通信专业综合能力PPT——第4章蒋部分11.ppt

通信专业综合能力 第1章电信职业道德第2章法律法规 知识点 了解 通信科技人员的职业道德和行业道德 通信科学技术的地位和特点 熟悉 公用电信网互联管理规定 互联的原则 办法及网间结算等 掌握 中华人民共和国电信条例的相关规定 第1章电信职业道德 本章知识点为了解层次 补充思考题通信科学技术工作的职业特点有哪些 科技人员的职业道德有哪些 3页 通信科技人员职业道德的基本要求有哪些 8页 何为本位主义 如何做眼全程全网 反对本位主义 9页 第2章法律法规 2 1 4是本节的重点 要求掌握 中华人民共和国电信条例的相关规定 2 1节会考虑有简答 其次是2 2节要熟悉 公用电信网互联管理规定 互联的原则 办法及网间结算等 补充思考题 1 什么是行业的法律法规 16页 2 起草电信条例的指导原则是什么 17页 3 电信条例的立法目的 4 我国的电信管理体制是什么 18页 5 电信监管的基本原则是什么 19页 6 电信业务经营者的经营基本原则是什么 20页 7 电信业务经营者为电信用户提供服务的原则 8 电信业务许多制度 9 经营电信业务必须具备哪些条件 22页 10 电信资费标准的制定原则是什么 11 什么是电信服务质量 12 电信用户交费和查询的规定有哪些 24页 13 因企业原因影响服务的有关规定有哪些 14 保障公益电信服务的规定有哪些 25页 补充思考题 15 电信用户申诉及其受理的规定有哪些 16 经营者不当行为的规定有哪些 17 电信建设行业管理的重点有哪些 25页 18 什么是电信设备 电信设备进网许可制度有哪些 27页 19 扰乱电信市场的行为有哪些 20 电信用户通信自由的规定有哪些 21 什么是电信法律责任 28页 补充思考题 第4章现代通信技术 4 1交换技术4 2光纤通信技术4 3卫星通信技术 教学要求了解 卫星通信技术 掌握 电信交换 光纤通信技术 4 1交换技术 一 基本概念通信的目的是在信息的源和目的之间传送信息 这个源和目的对应的就是各种通信终端 比如两个人要想通话 最简单的就是各自拿两个话机 用一条通信线路连接起来就可实现通话 如图4 1 a 所示 同样 两个 人要想传送文件 可各自使用一台计算机 通过串口线经RS232接口连接起来 实现信息的传送 如图4 1 b 所示 这种点到点的通信方式的系统构成如图4 1 c 所示 图4 1点对点通信的实例 当存在多个终端 而且希望它们中的任何两个都可以进行点对点的通信时 最直接的方法是把所有终端两两相连 这样的连接方式称为全互连式 但这样需要的连线数为条 我们以五部电话机的连接为例 五个用户要两两都能通话 则需要总电路数为10条 如图4 2 a 所示 当终端数目较少 地理位置相对集中时还可以采用这种全互联式 如果用户数量增多 全互连式需要的电路数量会增多 用在线路方面的投资也随着增加 如10000个用户 则需要万条电路 除此之外 这种方式在每次通话时还要考虑对方终端的连接情况 是否与自己的连线相连 同时 若新增一个终端 则需要与前面已有的所有终端进行连线 工程浩大 在实际操作中没有可行性 为了解决这一问题 我们很自然地想到在用户密集的中心安装一个设备 把每个用户的电话机或其他终端设备都用各自专用的线路连接在这个设备上 此设备相当于一个开关接点 平时处于断开状态 当任意两个用户之间交换信息时 该设备就把连接这两个用户的有关节点合上 这时两用户的通信线路连通 当两用户通信完毕 才把相应的节点断开 两用户之间的连线就断开 由于该设备的作用主要是控制用户之间连接的通断 类似于普通的开关 所以称其为交换设备 或交换节点 在英文中就称其为 switch 交换技术就称为 switchbtechnology 我们同样以六部电话机的连接为例 采用交换设备连接 仅需要六条电路 如图4 2 b 所示 图4 2用户间连接图 图4 2 b 中 用户环线 简称用户线 是指用户到交换机之间的连线 用户间通过交换设备连接能使多个终端的通信成为可能 2 交换的概念所谓交换 就是在通信网上 负责在通信的源和目的终端之间建立通信信道传送通信信息的机制 多个交换节点组成的电话交换网见图4 3所示 图4 3中 中继线是指交换机与交换机之间的连线 这里所说的通信网 是指由一定数量的节点 包括交换设备和终端设备 和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起 以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系 图4 3多个交换节点组成的电话交换网 面向连接和无连接 根据网络传递用心信息时是否预先建立源端到目的端的链接 可以将网络使用的交换技术分为两类 面向连接型和无连接型 使用相应交换技术的网络也依次称为面向连接型网络和无连接型网路 在面向连接型的网络中 两个通信节点间典型的一次数据交换过程包含3个阶段 连接建立 