现代通信网概论(1-8)完整2.ppt

第二章第二章 现代通信网基础技术及其发展现代通信网基础技术及其发展2.1 通通 信信 网网2.2 现代通信网的结构现代通信网的结构2.3 现代通信网传输技术现代通信网传输技术2.4 交换技术交换技术2.5 通通 信信 协协 议议2.6 通信网路由选择通信网路由选择2.7 拥塞和流量的控制拥塞和流量的控制2.8 信令及接口信令及接口2.1 通通 信信 网网2.1.12.1.1通信网一般组成通信网一般组成如图2.1所示，通信网是由若干用户终端A，B，C，并通过传输系统链接起来。用户终端之间通过一个或多个节点链接，在节点处提供交换、处理网络管理等功能。图2.1 通信网一般组成2.1.22.1.2 通通信信网网组组成成的的基基本本要要素素一、终端设备一、终端设备终端设备是通信网中的源点和终点，它除对应于信源和信宿之外还包括了一部分变换和反变换装置。终端设备主要功能是：第一种功能是发送端将发送的信息转变成适合信道上传送的信号，接收端则从信道上接收信号，并将之恢复成能被利用的信息，第二种功能是能产生和识别网内所需的信令信号或规则，以便相互联系和应答。二、传输系统二、传输系统传输系统是指完成信号传输的媒介和设备总称。1传输信道传输信道简称信道，是通信者两点间单向或双向传输信号的通道，包括传输媒介和中间装置。2电路电路是通信者两点间实现信号双向传输的两条传输信道的组合，以提供一个完整的通信过程。3用户环路用户环路也称为本地线或用户线，是一个节点和用户设备或用户分系统之间简单的固定连接。4链路传输全链路简称链路，是指两个相邻节点间或终端设备和节点之间的信道（或电路）段，通常是指两个配线架之间的一段。5干线一条干线可以由一条或多条串联的链路组成。两个交换中心或节点之间通过干线连接。干线连接通常是以交换为基础，由许多用户复用或用户分系统复接的大容量电缆、光纤或无线电传输通路，在干线的两端提供适合节点工作的设备，例如复接器。6节点节点是用户环路和链路或链路之间的分配点。节点配备设备的范围可以从二线/四线混合线圈，到包括电路或信息交换、接线、信号处理、业务管理和技术控制等非常复杂的设备。三、交换设备三、交换设备交换设备根据寻址信息和网控指令进行链路连接或信号导向，以使通信网中的多对用户建立信号通路，交换设备以节点的形式与邻接的传输链路一起构成各种拓扑结构的通信网，是现代通信网的核心。2.2 现代通信网的结构2.2.12.2.1网络的基本拓扑结构网络的基本拓扑结构一、网状网一、网状网多个节点或用户之间互连而成的通信网称为网状网，也叫直接互连网（完全或部分互连网），如图2.3（a）所示。二、星型网二、星型网星型网拓扑结构是一种以中央节点为中心，把若干外围节点（或终端）连接起来的辐射式互连结构。三、复合型网三、复合型网复合型网是由网状网和星型网复合而成的网络，如图2.3（c）所示。四、环型网四、环型网如果通信网各节点被连接成闭合的环路，则称为环型网，如图2.3（d）所示。（1）在环路中，每个节点的地位和作用是相同的，每个节点都可以获得并行使用控制权，很容易实现分布式控制。（2）不需要进行路径选择，控制比较简单。因为在环型网中，路径只有一条，不存在为信息规定路径的问题。（3）网中传送信息的延迟时间固定，有利于实时控制。（4）可采用高速数字式传输信息，不需要调制解调器，接口线路及连接结构比较简单。五、总线型网五、总线型网总线型网把所有的节点连接在同一总线上，是一种通路共享的结构。（1）具有良好的扩充性能。（2）可以使用多种存取控制方式，例如，载波侦听多路访问/碰撞检测方式（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMACD）、通行标志方式和时间片方式等。（3）不需要中央控制器，有利于分布式控制。节点的故障不会引起系统的崩溃。2.2.22.2.2等级制网络结构等级制网络结构在通信网中，由本地接入网、多级汇接网组成的网络结构称为等级制网络结构。一、等级制网络结构的组成一、等级制网络结构的组成等级制网络结构中，涉及本地接入和汇接的概念。用户终端通过用户线和接入交换机（或称本地交换机）连接而形成本地接入，本地用户可直接通过本地交换完成相互通信。1用户线它是用户的电话机和市话局交换机连接的媒介，使用户终端接入电话通信网。2市内中继网它将各个交换区市话局通过中继线互连起来，并将市话局连接至市话汇接局。