通信網(wǎng)絡(luò)概論 第1章

第1章通信網(wǎng)絡(luò)概論1.1通信網(wǎng)的組成與分類

1.1.1通信網(wǎng)的組成點對點通信系統(tǒng)的組成

（1）信源：即信息源，是發(fā)出信息的基本設(shè)施。根據(jù)發(fā)出的信息的不同，可以是電話機(jī)、傳真機(jī)、計算機(jī)等。（2）信宿：即受信者，是信息傳輸?shù)慕K點設(shè)施。負(fù)責(zé)將信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的消息，可與信源一致，也可不一致。（3）信道：即信息的傳輸介質(zhì)。通常的情況下，信道的劃分標(biāo)準(zhǔn)有以下兩種方式。按傳輸介質(zhì)的不同可分為無線信道和有線信道。按傳輸信號形式的不同可分為模擬信道和數(shù)字信道。（4）調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)：該系統(tǒng)的任務(wù)是將信源產(chǎn)生的基帶信號調(diào)制成適合在給定信道中傳輸?shù)男盘?，然后通過發(fā)射系統(tǒng)將信號發(fā)射出去。（5）解調(diào)接收系統(tǒng)：該系統(tǒng)基本任務(wù)正好與調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)相反，它是將信道傳輸中帶有噪聲和干擾的信號解調(diào)成基帶信號交給信宿。通信網(wǎng)在硬件上由三部分組成（1）終端設(shè)備：終端設(shè)備是用戶與通信網(wǎng)之間的接口設(shè)備，它包括如圖1-1所示的信源、信宿與調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)、解調(diào)接收系統(tǒng)的一部分。它必須具有以下功能：（2）傳輸設(shè)備及鏈路：傳輸設(shè)備及鏈路是信息的傳輸通道，是連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的媒介。它一般包括如圖1-1所示的信道、調(diào)制發(fā)射系統(tǒng)和解調(diào)接收系統(tǒng)的一部分。傳輸鏈路是指信號傳輸?shù)拿浇?，傳輸設(shè)備是指鏈路兩端相應(yīng)的變換設(shè)備。（3）交換設(shè)備：1.1.2通信網(wǎng)的分類1．按功能劃分（1）業(yè)務(wù)網(wǎng)—用戶信息網(wǎng)，是通信網(wǎng)的主體，是向用戶提供各種通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，例如，電話、電報、數(shù)據(jù)、圖像等；（2）信令網(wǎng)—實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間（包括交換局、網(wǎng)絡(luò)管理中心等）信令的傳輸和轉(zhuǎn)接的網(wǎng)絡(luò)；（3）同步網(wǎng)—實現(xiàn)數(shù)字設(shè)備之間的時鐘信號同步的網(wǎng)絡(luò)；（4）管理網(wǎng)—管理網(wǎng)是為提高全網(wǎng)質(zhì)量和充分利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而設(shè)置，以達(dá)到在任何情況下，最大限度地使用網(wǎng)絡(luò)中一切可以利用的設(shè)備，使盡可能多的通信得以實現(xiàn)。后三種網(wǎng)絡(luò)又統(tǒng)一稱為支撐網(wǎng)，2．按業(yè)務(wù)類型劃分（1）電話網(wǎng)—傳輸電話業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，交換方式一般采用電路交換方式；（2）電報網(wǎng)—傳輸電報業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)；（3）傳真網(wǎng)—傳輸傳真業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)；（4）廣播電視網(wǎng)—傳輸廣播電視業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)；（5）數(shù)據(jù)通信網(wǎng)—傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，交換方式一般采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。3．按服務(wù)范圍劃分（1）本地網(wǎng)、長途網(wǎng)和國際網(wǎng)（2）廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)。4．按所傳輸?shù)男盘栃问椒郑?）數(shù)字網(wǎng)—網(wǎng)中傳輸和交換的是數(shù)字信號；（2）模擬網(wǎng)—網(wǎng)中傳輸和交換的是模擬信號。5．按傳輸介質(zhì)劃分（1）有線通信網(wǎng)—使用雙絞線、同軸電纜和光纖等傳輸信號的通信網(wǎng)；（2）無線通信網(wǎng)—使用無線電波線等在空間傳輸信號的通信網(wǎng)。根據(jù)電磁波波長的不同又可以分為中、長波通信、短波通信、微波通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等，如表1-1所示表1-1

