现代通信网概论-第二章ppt(通信网的体系结构及标准化组织+传送网).ppt

《现代通信网概论-第二章ppt(通信网的体系结构及标准化组织+传送网).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信网概论-第二章ppt(通信网的体系结构及标准化组织+传送网).ppt（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、通信网的体系结构及标准化组织通信网的体系结构及标准化组织一一.网络分层的概念网络分层的概念1.网络分层的原因网络分层的原因(1)可以降低网络设计的复杂度(2)方便异构网络设备间的互连互通(3)增强了网络的可升级性(4)促进了竞争和设备制造商的分工2协议协议 在分层体系结构中，协议是指位于一个系统上的第N层与另一个系统上的第N层通信时所使用的规则和约定的集合。一个通信协议主要包含以下内容：(1)语法：协议的数据格式；(2)语义：包括协调和错误处理的控制信息；(3)时序：包括同步和顺序控制。二.OSI和TCP/IP 目前，在通信领域影响最大的分层体系结构有两个，即TCP/IP协议族和OSI参考模型

2、。它们已成为设计可互操作的通信标准的基础。OSI(Open System Interconnection开放系统互连)参考模型是ISO在1977年提出的开发网络互连协议的标准框架。这里“开放“的含义是指任何两个遵守OSI标准的系统均可进行互连。OSI参考模型共分为七层.TCP/IP是美国国防部高级研究计划署(DARPA)资助的ARPANet实验项目的研究成果之一，开始于20世纪60年代的ARPANet项目主要目的就是要研究不同计算机之间的互连性，但项目开始进展得并不顺利。直到1974年，V.Cerf与R.Kahn联手重写了TCP/IP协议，并最终成为了Internet的基础。图图1.13 OS

3、I与与TCP/IP协议分层结构协议分层结构三三.主要标准化组织主要标准化组织 目前与通信领域相关的主要的标准化机构有ITU、ISO、IAB等。1ITU ITU(International Telecommunication Union国际电信联盟)成立于1932年，1947年成为联合国的一个专门机构，是由各国政府的电信管理机构组成的，目前会员国约有170多个，总部设在日内瓦。原则上，ITU只负责为国际间的通信制定标准、提出建议。但实际上相关的国际标准通常都适用于国内网。目前常设机构有：(1)ITU-T：电信标准化部门，负责研究通信技术准则、业务、资费、网络体系结构等，并发表相应的建议书。(2)

4、ITU-R：无线电通信部门，研究无线通信的技术标准、业务等，同时也负责登记、公布、调整会员国使用的无线频率，并发表相应的建议书。(3)ITU-D：电信发展部门，负责组织和协调技术合作及援助活动，以促进电信技术在全球的发展。ITU-T主要负责电信标准的研究和制定，是最为活跃的部门。其具体的标准化工作由ITU-T相应的研究组SG(study group)来完成。目前，ITU-T的标准化过程已大大加快，从以前的平均410年形成一个标准，缩短到912个月。ITU-T制定并被广泛使用的著名标准有：局间公共信道信令标准SS7，综合业务数字网标准ISDN，电信管理网标准TMN，光传输体制标准SDH、多媒体通

5、信标准H.323系列等。2ISO ISO(International Organization for Standardization国际标准化组织)，是一个专门的国际标准化组织，正式成立于1947年。它的总部设在瑞士日内瓦，是联合国的甲级咨询组织，并和100多个国家标准化组织及国际组织就标准化问题进行合作。ISO的宗旨是“促进国际间的相互合作和工业标准的统一”。ISO制定的信息通信领域最著名的标准/建议有开放系统互连参考模型OSI/RM、高级数据链路层控制协议HDLC等。3IAB IAB(Internet Architecture Board)即Internet结构委员会，主要任务是负责设计

6、、规划和管理Internet，其工作重点是TCP/IP协议族及其扩充。1992年，一个完全中立的专业机构ISOC(Internet Society，Internet协会)成立,其主要目标是推动Internet在全球的发展，为Internet标准工作提供财政支持、管理协调，举办研讨会以推广Internet的新应用和促进各种Internet团体、企业和用户之间的合作。ISOC成立后，IAB的工作转入到ISOC的管理下进行。IAB由IETF和IRTF两个机构组成。(1)IETF(Internet Engineering Task Force)：负责制定Internet相关的标准。现在IETF有12个

