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通信网理论基础通信网理论基础第1页，共92页，编辑于2022年，星期三第1章 绪 论1.1 通信网的基本概念通信网的基本概念1.2 通信网的服务质量通信网的服务质量1.3 通信网的发展史通信网的发展史第2页，共92页，编辑于2022年，星期三1.1 通信网的基本概念通信网的基本概念1.1.1 通信系统的基本模型通信系统的基本模型 1点到点的通信系统点到点的通信系统 通信网是通信系统的一种形式。本课中通信系统特指使用光信号或电信号传递信息的通信系统。为了更好地理解通信，我们从点到点的通信系统开始介绍。通信系统的基本任务通信系统的基本任务：克服时间、空间的障碍，有效而可靠地传递信息是所有。第3页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.1 简单通信系统模型(a)模型图；(b)实例实际应用中存在各种类型的通信系统，它们在具体的功能和结构上各不相同，然而都可以抽象成如图1.1所示的模型。基本组成包括基本组成包括：信源、发送器、信道、接收器和信宿五部分。第4页，共92页，编辑于2022年，星期三 (1)信源信源：产生各种信息的信息源，它可以是人或机器(如计算机等)。(2)发送器发送器：负责将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号。对应不同的信源和传输系统，发送器会有不同的组成和信号变换功能，一般包含编码、调制、放大和加密等功能。(3)信道信道：信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输信号。通常按传输媒介的种类可分为有线信道和无线信道；按传输信号的形式则可分为模拟信道和数字信道。(4)接收器接收器：负责将从传输系统中收到的信号转换成信宿可以接收的信息形式。它的作用与发送器正好相反。主要功能包括信号的解码、解调、放大、均衡和解密等。(5)信宿信宿：负责接收信息。第5页，共92页，编辑于2022年，星期三 上述通信系统只是一个点到点的通信模型，要实现多用户间的通信，则需要一个合理的拓扑结构拓扑结构将多个用户有机地连接在一起，并定义标准的通信协议通信协议，以使它们能协同工作，这样就形成了一个通信网。第6页，共92页，编辑于2022年，星期三通信网要解决的是任意两个用户间的通信问题通信网要解决的是任意两个用户间的通信问题，由于用户数目众多、地理位置分散，并且需要将采用不同技术体制的各类网络互连在一起，因此通信网必然涉及到寻址、选路、控制、管理、接口标准、寻址、选路、控制、管理、接口标准、网络成本、可扩充性、服务质量保证网络成本、可扩充性、服务质量保证等一系列在点到点模型系统中原本不是问题的问题，这些因素增加了设计一个实际可用的网络的复杂度。第7页，共92页，编辑于2022年，星期三 2交换式网络交换式网络 要实现一个通信网，最简单直观的方案就是在任意两个用户之间提供点到点的连接，从而构成一个网状网的结构网状网的结构，如图1.2(a)所示。引发的问题引发的问题：该方法中每一对用户之间都需要独占一个永久的通信线路，通信线路使用的物理媒介可以是铜线、光纤或无线信道。然而该方法并不适用于构建大型广域通信网并不适用于构建大型广域通信网。第8页，共92页，编辑于2022年，星期三主要原因如下：主要原因如下：(1)用户数目众多时，构建网状网成本太高用户数目众多时，构建网状网成本太高，任意一个用户到其他N-1个用户都要有一个直达线路，技术上也不可行。(2)每一对用户之间独占一个永久的通信线路，信道资源无法共信道资源无法共享享，会造成巨大的资源浪费。(3)这样的网络结构难以实施集中的控制和管理难以实施集中的控制和管理。第9页，共92页，编辑于2022年，星期三问题如何解决：问题如何解决：交换技术的采用 为解决上述问题，广域通信网采用了交换技术，即在网络中引入交换节点，组建交换式网络，如图1.2(b)所示。第10页，共92页，编辑于2022年，星期三 在交换式网络中，用户终端都通过用户线与交换节点相连，交换节点用户终端都通过用户线与交换节点相连，交换节点之间通过中继线相连，任何两个用户之间的通信都要通过交换节点进行转接之间通过中继线相连，任何两个用户之间的通信都要通过交换节点进行转接交换。交换。在网络中，交换节点负责用户的接入、业务量的集中、用户通信连接的创建、信道资源的分配、用户信息的转发，以及必要的网络管理与控制功能的实现。