数据传输和连接释放 其中连接建立和连接释放阶段传递的是控制信息 用户信息则在数据传输阶段传输 3个阶段中最复杂和最重要的阶段是连接建立 在无连接的网络中 数据传输前 不需要在源端和目的地之间预先建立通信连接 就可以直接通信 面向连接方式适用于大批量 可靠的数据传输业务 但网络控制机制复杂 无连接方式控制机制简单 适用于突发性强 数据量少的数据传输业务 4 1 2业务特点 1 信息相关程度不同数据通信的比特差错率必须控制在10 8语言通信比特差错率可到10 3 2 时延要求不同 3 信息突发率不同 4 1 3 电信网交换方式的分类 所谓交换方式是指对应于各种传输模式 交换机为完成其交换功能所采用的互通 Intercommunication 技术 交换方式主要分为两类 1 电路交换方式 或线路交换方式 网络节点内部完成对通信线路 在空间或时间上 的连通 为数据传输提供专用的 或物理的 传输通路 即物理连接 物理连接是指用户通信过程中 无论用户有无信息传送 交换网络始终按照预先分配的物理带宽资源保持其专用的接续通路 2 存储 转发交换方式 或信息交换方式 网络节点运用程序方法先将途经的数据流按传输单元接收并存储下来 然后 选择一条合适的链路将它转发出去 在逻辑上为数据传输提供了传输通路 即逻辑连接 逻辑连接是指只有在用户有信息传送时 才按需分配物理带宽资源 提供接续通路 因此逻辑连接也称为虚连接 存储 转发交换方式又分为报文交换和分组交换 图4 4所示为主要的交换方式分类 下面主要介绍电路交换 分组交换和ATM交换等典型的交换技术的工作原理和特点 图4 4交换方式分类 一 电路交换 1 电路交换的基本过程电路交换又称为线路交换 它是以接通电路为目的的交换方式 电话网中就是采用电路交换方式 我们以打一次电话来体验这种交换方式 打电话时 首先是摘起话机 交换机送来拨号音 听到拨号音后开始拨号 拨号完毕 交换机就知道了要和谁通话 并为双方建立一个连接 于是双方进行通话 等一方挂机后 交换机就把双方的线路断开 为双方各自开始一次新的通话做好准备 因此 我们可以体会到 电路交换的动作 就是在通信时建立 即连接 电路 通信完毕时拆除 即断开 电路 如图4 5所示 因此 我们可以说 电路交换就是当终端之间通信时 一方发起呼叫 独占一条物理线路 在整个通信过程中双方一直占用该电路 通信完毕时断开电路的过程 图4 5电路交换 整个电路交换的过程包括建立线路 占用线路并进行数据传输 释放线路三个阶段 电路交换的特点 独占性 建立线路之后 释放线路之前 即使站点之间无任何数据可以传输 整个线路仍不允许其它站点共享 因此线路的利用率较低 并且容易引起接续时的拥塞 实时性好 一旦线路建立 通信双方的所有资源 包括线路资源 均用于本次通信 除了少量的传输延迟之外 不再有其它延迟 具有较好的实时性 线路交换设备简单 不提供任何缓存装置 用户数据透明传输 要求收发双方自动进行速率匹配 电路交换最大的缺点就是电路利用率低 带宽固定不灵活 通信过程中始终独占一条信道 以电话通信中的电路交换为例 电路接通后 讲话的双方总是一个在听 一个在说 电路空闲时间大约是50 如果考虑说话过程中的停顿 那么空闲时间还要更多 有统计数据表明 电路交换的电路利用率只有36 左右 因此 电路交换比较适用于信息量大 长报文 恒定速率的语音用户之间的通信 电路交换经历了人工交换 机电式自动交换 程控交换三个阶段 2 多速率电路交换和快速电路交换 1 多速率电路交换电路交换建立的连接通路通常只有一种传输速率 例如64Kbit s 为了适应多种业务的需要 例如较高带宽的业务 可以采用多速率电路交换 也就是将几条连接捆绑起来供用户使用 虽然多速率电路交换可以根据业务需要提供不同的带宽 但是其速率类型极其有限 仅限于某个基本速率 例如8Kbit s 的整数倍 无法满足业务多样性的需要 而且交换机的实现比较复杂 成本将显著增加 因而并没有得到实际应用 2 快速电路交换为了克服电路交换固定分配带宽的缺点 改善对不同业务需求的适应性 在 1982年人们提出了快速电路交换技术 其基本思想是只在信息要求传送时才分配带宽和有关资源 在呼叫建立时 要求通路上的交换节点分配并 记忆 所需的带宽和去向 但并不占用该带宽 称为逻辑连接 当用户发送信息时 交换机才通过呼叫标识确定并激活该逻辑连接 形成物理连接 虽然快速电路交换提高了带宽利用率 但控制复杂 时延和呼损比通常的电路交换大 灵活性又比不上下面所述的存储 转发交换方式 因此也未得到实际应用 二 存储 转发交换 由于电路交换的资源利用率低 不同类型的用户间不能直接互通 灵活性差 所以又发展了存储 转发交换方式 存储 转发交换分为报文交换和分组交换 下面分别加以讨论 1 报文交换报文交换的基本思想就是 存储 转发 当用户的报文到达交换机时 先将报文存储在交换机的存储器中 内存或外存 当所需要的输出电路有空闲时 再将该报文发向接收交换机或用户终端 