第1章 通信网概述.ppt

通信网络技术 主讲 孙晓玲 联系方式 Mobilemail sunxl 本课程主要内容 通信网概述电话网广域数据网互联网传送网接入网数字同步网和时间同步网公共信道信令网和IP信令网网络管理通信网理论分析 本章参考书目 纪越峰编著北京邮电大学出版社 唐宝民王文鼐等编人民邮电出版社 第1章通信网概述 1 1通信网的分类1 2常见的通信网络1 3通信网的体系结构 1 1 1通信网的3个组成部分用户终端传输系统交换系统 1 1通信网的分类 用户终端 贝尔和他发明的电话 2002年6月16日 美国国会承认了1860年梅乌奇在纽约展示 电话 这一历史 并把贝尔赶下了电话发明者的位子 用户终端 摇把电话 1949年 500 台式电话 按键电话 用户终端 莫尔斯和电报机 用户终端 1843年 亚历山大 贝恩发明了传真机 用户终端 1946年2月14日 第一台电子计算机问世 它由17468个电子管 6万个电阻器 1万个电容器和6千个开关组成 重达30吨 占地160平方米 耗电174千瓦 耗资45万美元 传输系统 OMS 155C局端插卡SDH光传输系统 交换系统 早期的人工电话交换机 它能为50家电话用户提供服务 交换系统 1 1通信网的分类 1 1 2按网络所有权的性质分类通信网是在用户之间提供通信功能的网络 是信息化社会的基础设施 通信网分为公用网 专用网和虚拟专用网 1 1 3根据子网的功能分类早期的公用通信网仅包括电话网和电报网 随着通信技术的发展 通信网的类型以及通过通信网向公众提供的电信业务的类型不断增加 服务质量不断提高 通信网具有各种不同的类型 根据子网的功能可以分为业务网 传送网和支撑网 业务网是指向公众提供电信业务的网络 包括固定电话网 移动电话网 互联网 IP电话网 数据通信网 智能网 窄带综合业务数字网 N ISDN 宽带综合业务数字网 B ISDN 等传送网是指数字信号传送网 包括骨干传送网和接入网支撑网包括信令网 数字同步网和电信管理网 1 1通信网的分类 图1 1业务网 传送网和支撑网之间的关系 1 1通信网的分类 1 1 4根据子网的位置划分可以将通信网分为用户网 接入网和核心网 用户驻地网 CPN 属用户所有 核心网的作用是交换和传送 相对于核心网 接入网介于交换设备和用户之间 主要完成使用户接入到核心网的任务 由业务节点接口 SNI 和用户网络接口 UNI 之间一系列传送设备组成 1 1通信网的分类 图1 2用户网 接入网和核心网之间的关系 1 1 5其他分类方式按网络覆盖范围分类 广域网 城域网 局域网按信息信号形式分类 模拟通信网 数字通信网按网络拓扑结构分类 星型网 网状网 环型网 总线网 混合网按交换方式分 电路交换网 报文交换网 分组交换网 1 1通信网的分类 电话网互联网传送网电信支撑网 1 2常见的通信网络 1 2 1电话网 电话网是开通电话业务的一种业务网络 可以分为固定电话网和移动电话网 1 固定电话网固定电话网是采用固定终端的一种业务网络 可以分为本地网和长途网 根据服务区域的大小 传统的电话交换局可以分为一级中心 二级中心 三级中心 四级中心和五级中心 即C1 C2 C3 C4和C5 其中C1 C2 C3 C4为长途转接局 C5为端局 长途网的网络结构由一 二 三 四级长途交换中心及五级交换中心 端局 组成 1 2 1电话网 随着电话网的数字化进程的实现 C1 C2合并为一级 即DC1 C3 C4合并为一级 即DC2 我国的电话网从五级网演变为三级网 一级交换中心之间形成网状连接 为今后实现动态无级路由选择创造条件 图1 3固定电话网的结构图 1 2 1电话网 电话网经历了由模拟电话网向综合数字电话网的演变 经历了交换程控化 传输数字化的演变过程 电话交换局是电话网中的核心设备 在数字电话网中采用数字程控交换设备 每一路电话编码为64kbit s的数字信号 占据一次群中的某一时隙 在信令的控制下进行时隙交换 从而实现各个不同用户相连 补充 复用和交换的基本概念 话音数字化的过程 模拟话音 采样时钟 PAM信号 PCM信号 采样电路 量化和编码 数字化声音 补充 复用和交换的基本概念 复用 什么是复用 在一条物理线路上建立多条逻辑通信信道 同时传输若干路信号的技术叫做多路复用技术为什么要对信号进行复用 节约链路资源 提高链路利用率如何对信号进行复用 FDM WDM TDM 复用 补充 复用和交换的基本概念 补充 复用和交换的基本概念 复用 时间 标识码 统计时分复用信号 信息 1 信息 2 信息 3 信息 2 补充 复用和交换的基本概念 交换交换的含义 转接 资源的动态分配 交换机 补充 复用和交换的基本概念 交换电路交换 