第11页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.2 点到点的网络与交换式网络第12页，共92页，编辑于2022年，星期三 交换技术的思想交换技术的思想：让网络根据用户实际的需求为其分配通信所需的网络资源，即用户有通信需求时用户有通信需求时，网络为其分配资源，通信结束后，通信结束后，网络再回收分配给用户的资源，让其他用户使用，从而达到网络资源共享，降低通信成本的目的。第13页，共92页，编辑于2022年，星期三网络负责管理和分配的最重要资源网络负责管理和分配的最重要资源：通信线路上的带宽资源。网络为此付出的代价网络为此付出的代价：需要一套复杂的控制机制来实现这种“按需分配”。第14页，共92页，编辑于2022年，星期三 因此从资源分配的角度来看，不同的网络技术网络技术之间的差异，主要体现在分配、管理网络资源策略上的差异，它们直接决定决定了网络中交换、传输、控制网络中交换、传输、控制等具体技术的实现方式。第15页，共92页，编辑于2022年，星期三一般来讲，简单的控制策略控制策略，通常资源利用率不高，若要提高资源利用率，则需要以提高网络控制复杂度为代价。现有的各类交换技术，都根据实际业务的需求，在资源资源利用率和控制复杂度利用率和控制复杂度之间做了某种程度的折衷。第16页，共92页，编辑于2022年，星期三用户终端至交换节点接入方式：用户终端至交换节点接入方式：用户终端至交换节点可以使用有线接入方式，也可以采用无线接入方式；可以采用点到点的接入方式，也可以采用共享介质的接入方式。多址接入的问题：多址接入的问题：频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、码分多址接入(CDMA)、随机多址接入等。第17页，共92页，编辑于2022年，星期三复用技术：复用技术：为了提高中继线路的利用率，降低通信成本，现代通信网采用复用技术，即将一条物理线路的全部带宽资源分成多个逻辑信道，让多个用户共享全部带宽资源分成多个逻辑信道，让多个用户共享一条物理线路一条物理线路。实际上，在广域通信网上，任意用户间的通信，通常占用的都是一个逻辑信道，极少有独占一条物理线路的情况。第18页，共92页，编辑于2022年，星期三 交换式网络主要优点交换式网络主要优点：(1)大量的用户可以通过交换节点连到骨干通信网上，由于大多数用户并不是全天候需要通信服务，因此骨干网上交换节点间可以用少量的中少量的中继线路继线路以共享的方式为大量用户服务，这样大大降低了骨干网的建设成本。(2)交换节点的引入也增加了网络扩容网络扩容的方便性，便于网络的控制与管理。实际中的大型交换网络都是由多级复合型网络构成的，为用户建立的通信连接往往涉及多段线路、多个交换节点。第19页，共92页，编辑于2022年，星期三1.1.2 通信网的定义和构成通信网的定义和构成 1定义定义 通信网是由一定数量的节点节点(包括终端节点、交换节点)和连接这些节点的传输系统传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或协议信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系信息交换的通信体系。用户使用它可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换。第20页，共92页，编辑于2022年，星期三 2通信网的构成要素通信网的构成要素 实际的通信网是由软件和硬件按特定方式构成的一个通信系统，每一次通信都需要软硬件设施的协调配合来完成。硬件硬件：通信网由终端节点终端节点、交换节点交换节点、业务节点业务节点和传输系统传输系统构成，它们完成通信网的基本功能基本功能：接入、交换和传输。软件：软件：包括信令、协议、控制、管理、计费等，它们主要完成通信网的控制、管理、运营和维护，实现通信网的智能化。第21页，共92页，编辑于2022年，星期三 1)终端节点终端节点 最常见的终端节点有电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX等，它们是通信网上信息的产生者，同时也是通信网上信息的使用者。其主要功主要功能有：能有：(1)用户信息的处理：主要包括用户信息的发送和接收，将用户信息转换成适合传输系统传输的信号以及相应的反变换。(2)信令信息的处理：主要包括产生和识别连接建立、业务管理等所需的控制信息。第22页，共92页，编辑于2022年，星期三 2)交换节点交换节点 交换节点是通信网的核心设备，最常见的有电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。