7、工作组，每个组都有自己的管理人。(2)IRTF(Internet Research Task Force):负责Internet相关的长期研究任务。IRTF是一个规模较小的、不太活跃的工作组，其研究领域没有进一步划分。IETF制定的标准有用于Internet的网际通信协议TCP/IP协议族，以及目前正在制定的下一代IP骨干网通信协议MPLS。目前，由于IP已成为未来网络事实上的标准，世界上的其他标准化机构如ITU-T也在向IP靠拢，参与制定一些IP标准，促使IP成为下一代通信网的统一标准。但主要的工作仍由IETF主导。第二章 传送网2.1 传输介质2.2 多路复用2.3 SDH传送网2.4 光

8、传送网2.1 传传 输输 介介 质质一一.基本概念基本概念 所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。1865年，英国物理学家麦克斯韦(James Clerk Maxwell)首次预言电子在运动时会以电磁波的形式沿导体或自由空间传播。1887年，德国物理学家赫兹通过实验证明了麦克斯韦电磁场理论的正确性，该理论奠定了现代通信的理论基础。二.传输介质的分类:传输介质分为有线介质和无线介质两大类。在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制导，因此可认为是

9、在自由空间传输。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。1双绞线双绞线 双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。通常人们将多条双绞线放在一个护套中组成一条电缆。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰，扭绞得越紧密抗干扰能力越好。与其他有线介质相比，双绞线是最便宜和易于安装使用的，其主要的缺点是串音会随频率的升高而增加，抗干扰能力差，因此复用度不高，其带宽一般在1 MHz范围之内，传输距离约为24 km，通常用作电话用户线和局域网传输介质，在局域网范围内传输速率可达100 Mb/s，但其很难用于宽带通信和长途传输线路。2同轴电缆同轴电缆 同轴电缆是贝尔实验

10、室于1934年发明的，最初用于电视信号的传输，它由内、外导体和中间的绝缘层组成，内导体是比双绞线更粗的铜导线，外导体外部还有一层护套，它们组成一种同轴结构，因而称为同轴电缆。由于具有特殊的同轴结构和外屏蔽层，同轴电缆抗干扰能力强于双绞线，适合于高频宽带传输，其主要的缺点是成本高，不易安装埋设。目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网。图2.2 同轴电缆物理结构3光纤光纤 光纤是一种很细的可传送光信号的有线介质，它可以用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成。目前使用的光纤多为石英光纤，它以纯净的二氧化硅材料为主。光纤也是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包层由两种折射率不

11、同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信号在纤芯中传输,包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。图2.3 光纤的物理结构 与传统铜导线介质相比,光纤主要有以下优点：(1)大容量(2)体积小、重量轻(3)低衰减、抗干扰能力强。4无线介质无线介质 1)无线电 无线电又称广播频率,其工作频率范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。其优点是无线电波易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。缺点是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。

12、所有的无线电波易受外界电磁场的干扰。该频段主要用于公众无线广播、电视发射、无线专用网等领域。2)微波 微波指频段范围在300 MHz30 GHz的电磁波，因为其波长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范围内，具体由地理条件、气候等外部环境决定。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。微波通信适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂窝移动通信系统，卫星通信也可归入为微

13、波通信的一种特殊形式。3)红外线红外线 红外线指10121014Hz范围的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。由于红外线无法穿越障碍物，也不会产生微波通信中的干扰和安全性等问题，因此使用红外传输，无需向专门机构进行频率分配申请。红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。2.2 多多 路路 复复 用用2.2.1 基带传输系统基带传输系统 基带传输系统是指在短距离内直接在传输介质上传输模拟基带信号的系统。前面介绍的各种媒介中，只有双绞线可以直接传输基带信号。电信网中，只在传统电话用户线上采用该方式。这里

