通信技术1.ppt

现代通信技术讲座 主讲人 陈劲松 第一讲通信概述信息与通信通信的分类现代通信网的组成 1 信息与通信人们通过听觉 视觉 嗅觉 触觉等感官 感知现实世界而获取信息 并通过通信来传递信息 过去的通信由于受技术与需求所限 仅限于话音 随着信息社会的到来 人们对信息的需求将日益丰富与多样化 而现代通信的发展又为此提供了条件 现代通信意义上所指的信息已不再局限于电话 电报 传真等单一媒体信息 而是将声音 图像 文字 数据等合为一体的多媒体信息 总之人的各种感官或通过仪器 仪表对现实世界的感觉 以及古往今来的各种书籍 档案 新闻 旧有记录等都含有信息 信息通过通信来进行传递 换句话说是通信使人们的感官得到了延伸 2 通信的分类单媒体通信 如电话 传真等 多媒体通信 如电视 可视电视 会议电视 远程教育等 实时通信 如电话 电视等 非实时通信 如电报 传真 数据通信等 单向传输 如广播 电视等 交互传输 如电话 点播电视等 窄带通信 如电话 电报 低速数据等 宽带通信 如点播电视 会议电视 远程医疗等 3 现代通信网的组成 传统通信系统由传输 交换 终端三大部分组成 其中传输与交换部分组成通信网络 传输部分为网络的链路 交换部分为网络的节点 为了更清晰地描述现代通信网络结构 在此引入了网络分层的概念 现代通信网可以分为3层 第一层 通信基础网第二层 业务网第三层 应用层为了支持各层网络的有效运行和管理 还需要有支撑网 信令网 同步网 电信管理网 的介入 这些支撑网可以为通信网的某一层或多层服务 第二讲通信基础网通信基础网又可称为传送网 为简化描述 我们可将通信基础网简单看成是一个以光纤 微波接力 卫星传输为主的传输网络 在这个传输网络的基础上 根据业务节点设备类型的不同 可以构建成不同类型的业务网 对通信基础网的描述同样引入了网络分层概念 通信基础网也可以分为3层 第一层 传输媒介 第二层 传输系统 第三层 传送网节点设备 1 传输媒介 定义 信息需要在一定的物理媒质中传播 我们将这种物理媒质称为传输媒介 电缆 双绞线电缆 同轴电缆等 地面微波接力通信 一般将波长为1mm 1m的无线电波称为微波 微波按直线传播 通信卫星 工作在微波段 有高轨道 低轨道之分 光纤 光纤是光导纤维的简称 光纤优点 a 传输频带宽 通信容量大 b 耗损低 c 不受外面电磁波的干扰 d 线径小 总量轻 光纤资源丰富 2 传输系统传输系统包括传输设备和传输复用设备 携带信息的基带信号一般不能直接加到传输媒介上进行传输 需要有传输设备将它们转换为适合在传输媒介上进行传输的信号 例如光 电等信号 传输设备主要有卫星地面站收发信机和光端机等 为了在一定传输媒介中传输多路信息 需要有传输复用设备将多路信息进行复用与反复用 2 1传输复用设备的分类 1 频分复用设备 多路信息调制在不同载频上进行复用 如 有线电视 无线电广播 光纤的波分复用 频分多址的 制式模拟移动通信系统等 2 时分复用设备 多路信息占用不同时隙进行复用 如 脉冲编码调制复用 设备 同步数字序列 设备 时分多址的 制式数字移动通信系统等 3 码分复用设备 多路信息调制在不同的码型上进行复用 如 码分多址 数字移动通信系统等 2 2准同步数字系列 PDH 定义 设备一般指基于时分复用的脉冲编码调制复用 设备 一次群设备将30个话路时分复用为1个一次群 低次群合成高次群时 需插入附加比特 以使各低次群速率一致 各次群速率 容量表 2 3同步数字系列 SDH 定义 与 不同 全网采用统一时钟 具有速率高 容量大 可从高次群中直接提取低次群信号 便于组网等优点 目前正在替代 成为基础网中最广泛采用的传输复用设备 2 3 1SDH各次群的速率 2 3 2SDH复用设备终端复用设备 具有复用 解复用功能 可将2 140 的 支路信号映射进入 帧 亦可将低次群 帧复用进入高次群 反之亦然 例如 4 设备可对2 140 155 支路进行复用与解复用 如图所示 STM 4TM 622Mbit s N 2Mbit s 140Mbit s 155Mbit s STM 4TM设备框图 2 分插复用设备 ADM 分插复用设备大量用于SDH光纤自愈环中 具有PDH支路和SDH低次群支路的功能 用于转速信号的分支 转接与落地 ADM具有复用 解复用功能与数字交叉连接 DXC 功能 STM 4ADM 622Mbit s 622Mbit s N 2Mbit s 140Mbit s 155Mbit s STM 4ADM设备框图 2 3 3SDH的优点1 无世界统一的光接口 而 具有世界统一的光接口 不同制造商生产的设备可以在光接口上互联 2 低次群在合成高次群过程中需插入附加比特 