交换节点负责集中、转发终端节点产生的用户信息，但它自己并不产生和使用这些信息。其主要功能主要功能有有：(1)用户业务的集中和接入功能。通常由各类用户接口和中继接口组成。(2)交换功能。通常由交换矩阵交换矩阵完成任意入线到出线的数据交换。(3)信令功能。负责呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。(4)其他控制功能。路由信息的更新和维护、计费、话务统计、维护管理等。第23页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.3 交换节点的基本功能结构第24页，共92页，编辑于2022年，星期三 3)业务节点业务节点 最常见的业务节点有智能网中的业务控制节点(SCP)、智能外设、语音信箱系统，以及Internet上的各种信息服务器等。它们通常由连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库系统组成。其主要功能是主要功能是：(1)实现独立于交换节点的业务的执行和控制。(2)实现对交换节点呼叫建立的控制。(3)为用户提供智能化、个性化、有差异的服务。目前，基本电信业务的呼叫建立、执行控制等由于历史的原因仍然在交换节点中实现，但很多新的电信业务则将其转移到业务节点中了。第25页，共92页，编辑于2022年，星期三 4)传输系统传输系统 传输系统为信息的传输提供传输信道，并将网络节点连接在一起。传输系统为信息的传输提供传输信道，并将网络节点连接在一起。通常传输系统的硬件组成应包括：线路接口设备、传输媒介、交叉连接设备等。传输系统一个主要的设计目标就是如何提高物理线路的使用效率，因此通常传输系统都采用了多路复用技术，如频分复用、时分复用、波分复用等。另外，为保证交换节点能正确接收和识别传输系统的数据流，交换节点必须与传输系统协调一致，这包括保持帧同步和位同步、遵守相同的传输体制(如PDH、SDH等)等。第26页，共92页，编辑于2022年，星期三 3通信网的基本结构通信网的基本结构 在我们日常的工作和生活中，经常接触和使用各种类型的通信网。例如例如电话网、计算机网络等电话网、计算机网络等。电话网是目前我们最熟悉和最普及的通信网，它主要用来传送用户的话音信息用户的话音信息；计算机网络则是办公场所最为常见的一种网络，它主要用于信息发布、程序和数据的共享、设备共享等信息发布、程序和数据的共享、设备共享等(如打印机、绘图仪、扫描仪等)。Internet是计算机的互联网络，它将全球绝大多数的计算机网络互连在一起，以实现更为广泛的信息资源共享，目前Internet已成为电子商务和娱乐的一个基础支撑平台。第27页，共92页，编辑于2022年，星期三 上述网络主要的网络功能：(1)信息传送。它是通信网的基本任务，传送的信息主要分为三大类：用户信息、信令信息、管理信息。信息传输主要由交换节点和传输系统完成。(2)信息处理。网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的，主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性，信息最终的语义解释一般由终端应用来完成。第28页，共92页，编辑于2022年，星期三 (3)信令机制。它是通信网上任意两个通信实体之间为实现某一通信任务，进行控制信息交换的机制，例如电话网上的No.7信令、Internet上的各种路由信息协议、TCP连接建立协议等均属此范畴。(4)网络管理。它负责网络的运营管理、维护管理、资源管理，以保证网络在正常和故障情况下的服务质量。它是整个通信网中最具智能的部分。已形成的网络管理标准有：电信管理网标准TMN系列，计算机网络管理标准SNMP等。因此，从功能的角度看从功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：业务网、传送网、支撑网业务网、传送网、支撑网，如图1.4所示。第29页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.4 现代通信网的功能结构第30页，共92页，编辑于2022年，星期三 1)业务网业务网 业务网负责向用户提供各种通信业务业务网负责向用户提供各种通信业务，如基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN等，采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互连在一起就形成了不同类型的业务网。