電磁波頻段的劃分及適用的傳輸介質(zhì)頻段及波段名稱頻率、波長范圍傳

輸

介

質(zhì)主

要

用

途極低頻極長波30～3000Hz104～100km有線線對極長波無線電對潛艇通信、礦井通信甚低頻超長波3～30kHz100～10km有線線對超長波無線電對潛艇通信、遠(yuǎn)程無線電通信、遠(yuǎn)程導(dǎo)航低頻長波30～300kHz10～1km有線線對長波無線電中遠(yuǎn)距離通信、地下通信、礦井無線電導(dǎo)航中頻中波300～3000kHz1000～100m同軸電纜中波無線電調(diào)幅廣播、導(dǎo)航、業(yè)余無線電高頻短波3～30MHz100～10m同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動通信、軍事通信、遠(yuǎn)距離短波通信甚高頻超短波30～300MHz10～1m同軸電纜超短波無線電調(diào)幅廣播、電視、移動通信、電離層散射通信微波特高頻分米波0.3～3GHz100～10cm波導(dǎo)分米波無線電微波中繼、移動通信、空間遙測雷達(dá)、電視超高頻厘米波3～30GHz10～1cm波導(dǎo)厘米波無線電雷達(dá)、微波中繼、衛(wèi)星與空間通信極高頻毫米波30～300GHz10～1mm波導(dǎo)毫米波無線電雷達(dá)、微波中繼、射電天文紫外線、可見光、紅外線105～107GHz3～0.03m光纖激光傳播光通信6．按運(yùn)營方式劃分（1）公用通信網(wǎng)—由國家郵電部門組建的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)接裝置可供任何部門使用；（2）專用通信網(wǎng)—某個部門為本系統(tǒng)的特殊業(yè)務(wù)工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)不向本系統(tǒng)以外的人提供服務(wù)，即不允許其他部門和單位使用。1.2通信網(wǎng)中的信息處理技術(shù)1.2.1信息處理技術(shù)1．信源編碼2．信道編碼1.2.2差錯控制技術(shù)差錯控制可分為三種方式：差錯重發(fā)（自動請求重發(fā)ARQ）前向糾錯（FEC）混合糾錯方式（FEC+ARQ）（1）差錯重發(fā)差錯重發(fā)又稱為自動請求重發(fā)（ARQ），它是指發(fā)送端信源送出信息序列，一方面經(jīng)編碼器編碼由發(fā)送機(jī)送入信道，另一方面把它存入存儲器以備重傳。（2）前向糾錯前向糾錯（FEC）又稱為自動糾錯，它是指在檢測端檢測到所接收的信息出現(xiàn)誤碼的情況下，可按一定的算法自動確定發(fā)生誤碼的位置，并自動予以糾正。（3）混合糾錯混合糾錯方式記作HEC，是FEC和ARQ方式的結(jié)合。在此種方式中，當(dāng)接收端檢測到所接收的信息存在差錯時，只對其中少量的錯誤自動進(jìn)行糾正，而超過糾正能力的差錯仍通過反向信道發(fā)回信息，要求重發(fā)此信息。差錯控制技術(shù)中的編碼差錯控制技術(shù)中的編碼又可分為檢錯碼和糾錯碼檢錯碼只能檢查出傳輸中出現(xiàn)的差錯，發(fā)送端只有重傳數(shù)據(jù)才能糾正差錯；而糾錯碼不僅能檢查出差錯也能自動糾正差錯，避免了重傳。檢錯碼有：奇偶校驗碼、循環(huán)碼。糾錯碼有：線性分組碼、循環(huán)碼、BCH碼、卷積碼、比特交織奇偶效驗（BIP）碼以及Turbo碼等。1.3通信網(wǎng)的體系與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3.1通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合定義為通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義及組成為網(wǎng)絡(luò)信息交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下3個要素組成：（1）語法，即用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；（2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出的響應(yīng)；（3）時序，即對事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。通信網(wǎng)層次化優(yōu)點（1）各層之間相互獨立。高層并不需要知道低層是如何實現(xiàn)的，僅需要知道該層通過層間的接口所提供的服務(wù)。（2）各層都可以采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)，各層實現(xiàn)技術(shù)的改變不影響其他層。（3）靈活性好。當(dāng)任何一層發(fā)生變化時，只要接口保持不變，則在該層以上或以下各層均不受影響。另外，當(dāng)某層提供的服務(wù)不再需要時，甚至可將這層取消。（4）易于實現(xiàn)和維護(hù)。因為整個的系統(tǒng)已被分解為若干個易于處理的部分，這種結(jié)構(gòu)使得一個龐大而又復(fù)雜系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護(hù)變得容易控制。（5）有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。1．OSI/RM參考模型國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）發(fā)布的最著名的標(biāo)準(zhǔn)是ISO/IEC7498，又稱為X.200建議，即“開放系統(tǒng)互連參考模型”（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）。該模型共分七層，分別是：：物理層（PhysicalLayer）、數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）、網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）、傳輸層（TransportLayer）、會話層（SessionLayer）、表示層（PresentationLayer）和應(yīng)用層（ApplicationLayer），其中下三層與網(wǎng)絡(luò)連接及網(wǎng)絡(luò)中繼有關(guān)，若網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是中繼節(jié)點，則節(jié)點只完成1～3層的功能。

