運營者持有，Kc是在加密過程中由Ki導(dǎo)出的SIM卡卡號（即ICCID號）的含義SIM卡上有20位數(shù)碼前面6位為網(wǎng)絡(luò)代號898600）是中國移動的代號898601）是中國聯(lián)通的代號898603）是中國電信的代號第7位是業(yè)務(wù)接入號在133、135、136、137、138、139中分別為1、5、6、7、8、9第8位是SIM卡的功能位，一般為0，預(yù)付費SIM卡為3第9、10位是各省的編碼01：北京02：天津03：河北04：山西05：內(nèi)蒙古06：遼寧07：吉林08：黑龍江09：上海10：江蘇11：浙江12：安徽13：福建14：江西15：山東16：河南17：湖北18：湖南19：廣東20：廣西21：海南22：四川23：貴州24：云南25：西藏26：陜西27：甘肅28：青海29：寧夏30：新疆31：重慶第11、12位是年號；第13位是供應(yīng)商代碼第14～19位則是用戶識別碼第20位是校驗位注：現(xiàn)在的運營商對ICCID管理比較混亂，所以以上不絕對可靠SIM卡的密碼PIN碼是指SIM卡的密碼，存在于SIM卡中，其出廠值為1234或0000。激活PIN碼后，每次開機要輸入PIN碼才能登錄網(wǎng)絡(luò)。PUK碼是用來解PIN碼的萬能鑰匙，共8位。用戶是不知道PUK碼的，只有到營業(yè)廳由工作人員操作。當(dāng)PIN碼輸錯3次后，SIM卡會自動上鎖，此時只有通過輸入PUK才能解鎖。PUK碼共有10次輸入機會。所以此時，用戶千萬不要自行去碰PUK密碼,輸錯10次后，SIM卡會自動啟動自毀程序，使SIM卡失效。此時，只有重新到營業(yè)廳換卡。其實，只要小心使用，PIN密碼只會保護你的安全SIM卡有兩個PIN碼：PIN1碼和PIN2碼。我們通常講的PIN碼就是指PIN1碼，它用來保護SIM卡的安全，是屬于SIM卡的密碼。PIN2碼也是SIM卡的密碼，但它跟網(wǎng)絡(luò)的計費（如儲值卡的扣費等）和SIM卡內(nèi)部資料的修改有關(guān)。所以PIN2碼是保密的，普通用戶無法用上PIN2碼。不過，即使PIN2碼鎖住，也不會影響正常通話。也就是說，PIN1碼才是屬于手機用戶的密碼SIM卡的密碼在設(shè)置固定號碼撥號和通話費率（需要網(wǎng)絡(luò)支持）時需要PIN2碼。每張SIM卡的初始PIN2碼都是不一樣的。如果三次錯誤地輸入PIN2碼，PIN2碼會被鎖定。這時同樣需要到營業(yè)廳去解鎖。如果在不知道密碼的情況下自己解鎖，PIN2碼也會永久鎖定。PIN2碼被永久鎖定后，SIM卡可以正常撥號，但與PIN2碼有關(guān)的功能再也無法使用。以上各種碼的默認狀態(tài)都是不激活SIM卡的密碼sim卡驗證過程手機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出入網(wǎng)請求網(wǎng)絡(luò)回復(fù)一隨機字符串手機接收，并將其交給SIM卡卡片按照片內(nèi)算法進行計算，得到結(jié)果返回手機手機將其運算結(jié)果、IMEI、ICCID發(fā)回網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)讀取ICCID，分析是否是本地號碼網(wǎng)絡(luò)返回合法信息，并下發(fā)KC碼，完成入網(wǎng)過程注：以上描述的是2G網(wǎng)的鑒權(quán)過程，3G網(wǎng)鑒權(quán)過程與此不同小游戲

請小組推選出一位代表上臺z展示手機里面的SIM卡，并簡要陳述SIM卡的功能。上臺的代表可+2分。

1、現(xiàn)代通信終端2、現(xiàn)代傳輸技術(shù)3、數(shù)字通信技術(shù)4、現(xiàn)代交換技術(shù)傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是指傳輸信號的物理通信線路。傳輸介質(zhì)分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì)。有線介質(zhì)中電磁波信號沿著有形的固體介質(zhì)傳輸。無線介質(zhì)中，電磁波信號通過地球外部的大氣或外層空間進行傳輸。有線介質(zhì)

