第1章通信網(wǎng)概述

第1章通信網(wǎng)概述聯(lián)系方式：

本課程主要內(nèi)容： 通信網(wǎng)概述 網(wǎng) 廣域數(shù)據(jù)網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 傳送網(wǎng) 接入網(wǎng)數(shù)字同步網(wǎng)和時間同步網(wǎng)公共信道信令網(wǎng)和IP信令網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)管理通信網(wǎng)理論分析本章參考書目紀(jì)越峰編著北京郵電大學(xué)出版社唐寶民王文鼐等編人民郵電出版社第1章通信網(wǎng)概述1.1通信網(wǎng)的分類1.2常見的通信網(wǎng)絡(luò)1.3通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的3個組成部分用戶終端傳輸系統(tǒng)交換系統(tǒng)1.1通信網(wǎng)的分類用戶終端貝爾和他發(fā)明的2002年6月16日，美國國會承認(rèn)了1860年梅烏奇在紐約展示“”這一歷史，并把貝爾趕下了發(fā)明者的位子。用戶終端搖把1949年，“500”臺式按鍵用戶終端莫爾斯和電報機用戶終端1843年，亞歷山大.貝恩發(fā)明了機用戶終端1946年2月14日，第一臺電子計算機問世。它由17468個電子管、6萬個電阻器、1萬個電容器和6千個開關(guān)組成，重達(dá)30噸，占地160平方米，耗電174千瓦，耗資45萬美元。

傳輸系統(tǒng)OMS-155C局端插卡SDH光傳輸系統(tǒng)交換系統(tǒng)早期的人工交換機。它能為50家用戶提供服務(wù)交換系統(tǒng)1.1通信網(wǎng)的分類按網(wǎng)絡(luò)所有權(quán)的性質(zhì)分類通信網(wǎng)是在用戶之間提供通信功能的網(wǎng)絡(luò)，是信息化社會的基礎(chǔ)設(shè)施。通信網(wǎng)分為公用網(wǎng)、專用網(wǎng)和虛擬專用網(wǎng)。根據(jù)子網(wǎng)的功能分類早期的公用通信網(wǎng)僅包括網(wǎng)和電報網(wǎng)，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)的類型以及通過通信網(wǎng)向公眾提供的電信業(yè)務(wù)的類型不斷增加，服務(wù)質(zhì)量不斷提高。通信網(wǎng)具有各種不同的類型，根據(jù)子網(wǎng)的功能可以分為業(yè)務(wù)網(wǎng)、傳送網(wǎng)和支撐網(wǎng)。業(yè)務(wù)網(wǎng)是指向公眾提供電信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，包括固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、IP網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、智能網(wǎng)、窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN）、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）等傳送網(wǎng)是指數(shù)字信號傳送網(wǎng)，包括骨干傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)支撐網(wǎng)包括信令網(wǎng)、數(shù)字同步網(wǎng)和電信管理網(wǎng)1.1通信網(wǎng)的分類圖1.1業(yè)務(wù)網(wǎng)，傳送網(wǎng)和支撐網(wǎng)之間的關(guān)系1.1通信網(wǎng)的分類根據(jù)子網(wǎng)的位置劃分可以將通信網(wǎng)分為用戶網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。

用戶駐地網(wǎng)（CPN）屬用戶所有。核心網(wǎng)的作用是交換和傳送。相對于核心網(wǎng)，接入網(wǎng)介于交換設(shè)備和用戶之間，主要完成使用戶接入到核心網(wǎng)的任務(wù)，由業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間一系列傳送設(shè)備組成。1.1通信網(wǎng)的分類圖1.2用戶網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的關(guān)系