2．TCP/IP參考模型TCP/IP是在20世紀(jì)70年代由美國國防部資助，由美國加州大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的一個協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，并用于世界上第一個分組交換網(wǎng)—ARPANET。TCP/IP協(xié)議是指一個協(xié)議族，其中TCP和IP是這個協(xié)議族中最有代表性、最能體現(xiàn)該體系核心思想的協(xié)議，因此人們用TCP/IP來稱呼整個協(xié)議族和它們代表的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。3．OSI和TCP/IP參考模型的比較（1）TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的層次明顯比OSI參考模型少。（2）OSI參考模型對“服務(wù)”與“協(xié)議”的定義結(jié)合起來，使得參考模型變得格外復(fù)雜，相應(yīng)的軟件運(yùn)行效率低下。而TCP/IP可以允許像物理網(wǎng)絡(luò)的最大幀長（MaximumTransmissionUnit，MTU）等信息向上層廣播。這樣做可以減少一些不必要的開銷，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。?）OSI參考模型對服務(wù)、協(xié)議和接口的定義是很清晰的，而TCP/IP對這些概念區(qū)分并不清楚。（4）OSI參考模型在設(shè)計時忽略了異種網(wǎng)的存在。而TCP/IP模型在設(shè)計時就充分考慮了對異構(gòu)網(wǎng)的互連與互操作的問題。（5）TCP/IP向用戶同時提供可靠服務(wù)和不可靠服務(wù)，而OSI參考模型在開始時只考慮到向用戶提供可靠服務(wù)?？梢哉fTCP/IP體系結(jié)構(gòu)比OSI參考模型有更大的靈活性。（6）TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理功能優(yōu)于OSI體系結(jié)構(gòu)。1.3.2通信網(wǎng)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是指終端、節(jié)點或兩者間的分布與連接形式。不同的通信網(wǎng)會有不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，但其網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一樣的。各種不同的通信網(wǎng)都是基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組合。目前，通信網(wǎng)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有網(wǎng)形、星形、復(fù)合形、總線形、環(huán)形和樹形等。網(wǎng)形網(wǎng)與網(wǎng)孔網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖星形網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)合形網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

總線形網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖樹形網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖1.4通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢1.4.1信息的融合目前，傳輸?shù)男畔⒅饕?種類型:（1）語音（2）數(shù)據(jù)（3）圖像（4）視頻1.4.2技術(shù)的融合1．?dāng)?shù)字技術(shù)2．IP技術(shù)3．光纖技術(shù)4．寬帶接入技術(shù)1.4.3基于軟交換的下一代網(wǎng)絡(luò)下一代網(wǎng)絡(luò)（NextGenerationNetwork，NGN）是一個定義及其寬松的術(shù)語，一般泛指采用了比目