构成一个业务网的主要技术要素有以下几方面内容：网络拓扑结构、交换节点技术、编号计划、信令技术、路由选择、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等，其中交换节点设备是构成业务网的核心要素。第31页，共92页，编辑于2022年，星期三表表 1.1 主要业务网的类型主要业务网的类型第32页，共92页，编辑于2022年，星期三 2)传送网传送网 传送网是随着光传输技术的发展，在传统传输系统的基础上引入管理和交换智能后形成的。传送网独立于具体业务网，负责按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，在这些节点之间提供信息的透明传输通道，它还包含相应的管理功能，如电路调度、网络性能监视、故障切换等。构成传送网的主要技术要素有主要技术要素有：传输介质、传输介质、复用体制、传送网节点技术复用体制、传送网节点技术等，其中传送网节点主要有分插复用设备(ADM)和交叉连接设备(DXC)两种类型，它们是构成传送网的核心要素。第33页，共92页，编辑于2022年，星期三传送网节点与业务网的交换节点传送网节点与业务网的交换节点相似之处：相似之处：传送网节点也具有交换功能。不同之处不同之处1：业务网交换节点的基本交换单位本质上是面向终端业务的，粒度很小，例如一个时隙、一个虚连接；而传送网节点的基本交换单位本质上是面向一个中继方向的，因此粒度很大。不同之处不同之处2：业务网交换节点的连接是在信令系统的控制下建立和释放的，而光传送网节点之间的连接则主要是通过管理层面来指配建立或释放的，每一个连接需要长期化维持和相对固定。第34页，共92页，编辑于2022年，星期三 3)支撑网支撑网 支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能，以提供用户满意的服务质量。支撑网包含三部分：(1)同步网。同步网。它处于数字通信网的最底层，负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步，保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收和发送。(2)信令网。信令网。对于采用公共信道信令体制的通信网，存在一个逻辑上独立于业务网的信令网，它负责在网络节点之间传送业务相关或无关的控制信息流。第35页，共92页，编辑于2022年，星期三 (3)管理网。管理网。管理网的主要目标是通过实时和近实时来监视业务网的运行情况，并相应地采取各种控制和管理手段，以达到在各种情况下充分利用网络资源，以保证通信的服务质量。另外，从网络的物理位置分布网络的物理位置分布来划分，通信网还可以分成用户驻地用户驻地网网CPN、接入网和核心网、接入网和核心网三部分，其中用户驻地网是业务网在用户端的自然延伸，接入网也可以看成传送网在核心网之外的延伸，而核心网则包含业务、传送、支撑等网络功能要素。第36页，共92页，编辑于2022年，星期三1.1.3 通信网的类型通信网的类型 1按业务类型分按业务类型分 按业务类型，可以将通信网分为电话通信网(如PSTN、移动通信网等)、数据通信网(如X.25、Internet、帧中继网等)、广播电视网等。2按空间距离分按空间距离分 按空间距离，可以将通信网分为广域网广域网(WAN：Wide Area Network)、城域网城域网(MAN：Metropolitan Area Network)和局域网局域网(LAN：Local Area Network)。第37页，共92页，编辑于2022年，星期三 3按信号传输方式分按信号传输方式分 按信号传输方式，可以将通信网分为模拟通信网模拟通信网和数字通信网。数字通信网。4按运营方式分按运营方式分 按运营方式，可以将通信网分为公用通信网公用通信网和专用通信网。专用通信网。需要注意的是，从管理和工程的角度看，网络之间本质的区别在网络之间本质的区别在于所采用的实现技术的不同于所采用的实现技术的不同，其主要包括三方面：交换技术、控制技术以及业务实现方式。第38页，共92页，编辑于2022年，星期三1.1.4 通信网的拓扑结构通信网的拓扑结构图1.5 通信网的拓扑结构第39页，共92页，编辑于2022年，星期三1网状网网状网优点优点：是线路冗余度大，网络可靠性高，任意两点间可直接通信；缺点缺点：是线路利用率低，网络成本高，另外网络的扩容也不方便，每增加一个节点，就需增加N条线路。场合：场合：网状结构通常用于节点数目少，又有很高可靠性要求的场合。