架空明線中，信道由架在一系列豎立電桿上的絕緣子上的導(dǎo)線而成。這種信道易建設(shè)，但高頻衰減較大，傳輸信號頻帶受限，通信容量小。同時，干擾大且可靠性差，易被竊聽，易損壞。在現(xiàn)代通信網(wǎng)中基本不再使用。架空明線有線介質(zhì)

又稱雙絞線，由多對線路包扎成一條線纜組成。受外界干擾較小，性能比較穩(wěn)定，但其損耗隨工作頻率的增大而急劇增大，因而容量受限。廣泛使用在用戶環(huán)路，即從用戶終端到復(fù)接設(shè)備或交換機之間。平衡電纜有線介質(zhì)

分小同軸（管外徑4.4mm）和中同軸（管外徑9.5mm），由于電磁波在外管和內(nèi)芯間傳播，所以無發(fā)射損耗，衰減較小，帶寬較大，傳輸容量較大。缺點是造價高，施工復(fù)雜。一般作為通信網(wǎng)固定的干線信道。同軸電纜有線介質(zhì)

是以光為載波，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信信道。優(yōu)點：其頻帶寬，容量大，中繼距離長，抗干擾性好，保密性強，體積小，重量輕，成本低，傳輸質(zhì)量高。光纖有線介質(zhì)

多模光纖（MMF）：允許多個光傳導(dǎo)模式同時通過光纖，光信號進入光纖時沿多個角度反射。由于容易產(chǎn)生模式色散，主要用于短距離低速傳輸，一般傳輸距離小于2KM。單模光纖（SMF）：纖芯直徑非常小，通常為4-10um，只允許光信號以一種模式通過纖芯。傳輸特性好，能為信號傳輸提供更大的帶寬、更遠的距離。目前長途傳輸主要采用單模光纖。

無線介質(zhì)無線電磁信道的頻譜范圍圖

頻率在300kHz以上，波長1000m以上，沿海平面的傳播損耗較小，但可用帶寬小，適用于航海導(dǎo)航和對潛通信系統(tǒng)。長波信道中波信道頻率在3~30MHz，波長10~100m內(nèi)，稱為高頻。傳播損耗較大，地面?zhèn)鞑ゾ嚯x也較短。但借助空中（稱為天波），可進行遠距離通信。頻率在0.3~3MHz，波長100~1000m內(nèi)，傳播損耗較比長波稍大，但傳播距離比較遠（地面波）。短波信道無線介質(zhì)

頻率在30～3000MHz內(nèi)，其中30～300MHz稱為甚高頻，300～3000MHz稱為特高頻，地面的傳播損耗大，只適合近距離通信，如移動通信網(wǎng)。超短波信道微波信道頻率在幾1012-14HZ，主要用于短距離、小范圍的通信，但無法穿越障礙物。頻率在3000MHz～30GHZ，波長短，天線的方向性相當(dāng)強，其傳輸是由電磁波的直播視距傳輸。紅外線無線傳輸信道

多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用在一個公共信道上建立兩條或多條傳輸信道，目的是充分利用信道的容量，提高信道傳輸效率。時分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用波分多路復(fù)用多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù)

頻分多路復(fù)用（FDM）把信道的可用頻帶分割成較窄的子頻帶，每條子頻帶作為一個獨立傳輸信道傳輸。效率不高，易產(chǎn)生串音和互調(diào)噪聲干擾。FDM原理框圖

時分復(fù)用（TDM）是多路信號按一定規(guī)律分時占用1條信號線。復(fù)用器給每個用戶分配一個固定的時間段（稱為時隙）。TDM一般采用固定幀長結(jié)構(gòu)，它根據(jù)時隙在幀內(nèi)的相對位置來識別用戶信道，因此需要有同步信號來進行時隙定位。不存在保護頻帶，信息傳輸效率高，信道占用頻帶窄、容量大。缺點是通信雙方必須嚴格保持同步。時分多路復(fù)用（TDM）時分多路復(fù)用技術(shù)TDM原理框圖時分多路復(fù)用技術(shù)t四路信號復(fù)用ABCDABCD第一幀第二幀ABCDABCD同步時鐘波分復(fù)用（WDM）本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)。將光纖的低損耗區(qū)劃分為若干個信道，每個信道占用不同的光波頻率，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器將不同波長的光載波信號合并到一根光纖上傳輸，接收端再用分波器分離出各路信號。