3区域长途电话通信网市话汇接局和区域（如省）长话汇接局通过区域中继干线互连，提供区域长途电话通信业务。4国内长途电话通信网区域汇接局和国内中心汇接局通过国内中继干线互连，提供全国范围内各地区之间的长途电话通信业务，形成国内长途电话通信网。5国际长途电话通信网国内汇接局和国际接口局连接，由国际接口局和国际线路组成国际长途电话网。二、等级制网络结构的实例二、等级制网络结构的实例图2.4给出的等级结构网络是一种理想化的网络。一个实际的通信网由于本地区的地理状况或设备的布局问题而有许多折衷方案。图2.4 典型的交换中心等级制的理想形式框图第一级为大区中心，也称为省间中心局，是汇接一个大区内各省之间的电话通信中心，局间都设立直达电路，为完全互连方式的网状网结构。第二级为省中心局，是汇接省内各地区之间的电话通信中心。第三级为地区（市）中心局，是汇接本地区各县（区）的电话通信中心，是长话网的末端局，同样要求地区中心局至本省中心局具有直达路由。2.3 现代通信网传输技术2.3.12.3.1多路复用技术多路复用技术一、频分多路复用（一、频分多路复用（FDM）1FDM的基本原理FDM是把一条公共信道上可用的传输频段分割成多个较窄的频带，并使每个窄带都变成为一个独立信道的复用技术。2FDM的特点FDM的主要优点是容易实现，技术成熟，能较充分地利用信道带宽。但其缺点也是明显的。因为，保护频带占用了一定的信道带宽，从而大大降低了FDM的效率；信道的非线性失真改变了它的实际频率特性，易造成串音和互调噪声干扰；所需设备随输入路数增加而增多，不易小型化；FDM不提供差错控制技术，不便于性能监测。二、时分多路复用（二、时分多路复用（TDM）1TDM的原理TDM是一种按规定的间隔，并在时间上相互错开，在一条公共信道上传输多路信号的复用技术。2TDM的特点TDM的主要优点是：不存在保护频带，可有效地提高信息传输效率；信道占用频带窄，容量大。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格保持同步。三、统计时分复用（三、统计时分复用（STDM）1问题的提出在TDM系统中，以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据源进行组合，然后在单一的公用信道上传输。2STDM原理与传统TDM一样，STDM可与n条低速输入线路相连，由于每条输入线路并非一直有数据输入，因此STDM时隙数k可小于n，这说明复用信道上数据速率可低于各个输入线路速率之总和。3STDM帧格式和其他考虑STDM使用的帧格式对系统性能有一定的影响，一般应减少用于管理的附加信息。2.3.22.3.2准准同同步步数数字字系系列列和和同同步步数数字字系系列列一、准同步数字系列一、准同步数字系列一、准同步数字系列一、准同步数字系列（Plesynchronous Digital HierarchyPlesynchronous Digital Hierarchy，PDHPDH）1PDH概念原CCITT推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日本等国采用24路系统，即以1.544Mbit/s作为一次群（基群）的数字速率系列；欧洲和中国等国家采用30/32路系统，即以2.048Mbit/s作为一次群的数字速率系列。2PDH存在的问题随着现代通信网的发展和用户要求的日益提高，PDH暴露出以下几个问题，难以适应长距离和大容量数字业务的发展，难以满足网络控制和管理的需要。（1）国际上1.544Mbit/s和2.048Mbit/s这两种系列难以兼容，给国际连网带来困难，而且向更高群次发展在技术上也有较大的困难。（2）没有世界性的标准光接口规范，导致各国厂商开发的不同光接口无法在光路上互通，惟有通过光电转换成G.703标准接口后才能互通，限制了连网应用的灵活性，也增加了网络设备复杂性和运行成本。（3）从组网角度看，PDH难于从高次群信号中直接分出低次群甚至基群的信号，因此对中继站上、下话路很不方便。（4）随着现代通信网操作、维护和管理等要求的不断提高，需要传输的网控信息越来越多，现有的PDH各级帧结构所预留的少量比特已经不能适应这一发展的要求。