第40页，共92页，编辑于2022年，星期三2星型网星型网优点：优点：降低了传输链路的成本，提高了线路的利用率；缺点：缺点：网络的可靠性差，一旦中心转接节点发生故障或转接能力不足时，全网的通信都会受到影响。场合：场合：通常在传输链路费用高于转接设备，可靠性要求又不高的场合，可以采用星型结构，以降低建网成本。第41页，共92页，编辑于2022年，星期三3复合型网复合型网特点：特点：它是由网状网和星型网复合而成的。它以星型网为基础，在业务量较大的转接交换中心之间采用网状网结构，因而整个网络结构比较经济，且稳定性较好。场合：场合：由于复合型网络兼具了星型网和网状网的优点复合型网络兼具了星型网和网状网的优点，因此目前在规模较大的局域网和电信骨干网中广泛采用分级的复合型网络结构，但应注意在设计时要以转接设备和传输链路的总费用最小为原则。第42页，共92页，编辑于2022年，星期三4总线型网总线型网特点：特点：它属于共享传输介质型网络，总线型网中的所有节点都连至一个公共的总线上，任何时候只允许一个用户占用总线发送或接送数据。优点：优点：需要的传输链路少，节点间通信无需转接节点，控制方式简单，增减节点也很方便；缺点：缺点：网络服务性能的稳定性差，节点数目不宜过多，网络覆盖范围也较小。场合：场合：总线结构主要用于计算机局域网、电信接入网等网络中。第43页，共92页，编辑于2022年，星期三5环型网环型网特点：特点：该结构中所有节点首尾相连，组成一个环。N个节点的环网需要N条传输链路。环网可以是单向环，也可以是双向环。优点：优点：结构简单，容易实现，双向自愈环结构可以对网络进行自动保护；缺点：缺点：节点数较多时转接时延无法控制，并且环型结构不好扩容，每加入一个节点都要破环。场合：场合：环型结构目前主要用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。第44页，共92页，编辑于2022年，星期三1.1.5 通信网的业务通信网的业务现状：现状：目前各种网络为用户提供了大量的不同业务，业务的分类并无统一方的式，一般会受到实现技术和运营商经营策略的影响。方法：方法：业务应根据所依赖的技术、业务提供的信息类型、用户的业务量特性、对网络资源的需求特征等方面分类。业务分类：话音业务、数据业务、图像业务、视频和多媒体业务业务分类：话音业务、数据业务、图像业务、视频和多媒体业务。第45页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.6 通信业务的带宽需求第46页，共92页，编辑于2022年，星期三1电话业务电话业务目前通信网提供固定电话业务、移动电话业务、VoIP、会议电话业务和电话语音信息服务业务等。该类业务不需要复杂的终端设备，所需带宽小于64 kb/s，采用电路或分组方式承载。第47页，共92页，编辑于2022年，星期三2数据业务数据业务低速数据业务主要包括电报、电子邮件、数据检索、Web浏览等。该类业务主要通过分组网络承载，所需带宽小于64 kb/s。高速数据业务包括局域网互连、文件传输、面向事务的数据处理业务，所需带宽均大于64 kb/s,采用电路或分组方式承载。第48页，共92页，编辑于2022年，星期三3图像业务图像业务图像业务主要包括传真、CAD/CAM图像传送等。该类业务所需带宽差别较大，G4类传真需要2.464 kb/s的带宽，而CAD/CAM则需要64 kb/s34 Mb/s的带宽。第49页，共92页，编辑于2022年，星期三4视频和多媒体业务视频和多媒体业务视频和多媒体业务包括可视电话、视频会议、视频点播、普通电视、高清晰度电视等。该类业务所需的带宽差别很大，例如，会议电视需要64 k2 Mb/s，而高清晰度电视需要140 Mb/s左右。存在问题：存在问题：大多数业务都是基于旧的技术和现存的网络结构来实现的，因此除了基本的话音和低速数据业务外，大多数业务的服务性能都与用户实际的要求存在不小的差距。第50页，共92页，编辑于2022年，星期三5承载业务与终端业务承载业务与终端业务业务分类方式二：业务分类方式二：按照网络提供业务的方式，将业务分为三类三类：承载业务、承载业务、用户终端业务和补充业务。用户终端业务和补充业务。(1)承载业务：承载业务：网络提供的单纯的信息传送业务。网络用电路或分组交换方式将信息从一个用户网络接口透明地传送到另一个用户网络接口，而不对信息做任何处理和解释，它与终端类型无关。一个承载业务通常用承载方式(分组还是电路交换)、承载速率、承载能力(语音、数据、多媒体)来定义。第51页，共92页，编辑于2022年，星期三(2)用户终端业务用户终端业务：所有各种面向用户的业务，它在人与终端的接口上提供。它既反映了网络的信息传递能力，又包含了终端设备的能力，终端业务包括电话、电报、传真、数据、多媒体等。