ABCD t 面向连接中间节点对通信信息不做处理 无差错控制措施实时交换 基于呼叫损失制固定分配带宽 资源利用率低 灵活性差 例 话机A和话机B通过一台TST交换机相连通信 话机A利用时隙Ts3发送话音信息A至TST交换机的入线In01 TST交换机对信息A进行TST交换 信息A从Out127出线在时隙Ts31从传送至话机B 补充 复用和交换的基本概念 交换报文交换 存储转发机制 链路利用率高时延较大 补充 复用和交换的基本概念 交换分组交换 基于存储转发方式 有差错控制措施基于统计时分复用方式 可以不建立连接 也可建立连接资源利用率高 共享信道有时延 实时性差 不能保证通信质量 思考题 例1 假定要在误码率P 10 6的链路上传送长度为106bit的报文 整个报文就是一个大的分组 数据率为1Mb s 若使用停止等待协议 并忽略分组首部的开销 传播时延和确认分组出错的概率 试求这个分组正确到达终点所需的平均时间 若将此报文划分为1000个1000bit长的分组 然后逐个发送到终点 试证明 所有分组正确到达终点所需的平均时间将比上面得出的时间减少约63 2 移动电话网移动电话网由移动交换局 基站 中继传输系统和移动台组成 移动交换局和基站之间通过中继线相连 基站和移动台之间为无线接入方式 移动交换局又和本地电话网中的市话局相连组成复合电话网 移动电信网可分为模拟和数字移动电话系统 正在广泛使用的是GSM数字移动电话系统 1 2 1电话网 图1 4固定电话网和移动电话网的互连 ChinaNet是中国电信公众互联网 下面以ChinaNet为例对互联网作进一步的说明 ChinaNet骨干网的拓扑结构逻辑上分为两层 即核心层和大区层 大区层主要提供大区内的信息交换以及接入网接入ChinaNet的信息通路 大区之间通信必须经过核心层 1 2 2互联网 图1 5Chinanet的国际连接 1 2 2互联网 传送网是指数字传送网络 上面谈到的各类业务网路中的各种不同的业务信号 都将以数字信号的形式通过传输网进行传输 因此 传输线路 传输设备是电信网的一项重要的基础设施 由传输线路 传输设备组成的传送网络也称为基础传送网 1 传输技术体制目前有两类速率等级信号 准同步数字系列 PDH 和同步数字系列 SDH 1 2 3传送网 PDH系统就复接的数字系列而言 分为一 二 三 四次群 其速率标准如表1 1所示 表1 1PDH时分复用系列 1 2 3传送网 SDH是在PDH的基础上发展起来的一种数字传输技术体制 它具有以下主要特点 在高速率的传输系统中 采用统一的传输标准速率 对两种不同的PDH的速率标准能够予以兼容 给网路的互连互通提供了方便 在SDH的帧结构中具有丰富的用于监控和管理的开销比特 以此为基础 增加了网路监控和管理的功能 提供了高速率的传输通道 为建立宽带通信网提供重要的基础设施 1 2 3传送网 表1 2SDH的速率等级 表1 2中的OC I为光同步网络 SONET标准 是美国采用的传输标准 SDH的传送网主要由以下设备组成 ADM 这是一种具有上下路功能的复用器TM 称为终端复用设备DXC 数字交叉连接设备 数字交叉连接设备常用DXCA B来表示 A表示输入的最高速率 B表示交叉连接的最高速率 就传输媒体而言 SDH系统以光纤为主 也可以通过数字微波系统来进行传输 1 2 3传送网 2 SDH传送网SDH传送网已经成为我国基础网的主体 就网络结构而言 SDH传送网分为4个层次 一级干线网 二级干线网 本地传输网 用户接入网 用户接入可以有多种实施的方式 有铜线接入 光纤接入 混合接入和无线接入 光纤接入是用户接入网中的重要方式 根据光网络单元的位置可以分为FTTB FTTC FTTH和FTTO等方式 其中FTTB是目前常用的一种方式 当ADM DXC演变为OADM OXC时 则上述网络演变为多级光传送网 1 2 3传送网 1 2 4电信支撑网 电信支撑网是指对电信网的正常运营起到支持作用的一类网络 包括信令网 数字同步网和电信管理网 信令网通过公共的网络传送信令信号 数字同步网提供全网同步的时钟 电信管理网则通过计算机系统对全网进行统一的管理 通过TMN可以对电信网进行5个方面的管理 其中包括故障 性能 配置 计费和安全管理 1 3通信网的体系结构 体系结构 层 协议1 3 1网络协议基本概念1 协议在通信网中通信的双方必须遵守共同的约定 在通信双方的两个实体之间一组管理数据交换的规则称为通信协议 协议是双方实体共同遵守的规则 它的主要元素如下 语法 包括数据格式 编码和信号等级 语义 包括用于协调的控制信息和差错控制 定时 包括速率匹配和排序 1 3 1网络协议基本概念 2 层 什么是 层 层 