二、同步数字系列二、同步数字系列（Synchronous Digital HierarchySynchronous Digital Hierarchy，SDHSDH）1SDH概念原CCITT G.707的建议中，对同步转移 模 式 STM-1（Synchronous Transfer Mode）155.5201Mbit/s以上（从STM-1至STM-4至STM-16）的更高速率都采用高一级的速率正好等于低一级的4倍，即STM-1为155.5201Mbit/s；STM-4为622.0804itMb/s；STM-16为 2488.3216Mbit/s。这样的复接系列称为SDH。2SDH复接结构原CCITT建议G.709规定了SDH的一般复接结构，如图2.12所示。图2.12 SDH的同步复接结构示意图3SDH帧格式原CCITT建议（G.709）规定了SDH帧格式，SDH帧格式是页面帧，而PDH的帧格式是条状的。4SDH的主要特点（1）把世界上现在并存的两种数字系列融合在统一的标准之中，在STM-1等基础上得到统一，实现数字通信传输体制上的世界性标准。（2）采用数字复接，适应交换技术的发展。（3）页面帧格式，安排了丰富的用于维持管理的比特，使网络的维护管理能力大大加强。（4）有一套特殊灵活的复接结构和指针调整技术，解决了节点之间的时钟差异带来的问题。（5）光接口综合各种不同的网络单元，传输和复接不必分开，简化了硬件，同时光接口成为开放性接口，可以在光路实现横向兼容。（6）SDH信号结构的设计已经考虑网络传输和交换应用的最佳性，便于组织ISDN和B-ISDN。2.3.32.3.3现代通信网常用传输信道现代通信网常用传输信道一、无线传输信道一、无线传输信道无线传输信道中信息主要是通过自由空间进行传输的，但必须通过发射机系统、发射天线系统、接收天线系统和接收机系统，才能使携带信息的信号正常传输，从而组成条无线传输信道。1长波信道长波信道所使用的频率是在300kHz以下，波长在1000m以上。2中波信道中波信道的频率在0.33MHz或波长在1001000m范围内。3短波信道短波信道的频段从330MHz，波长从 10 100m，也 称 为 高 频（High Frequency，HF）信道。4超短波信道超短波信道的频率范围通常认为是303000MHz。更细一些划分，其中30300MHz称为甚高频（Very High Frequency，VHF），300 3000MHz称 为 特 高 频（Ultra High Frequency，UHF）。5微波信道3000MHz以上的波段，通常就泛称为微波，它在现代通信网中占有重要地位。6卫星信道卫星信道是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行通信的信息传输信道，如图2.15所示。图2.15 卫星通信示意图7散射信道在现代通信网的微波通信方式中，还常用散射信道。散射信道利用对流层和电离层的不均匀性或流星余迹，对于一定仰角的电磁波射束在上层空间中，有一部分电磁波能量可回到地面而被接收到的散射现象，构成散射信道。二、有线传输信道二、有线传输信道在有线传输信道中，电磁波是沿有形媒介传播的，而且通常是构成直接信息流通的通路，适宜于基带传输或频带传输。1架空明线最早的有线信道是架空明线，信道由在一系列竖立的电杆上，把导线架在线杆的绝缘子上而构成。2平衡电缆平衡电缆（也称双绞线）中每对信号传输线间的距离比明线小，而且包扎在绝缘体内。3同轴电缆同轴电缆是容量较大的有线信道。常用的同轴电缆有两种：一种管外径为4.4mm的小同轴；另一种外径为9.5mm的中同轴。4光纤信道光纤信道是以光为载波，以光导纤维（简称光纤）为传输介质的一种通信信道。由于光纤信道具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的。5有线信道传输处理在构成有线信道时，除了具有各种导引线外，要完成长距离的信息传输，必须包括再增音和均衡处理。2.4 交换技术交换技术交换技术几个主要特性的演变过程如下所述。（1）接续网络：从金属接点发展到数字开关（分立元件集成元件光子开关）。（2）信息形式：从模拟（电流）发展到数字（电脉冲光脉冲）。（3）复用方式：从空分到时分最后发展到波分（密集波分）。（4）控制方式：从人工到机电到电子最后发展到存储程序控制（SPC）或简称“程控”。（5）信令方式：从信令与呼叫信息交替用同一信道（模拟式）发展到共路信令，信令可在独立的信道上传送（数字式）。（6）接续特征：从电路到信息，最后发展到分组（或叫信包）。