在报文交换方式中是以报文为单位接收 存储和转发信息 为了准确地实现转发报文 一份报文应包括以下三个部分 1 报头或标题 它包括发信站地址 终点收信地址和其他辅助控制信息等 2 报文正文 传输用户信息 3 报尾 表示报文的结束标志 若报文长度有规定 则可省去此标志 报文交换的基本过程报文交换方式的基本过程如图4 6所示 图4 6报文交换工作原理图 报文交换的基本思想就是 存储 转发 假定用户甲有报文A B和C要发往乙用户时 甲用户不需要先接通乙用户之间的电路 而是先与连接甲的一中间节点 交换机 接通 将报文A B和C先存储下来 然后 分析报文提供的乙地址信息 根据地址信息接通下一个中间节点后 将报文A B和C转发出去 如此进行下去直到将数据报文A B和C发往乙用户 报文交换的优缺点报文交换的主要优点有 1 可使不同类型的终端设备之间相互进行通信 因为报文交换机具有存储和处理能力 可对输入输出电路上的速率和编码格式进行变换 2 在报文交换的过程中没有电路接续过程 来自不同用户的报文可以在同一条线路上以报文为单位实现时分多路复用 线路可以以它的最高传输能力工作 大大提高了线路利用率 3 用户不需要叫通对方就 可以发送报文 所以无呼损 并可以节省通信终端操作人员的时间 同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点 报文交换方式的主要缺点有 1 信息的传输时延大 而且时延的变化也大 2 要求报文交换机有高速处理能力 且缓冲存储器容量大 因此交换机的设备费用高 可见 报文交换不利于实时通信 它适用于公众电报和电子信箱业务 2 分组交换 分组交换也称包交换 是以信息分发为目的 把从输入端进来的数据按一定长度分割成若干个数据段 这些 数据段叫做分组 或包 并且在每个信息分组中增加信息头及信息尾 表示该段信息的开始及结束 此外还要加上地址域和控制域 用以表示这段信息的类型和送往何处 还要加上错误校验码以检验传送中发生的错误 然后由交换机根据每个分组的地址标志 在网中以 存储一转发 的方式传到目的地 最后去掉控制信息 将分组还原成发端文件 交给收信端用户 这一过程称为分组交换 图4 7为分组示意图 图4 7分组示意图 虽然分组交换也采用存储 转发机制 但是它和报文交换的不同之处在于 分组交换发送和接收的是由报文分割为若干较小的分组 而报文交换发送和接收的是整个报文 由于以较小的分组为单位进行传输和交换 所以分组交换比报文交换的速度快 1 分组交换的基本过程 在分组交换方式中 分组是被交换处理和传送处理的对象 但是 接入分组交换网的用户终端有两类 分组型终端和非分组型终端 一般终端 前者能按照分组格式收发信息 后者必须在分组网内配置具有分组装拆功能的分组装拆设备 PAD 使不同类型的用户终端可以互通 图4 8分组交换的工作原理 分组交换的工作原理如图4 8所示 假设分组交换网有3个交换节点 分组交换机1 2 3 图中画出A B C D4个数据用户终端 其中B和C为分组型终端 A和D为非分组型终端 即一般终端 分组型终端以分组的形式发送和接收信息 而一般终端发送和接收的是报文 所以报文要由分组拆装设备PAD将其拆成若干个分组 以分组的形式在 网中传输和交换 若接收终端为一般终端 则由PAD将若干个分组重新组装成报文再送给一般终端 图4 8中存在两个通信过程 分别是非分组型终端A和分组型终端C之间的通信 以及分组型终端B和非分组型终端D之间的通信 非分组型终端A发出带有接收端C地址的报文 分组交换机1将此报文拆成两个分组 存入存储器并进行路由选择 决定将分组1C直接传给分组交换机2 将分组2C先传给分组交换机3 再由交换机3传给分组交换机2 最后由分组交换机2将两个分组排序后送给接收终端C 由于C是分组型终端 因此在交换机2中不必经过PAD 直接将分组送给终端C 图中另一个通信过程是 分组型终端B发送的数据是分组 在交换机3中不必经过PAD 三个分组经过相同路由 传输 由于接收终端为一般终端 所以在交换机2中由PAD将三个分组组装成报文送给一般终端D 2 分组交换工作方式分组交换可提供数据报和虚电路两种工作方式 1 数据报方式 数据报中每一个分组都带有完整的目的站地址 独立地进行路由选择 同一终端送出的不同分组可以沿着不同的路径到达终点 在网络终点 分组的顺序可能不同于发端 需要重新排序 它的差错控制和流量控制由主机完成 图4 9为数据报方式原理图 图中假设分组网有6个节点1 6 有3个数据用户站A C 假设A站有3个分组的报文要传送到C站 先将分组1 2 3一连串地发给节点1 节点1在收到分组后 必须对每个分组进行路由选择 在分组1到来后 若节点1得知去节点2方向的分组队列短于去节点4的 于是将分组1发往去节点2方向的队列 若分组2也是如此 但对于分组3 节点1发现此刻去节点4的分组队列最短 因此 将分组3发往去节点4的分组队列中 在通往C站路径的各节点上 都作类似的处理 