其他分類方式

按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍分類：廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)按信息信號形式分類：模擬通信網(wǎng)、數(shù)字通信網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：星型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、總線網(wǎng)、混合網(wǎng)按交換方式分：電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)1.1通信網(wǎng)的分類網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)傳送網(wǎng)電信支撐網(wǎng)1.2常見的通信網(wǎng)絡(luò)1.2.1網(wǎng)網(wǎng)是開通業(yè)務(wù)的一種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以分為固定網(wǎng)和移動網(wǎng)。1．固定網(wǎng)固定網(wǎng)是采用固定終端的一種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以分為本地網(wǎng)和長途網(wǎng)。根據(jù)服務(wù)區(qū)域的大小，傳統(tǒng)的交換局可以分為一級中心、二級中心、三級中心、四級中心和五級中心，即C1、C2、C3、C4和C5。其中C1、C2、C3、C4為長途轉(zhuǎn)接局，C5為端局。長途網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由一、二、三、四級長途交換中心及五級交換中心（端局）組成。1.2.1網(wǎng)隨著網(wǎng)的數(shù)字化進(jìn)程的實現(xiàn)，C1、C2合并為一級，即DC1，C3、C4合并為一級，即DC2，我國的網(wǎng)從五級網(wǎng)演變?yōu)槿壘W(wǎng)，一級交換中心之間形成網(wǎng)狀連接，為今后實現(xiàn)動態(tài)無級路由選擇創(chuàng)造條件。圖1.3固定網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖1.2.1網(wǎng)網(wǎng)經(jīng)歷了由模擬網(wǎng)向綜合數(shù)字網(wǎng)的演變，經(jīng)歷了交換程控化、傳輸數(shù)字化的演變過程。交換局是網(wǎng)中的核心設(shè)備，在數(shù)字網(wǎng)中采用數(shù)字程控交換設(shè)備，每一路編碼為64kbit/s的數(shù)字信號，占據(jù)一次群中的某一時隙，在信令的控制下進(jìn)行時隙交換，從而實現(xiàn)各個不同用戶相連。補充：復(fù)用和交換的基本概念話音數(shù)字化的過程模擬話音采樣時鐘PAM信號PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化聲音補充：復(fù)用和交換的基本概念復(fù)用什么是復(fù)用？在一條物理線路上建立多條邏輯通信信道，同時傳輸若干路信號的技術(shù)叫做多路復(fù)用技術(shù)為什么要對信號進(jìn)行復(fù)用？節(jié)約鏈路資源，提高鏈路利用率如何對信號進(jìn)行復(fù)用？FDM、WDM、TDM……復(fù)用補充：復(fù)用和交換的基本概念補充：復(fù)用和交換的基本概念復(fù)用時間標(biāo)識碼統(tǒng)計時分復(fù)用信號信息1信息2信息3…信息2…補充：復(fù)用和交換的基本概念交換交換的含義：轉(zhuǎn)接、資源的動態(tài)分配…交換機補充：復(fù)用和交換的基本概念交換電路交換ABCDt連接建立數(shù)據(jù)傳送話音連接釋放面向連接中間節(jié)點對通信信息不做處理，無差錯控制措施實時交換，基于呼叫損失制固定分配帶寬，資源利用率低，靈活性差A(yù)TS3ATS31BTS31BTS3例：話機A和話機B通過一臺TST交換機相連通信：話機A利用時隙Ts3發(fā)送話音信息A至TST交換機的入線In01；TST交換機對信息A進(jìn)行TST交換；信息A從Out127出線在時隙Ts31從傳送至話機B補充：復(fù)用和交換的基本概念交換報文交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制－＞鏈路利用率高時延較大ABCD報文報文報文t補充：復(fù)用和交換的基本概念交換分組交換基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，有差錯控制措施基于統(tǒng)計時分復(fù)用方式，可以不建立連接，也可建立連接資源利用率高，共享信道有時延，實時性差，不能保證通信質(zhì)量思考題例1：假定要在誤碼率P=10-6的鏈路上傳送長度為106bit的報文。整個報文就是一個大的分組。數(shù)據(jù)率為1Mb／s。若使用停止等待協(xié)議，并忽略分組首部的開銷、傳播時延和確認(rèn)分組出錯的概率，試求這個分組正確到達(dá)終點所需的平均時間。若將此報文劃分為1000個1000bit長的分組，然后逐個發(fā)送到終點，試證明，所有分組正確到達(dá)終點所需的平均時間將比上面得出的時間減少約63％。