數(shù)字通信技術(shù)PCM數(shù)字通信過程示意圖

數(shù)字通信技術(shù)

數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信過程示意圖數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)在時分制的PCM通信系統(tǒng)中，為了擴大傳輸容量，提高傳輸效率，必須提高傳輸速率。也就是說想辦法把較低傳輸速率的數(shù)據(jù)碼流變換成高速碼流。數(shù)字復(fù)接終端就是這種把低速率碼流變換成高速率碼流的設(shè)備。數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器兩部分構(gòu)成。把兩個或兩個以上的支路數(shù)字信號按時分復(fù)用方式合并成單一的合路數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字復(fù)接，把完成數(shù)字復(fù)接功能的設(shè)備稱為數(shù)字復(fù)接器。在接收端把一路復(fù)合數(shù)字信號分離成各支路信號的過程稱為數(shù)字分接，把完成這種數(shù)字分接功能的設(shè)備稱為數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器和傳輸信道共同構(gòu)成了數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)87654321用戶話機87654321電話交換機圖1.1用戶個個相連圖1.2交換節(jié)點的引入N的增加現(xiàn)代交換技術(shù)面向連接和無連接面向連接（connection-oriented），在發(fā)送任何數(shù)據(jù)之前，要求建立會話連接（與撥打電話類似），然后才能開始傳送數(shù)據(jù)，傳送完成后需要釋放連接。建立連接是需要分配相應(yīng)的資源如緩沖區(qū)，以保證通信能正常進行。這種方法通常稱為“可靠”的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。它可以保證數(shù)據(jù)以相同的順序到達。面向連接的服務(wù)在端系統(tǒng)之間建立通過網(wǎng)絡(luò)的虛鏈路無面向連接（connectiongless），不要求發(fā)送方和接收方之間的會話連接。發(fā)送方只是簡單地開始向目的地發(fā)送數(shù)據(jù)分組（稱為數(shù)據(jù)報）。這與現(xiàn)在風(fēng)行的手機短信非常相似：你在發(fā)短信的時候，只需要輸入對方手機號就OK了。此業(yè)務(wù)不如面向連接的方法可靠，但對于周期性的突發(fā)傳輸很有用。系統(tǒng)不必為它們發(fā)送傳輸?shù)狡渲泻蛷钠渲薪邮諅鬏數(shù)南到y(tǒng)保留狀態(tài)信息。無連接網(wǎng)絡(luò)提供最小的服務(wù)，僅僅是連接。無連接服務(wù)的優(yōu)點是通信比較迅速,使用靈活方便,連接開銷小;但可靠性低,不能防止報文的丟失,重復(fù)或失序.適合于傳送少量零星的報文。面向連接和無連接

主要的交換技術(shù)目前在廣域網(wǎng)中使用的交換技術(shù)主要有電路交換、分組交換、幀中繼、ATM技術(shù)。其中電路交換和分組交換是通信網(wǎng)中最基本的交換技術(shù)，后來發(fā)展起來的幀中繼、ATM以及近來的各種IP交換技術(shù)和MPLS技術(shù)都是基于這兩種技術(shù)綜合或改造而成的?，F(xiàn)代交換技術(shù)

電路交換

電路交換主要應(yīng)用在目前的電話通信網(wǎng)，它是一種面向連接的技術(shù)，分為連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個階段。在連接建立階段，為用戶靜態(tài)地分配通信所需的全部網(wǎng)絡(luò)資源；在通信期間，資源始終保持為該連接專用；數(shù)據(jù)傳輸階段，交換節(jié)點負責(zé)在預(yù)先建立的連接上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；通信結(jié)束，則釋放連接。

電路交換

連接釋放階段建立階段信息傳送（通話）電路交換的基本過程：交換節(jié)點A交換節(jié)點B交換節(jié)點C建立傳送釋放電路交換的基本過程電路交換PSTNPSTN電話交換的基本原理PSTN在各條用戶線之間、用戶線和中繼線之間或中繼線與中繼線之間建立起語音信號臨時通道，直到通信雙方要求拆除電路為止。這一工作由交換網(wǎng)絡(luò)最后完成。用戶甲用戶乙任何一次通信兩端之間必須獨占一條路由。占用此路由直到通話結(jié)束，在此過程中其它通信無法再用。電路接通之后，交換機的控制電路不再干預(yù)數(shù)據(jù)