从图中还可以看出 虽然每个分组都有同样的终点地址 但并不遵循同一路由 因而它们的时延也不同 图4 9数据报方式原理图 数据报有以下特点 1 数据报传送协议简单 2 数据报传送不需建立连接 3 数据报分组到达终点的顺序可能不同于发端 需重新排序 4 数据报各分组的传输时延差别可能较大 2 虚电路方式 虚电路方式是两个用户终端设备在开始互相传输数据之前必须通过网络建立一条逻辑上的连接 称为虚电路 一旦这种连接建立以后 用户发送的数据 以分组为单位 将通过该路径按顺序通过网络传送到终点 当通信完成之后 用户发出拆链请求 网络拆除连接 图4 10为虚电路方式原理图 它表示在虚电路建立阶段每个节点根据当时逻辑信道忙闲情况 选择一条空闲的逻辑信道 多段逻辑信道链接起来构成一条端到端的虚电路 图4 25中数据终端站点A与数据用户站点B建立的虚电路在节点1与节点2之间使用逻辑信道1 在节点2与节点3之间使用逻辑信道2 在节点3与节点4之间使用逻辑信道4 虚电路的特点如下 1 一次通信具有呼叫建立 数据传输和呼叫清除3个阶段 对于数据量较大的通信 传输效率高 2 收发之间的路由在数据传送之前已被决定 不必为每个分组选择路由 分组只根据虚电路号就可在网中传输 3 分组按次序到达接收端 终点不需对分组重新排序 4 差错控制与流量控制由网络负责 图4 10虚电路方式原理图 分组交换的优缺点分组交换的主要优点有 1 线路利用率高 分组交换以虚电路的形式进行信道的多路复用 实现资源共享 可在一条物理线路上提供多条逻辑信道 极大地提高线路的利用率 这是分组交换的一个主要优点 2 不同种类的终端可以相互通信 分组网以X 25协议向用户提供标准接口 数据以分组为单位在网络内存储转发 使不同速率终端 不同协议的设备经网络提供的协议变换功能后实现互相通信 3 信息传输可靠性高 网络中的每个分组进行传输时 在节点交换机之间采用差错校验与重发的功能 因而在网络中传送的误码率大大降低 而且在网络内发生故障时 网络中的路由机制会使分组自动地选择一条新的路由避开故障点 不会造成通信中断 4 分组多路通信 由于每个分组都包含有控制信息 所以 分组型终端可以同时与多个用户终端进行通信 可把同一信息发送到不同用户 5 计费与传输距离无关 网络计费按时长 信息量计费 与传输距离无关 特别适合那些非实时性而通信量不大的用户 分组交换的主要缺点有 1 信息传输效率较低 实现分组交换传输 由于网络附加的传输控制信息较多 特别是对较长的报文来说 分组交换的信息传输效率不如电路交换高 2 实现技术复杂 分组交换机要对各种类型的 分组 进行分析处理 所需实现设备比较复杂 3 信息传输时延大 由于分组信息在传输过程中需要排队等待 其时延是随机的 因而分组交换的时延比电路交换的时延大很多 3 快速分组交换 帧中继 早期的分组交换均采用逐段链路的差错控制和流量控制 数据帧传送出现差错时可以重发 传送质量有保证 可靠性高 但由于协议和控制复杂 信息传送时延长 只能用于非实时的数据业务 快速分组交换 fastpacketswitching FPS 的思想是尽量简化协议 使其只包含最基本的核心网络 功能 此时网络不再提供差错校正功而将此功能交由终端去完成 以实现高速 高吞吐量 低时延的交换传送 典型的快速分组交换方式就是帧中继 FrameRelay FR 传统分组交换包含物理层 链路层和分组层三层 对应于OSI七层结构的下三层 每一层都有其特定的功能 其中分组层传送的数据单元称为分组 链路层传送的数据单元称为帧 帧中继技术是分组交换的升级技术 它取消了分组层 是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种技术 帧中继交换机仅完成物理层和数据链路层核心层的功能 将流量控制 纠错控制等留给终端去完成 帧中继的功能就好像是为数据帧的传送提供了一条透明的中继通路 由此得名为帧中继 帧中继技术大大简化了节点机之间的协议 缩短了传输时延 提高了传输效率 4 ATM交换 ATM是异步转移模式 AsynchronousTransferMode 的英文缩写 是在分组交换技术上发展起来的快速分组交换技术 被认为是目前已知的一种最适合于宽带综合业务数字网 B ISDN 的交换方式 ATM交换可以说是快速分组交换和快速电路交换的结合 首先它是一种快速分组交换技术 但是和帧中继不同的是 帧中继的帧长是可变的 ATM交换的数据单元长度是固定的 称为信元 cell 实际上信元就是长度固定为53个字节的短分组 其中开头5个字节称为信头 header 放置信元本身的控制信息 其余48个字节称为净荷 payload 即用户需传送的具体信息 信息类型可以是语音 视频 数据 文本等任意形式 也就是说 信元是所有媒体信息的统一载体 ATM交换是信元中继 属于虚电路交换方式 在传送信息之前必须先建立虚连接 ATM的异步交换原理 在讨论ATM交换技术时 