（7）信息带宽：从窄带（音频）发展到宽带（1100MHz）。2.4.12.4.1电路交换电路交换一、电路交换的工作原理一、电路交换的工作原理电路交换（Circuit Switching）是在通信网中任意两个或多个用户终端之间建立电路暂时连接的交换方式，暂时连接独占一条电路并保持到连接释放为止。1空分交换空分交换是入线在空间位置上选择出线并建立连接的交换。2时分交换时 分 交 换 是 时 分 多 路 复 用（TDM）在交换上的具体应用。二、电路交换的特点二、电路交换的特点电路交换的特点是可提供一次性无间断信道。1电路交换的主要优点（1）信息传输时延小。（2）数据信息以信号形式在通路中“透明”传输，交换机对它不进行存储、分析和处理，因此，交换机的处理开销少。（3）对数据信息的格式和编码类型没有限制。2电路交换的主要缺点（1）电路的接续时间较长。（2）电路利用率低。（3）在传输速率、信息格式、编码类型、同步方式以及通信规程等方面，通信双方必须完全兼容，这不利于不同类型的用户终端之间实现互通。（4）当一方用户忙或网络负载过重时，可能会出现呼叫不通的现象，这种现象称之为呼损。电路交换方式目前主要用于电话通信网。2.4.22.4.2报文交换报文交换为了解决电报、资料、文献检索等数据信息的传输，提出了报文交换（Message Switching）的思想，报文交换也称电文交换或文电交换。一、报文交换的工作原理一、报文交换的工作原理报文就是用户拟发送的完整数据。以以上上只只是是概概略略地地叙叙述述了了报报文文转转接接的的简简单单过过程程。实实际际上上报报文文转转发发的的中中间间节节点点还还包包括以下功能。括以下功能。（1）传输差错控制。（2）传输通路（路由）选择。（3）能够识别报文头和尾。（4）完成网络拥塞处理、紧急报文的优先处理等特殊功能。二、报文交换的信息格式二、报文交换的信息格式为了使现代通信网的各个节点能自动地处理输入的信息和完成报文传输，就要求每一个输入网络的信息除了用户要传送的报文外，还需要附加报文开始、结束标志和报文目的站地址等相关信息。1报文头的信息报文头一般至少包括以下附加信息。（1）起始标志：告诉节点有信息输入。（2）信息开始标志：说明信息正文的开始端出现。（3）信息源节点地址：说明信息出自何地。（4）信息目的节点地址：说明该信息要到达的目的地，还可能包括传输路由信息。（5）控制信息：进行必要的控制说明和标记，它可以包括所传送报文的排队优先权标志，并指明本帧所传信息是报文或只是应答信号。（6）报文编号：这是由信息的发送方给定的。2报文尾的信息三、报文交换的特点三、报文交换的特点报文交换的特点是，交换机对报文进行存储转发，它适合于电报和电子函件业务。1报文交换的主要优点（1）链路利用率高。（2）交换机以“存储转发”方式传输数据信息，它不但可以起到匹配输入输出传输速率的作用，易于实现各种不同类型终端之间的互通，而且还能起到防止呼叫阻塞、平滑通信业务量峰值的作用。（3）不需要收、发两端同时处于激活状态。2报文交换的主要缺点（1）传送信息通过交换网时延较长，而且时延变化也大，这不利于交互型实时业务。（2）设备要求较高。交换机必须具有大容量存储、高速处理和分析报文的能力。2.4.32.4.3分组交换分组交换由由上上可可知知，电电路路交交换换最最大大优优点点是是，一一旦旦建建立立连连接接，信信号号传传输输时时延延很很小小，适适用用于于语语音音通通信信等等实实时时交交互互通通信信，不不足足的的是是线线路路利利用用率率低低。报报文文交交换换线线路路利利用用率率高高，但但“存存储储转转发发”的的通通信信机机制制使使信信息息通通过过通通信信网网的的时时延延加加大大，不不适适于于快快速速响响应应的的通通信信或或实实时时通通信信。分分组组交交换换综综合合了了电电路路交交换换和和报报文文交交换换优优点点，是是为为既既能能保保持持较较高高的的信信道道利用率又能快速响应通信需求提出来的。利用率又能快速响应通信需求提出来的。一、分组交换的工作原理一、分组交换的工作原理分组交换在形式上仍采用报文交换的“存储转发”技术。但它不像报文交换那样，以整个报文为交换单位，而是设法将一份较长的报文分解成若干固定长度的“段”，每一段报文应加上交换时所需要的呼叫控制信息以及差错控制信息，形成一个规定格式的交换单位。二、分组交换方式二、分组交换方式在分组交换中，为了控制和管理通过交换网的“分组”流，目前主要采用两种方式：数据报方式和虚电路方式。