傳輸，為用戶提供了一條透明通路。電路交換的特征

優(yōu)點傳輸效率高，傳輸時延小，很適合實時性要求高的通信業(yè)務(wù)；交換機處理開銷少，不需附加控制信息。電路交換

缺點：信道資源的利用率低；電路的持續(xù)時間長；兼容性要求高，不利于不同類型的用戶終端之間互通。

分組交換

分組交換主要應(yīng)用于計算機間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。原因有：

1、電路交換不適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有很強突發(fā)性的場合；

2、電路交換不適應(yīng)數(shù)據(jù)通信終端間異步、可變速率的通信要求；

3、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對差錯很敏感，允許一定的傳輸延遲。

分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3結(jié)點交換機主機在每個中間結(jié)點交換機暫存分組，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找到轉(zhuǎn)發(fā)端口，排隊，轉(zhuǎn)發(fā)交換節(jié)點A交換節(jié)點B交換節(jié)點C傳輸時延分組交換的時延存儲時延處理與排隊時延分組2分組3分組4分組5分組1分組2分組3分組4分組5分組1分組交換

優(yōu)點鏈路利用率高；通信環(huán)境靈活，可方便地支持終端終端間異步、可變速率的通信要求；可靠性高，便于實現(xiàn)差錯控制，降低傳輸誤碼率（可達10-10以下）；經(jīng)濟性好（可節(jié)省交換機的存儲容量）。

缺點附加信息較多；實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。分組交換

數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報屬于無連接的方式，協(xié)議簡單，無需建立連接，無需為每次通信預(yù)留帶寬資源，每個分組獨立選擇路由，適合突發(fā)性強、數(shù)據(jù)量小的通信。缺點是傳輸時延大，不適用于大數(shù)據(jù)量、實時性要求高的業(yè)務(wù)。主要用于信令、控制信息管理和短消息的傳遞，Internet的IP技術(shù)也采用數(shù)據(jù)報的方式。

分組交換

虛電路虛電路是一種面向連接的分組交換方式，將數(shù)據(jù)報和電路交換結(jié)合起來達到最佳的數(shù)據(jù)傳輸效果。分為3個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放。與電路交換的區(qū)別是：虛電路建立后，并不進行靜態(tài)的帶寬資源預(yù)留（統(tǒng)計時分復(fù)用）。在ATM和幀中繼中采用這種方式。分組交換中繼器中繼器是網(wǎng)絡(luò)物理層的一種介質(zhì)連接設(shè)備，即中繼器工作在OSI的物理層。中繼器具有放大信號的作用，它實際上是一種信號再生放大器。因而中繼器用來擴展局域網(wǎng)段的長度，驅(qū)動長距離通信。電磁信號在網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上傳遞時，由于衰減和噪音使有效數(shù)據(jù)信號變得越來越弱。為保證數(shù)據(jù)的完整性，它只能在一定的有限距離內(nèi)傳遞。中繼器將接收到的弱信號中的數(shù)據(jù)提出，新的信號與原來的完全相同，但是它的信號強度大大提高了。

幀中繼技術(shù)是在開放系統(tǒng)互連（OSI）網(wǎng)絡(luò)模型的第二層(鏈路層)上以幀的形式用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種數(shù)字交換技術(shù)。幀中繼主要用于局域網(wǎng)高速互連業(yè)務(wù)。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)高速度、低差錯和終端計算成本低的特點而設(shè)計：1、網(wǎng)絡(luò)只進行差錯的檢測，糾錯和流量控制由終端來完成；2、采用統(tǒng)計時分復(fù)用和面向連接，虛電路的復(fù)用和交換在第二層；3、呼叫控制和用戶控制在各自獨立的虛電路傳遞。主要用于LAN間的高速互連、VPN的組建、遠程高品質(zhì)視頻和圖像信息的傳遞。幀中繼概念：

ATM:（AsynchronousTransferMode）異步傳送模式，用于寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的復(fù)用、傳輸和交換；ATM交換ATM是以信元（Cell）為信息傳輸、復(fù)接和交換的基本單位的傳送方式。ATM信元定長53個字節(jié)，5字節(jié)的信息頭加上48字節(jié)的信息段。信息頭5Byte信息段48ByteByte與bit1bit就是1位二進制數(shù).

1Byte就是1個字節(jié).1個字節(jié)是由8個二進制位組成