首先回顾异步时分复用 统计时分复用 的原理 再介绍ATM的异步交换原理 1 异步时分复用传统的以电路交换为基础的传递模式中 常采用时分复用 TDM 技术 其基本方法是将时间按一定的周期分成若干个时隙 每个时隙携带用户数据 在连接建立后 用户会固定地占用每帧中固定的一个或若干个时隙 直到相应的连接被拆除为止 而在接收端 则从固定的时隙中提取出用户数据 如图4 11所示 某一用户在建立连接时 由网络系统将第2时隙分配给它 在通信过程中 它始终占用该时隙 而接收方每次只要从每帧的第2时隙中提取出数据就能保证收发双方间数据通信的正确 换句话说 收发双方的同步是通过固定时隙来实现的 因此 称这种时分复用技术为同步时分复用 STDM 图4 11同步时分复用 在异步时分复用中 用户的数据不再固定占用各帧中某一个或若干个时隙 而是根据用户的请求和网络资源的情况 由网络来进行动态分配 在接收端 也不再是按固定的时隙关系来提取相应用户数据 而是根据所传输的数据中本身所携带的目的地信息来接收数据 在异步时分复用中 由于用户数据并不固定地占用某一时隙 而是具有一定的随机性 因此 异步时分复用也称为统计时分复用 在图4 12中 某一用户在建立连接后 数据在第1帧中占用的是第2时隙 而在第K帧中则占用了第3时隙和第n 1时隙 由于在异步时分复用中 用户数 据不再固定占用某一个或若干个时隙 因此 其对带宽资源的占用是动态的 这样就可以实现在数据量少或无数据传输的情况下 可以将带宽资源供其他用户使用 从而有效地利用带宽资源 若某一用户出现突发性数据时 又可通过网络分配相应数量的时隙 以减少时延和避免不必要的数据丢失 与同步时分复用技术比较 异步时分复用十分适用于突发性数据业务 但其同步操作和实现较为复杂 图4 12异步时分复用 ATM交换的特点 在ATM网中 ATM交换机占据核心位置 ATM交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式的优点而形成的新型交换技术 它具有以下主要特点 1 ATM交换是以信元为单位进行交换 且采用硬件进行交换处理 提高了交换机的处理能力 ATM交换能支持高速 高吞吐量和高服务质量的信息交换 能提供灵活的带宽分配 适应从很低速率到很高速率的综合业务交换的要求 2 ATM交换简化了分组交换中许多通信规程 去掉了差错控制和流量控制等功能 可节约开销 增加了网络的吞吐量 3 ATM交换采用类似于电路交换的呼叫连接控制方式 在呼叫建立时 交换机为用户在发送端和接收端之间建立起 虚电路 减少了信元传输处理时延 保证了交换的实时性 4 ATM交换的缺点是其技术过于复杂 协议的复杂性造成了ATM系统研制 配置 管理 故障定位的难度 使其推广受到极大的限制 表4 1列出了几种常用交换技术的比较 表4 1几种常用交换技术的比较 计算机网络分为局域网 城域网和广域网 交换技术有 网络分段技术 局域网交换技术 路由器 高级路由器 4 1 4计算机网络使用的交换技术 开放系统互联 OSI 参考模型 书146 148 OSI参考模型如图4 13所示 共有七层 图4 13ISO的OSI参考模型 1 物理层 PhysicalLayer 物理层是设备之间的物理接口 规定了标准的机械 电气 功能和规程特性 以便在数据链路层实体之间建立 保持和拆除物理连接 数据链路层实体通过接口将信息传递给物理层 在物理层提供的协议介质接口和功能的共同作用下 将接收的比特流按位串行传输的顺序通过物理介质传送到另一个数据链路层实体 2 数据链路层 DataLinkLayer 数据链路层是OSI参考模型的第二层 其主要任务是通过一定数据单元格式及误码控制方法来保证信息以帧为单位在链路上可靠传送 为此该层在链路上要进行差错控制 流量控制和顺序控制 处理接收方发回的确认帧 识别和产生帧的边界 对检测出有差错的帧要求进行重发 3 网络层 NetworkLayer 网络层是OSI参考模型的第三层 它为两传输层实体之间提供建立 保持和拆除网络连接的手段 提供透明的数据传输 网络层检查网络拓扑 以决定传输报文的最佳路由 其关键问题是确定数据包从源端到目的端如何选择路由 作为通信子网的最高层 网络层控制着通信子网的运行 4 传输层 TransportLayer 传输层是OSI参考模型的第四层 传输层及其以上各层协议一般统称为高层协议 它是通信子网与上面三层之间的接口 传输层的基本功能是从会话层接收数据 并且在必要的时候把它分成较小的单元 传递给网络层 并确保到达对方的各段信息正确无误 5 会话层 SessionLayer 会话层是OSI参考模型的第五层 会话 的意思是指在两个不同系统的端机上运行的应用进程之间通过连接进行的对话 所以会话层的主要功能是建立和保持两个表示层实体进程之间对话的连接 并管理它们之间的数据交换 保证按顺序发送它们数据的要求 并给出确切回答 直到其中会话一方释放为止 6 表示层 PresentationLayer 