1数据报方式数据报是指自带寻址信息的独立数据分组。2虚电路方式在虚电路方式中，数据传送之前，必须先在源与目的地之间建立一条逻辑连接，即虚电路。三、分组交换的特点三、分组交换的特点分组交换的特点与报文交换相同。但是，由于分组穿越通信网以及在交换机中滞留的时间很短，因此分组交换能满足大多数用户快速交互的数据传输要求。1分组交换的主要优点（1）信息的传输时延较小，而且变化不大，能较好地满足交互型通信的实时性要求。（2）易于实现链路的统计时分多路复用，提高了链路的利用率。（3）容易建立灵活的通信环境，便于在传输速率、信息格式、编码类型、同步方式以及通信规程等方面都不相同的数据终端之间实现互通。（4）可靠性高。分组作为独立的传输实体，便于实现差错控制，从而大大地降低了数据信息在分组交换网中的传输误码率，一般可达10-10以下。（5）经济性好。信息以“分组”为单位在交换机中进行存储和处理，节省了交换机的存储容量，提高了利用率，降低了通信的费用。2分组交换的主要缺点（1）由于网络附加的信息较多，影响了分组交换的传输效率。（2）实现技术复杂。交换机要对各种类型的分组进行分析处理，这就要求交换机具有较强的处理功能。2.4.42.4.4三种交换方式的比较三种交换方式的比较一、三种交换技术的性能一、三种交换技术的性能三种交换技术各有优缺点。总的来衡量，报文交换和分组交换的性能比电路交换优越。二、三种交换技术的通信过程二、三种交换技术的通信过程图2.18所示的是三种交换技术的通信过程。图2.18 三种交换技术的通信过程示意图2.4.52.4.5ATMATM交换方式交换方式ATM交 换 方 式 也 称 为 异 步 时 分（ATD）交换方式或快速分组交换（FPS）方式，是介于电路交换与分组交换之间的一种新的交换技术。ATM交换方式的特点是：（1）灵活性高，适应性强。（2）各种语音非话业务采用统一的交换技术。（3）简化的分组交换。2.4.62.4.6光交换技术光交换技术光交换技术是在20世纪80年代迅速发展起来的高科技应用研究课题，是为宽带服务的新一代交换系统，目前还处于实验阶段。光交换是以光的形式直接实现各用户之间的信息交换，这对于提高通信质量和可靠性，减少设备和降低网络成本都有很大的好处。波分交换的基本原理是在波分光交换网络中，各信息载于不同波长的光波上，复用信号在交换信号控制下重新安排信号的载波频率，从而输出交换后的信息，图2.20为其原理图。通常的波分光交换网络包括波长转换开关、可变波长与固定波长的滤波器等器件。图2.20 波分交换原理2.5 通通 信信 协协 议议2.5.12.5.1协议的概念协议的概念一、协议与通信协议一、协议与通信协议在现代通信网中，双方进行通信时，都必须认同一套用于信息交换的约定规则。协议（Protocol）是约定规则使用的语言及所表达的语义。一个通信网络协议主要由三个要素组成。（1）语法：信息与控制信息的结构或格式。（2）语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作，以及做出何种应答。（3）同步：事件实现的详细说明及严格的同一时刻通信问题。二、协议栈二、协议栈对所有通信的完整细节，设计人员不可能设计一个单一、巨大的协议，而是把通信问题划分成多个相对独立的问题，然后为每个问题设计一个单独的协议（称为协议子集）。三、协议设计三、协议设计为了使协议的设计规范化，目前已经开发了一些工具，帮助协议设计者理解通信问题的子部分及规划一个完善协议系列。四、通信协议内容四、通信协议内容在现代通信网的实际通信过程中，要涉及数据信号传输、帧传输、传输中误码检测和纠错、局域网通信协议、路由选择、拥塞和流量控制、通信保密，以及传输控制等许多问题。为了解决所有的这些问题，需要设计各种各样的协议。五、协议设计的考虑五、协议设计的考虑虽然解决特定问题有特殊的技巧，但协议的设计是一件非常复杂的事。2.5.22.5.2通信协议的分层通信协议的分层一、分层的概念一、分层的概念1认识层双方讨论的最高一层可称为认识层，就是说通信的双方必须具备起码的网络方面的知识，或者说通信双方必须懂得所谈的内容是什么意思。2语言层认识层的下一层是语言层。通信双方必须具有共同的语言，要能互相听懂对方所说的话。3传输层语言层的下一层可以叫做传输层，它负责把每一方所讲的话变为电信号，传输到对方，再还原为可懂的语音。这一层完全不管所传的语音是哪一国的语言，也不考虑其内容是什么。