2．移動網(wǎng)移動網(wǎng)由移動交換局、基站、中繼傳輸系統(tǒng)和移動臺組成。移動交換局和基站之間通過中繼線相連，基站和移動臺之間為無線接入方式，移動交換局又和本地網(wǎng)中的市話局相連組成復(fù)合網(wǎng)。移動電信網(wǎng)可分為模擬和數(shù)字移動系統(tǒng)，正在廣泛使用的是GSM數(shù)字移動系統(tǒng)。

1.2.1網(wǎng)圖1.4固定網(wǎng)和移動網(wǎng)的互連

ChinaNet是中國電信公眾互聯(lián)網(wǎng)，下面以ChinaNet為例對互聯(lián)網(wǎng)作進(jìn)一步的說明。ChinaNet骨干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邏輯上分為兩層，即核心層和大區(qū)層。大區(qū)層主要提供大區(qū)內(nèi)的信息交換以及接入網(wǎng)接入ChinaNet的信息通路。大區(qū)之間通信必須經(jīng)過核心層。

1.2.2互聯(lián)網(wǎng)圖1.5Chinanet的國際連接1.2.2互聯(lián)網(wǎng)傳送網(wǎng)是指數(shù)字傳送網(wǎng)絡(luò)，上面談到的各類業(yè)務(wù)網(wǎng)路中的各種不同的業(yè)務(wù)信號，都將以數(shù)字信號的形式通過傳輸網(wǎng)進(jìn)行傳輸，因此，傳輸線路、傳輸設(shè)備是電信網(wǎng)的一項重要的基礎(chǔ)設(shè)施，由傳輸線路、傳輸設(shè)備組成的傳送網(wǎng)絡(luò)也稱為基礎(chǔ)傳送網(wǎng)。1．傳輸技術(shù)體制目前有兩類速率等級信號：準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH）。

1.2.3傳送網(wǎng)

PDH系統(tǒng)就復(fù)接的數(shù)字系列而言，分為一、二、三、四次群，其速率標(biāo)準(zhǔn)如表1.1所示。表1.1PDH時分復(fù)用系列歐洲美國日本一次群2.048Mbit/s1.544Mbit/s1.544Mbit/s二次群8.448Mbit/s6.312Mbit/s6.312Mbit/s三次群34.368Mbit/s44.736Mbit/s32.064Mbit/s四次群139.264Mbit/s274.176Mbit/s97.728Mbit/s1.2.3傳送網(wǎng)SDH是在PDH的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字傳輸技術(shù)體制，它具有以下主要特點。①在高速率的傳輸系統(tǒng)中，采用統(tǒng)一的傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率，對兩種不同的PDH的速率標(biāo)準(zhǔn)能夠予以兼容，給網(wǎng)路的互連互通提供了方便。②在SDH的幀結(jié)構(gòu)中具有豐富的用于監(jiān)控和管理的開銷比特，以此為基礎(chǔ)，增加了網(wǎng)路監(jiān)控和管理的功能。③提供了高速率的傳輸通道，為建立寬帶通信網(wǎng)提供重要的基礎(chǔ)設(shè)施。1.2.3傳送網(wǎng)表1.2 SDH的速率等級SDH等級SONET等級標(biāo)準(zhǔn)速率OC-1/STS-1（480H）51.40Mbit/s155Mbit/sSTM-1（1920CH）OC-3/STS-3（1440CH）155.520Mbit/sOC-9/STS-9466.560Mbit/s622Mbit/sSTM-4（7696CH）OC-12/STS-12（8046CH）622.080Mbit/sOC-18/STS-18933.120Mbit/sOC-24/STS-241