表示层是OSI参考模型的第六层 表示层提供一套格式化的服务 如不同信息格式和编码之间的转换 文本压缩与恢复 数据加密与解密 代码转换 数据的格式化 语法的选择等 表示层关注所传输信息的语法和意义 它把来自应用层与计算机有关的数据格式处理成与计算机无关的格式 7 应用层 ApplicationLayer 应用层是OSI参考模型的最高层 直接为用户服务 应用层包含大量人们普遍需要的协议 并且具有文件传输功能 其任务是显示接收到的信息 把用户的新数据发送到低层 OSI7层模型中的主要功能分布 OSI与节点交换技术 掌握各种交换技术对应在OSI模型中的哪一层中完成功能 书154 155 4 2光纤通信技术基本概念 光导纤维简称光纤 所谓光通信就是利用光波来载送信息 实现通信的目的 光纤通信是以光波为载波 以光导纤维为传输媒质的一种通信方式 由于光纤通信具有一系列优异的特性 近年来 光纤通信技术发展速度之快 应用面之广是通信史上罕见的 它 是世界新技术革命的重要标志 也是信息社会中各种信息网的主要传输工具 1 光纤通信的发展历程光波是人们最熟悉的电磁波 其波长在微米级 频率为数量级 由图4 14电磁波谱中可以看出 紫外线 可见光 红外线均属于光波的范畴 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区内 即波长为0 8 1 8um 可分为短波长波段和长波长波段 短波长波段是指波长为0 8um 长波长波段是指1 31um和1 55um 这是目前所采用的三个通信窗口 图4 14电磁波谱 以光波来传递信息 首先需要将待传送的信息变换成光波进行传播 在收端再将光波反变换 恢复出传递的原始信息 图4 15所示为光通信系统的基本组成框图 4 15光通信系统组成框图 现在以声音信号为例来说明图4 15中光通信系统各部分的作用 声音信号 声音的强弱 首先经过电端机变换为电信号 电压或电流的强弱 然后将此电信号送到光终端中去 通过光电转换变成光信号 并通过传输媒质将这个光信号传送到远方 在收端 通过光终端将光信号转变成电信号 然后通过电终端将电信号还原成声音信号 实现以光传输的双方通话 由于光通信中光信号经过一定距离的传输后不可避免地会有所衰减或失真 所以 传输过程中需要有一 加油站 对光信号进行整形或处理 这一 加油站 就是图4 15中的中继器 2 光纤通信的特点光纤通信与电通信方式的主要差异有两点 一是用光频作为载频传输信号 二是用光导纤维构成光缆作为传输线路 因此 在光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维 具有以下突出优点 1 传输频带很宽 通信容量大 2 中继距离长 3 抗电磁干扰 4 保密性好 无串话干扰 5 节约有色金属和原材料 现有的电话线或电缆是由铜 铝 铅等金属材料制成的 但从目前的地质调查情况来看 世界上铜的储藏量不多 有人估计 按现在的开采速度只能再开采50年左右 而光纤的材料主要是石英 二氧化硅 地球上是取之不尽用之不竭的 并且很少的原 材料就可拉制出很长的光纤 6 线径细 重量轻 当然 光纤本身也有缺点 如光纤质地脆 机械强度低 要求比较好的切断 连接技术 分路 耦合比较麻烦等 但这些问题随着技术的不断发展 都是可以克服的 3 光纤的传输特性损耗特性和色散特性是光纤的两个主要传输特性 下面分别进行讨论 1 光纤的损耗光波在光纤中传输 随着传输距离的增加而光功率逐渐下降 这就是光纤的传输损耗 光纤每单位长度的损耗 直接关系到光纤通信系统传输距离的长短 光纤自身的损耗大致包括两类 吸收损耗和散射损耗 吸收损耗是光波通过光纤材料时 有一部分光能变成热能 造成光功率的损失 所谓散射 是指光通过密度或折射率等不均匀的物质时 除了在光的传播方向以外 在其它方向也可以看到光 这种现象称为光的散射 2 光纤的色散光纤色散是光纤通信的另一个重要特性 简单地说 光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式 在光纤中传输时 由于速度的不同而使得传播时间不同 因此造成光信号中不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后 从而产生波形畸变的一种现象 4 光纤通信的应用 4 2 2数字光纤通信系统的组成1 发射和接收数字光纤通信系统与一般通信系统相似 它由发送设备 传输信道和接收设备三大部分构成 如图4 16所示 图4 16光纤通信系统组成框图 实用数字光纤通信系统都采用数字编码 强度调制 直接检波方式 IM DD IntensityModulation DirectDetection 强度调制是利用数字电脉冲信号直接调制光源的光强度或光功率 使光强度与数字电脉冲信号电流成线性变化 直接检波是把光脉冲信号通过光接收机还原成数字电脉冲信号 什么是调制 调制的作用 