二、分层的好处二、分层的好处通信协议采用分层具有以下好处。（1）各层相互独立。一个层并不需要知道它下面的层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间接口（即界面）所提供的服务即可。（2）灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口关系保持不变，则上下相连的层均不受影响。此外，某层提供的服务可以修改，如当某层提供的服务不再需要时，可将这层取消。（3）结构上独立。各层可以采用最合适的技术来实现。（4）方便实现和维护：分层结构通过把整个系统分解成若干个易于处理的部分，而使一个庞大复杂系统的实现、调试和维护等变得容易。（5）促进标准化工作。每一层功能所提供的服务都有精确说明。三、多层嵌套头部三、多层嵌套头部每层协议软件负责解决一部分通信问题。2.5.32.5.3ISO/OSIISO/OSI参考模型和协议参考模型和协议OSI（Open System Interconnection）参考模型是国际标准化组织（International Standard Organize，ISO）为统一通信网协议标准而发布的标准参考模型。该模型为通信网的互连互通提供了参考依据。一、网络体系结构一、网络体系结构在一个网络中，实现通信功能的所有软件和硬件的组织形式，或者说所有层次和协议的集合称为网络的体系结构。ISO提出了关于开放系统互连OSI的七层参考模型；为建立网络体系结构提供了一个框架。尽管OSI参考模型在网络讨论中广为使用，但实际使用中并不普遍。二、二、OSI七层模型的功能七层模型的功能1物理层物理层规定了二进制比特信息如何传输、电压大小、持续时间、联系手续、插座的机械、电气和物理性能等。2数据链路层 数据链路层规定了如何在点到点链路上无差错地传送一帧数据。3网络层网络层规定了一个分组怎样通过通信子网传输，提供路由选择和网络拥塞及流量控制。4运输层运输层的基本功能是接收来自会话层送来的数据。5会话层一旦进程之间的连接建立以后，需要一次对话。6表示层表示层的功能是对信息格式作一些变换。7应用层应用层是ISO/OSI参考模型的最高层，它为特定类型的网络应用提供了访问OSI环境的手段，其内容直接取决于各个用户的传输程序或数据。三、三、ISO/OSI七层模型的协议七层模型的协议1物理层协议物理层协议实际上是数据终端设备（Data Terminal Equipment，DTE）和数据通信设备（Data Communication Equipment，DCE）之间的一组约定。2数据链路层协议数据链路层协议的主要功能是，对链路实施管理，实现帧同步，实现差错控制和流量控制，以实现透明传输。典型的数据链路层协议有以下几种。（1）停-等协议停-等协议规定发端每发送一帧数据信息后，必须停下来，等待接收端返回了应答信息方能继续操作下去。停-等协议的信道利用率低。（2）连续ARQ协议连续ARQ协议规定在送端发完一帧数据信息后，不是停下来等待对方的应答，而是继续再发送若干帧。（3）选择重传ARQ协议 对出错的帧要求重发，而对后面送来的正确帧可以先收下来放在缓冲区内，待重传的帧收到后，再一起按正确的顺序送往主机。这种处理方法就是选择重传ARQ协议。3网络层协议在数据链路层提供的两个相邻节点传送数据的基础上，网络层是进一步解决通信子网中由多段数据链路的传送问题，从而体现通信子网向终端系统提供丰富的网络服务。4运输层协议从某种意义上来讲，运输层协议与数据链路层协议相类似，它们都要解决差错控制、流量控制和排序问题。5会话层协议会话层协议主要规范了向会话层用户提供会话连接，并为会话层定义多种服务。6表示层协议表示层是在OSI参考模型的第六层。ISO在综合分析多种高级程序设计语言对数据类型描述方法的基础上，提出了一种标准的描述方法，即抽象语法记法1，简写为ASN.1（Abstract Syntax Notation one）。7应用层协议应用层协议的主要功能是实现开放系统中应用进程之间的相互通信，并同时完成一系列与处理业务有关的服务功能。四四、ISO/OSI参参考考模模型型中中的的数数据流通形式据流通形式应用层中的程序把它产生的信息M传送到另一个系统应用层中，其过程如图2.24所示。图2.24 七层模型中的数据流通过程2.6 通信网路由选择2.6.12.6.1路由选择原则路由选择原则一、路由与路由选择一、路由与路由选择网络的有向路径是通过一系列互连的链路将网络的两端节点连在一起而形成的。