244.160Mbit/sOC-36/STS-361

866.240Mbit/s2.5Gbit/sSTM-16（30720CH）OC-48/STS-48（32356CH）2

488.320Mbit/s10Gbit/sSTM-64（122880CH）OC-192/STS-192（129024CH）9

953.280Mbit/s表1.2中的OC-I為光同步網(wǎng)絡(luò)（SONET標(biāo)準(zhǔn)）是美國采用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。SDH的傳送網(wǎng)主要由以下設(shè)備組成:ADM：這是一種具有上下路功能的復(fù)用器TM：稱為終端復(fù)用設(shè)備DXC：數(shù)字交叉連接設(shè)備。數(shù)字交叉連接設(shè)備常用DXCA/B來表示，A表示輸入的最高速率；B表示交叉連接的最高速率。就傳輸媒體而言，SDH系統(tǒng)以光纖為主，也可以通過數(shù)字微波系統(tǒng)來進(jìn)行傳輸。1.2.3傳送網(wǎng)2．SDH傳送網(wǎng)SDH傳送網(wǎng)已經(jīng)成為我國基礎(chǔ)網(wǎng)的主體，就網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而言，SDH傳送網(wǎng)分為4個層次：一級干線網(wǎng)、二級干線網(wǎng)、本地傳輸網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)。用戶接入可以有多種實施的方式，有銅線接入、光纖接入、混合接入和無線接入。光纖接入是用戶接入網(wǎng)中的重要方式，根據(jù)光網(wǎng)絡(luò)單元的位置可以分為FTTB、FTTC、FTTH和FTTO等方式，其中FTTB是目前常用的一種方式。當(dāng)ADM、DXC演變?yōu)镺ADM、OXC時，則上述網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)槎嗉壒鈧魉途W(wǎng)。1.2.3傳送網(wǎng)1.2.4電信支撐網(wǎng)電信支撐網(wǎng)是指對電信網(wǎng)的正常運營起到支持作用的一類網(wǎng)絡(luò)，包括信令網(wǎng)、數(shù)字同步網(wǎng)和電信管理網(wǎng)。信令網(wǎng)通過公共的網(wǎng)絡(luò)傳送信令信號；數(shù)字同步網(wǎng)提供全網(wǎng)同步的時鐘；電信管理網(wǎng)則通過計算機系統(tǒng)對全網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理。通過TMN可以對電信網(wǎng)進(jìn)行5個方面的管理，其中包括故障、性能、配置、計費和安全管理。1.3通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)：層＋協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念

1.協(xié)議在通信網(wǎng)中通信的雙方必須遵守共同的約定。在通信雙方的兩個實體之間一組管理數(shù)據(jù)交換的規(guī)則稱為通信協(xié)議。協(xié)議是雙方實體共同遵守的規(guī)則，它的主要元素如下：語法：包括數(shù)據(jù)格式、編碼和信號等級。語義：包括用于協(xié)調(diào)的控制信息和差錯控制。定時：包括速率匹配和排序。1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念2．層

①什么是“層”？層：功能模塊②為什么分層？各層之間相互獨立，靈活性好③如何進(jìn)行分層？*自上而下*下層向上層提供一定的服務(wù)*上、下層之間的通信由原語實現(xiàn)*對等層之間的通信通過協(xié)議來實現(xiàn)圖1.12N+1層實體和N層服務(wù)1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念3．?dāng)?shù)據(jù)單元

①數(shù)據(jù)單元：實體之間傳送的比特組②PDU：協(xié)議數(shù)據(jù)單元③SDU：服務(wù)數(shù)據(jù)單元④PCI：協(xié)議控制信息圖1.13N層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的形成1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念4．服務(wù)原語

①原語：用于規(guī)定要執(zhí)行的功能，完成該層需提供的服務(wù)②組成：提供服務(wù)的層次＋原語名＋原語類型＋原語參數(shù)③類型*請求原語request*指示原語indication*響應(yīng)原語response*證實原語confirm