什么是基带信号 什么是已调信号 图4 16中 要传输的信息首先进入电发射机 电发射端机的作用是对来信息进行处理以便用于发送 信息转换为电信号的形式 并进行调制和多路复用 然后 信号发送至光发射机 光发射机 包括激光器LD或发光二极管LED 将电信号转换成光的形式并且这些光信号在光纤中传输 在接收端 光接收机 包括光电检测器PIN 的作用是实现光 电转换 即把来自光纤的光信号还原成电信号 经放大 整形 再生恢复原形 最后电接收端机 完成对这些电信号的处理 从中提取出信息并以可用的形式 音频 视频或数据输出 来表示信息 对于长距离的数字光纤通信系统 还需要中继器 其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号放大 整形 再生成具有一定强度的光信号 继续送向前方以保证良好的通信质量 目前的中继器都采用光一电一光形式 即将接收到的光信号 用光电检测器变换为电信号 经放大 整形 再生后再调制成光信号重新发出 2 基本光纤传输系统光发射机 光缆和光接收机构成了光纤通信系统的三大主要部分 光端机指光发射机和光接收机 下面主要介绍其基本组成结构及作用 1 光发射机光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号 并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路光发射机由光源 驱动器和调制器组成 光发射机的核心是产生激光或荧光的光源 它是组成光纤通信系统的重要器件 它的作用是将电信号转换成光信号 光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器 LD 和半导体发光二极管 LED 两种 图光源实例图 直接调制 书158外调制 书158 2 光纤线路光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号 以近可能小的畸变 失真 和衰减传输到光接收机 光纤线路由光纤 光纤接头和光纤连接器组成 光纤线路的性能主要由揽内光纤的传输特性决定 对光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数要近可能地小 而且有足够好的机械特性和环境特性 目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤 单模光纤的传输特性比多模光纤好 价格比多模光纤便宜 因而得到广泛的应用 3 光接收机光接收机的功能是把从光纤线路输出 产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号 并经放大和处理后恢复成发射前的电信号 光接收机由光检测器 放大器和相关电路组成 光检测器是光接收机的核心 对光检测器的要求是响应度高 噪声低和响应速度快 光接收机中实现将光信号转换为电信号的器件称为光电检测器 目前数字光纤通信中常用的光检测器主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管 APD 下图为各种光电检测器实例图 光电检测器 图为各种光电检测器实例图 光接收机是光纤通信系统中的一个重要组成部分 目前实用的光纤通信系统 在绝大多数情况下 所传的是数字信号 少数情况传模拟信号 如传电视信号的系统 当前广泛使用的强度调制 直接检波系统中数字光接收机的组成框图如图4 17所示 图4 17数字光接收机组成框图 光信号传送到接收端 通过光电检测器的光 电作用变成电信号 再送入前置放大器放大 之所以称为前置放大器 是指该放大器与光电检测器紧相连 前置放大器应具有低噪声 高增益和足够的带宽特性 这样才能得到较大的信噪比 前置放大器的输出 一般为毫伏数量级 主放大器提供足够的增益并受自动增益控制电路 AGC 的控制 对信号做进一步的放大 经传输和放大后失真的信号由均衡器补偿 减少波形失真 以满足判决器再生信号的要求 图光端机实例图 4 2 3光纤通信网络分类 填空 1 按主要性能分 1 按网的覆盖范围大小分类可分为 宽域网 城域网和局域网 2 按通信业务分可分为 计算机网络和综合业务数字网 3 按网的数据速率为可分为 低速网 中速网和高速网 2 按技术特征分 1 按网的拓扑结构分类可分为 总线型 环型 树型以及组合 2 按介质接入控制子层基本的复接方式分 有时分 波分 频分 空分和码分4种 基本的交换方式有 电路交换 分组交换和ATM交换 也可以采用混合交换 3 按技术体制为可分为准同步数字 PDH 光传输网络和同步数字 SDH 光传输网络 PDH网络可分为基群 二次群 三次群 四次群和五次群SDH网络可分为STM 1 STM 4 STM 16 STM 64 4 2 4光纤接入网技术 1 光纤接入网概述接入网是指本地交换机与用户设备之间的实施网路 