一般来讲，用户终端业务都是在承载业务的基础上增加了高层功能而形成的。(3)补充业务补充业务：又叫附加业务，是由网络提供的，在承载业务和用户终端业务的基础上附加的业务性能。补充业务不能单独存在，它必须与基本业务一起提供。常见的补充业务有主叫号码显示、呼叫转移、三方通话、闭合用户群等。第52页，共92页，编辑于2022年，星期三图1.7 承载业务和用户终端业务第53页，共92页，编辑于2022年，星期三未来通信网提供的业务应呈现以下特征：未来通信网提供的业务应呈现以下特征：(1)移动性，包括终端移动性、个人移动性；(2)带宽按需分配(3)多媒体性；(4)交互性。第54页，共92页，编辑于2022年，星期三1.2 通信网的服务质量通信网的服务质量1.2.1 服务质量总体要求服务质量总体要求 质量要求：质量要求：可访问性、透明性和可靠性。1可访问性：可访问性：网络保证合法用户随时能够快速、有保证地接入到网络以获得信息服务，并在规定的时延内传递信息的能力。影响因素：影响因素：网络的物理拓扑结构，网络的可用资源数目以及网络设备的可靠性等。实际中常用接通率、接续时延等指标来评定。第55页，共92页，编辑于2022年，星期三2透明性透明性网络保证用户业务信息准确、无差错传送的能力。它反映了网络保证用户信息具有可靠传输质量的能力，不能保证信息透明传输的通信网是没有实际意义的。实际评定：实际评定：用户满意度和信号的传输质量。第56页，共92页，编辑于2022年，星期三3可靠性可靠性 可靠性是指整个通信网连续、不间断地稳定运行的能力，它通常由组成通信网的各系统、设备、部件等的可靠性来确定。可靠性指标：可靠性指标：(1)失效率：系统在单位时间内发生故障的概率，一般用表示。第57页，共92页，编辑于2022年，星期三(2)平均故障间隔时间(MTBF)：相邻两个故障发生的间隔时间的平均值，MTBF=1/。(3)平均修复时间(MTTR)：修复一个故障的平均处理时间，表示修复率，MTTR=1/。(4)系统不可利用度(U)：在规定的时间和条件内，系统丧失规定功能的概率，通常我们假设系统在稳定运行时，和都接近于常数，则U=/(+)=第58页，共92页，编辑于2022年，星期三1.2.2 电话网的服务质量电话网的服务质量1接续质量接续质量它反映的是电话网接续用户通话的速度和难易程度，通常用接续损失(呼叫损失率，简称呼损)和接续时延来度量。第59页，共92页，编辑于2022年，星期三2传输质量传输质量它反映的是电话网传输话音信号的准确程度，通常用响度、清晰度、逼真度这三个指标来衡量。实际中对上述三个指标一般由用户主观用户主观来评定。3稳定性质量稳定性质量它反映电话网的可靠性，主要指标与上述一般通信网的可靠性指标相同，如平均故障间隔时间、平均修复时间、系统不可利用度等。第60页，共92页，编辑于2022年，星期三1.2.3 数据网的服务质量数据网的服务质量交换技术：交换技术：数据通信网多采用分组交换技术。特点：特点：由于用户业务往往没有独占的信道带宽，在整个通信期间，服务质量会随着网络环境的变化而变化。参数指标：参数指标：1服务可用性服务可用性(Service Availability)服务可用性指用户与网络之间服务连接的可靠性。第61页，共92页，编辑于2022年，星期三2传输时延传输时延(Delay or Latency)传输时延指在两个参考点之间，发送和收到一个分组的时间间隔。3时延变化时延变化(Delay Variation)时延变化又称抖动(Jitter)，指沿相同路径传输的同一个业务流中的所有分组传输时延的变化。4吞吐量吞吐量(Throughput)吞吐量指在网络中分组的传输速率，可以用平均速率或峰值速率来表示。第62页，共92页，编辑于2022年，星期三5分组丢失率分组丢失率(Packet Loss Rate)分组丢失率指分组在通过网络传输时允许的最大丢失率，通常分组丢失都是由于网络拥塞造成的。6分组差错率分组差错率分组差错率指单位时间内的差错分组与传输的总分组数目的比率。第63页，共92页，编辑于2022年，星期三1.2.4 网络的服务性能保障机制网络的服务性能保障机制面对问题：(1)数据传输中的差错和丢失；(2)网络拥塞；(3)交换节点和物理线路故障。第64页，共92页，编辑于2022年，星期三 1差错控制差错控制差错控制机制负责将源端和目的地端之间传送的数据所发生的丢失和损坏恢复过来。通常控制机制包括差错检测和差错校正两部分。电话网：电话网：由于实时话音业务对差错不敏感，对时延很敏感，偶尔产生的差错对用户之间通话质量的影响可以忽略不计，因此网络对话路上的用户信息不提供差错控制机制。