14、的基带特指话音信号占用的频带(3003400 Hz)。另外由于设备的简单性，在局域网中基带方式也被广泛使用。基带传输的优点是线路设备简单；缺点是传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。2.2.2 频分复用传输系统频分复用传输系统 频分复用传输系统是指在传输介质上采用FDM技术的系统，FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用。ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如

15、下：为每路话音信号提供4 kHz的信道带宽，其中3 kHz用于话音，两个500 Hz用于防卫频带，12路基带话音信号经调制后每路占用60108 kHz带宽中的一个4 kHz的子信道。这样12路信号构成的一个单元称为一个群。在电话通信的FDM体制中，五个群又可以构成一个超群Supergroup，还可以构成复用度更高的主群Mastergroup。图2.5 FDM原理示意图(a)FDM信道划分；(b)FDM系统示意图 FDM传输系统主要的缺点是：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，由于难以集成，因此工作的稳定度也不高。另外由于计算机难以直接处理模拟信号，导致在传输链路和节点之间

16、过多的模数转换，从而影响传输质量。目前FDM技术主要用于微波链路和铜线介质上，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。2.2.3 时分复用传输系统时分复用传输系统 时分复用传输系统是指在传输介质上采用TDM技术的系统，TDM将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。它是一种数字复用技术，TDM中多路信号以时分的方式共享一条传输介质，每路信号在属于自己的时间片中占用传输介质的全部带宽。国际上主要的TDM标准有北美地区使用的T载波方式，一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544 Mb/s；国际电联标准E载波方式，一次群信号E

17、1每帧32时隙,速率为2.048 Mb/s，两者相同之处在于都采用8000 Hz频率对话音信号进行采样，因此每帧时长都是125 s。图2.6 TDM原理示意图(a)TDM信道划分；(b)TDM系统示意图 相对于频分复用传输系统，时分复用传输系统可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，以及更高的带宽利用率。它已成为传输系统的主流技术，目前主要有两种时分数字传输体制：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。2.2.4 波分复用传输系统波分复用传输系统 波分复用传输系统是指在光纤上采用WDM(Wavelength Division Multiplexing)技术的系统。

18、WDM本质上是光域上的频分复用(FDM)技术，为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，WDM将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率(或波长)，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同波长的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些由不同波长光载波信号组成的光信号分离开来。由于不同波长的光载波信号可以看作是互相独立的(不考虑光纤非线性时)，在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。WDM系统按照工作波长的波段不同可以分为两类：粗波分复用(Coarse WDM)和密集波分复用(Dense WDM)。最初的WDM系统由于技术的限制，

19、通常一路光载波信号就占用一个波长窗口，最常见的是两波分复用系统(分别占用1310 nm和1550 nm波长)，每路信号容量为2.5 Gb/s，总共5 Gb/s容量。由于波长之间间隔很大(通常在几十纳米以上)，故称粗波分复用。现行的DWDM只在1550 nm窗口传送多路光载波信号。由于这些WDM系统的相邻波长间隔比较窄(一般在0.82 nm之间)，且工作在一个窗口内的各路信号共享EDFA光放大器，为了区别于传统的WDM系统，人们称这种波长间隔更紧密的WDM系统为密集波分复用系统。由于DWDM光载波的间隔很密，因此必须采用高分辨率波分复用器件来选取，如平面波导型或光纤光栅型等新型光器件，而不能再利

20、用熔融的波分复用器件。DWDM技术主要有以下优点：(1)可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长途传输的成本；(2)WDM对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的业务信号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于业务层信号来说，WDM的每个波长与一条物理光纤没有分别。(3)在网络扩充和发展中，WDM是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务(如CATV、HDTV和B-ISDN等)的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。2.2.5 PDH系统简介系统简介

21、1简介简介 PDH(Psynchronous Digital Hierarchy)是一种异步复用方式，多个PCM的一次群信号可逐步复用为二次群、三次群，最高可达五次群信号。其主要缺点如下：(1)标准不统一，存在三种标准，且互不兼容；(2)面向点到点的传输，组网的灵活性不够；(3)低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用；(4)帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。2帧结构帧结构 在PCM30/32系统中，一帧由32个时隙组成，每个用户占一个指定的时隙(TS：Time Slot)，通信时用户在自己的时隙轮流传送8位码组一次，重复周期为125 s(每秒8000次),因此一