功能模块 为什么分层 各层之间相互独立 灵活性好 如何进行分层 自上而下 下层向上层提供一定的服务 上 下层之间的通信由原语实现 对等层之间的通信通过协议来实现 图1 12N 1层实体和N层服务 1 3 1网络协议基本概念 1 3 1网络协议基本概念 3 数据单元 数据单元 实体之间传送的比特组 PDU 协议数据单元 SDU 服务数据单元 PCI 协议控制信息 图1 13N层协议数据单元的形成 1 3 1网络协议基本概念 4 服务原语 原语 用于规定要执行的功能 完成该层需提供的服务 组成 提供服务的层次 原语名 原语类型 原语参数 类型 请求原语request 指示原语indication 响应原语response 证实原语confirm 图1 14原语的时序关系 1 3 1网络协议基本概念 连接建立的服务原语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网络协议基本概念 连接拆除的服务原语 N DISCONNECT request originator reason user data responding address N DISCONNECT indication originator reason user data responding address 数据传送的服务原语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网络协议基本概念 连接复位的服务原语N RESET request originator reason N RESET indication originator reason N RESET response N RESET confirm 无连接网络服务原语如表1 4所示 其中 N UNITDATA 用来发送最多为63KB字节的数据 N FACILITY 用来表示到指定的目的地端的传送特征 如分组传送到目的地的百分率 N REPORT 网络层用来向网络服务用户报告出现的问题 1 3 1网络协议基本概念 表1 4无连接网络服务原语 1 3 2OSI参考模型 原语的实现抽象的原语可以用子程序调用的方法来实现 图1 15原语的实现 1 3 1网络协议基本概念 1 3 2OSI参考模型 OSI OpenSystemInterconnection开放式系统互联ISO InternationalOrganizationforStamdardozation国际标准化组织OSI规定了一个网络协议的框架结构 它把网络协议从逻辑上分为7层 物理层 数据链路层 网络层 传送层 会话层 表示层和应用层 其中下面的3层为低层协议 提供网络服务 上面的4层为高层协议 提供末端用户功能 图1 11OSI参考模型 1 3 2OSI参考模型 1 物理层PhysicalLayer讨论在通信线路上比特流的传输问题 包括 机械特性 电器特性 功能特性 规程特性 1 3 2OSI参考模型 EIA 232是美国电子工业协会EIA制定的 DTE与TCE之间的接口标准 DTE DCE DCE 串行比特传输 信号线与控制线 用户环境 通信环境 用户设施 通信设施 DTE 信号线与控制线 用户设施 用户环境 DTE和DCE与通信传输线路相连 EIA 232的机械特性 47 04017mm EIA 232的电气特性 EIA 232的功能特性 EIA 232的规程特性 DTE A DCE A DTE B DCE B 1 保护地 2 发送数据 3 接收数据 4 请求发送 5 允许发送 6 DCE就绪 7 信号地 8 载波检测 20 DTE就绪 22 振铃指示 1 保护地 2 发送数据 3 接收数据 4 请求发送 5 允许发送 6 DCE就绪 7 信号地 8 载波检测 20 DTE就绪 22 振铃指示 网络 2 数据链路层DataLinkLayer讨论数据链路中帧流的传输问题 包括 帧的格式 类型 同步 数据链路的建立和终止 流量控制和差错控制 1 3 2OSI参考模型 3 网络层NetworkLayer处理分组在网络中的传输 包括 路由选择 网络连接的建立和终止 流量控制和差错控制 1 3 2OSI参考模型 4 传输层TransportLayer处理报文从信息源到目的地之间的传输 包括 传送连接的建立和终止 流量控制和差错控制 5 会话层SessionLayer控制用户之间的会话6 表示层PresentationLayer处理应用实体之间交换数据的语法7 应用层ApplicationLayer为应用进程提供访问OSI环境的方法 1 3 2OSI参考模型 1 3 3TCP IP协议模型 1 TCP IP协议