网络的一条有向路径就是一系列连接线的集合，通信信息穿过网络的有向路径称为通信网络的路由。二、路由选择算法的分类二、路由选择算法的分类路由选择算法可按不同的路由选择方式进行分类。按源节点发送分组方式是全路、单路和单路向外发送，路由选择算法可分为扩散式、选择扩散式和单路路由选择。三、路由选择原则三、路由选择原则1正确性正确性是指路由选择算法不仅本身是正确地，还要达到数据通信所要求的目的，满足用户服务要求，能正确迅速地将分组信息从源节点传送到目的节点。2简便性简便性要求路由选择算法不能太复杂。3健壮性由于网络运行是连续和长时间的，其间难免要有各种硬件和软件故障，包括主机、节点和链路，或者有的节点或链路上的数据流量过大会产生过载拥塞现象。4稳定性稳定性是指路由选择算法是可靠的，即不管运行多久，保持稳定性而不发生振荡。5公平性和最优化公平性和最优化要从两个方面来考虑，既要保证每个节点都有机会传送信息，以达到公平性，同时又要保证路由选择最佳，这两者是相互矛盾的，要对它们进行权衡。6利用率要使链路、交换机等设备达到高效率，以提高整个网络资源的利用率。2.6.22.6.2最短路由选择算法最短路由选择算法最短路由是指通信信息经过的节点数最少，或任意两节点间传输延迟最小，或费用最小的通路。一、最短路由选择算法的思想一、最短路由选择算法的思想最短路由选择算法通常有两种情况可供考虑：一种是从网络的源节点到其他各节点的最短路径；另一种是指一个给定节点到目的节点的最短距离。2最短路由选择算法的实现最短路由选择算法首先要标记通信网以及相邻节点链路长度的拓扑结构图。并按照最短路由选择算法的约定，标记全部相邻节点间的最短距离。其次，根据具体节点标记的大小，寻找相邻节点间的最短距离，连接从源节点到目的节点间所有最短距离，就完成了最短路由选择的过程，具体的标记方法和算法参照相关的书籍。2.6.32.6.3路由选择策略路由选择策略一、静态策略一、静态策略静态策略是指对路由不测量，也不利用网络信息，而是按某种固定规则选择路由。1泛射法（Flooding）泛射法是当某个节点收到一个不是发给它的分组时，就向所有与此节点相连的链路转发。2有选择的泛射法有选择的泛射法与泛射法的区别仅在满足某些事先确定条件的链路上转发分组。3固定路由法固定路由法是在每个节点上保持一张表，表上标明对一个目的地址应当走哪条链路进行转发。4随机走动法随机走动法又称随机徘徊法，其特点是当分组到达某个节点时随机地选择一条链路作为转发路由。5分散通信量法分散通信量法又称查表选择路由。这种方法是事先在每个节点的内存中设置一个路由表。二、动态策略二、动态策略动态策略是指节点的路由选择要依据网络当前状态信息来决定，以设法适应网络流量、拓扑的变化，而不是像静态策略那样不利用网络信息，最多偶尔由操作员对网络状态变化做出反应。1独立路由选择策略独立路由选择策略是指各节点只根据本节点的状态来决定路由选择，而不用和网络中的其他节点交换状态信息。2集中路由选择策略集中路由选择策略也像静态策略中的固定路由选择一样，在每个节点上也存有一张路由表，但关键在于产生路由的方法不同。（1）为了使通信网络路由能适应通信量的变化，势必要求经常进行路由选择计算。（2）集中路由选择全由RCC控制，因此对RCC的可靠性要求很高。（3）这种方案要求RCC将计算的相应路由表及时通知各节点。（4）为了经常传送路由信息和路由表，势必增加网络负荷，特别是直接与RCC相连的链路，其负荷的增加更严重。3分布路由选择策略在分布路由选择方法中，每个节点定期与每个相邻节点交换路由信息。2.7 拥塞和流量的控制2.7.12.7.1流量和拥塞流量和拥塞一、流量和流量控制一、流量和流量控制流量在通信网中是指通信量，在数据通信网中是指网中的数据流或分组流的大小。流量控制实际上是通过控制网中的通信量，使通信网工作在吞吐量允许的范围内。流量控制的主要功能如下。（1）防止网络因过载而引起通信信息吞吐量下降和延迟增加。（2）避免死锁。（3）在相互竞争的各用户之间公平地分配资源。二、拥塞与拥塞控制二、拥塞与拥塞控制在现代通信网中，将由于信息量太大，导致网络性能下降的现象称为拥塞。三、流量控制与拥塞控制的区别三、流量控制与拥塞控制的区别流量控制是对一条通信路由上的通信量进行控制，解决“线”或“局部”问题；而拥塞控制则是解决通信网的“面”或“全局”的问题。