22、次群的传输速率为3288000=2048 kb/s。2.3 SDH传送网传送网一一.简介简介 SDH是ITU-T制定的，独立于设备制造商的NNI（网络节点接口）间的数字传输体制接口标准(光、电接口)。它主要用于光纤传输系统，其设计目标是定义一种技术，通过同步的、灵活的光传送体系来运载各种不同速率的数字信号。这一目标是通过字节间插(Byte-Interleaving)的复用方式来实现的，字节间插使复用和段到段的管理得以简化。SDH主要有如下三个优点：1)标准统一的光接口 SDH定义了标准的同步复用格式，用于运载低阶数字信号和同步结构，这极大地简化了不同厂商的数字交换机以及各种SDH 网元之间的接

23、口。SDH也充分考虑了与现有PDH体系的兼容，可以支持任何形式的同步或异步业务数据帧的传送。2)采用同步复用和灵活的复用映射结构3)强大的网管功能 SDH帧结构中增加了开销字节(Overhead)，依据开销字节的信息，SDH引入了网管功能，支持对网元的分布式管理，支持逐段的以及端到端的对净负荷字节业务性能的监视管理。二.帧结构帧结构 1整体结构整体结构 SDH帧结构是实现SDH网络功能的基础，为便于实现支路信号的同步复用、交叉连接和SDH层的交换，同时使支路信号在一帧内的分布是均匀的、有规则的和可控的。SDH帧结构与PDH一样，也以125 s为帧同步周期，并采用了字节间插、指针、虚容器等关键技

24、术。SDH系统中的基本传输速率是STM-1(155.520 Mb/s)，其他高阶信号速率均由STM-1的整数倍构造而成，例如 STM-4(4STM-1=622.080 Mb/s)，STM-16(4STM-4=2488.320 Mb/s)等。表表2.2 SDH的信号等级的信号等级帧结构高阶信号均以STM-1为基础，采用字节间插的方式形成，其帧格式是以字节为单位的块状结构。STM-1由9行、270列字节组成，STM-N则由9行、270N列字节组成。STM-N帧的传送方式与我们读书的习惯一样，以行为单位，自左向右，自上而下依次发送，图2.9是STM-1的帧格式示意图。图2.9 STM-1帧结构示意图

25、每个STM帧由段开销SOH(Section Overhead)、管理单元指针(AU-PTR:Administrative Unit Pointer)和 STM净负荷(Payload)三部分组成。其中，段开销用于SDH传输网的运行、维护、管理和指配(OAM&P),它又分为再生段开销(R SOH)和复用段开销(M SOH)，它们分别位于SOH区的13行和59行。段开销是保证STM净负荷正常灵活地传送必须附加的开销。管理单元指针AU-PTR则用于指示STM净负荷中的第一个字节在STM-N帧内的起始位置，以便接收端可以正确分离STM净负荷，它位于RSOH和MSOH之间，即STM帧第4行的19列。STM

26、净负荷是存放要通过STM帧传送的各种业务信息的地方，它也包含少量用于通道性能监视、管理和控制的通道开销POH。通道开销POH主要用于端到端的通道管理，支持的主要功能有通道的性能监视、告警指示、通道跟踪、净负荷内容指示等。SDH系统通过POH可以识别一个VC,并评估系统的传输性能。2.3.5 SDH传送网的结构传送网的结构 按地理区域来分割，现阶段我国SDH传送网分为四个层面：省际干线网、省内干线网、中继网、用户接入网。1省际干线网省际干线网 在主要省会城市和业务量大的汇接节点城市装有DXC4/4，它们之间用STM-4、STM-16、STM-64高速光纤链路构成一个网孔型结构的国家骨干传送网。2