无法从高次群中直接提取低次群信号 而 可从高次群中直接提取低次群信号 3 帧中安排了丰富的用于网络运行 管理 维护 的比特 便于组网与网管 4 向下兼容 通路中可以直接上下 信号 2 4光纤的波分复用 本质上是光域上的频分复用 技术 因为在光域上一般用波长代替频率 故光的频分复用一般称为波分复用 在发送端采用合波器将不同波长的光载波合并起来送入一根光纤进行传输 在接收端再由分波器将不同波长的光载波分开 这样在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输 3通信基础网的网络节点设备3 1配线架3 1 1配线架的作用 传输设备与传输线路间的配线架 进局ODF架 用于传输电路的配线 并在设备故障 线路拥挤 线路故障时二次配线 介于传输设备接口间的配线架用于传输电路转换和分支的配线 3 介于传输设备与业务节点设备接口之间的配线架主要用于落地后的传输电路对不同业务节点设备或支撑网节点设备的配线与调线 使得不同业务网 支撑网可以共同使用一个通信基础网 4 断开传输设备之间或传输设备与传输线路之间的连接 并对其进行参数测量 5 在传输设备间加上过流 过压保护 3 1 2配线架的分类主配线架 从电话交换机的用户接口至用户话机之间的传输线称为用户线 线或 线 在用户线的交换机侧 局内 装有主配线架 用于人工调线 测量和对用户电路的一次过压 过流保护 数字配线架 通信设备的中继电接口一般通过数字配线架来连接其他通信设备的中继电接口或电缆传输线路 可以在数字配线架上进行调配线 以完成电信号的落地 转接和分支 以及断开连接而插入仪表 对传输指标与信令等项目进行测试 光配线架 数字传输设备之间的传输媒介以光纤为主 同样在传输设备光口与光纤之间需接入光配线架 以进行光纤的调配线与测量 ODF DDF MDF DDF 622Mbit s光纤线 622Mbit s光纤环路 622Mbit s 622Mbit s STM 4TM 电话交换机 STM 4ADM ATM交换机 电话用户线 宽带业务线 63 2Mbit s 155Mbit s 155Mbit s 155Mbit s转换电路 155Mbit s分支电路 配线架应用举例 配线架 传输设备 配线架 业务节点设备 配线架 3 2数字交叉连接设备 DXC 定义 数字交叉连接设备 DXC 可以看成是计算机软件控制的数字配线架 DXC的分类定义 DXC按最高进出口线速率和最低交叉速率来进行分类与命名 一般表示为 DXC最高进出口线速率 最低交叉速率 2 DXC的主要用途a 为临时性重要事件调度电路 b 根据业务的闲忙调度电路 c 光纤切断或某一网元故障后 迅速寻找代替路由 提供网络新配置 4 用户接入网不同类型的业务节点可以使用一个公共的用户接入网将各种不同类型的业务接至用户 因此可以认为用户接入网是通信基础网的一个组成部分 用户接入网是业务节点到用户驻地网之间的接入网络 是通信网的最后1 光纤到路边 光纤到小区 和光纤到大楼 正在逐步替代原有的铜缆用户线 与通信基础网相似 用户接入网亦具有3层网络结构 第一层为传输媒介 第二层为传输系统 第三层为接入系统 第三讲业务节点设备 交换设备路由器 1 交换设备1 1电路交换优点 延时性小 实时性好缺点 呼叫独占 利用率低1 2报文 数据报 交换优点 提高网络利用率缺点 延时性大处理方式 a 报文传输分组交换b 虚电路传输分组交换 通过拨号建立的虚拟电路称为交换型虚电路 SVC 固定连接的虚电路则称为永久型虚电路 PVC 1 3常用分组交换技术1 3 1 25低速分组交换技术各节点包括终端在内均有查错 重发等功能 其优点是适用于误码率较高的通路 缺点是附加开销大 延时大 当前的最高速率为64kbit s 1 3 2帧中继 技术帧中继采用不等长帧 节点设备对出错信息不进行纠错和重发 使得处理每帧的时间大大缩短 其延时低于 25分组交换 由于帧中继节点不提供错帧通知 恢复及重传等服务 故开展帧中继业务需有以下两个条件 传输链路需要有较好的传输质量 一般适用于光纤传输 须采用智能终端以完成纠错 重发 流量控制等工作 1 3 3异步转移模式 ATM 现有数据网中所用的X 25 帧中继技术信道利用率高 但延时太大不适合实时通信 而现有的电路交换延时小 适合实时通信 但信道利用率低 ATM综合了两者的优点 克服了两者的缺点 适合传送话音 图像 数据等多媒体信息 ATM具有如下特点 ATM采用时隙按需分配 统计复用的高速分组交换技术 为减少时延 ATM采用53个字节的固定分组长度 称为ATM信元 在ATM交换机中按信头标记选择路由 为减少选路时延 一般采用硬件选路和大规模平行交换技术 