2.7.22.7.2流量控制方法流量控制方法一、入网流量控制方法一、入网流量控制方法入网流量控制方法有两种：停-等流量控制和缓冲区预约控制。1停-等流量控制在控制信息传输时，主机和邻接的源节点机之间进行数据发送时，主机发送数据分组后应得到源节点机正确接收的确认，才能继续发送；否则要等待，直到源节点机发来新的确认后才可发送。2缓冲区预约方式源主机在发送数据信息之前，必须在目标主机预约缓冲区，当目标主机有一个或多个分组缓冲区时，源主机才可发送。二、入口和出口流量控制二、入口和出口流量控制源节点主机和目标节点主机间的流量控制任务，是和通信子网工作方式有关的。1多分组报文传送流量控制网络层向上提供虚电路服务时，主机之间的通信是以报文为单位并发进行的。2单分组报文流量控制一个报文仅有一个分组时，称为单分组报文。它的流量控制比起多分组流量控制就简单得多。三、网段级流量控制三、网段级流量控制当数据链路层协议采用无连接方式，而缓冲区采用先来先服务，且全部分配的方法，则有可能产生存储转发死锁。2.7.32.7.3拥塞控制方法拥塞控制方法流量控制是对一条通信路由上的通信量进行控制，但它并不能完全避免拥塞的发生。也就是说，流量控制并不能替代拥塞控制。因此，在这里特别把拥塞控制方法提出来。一、许可证法一、许可证法许可证法是一种全局性的流量控制方法。其工作原理是：依据通信网能力，保持网络内传送分组的总数不超过某个固定值，从而避免拥塞。下面我们通过例子进一步说明许可证法性能。图2.34示出了英国国家物理实验室（National Physical Laboratory，NPL）已完成的许可证法的模拟研究结果。许可证法存在如下问题：（1）它能防止全局性拥塞，却不能完全消除局部拥塞；（2）通信网内的许可证数会随软件故障的增多而减少，从而降低网络的吞吐量。图2.34 许可证法的网络进场延迟示意图二、分组丢弃法二、分组丢弃法在通信网采用分组无连接的服务时，源节点有分组就发送，目标节点有缓冲区就接收，无缓冲区就将分组丢弃。三、阻塞分组法三、阻塞分组法通过对各个层次的信息流控制，减少平均流量值，可以有效减少发生拥塞现象的概率。当网上有瓶颈或节点出现故障时，拥塞还会发生。阻塞分组法的改进之一是：在节点上对每个输出线路设置两个阈值，超过第一阈值时，就向源节点发阻塞分组，超过第二阈值时，就丢弃接收的分组。改进之二是：利用输出线路的队列长度代替利用率，作为引发阻塞控制机制的信号，避免节点利用大量表格，记录到哪个目标节点的线路上，哪个源节点机最近被“告警”。2.8 信令及接口信令及接口2.8.12.8.1信令的一般概念信令的一般概念一、信令的定义一、信令的定义信令一般是指电话通信网中所传递的非语音电信息，依靠它来实现电话通信网中通信电路的建立、释放和控制。信令有三个基本功能。一是监视功能，二是选择功能，三是管理功能。二、信令方式二、信令方式信令的传递要遵守一定的规约和规定，这就是信令方式。它包括信令的结构形式，信令在多段路由上传送方式及控制方式。选择合适的信令方式，关系到整个通信网通信质量的好坏及投资成本的高低。三、信令的种类三、信令的种类1按工作区域划分信令如果按工作区域可分为用户线信令和局间信令。2按使用信道分按信令信道可分为随路信令和公共信道信令。四、信令系统四、信令系统信令系统是指为了完成特定的信令方式，所使用的通信设备全体的集合。2.8.22.8.2 我我国国目目前前采采用用的的信信令令方式及配置方式及配置程控交换技术的应用和发展，提供了从随路信令过渡到共路信令的条件。原CCITT对7号信令技术规程的制订进行了不断的完善与充实，主要是增加了ISDN用户部分（ISUP）、信号连接控制部分（SCCP）和事务处理功能，从而可以适应ISDN网的应用，提供基本电话业务以外的附加业务，可以在局间或交换局与业务控制点、维护管理中心、数据库之间传送有关的功能和程序。2.8.32.8.3接口及其配置接口及其配置数字程控交换机的接口分为数字接口和模拟接口，每一种接口又分为用户线侧和中继线侧两部分。用户线侧用来连接各种用户线；在中继线侧，通过各种传输系统接至其他交换局。数字交换机的接口分为数字接口和模拟接口。1数字接口（1）用户侧数字V接口（2）中继侧数字A接口（3）中继侧数字B接口2模拟接口（1）模拟接口用来连接单个用户的用户线，Z2和Z3接口则是用来连接模拟远端集线器和模拟用户交换机（PABX）。（2）中继侧的模拟C接口C接口是一个2线或4线模拟接口。