圖1.14原語的時序關(guān)系1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念連接建立的服務(wù)原語N-CONNECT.request(callee，caller，acks-wanted，exp-wanted，qos，user-data)N-CONNECT.indication(callee，caller，acks-wanted，exp-wanted，qos，user-data)N-CONNECT.response(responder，acks-wanted，exp-wanted，qos，user-data)N-CONNECT.confirm(responder，acks-wanted，exp-wanted，qos，user-data）1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念連接拆除的服務(wù)原語`N-DISCONNECT.request(originator，reason，user-data，responding-address)N-DISCONNECT.indication(originator，reason，user-data，responding-address)數(shù)據(jù)傳送的服務(wù)原語N-DATA.request(user-data)N-DATA.indication(user-data)N-DATA-ACKNOWLEDGE.request()N-DATA-ACKOWLEDGE.indication()N-EXPEDITED-DATA.request(user-data)N-EXPEDTED-DATA.indication(user-data)1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念連接復(fù)位的服務(wù)原語N-RESET.request(originator,reason)N-RESET.indication(originator,reason)N-RESET.response()N-RESET.confirm()無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)原語如表1.4所示。其中：N-UNITDATA：用來發(fā)送最多為63KB字節(jié)的數(shù)據(jù)。N-FACILITY：用來表示到指定的目的地端的傳送特征，如分組傳送到目的地的百分率。N-REPORT：網(wǎng)絡(luò)層用來向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用戶報告出現(xiàn)的問題。1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念表1.4無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)原語原語類型requestIndi-cationsource-addressdestination-addressqosUserdatareasonN-UNITDATA√√√√√N-UNITDATA√√√√√N-FACILITY√√N-FACILITY√√√√N-REPORT√√√√1.3.2OSI參考模型④原語的實現(xiàn)抽象的原語可以用子程序調(diào)用的方法來實現(xiàn)圖1.15原語的實現(xiàn)1.3.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本概念1.3.2OSI參考模型OSI：OpenSystemInterconnection開放式系統(tǒng)互聯(lián)ISO：InternationalOrganizationforStamdardozation國際標(biāo)準(zhǔn)化組織OSI規(guī)定了一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的框架結(jié)構(gòu)，它把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議從邏輯上分為7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳送層、會話層、表示層和應(yīng)用層，其中下面的3層為低層協(xié)議，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，上面的4層為高層協(xié)議，提供末端用戶功能。圖1.11OSI參考模型1.3.2OSI參考模型1．物理層PhysicalLayer討論在通信線路上比特流的傳輸問題，包括：*機械特性*電器特性*功能特性*規(guī)程特性1.3.2OSI參考模型EIA-232是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的，DTE與TCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環(huán)境通信環(huán)境用戶設(shè)施通信設(shè)施DTE信號線與控制線用戶設(shè)施用戶環(huán)境DTE和DCE與通信傳輸線路相連EIA-232的機械特性47.04017mmEIA-232的電氣特性：0+3-3邏輯“1”邏輯“0”伏過渡區(qū)域負(fù)電平正電平邏輯狀態(tài)10信號狀態(tài)傳號空號功能狀態(tài)OFF（斷）ON（通）EIA-232的功能特性：EIA-232的規(guī)程特性：DTE-A

DCE-A

DTE-B

DCE-B

(1)保護(hù)地

(2)發(fā)送數(shù)據(jù)

(3)接收數(shù)據(jù)

(4)請求發(fā)送

(5)允許發(fā)送

(6)DCE就緒

(7)信號地

(8)載波檢測

(20)DTE就緒

(22)振鈴指示

(1)保護(hù)地

(2)發(fā)送數(shù)據(jù)

(3)接收數(shù)據(jù)

(4)請求發(fā)送

(5)允許發(fā)送

(6)DCE就緒

(7)信號地

(8)載波檢測

(20)DTE就緒

(22)振鈴指示

網(wǎng)絡(luò)2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層DataLinkLayer討論數(shù)據(jù)鏈路中幀流的傳輸問題，包括：*幀的格式、類型、同步*數(shù)據(jù)鏈路的建立和終止*流量控制和差錯控制1.3.2OSI參考模型3．網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，包括：*路由選擇*網(wǎng)絡(luò)連接的建立和終止*流量