27、省内干线网省内干线网 在省内主要汇接节点装有DXC4/4或DXC4/1,它们之间用STM-1、STM-4、STM-16高速光纤链路构成网状或环型省内骨干传送网结构。3中继网中继网 中继网指长途端局与本地网端局之间，以及本地网端局之间的部分。对中等城市一般可采用环型结构，特大和大城市则可采用多环加DXC结构组网。该层面主要的网元设备为ADM、DXC4/1，它们之间用STM-1、STM-4光纤链路连接。4用户接入网用户接入网 该层面处于网络的边缘，业务容量要求低，且大部分业务都要汇聚于端局，因此环型和星型结构十分适合于该层面。使用的网元主要有ADM和TM。提供的接口类型也最多，主要有STM-1、S

28、TM-4，PDH体制的2M、34M或140M接口等。2.4 光光 传传 送送 网网2.4.1 背景背景 20世纪90年代以来，SDH/SONet已成为传送网络主要的底层技术。它的优点是：技术标准统一，提供对传送网的性能监视、故障隔离、保护切换，以及理论上无限的标准扩容方式。其缺点主要是：SDH/SONet的体系结构是面向话音业务优化设计的，采用严格的TDM技术方案，对于突发性很强的数据业务，带宽利用率不高。随着Internet上各种宽带业务的应用，未来带宽需求的增长几乎是爆炸性的。因此，需要一种新型的网络体系，它能够使运营商根据业务需求的变更灵活地进行网络带宽的扩充、指配和管理。基于DWDM技

29、术的OTN正是为满足未来NGN的需求而设计的。OTN与SDH/SONet传送网主要的差异在于复用技术不同，但在很多方面又很相似，比较而言，OTN有以下主要优点：(1)DWDM技术使得运营商随着技术的进步，可以不断提高现有光纤的复用度，在最大限度利用现有设施的基础上，满足用户对带宽持续增长的需求。(2)由于DWDM技术独立于具体的业务，同一根光纤的不同波长上接口速率和数据格式相互独立，使得运营商可以在一个OTN上支持多种业务。OTN可以保持与现有SDH/SONet网络的兼容性。(3)SDH/SONet系统只能管理一根光纤中的单波长传输，而OTN系统既能管理单波长，也能管理每根光纤中的所有波长。(

30、4)随着光纤的容量越来越大，采用基于光层的故障恢复比电层更快、更经济。2.4.2 OTN的分层结构的分层结构 OTN是在传统SDH网络中引入光层发展而来的。光层负责传送电层适配到物理媒介层的信息，它被细分成三个子层，由上至下依次为：光信道层、光复用段层、光传输段层。1.光信道层负责为来自电复用段层的各种类型的客户信息选择路由、分配波长，为灵活的网络选路安排光信道连接，处理光信道开销，提供光信道层的检测、管理功能，并在故障发生时，它还支持端到端的光信道(以波长为基本交换单元)连接，在网络发生故障时，执行重选路由或进行保护切换。2.光复用段层是保证相邻的两个DWDM设备之间的DWDM信号的完整传输

31、的，为波长复用信号提供网络功能。该段层功能主要包括：为支持灵活的多波长网络选路重新配置光复用段功能；为保证DWDM光复用段适配信息的完整性进行光复用段开销的处理；光复用段的运行、检测、管理等功能。3.光传输层为光信号在不同类型的光纤介质上提供传输功能，同时实现对光放大器和光再生中继器的检测和控制等功能。2.4.3 OTN的帧结构的帧结构 1数字封包数字封包 OTN专门引入了一个光信道层，在该层采用数据封包(Digital Wrapper)技术将每个波长包装成一个数字信封,每个数字信封由三部分组成。(1)开销部分(Overhead)：位于信封头部，装载开销字节。利用开销字节，OTN节点可以通过网络传送和转发管理、控制信息、执行性能监视，以及其他可能的基于每波长的网络管理功能。(2)FEC部分：位于信封尾部，执行差错的检测和校正，通过最大限度地减少差错，FEC在扩展光段的距离、提高传输速率方面扮演了关键的角色。(3)净负荷部分：承载现有的各种网络协议数据包，而无需改变它们，因此OTN是独立于协议的。