通信网理论基础幻灯片.ppt
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1、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,
2、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
3、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
4、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
5、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
6、: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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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9
17、2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
18、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2
19、022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
20、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)
21、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
22、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:Me
23、tropolitan 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
24、.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,
25、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
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