第65页，共92页，编辑于2022年，星期三数据网：数据网：数据业务对时延不敏感，对差错却很敏感。因此必须提供相应的差错控制机制。在目前的分组数据网上，主要采用基于帧校验序列FCS(Frame Check Sequence)的差错检测和发端重发纠错机制实现差错控制。第66页，共92页，编辑于2022年，星期三2拥塞控制拥塞控制拥塞：拥塞：发生在通过网络传输的数据量开始接近网络的数据处理能力时。拥塞控制的目标：拥塞控制的目标：将网络中的数据量控制在一定的水平之下，超过这个水平，网络的性能就会急剧恶化。第67页，共92页，编辑于2022年，星期三电话网：电话网：由于采用电路交换方式，拥塞控制只在网络入口处执行，在网络内部则不再提供拥塞控制机制。原因：原因：呼叫建立时，已为用户预留了网络资源，通信期间，用户信息流总是以恒定不变的预约速率通过网络，因而已被接纳的用户产生的业务不可能导致网络拥塞。另一方面，呼叫建立时，假如网络无法为用户分配所需资源，呼叫在网络入口处就会被拒绝，因而在这种体制下网络内部无需提供拥塞控制机制。第68页，共92页，编辑于2022年，星期三3路由选择路由选择灵活的路由选择技术可以帮助网络绕开发生故障或拥塞的节点，以提供更可靠的服务质量。第69页，共92页，编辑于2022年，星期三电话通信网：电话通信网：通常采用静态路由技术，即每个交换节点的路由表是人工配置的，网络也不提供自动的路由发现机制，但是一般情况下，到任意目的地，除正常路由外，都会配置两、三条迂回路由，以提高可靠性。这样，当发生故障时，故障区域所影响的呼叫将被中断，但后续产生的呼叫通常可走迂回路由，一般不受影响。数据网：数据网：采用虚电路方式的分组数据网，情况与此类似。它们主要的问题是没有提供自动的路由发现机制，网络运行时，交换节点不能根据网络的变化，自动调整更新本地路由表。第70页，共92页，编辑于2022年，星期三4流量控制流量控制流量控制：流量控制：一种使目的端通信实体可以调节源端通信实体发出的数据流量的协议机制，可以调节数据发送的数量和速率。电话通信网：电话通信网：网络体系结构保证通话双方工作在同步方式下，并以恒定的速率交换数据，因而无需再提供流量控制机制。第71页，共92页，编辑于2022年，星期三分组数据网流量控制的原因：分组数据网流量控制的原因：(1)在目的端必须对每个收到的分组的头部进行一定的协议处理，由于收发双方工作在异步方式下，源端可能试图以比目的端处理速度更快的速度发送分组。第72页，共92页，编辑于2022年，星期三(2)目的端也可能将收到的分组先缓存起来，然后重新在另一个I/O端口进行转发，此时它可能需要限制进入的流量以便与转发端口的流量相匹配。第73页，共92页，编辑于2022年，星期三1.3 通信网的发展史通信网的发展史1第一阶段第一阶段第一阶段大约在第一阶段大约在18801970年之间年之间，是典型的模拟通信网时代，网络的主要特征是模拟化、单业务单技术主要特征是模拟化、单业务单技术。这一时期电话通信网占统治地位，电话业务也是网络运营商主要的业务和收入来源，因此整个通信网都是整个通信网都是面向话音业务来优化设计面向话音业务来优化设计的，其主要的技术特点技术特点如下：第74页，共92页，编辑于2022年，星期三(1)交换技术：由于话音业务量相当稳定，且所需带宽不高话音业务量相当稳定，且所需带宽不高，因此网络采用控制技术相对简单的电路交换电路交换技术，为用户业务静态分配固定的带宽资源，虽然有带宽资源利用率不高的缺点，但它并不是这一时期网络的主要矛盾。第75页，共92页，编辑于2022年，星期三(2)信令技术信令技术：网络采用模拟的随路信令系统。它的优点是信令设备简单，缺点是功能太弱，只支持简单的业务类型。(3)传输技术传输技术：终端设备、交换设备和传输设备基本是模拟设备，传输系统采用FDM技术、铜线介质，网络上传输的是模拟信号。第76页，共92页，编辑于2022年，星期三(4)业务实现方式业务实现方式：网络通常只提供单一电话业务，并且业务逻辑和控制系统是在交换节点中用硬件逻辑电路实现的，网络几乎不提供任何新业务。由于通信网主要由模拟设备组成，存在的主要问题是：成本高、可成本高、可靠性差、远距离通信的服务质量差靠性差、远距离通信的服务质量差。另外在这一时期，数据通信技术还未成熟，基本处于试验阶段。第77页，共92页，编辑于2022年，星期三2第二阶段第二阶段第二阶段大约在第二阶段大约在19701994年年，是骨干通信网由模拟网向数字网转变的阶段。这一时期数字技术和计算机技术在网络中被广泛使用，除传统PSTN外，还出现了多种不同的业务网出现了多种不同的业务网。