也称为用户网或本地网 接入网定义为本地交换端局与用户设备之间的实施习题 光纤接入网是指在接入网中用光纤作为主要传输介质来实现信息传送的网络 光纤接入网主要包括光线路中断 光分配网 光网络单元以及接入功能块 接口包括网络管理接口及用户与网络间接口 2 光同步数字传输网光同步数字传输网是由一些SDH网络单元 NE 组成 在信道上进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的网络 目前实际应用的基本网络单元有四种 即终端复用器 TM 分插复用器 ADM 再生中继器 REG 和SDH数字交叉连接设备 SDXC 光同步数字传输网有一个统一的网络节点接口 NNI 即要规范统一的接口速率和信号的帧结构 SDH的速率SDH具有统一规范的速率 SDH信号以同步传输模块 STM 的形式传送 SDH信号最基本的同步传输模块是STM 1 其速率为155 520Mbit s 更高等级的STM N信号是将STM 1经字节间插同步复接而成 其中 N是正整数 目前SDH仅支持N 1 4 16 64 ITU TG 707建议规范的SDH标准速率如表4 2所示 表4 2SDH标准速率 帧结构STM N信号帧结构的安排应尽可能使支路低速信号在一帧内均匀地 有规律的分布 这样便于实现支路信号的同步复用 交叉连接 DXC 分 插和交换 也即为了方便从高速信号中直接上 下低速支路信号 鉴于此 ITU T规定了STM N的帧是以字节 8bit 为单位的矩形块状的帧结构 如图4 18所示 图4 18SDH帧结构 从上图可以看出STM N的信号是9行 270 N列的帧结构 此处的N与STM N的N相一致 取值范围为1 4 16 64 表示此信号由N个STM 1信号通过字节间插复用而成 由此可知 STM 1信号的帧结构是9行 270列的块状帧 由上图可以看出 当N个STM 1信号通过字节间插复用成STM N信号时 仅仅是将STM 1信号的列按字节间插复用 行数恒定为9行 SDH信号帧传输的原则是 帧结构中的字节 8bit 从左到右 从上到下一个字节一个字节 一个比特一个比特 的传输 传完一行再传下一行 传完一帧再传下一帧 ITU T规定对于任何级别的STM等级 帧频是8000帧 秒 即每秒传送8000帧 也就是帧长或帧周期恒定为125 s 从图4 18可以看出 STM N的帧结构由3部分组成 段开销 SOH 包括 再生段开销 RSOH 和复用段开销 MSOH 管理单元指针 AU PTR 信息净负荷 payload 区域 3 光纤通信中的复用技术 光纤通信中的复用技术有光波波分复用 光频分复用 时分复用以及副载波复用 书161 4 3卫星通信技术 一 基本概念1 卫星通信卫星通信是在微波接力通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的通信技术 它是微波接力通信向太空的延伸 采用的是微波频段 卫星通信是指利用人造卫星作为中继站转发无线电信号 在多个地球站之间进行的通信 由于作为中继站的卫星离地面很高 所以经过 一次中继转接之后即可进行长距离的通信 用于实现通信目的的人造地球卫星被称为通信卫星 通信卫星按结构划分可分为无源卫星和有源卫星 无源卫星只能反射无线电信号 现在已被淘汰 有源卫星是指卫星上装有电子设备 可将接收到的地球站信号进行放大 频率变换等项处理 再将其发送回地面 它是一种有增益的 可部分补偿传播损耗的中继站 按卫星的运转轨道划分 通信卫星又分为静止卫星 同步卫星 和运动卫星 非同步卫星 所谓静止卫星就是指发射到赤道上空35860km附近圆形轨道上的卫星 其运动方向与地球自转方向一致 并且绕地球一周的时间恰好24小时 与地球自转周期相同 因而从地球看过去 如同静止一般 固而称为静止卫星 图4 19同步通信卫星 卫星通信的特点1 通信距离远 通信成本与距离无关如果采用地球静止卫星 只要3颗就可以基本实现全球的覆盖 2 以广播方式工作 便于实现多址联接 3 通信容量大4 性能稳定可靠 正是由于卫星通信与其他通信手段相比有上述一些突出的优点 仅仅经过30年的时间 便得到了迅速的发展 目前 它已成为现代化通信的一种重要手段 4 3 2通信卫星的组成一个通信卫星星上系统由控制分系统 卫星通信分系统 遥测指令分系统 电源分系统 温控分系统等组成 地球站地球站是卫星通信系统的重要组成部分 它的作用有两个 一是向卫星发射信号 二是接收经卫星转发的 来自其他地球站的信号 按照安装方式及规模不同 地球站可分为固定站 移动站和可拆卸站 可拆卸站是指在短时间内能够拆卸并改变地点的站 按照用途不同 地球站又可分为民用 军用 广播 航海 气象 通信 探测等多种地球站 4 3 3卫星移动通信系统卫星移动通信系统是指借助通信卫星的转发作用完成的移动通信 在卫星移动通信系统中 卫星相当于地面移动通信系统的基站 起着转发信息的作用 由于卫星高高在上 因而它的覆盖范围很大