网络的主要特征是数模混合、多主要特征是数模混合、多业务多技术并存业务多技术并存，这一阶段业界主要是通过数字计算机技术的引入来解决话音、数据业务的服务质量。网络技术主要变化：网络技术主要变化：第78页，共92页，编辑于2022年，星期三(1)数字传输技术数字传输技术：基于PCM技术的数字传输设备逐步取代了模(2)拟传输设备，彻底解决了长途信号传输质量差的问题，降低了传(3)输成本。(2)数字交换技术：数字交换技术：数字交换设备取代了模拟交换设备，极大地提高了交换的速度和可靠性。第79页，共92页，编辑于2022年，星期三(3)公共信道信令技术公共信道信令技术：公共信道信令系统取代了原来的随路信令系统，实现了话路系统与信令系统之间的分离，提高了整个网络控制的灵活性。(4)业务实现方式：业务实现方式：在数字交换设备中，业务逻辑采用软件方式来实现，使得在不改变交换设备硬件的前提下，提供新业务成为可能。第80页，共92页，编辑于2022年，星期三 特点特点1：电话业务仍然是网络运营商主要的业务和收入来源，骨干通信骨干通信网仍是面向话音业务来优化设计的网仍是面向话音业务来优化设计的，因此电路交换技术仍然占主导电路交换技术仍然占主导地位地位。特点特点2：基于分组交换的数据通信网技术在这一时期发展已成熟基于分组交换的数据通信网技术在这一时期发展已成熟，但数据业务量与话音业务量相比，所占份额还很小但数据业务量与话音业务量相比，所占份额还很小，因此实际运行的数据通信网大多是构建在电话网的基础设施之上的。特点特点3：在这一时期，形成了以PSTN为基础，Internet、移动通信网等多多种业务网络交叠并存的结构种业务网络交叠并存的结构。第81页，共92页，编辑于2022年，星期三结构缺点：结构缺点：对用户而言，要获得多种电信业务就需要多种接入手段，这增对用户而言，要获得多种电信业务就需要多种接入手段，这增加了用户的成本和接入的复杂性加了用户的成本和接入的复杂性；对网络运营商而言，不同的业务网对网络运营商而言，不同的业务网都需要独立配置各自的网络管理和后台运营支撑系统，也增加了都需要独立配置各自的网络管理和后台运营支撑系统，也增加了运营商的成本，同时由于不同业务网所采用的技术、标准和协议运营商的成本，同时由于不同业务网所采用的技术、标准和协议各不相同，使得网络之间的资源和业务很难共享和互通各不相同，使得网络之间的资源和业务很难共享和互通。因此在20世纪80年代末，在主要的电信运营商和设备制造商的主导下，开始研究如何实现一个多业务、单技术的综合业务网，其主要的成果是N-ISDN、B-ISDN和ATM技术。第82页，共92页，编辑于2022年，星期三这一时期是现代通信网最重要的一个发展阶段现代通信网最重要的一个发展阶段，它几乎奠定了未来通信网发展的所有技术基础，比如数字技术、分组交换技术数字技术、分组交换技术。这些技术奠定了未来网络实现综合业务的基础；公共信道信令公共信道信令和计算机软计算机软硬件技术硬件技术的使用奠定了未来网络智能和业务智能的基础；光纤技术光纤技术奠定了宽带网络的物理基础。第83页，共92页，编辑于2022年，星期三3当前阶段。当前阶段。从1995年一直到目前，这一时期可以说是信息通信技术发展的黄金时期，是新技术、新业务产生最多的时期。在这一阶段，骨干通信网实现了全数字化骨干通信网实现了全数字化，骨干传输网实现了光纤化骨干传输网实现了光纤化，同时数据通信业务增长迅速，独立于业务网的传送网也已形成独立于业务网的传送网也已形成。对网络结构产生重大影响的主要有以下三方面对网络结构产生重大影响的主要有以下三方面：第84页，共92页，编辑于2022年，星期三1)计算机技术 硬件方面，计算成本下降，计算能力大大提高硬件方面，计算成本下降，计算能力大大提高；软件方面，分布处理技软件方面，分布处理技术、数据库技术已发展成熟，极大地提高了大型信息处理系统的术、数据库技术已发展成熟，极大地提高了大型信息处理系统的处理能力，降低了其开发成本处理能力，降低了其开发成本。终端智能化使得许多原来由终端智能化使得许多原来由网络执行的控制和处理功能网络执行的控制和处理功能可以转移到可以转移到终端终端来完成，骨干网的功能可由此而简化，这有利于来完成，骨干网的功能可由此而简化，这有利于提高其稳定性和提高其稳定性和信息吞吐能力信息吞吐能力。第85页，共92页，编辑于2022年，星期三2)光传输技术大容量光传输技术的成熟和成本的下降，使得基于光纤的传输系统在骨干网中迅速普及并取代了铜线技术取代了铜线技术。实现宽带多媒体业务实现宽带多媒体业务，在网络带宽上已不存在问题了。第86页，共92页，编辑于2022年，星期三 3)Internet 1995年后，基于IP技术的Internet的发展和迅速普