ATM主要用于宽带多媒体通信 如点播电视 会议电视 远程教学等 目前主要用于Internet骨干网 IPoverATM 2 路由器Internet利用TCP IP协议 将各种不同类型的计算机子网 如以太网 X 25网 ATM网等 连成一个大网 IP协议位于OSI模型第三层 其作用为将二层各种不同协议的数据帧转换成统一的IP包 这样各种计算机子网的差异对上层协议而言便不复存在 在Internet中每台主机所产生的分组均为统一的IP包 尽管底层各计算机子网所遵循的协议不同 网络内的MAC地址仅为子网地址 但对用户而言可以把Internet看成一个单一巨大的网络 IP地址为全网唯一的地址 尽管Internet中第二层计算机子网采用面向连接的虚电路交换方式 子网中的节点设备为数据交换机 但第三层的IP包面向非连接 故连接各计算机子网的节点设备称为路由器 2 1路由器OSI的七层结构 1 Physicallayer 物理层 2 Datalinklayer 数据链路层 3 Networklayer 网络层 4 Transportlayer 传输层 5 Sessionlayer 会话层 6 Presentationlayer 表示层 7 Applicationlayer 应用层 2 2路由器功能 a 不同计算机子网间选择路由 传递数据 b 在异构计算机子网间实现协议转换 2 3路由器的构成 网络1协议1 网络2协议2 路由器2 网络3协议3 主机S 路由器1 主机D 2 4路由器的工作原理 第四讲业务网 电话网数据网窄带综合业务数字网 N ISDN 智能网 1 电话网1 1概述一个城市只装一台交换机称为单局制 大城市需建立多个电话机分局 分局间使用局间中继线互连 与用户线不同 中继线是由各用户共用的 分局数量太多时 就需要建立汇接局 汇接局与所属分局以星型连接 汇接局间是全互连的 分局间通话需经汇接局转接 为了使不同城市用户能互相通话 城市内还需建立长话局 长话局与市话分局 或市话汇接局 间以长市中继线相连 不同城市的长话局 长话汇接局间以长途中继线相连 1 2本地网我国早期的电话网由长话网 市话网 农话网组成 在农话实现自动化以及在行政上实行市管县后 农话网 市话网合并为本地网 本地网中统一号码长度 并采用同一个长途区号 为方便理解可将本地网理解为一个包括所属县的大市话网 一般由下列部分组成 1 普通电话用户2 公用电话用户3 用户交换机4 特种业务电话5 分局 汇接局 支局6 长话局7 移动局 1 3长话网1 3 1四级结构 1 一级交换中心 即大区中心 分别设在北京 上海 广州 南京 西安 沈阳 武汉 成都八大城市 1局通过骨干路由全互连 汇接所辖各省长话和端接所在城市的长话业务 2 二级交换中心 即省中心 设在省会城市 通过骨干路由与所归属 1局相连 汇接省内长话 端接所在省会的长话业务 3 三级交换中心 即地区中心 设在地 市一级城市 通过骨干路由与所归属的 2局相连 汇接地 市区域内长话 端接所在城市长话业务 4 四级交换中心 即县中心 设在县城 通过骨干路由与所归属的 3局相连 端接县城及各乡镇长话业务 C1 C2 C3 C4 传统的四级长话网结构 1 3 2二级长话网为了适应通信事业的飞速发展 近几年来 我国的市话网 农话网合并为 3本地网 取消了原设在县城的 4局 在全国建成八纵八横光缆传输网络后 各省会城市的 2局基本做到了全互连 为取消 1局创造了条件 随着 1 4局的撤消 我国基本形成了长话二级网结构 二级长话网与四级长话网相比较减少了网络层次 提高了电路可靠性 加快了接续速度 使网络组织变得简单 清晰 网管更加方便 二级长话网的形成为向无级网过渡创造了条件 A省 B省 DC1平面 DC2平面 二级长话网结构 2 数据网2 1概述随着计算机联网用户的增长 数据网带宽不断拓宽 网络节点设备几经更新 在这个发展过程中不可避免出现新老网络交替 多种数据网并存的复杂局面 在这种情况下 一种能将遍布世界各地各种类型数据网联成一个大网的TCP IP协议应运而生 从而使采用TCP IP协议的国际互联网 Internet或IP网 一跃而成为全世界最大的信息网络 从纵的观点看IP网可分为4层 1 通信基础网2 数据网 L2数据网 3 IP网 L3数据网 4 应用层 2 2通信基础网 传送网 2 3数据网 L2数据网 1 公用X 25分组网 PSPDN 25分组网适用于通信线路误码率高的情况下接入低速 64 以下 数据 目前主要向对数据通信可靠性要求高的商业 银行 股票等行业提供低速联网业务和虚拟低速专网业务 2 公用数字数据网 DDN 利用传送网中的 1分支传输线路和节点 1 0设备 可组成一个DDN网 3 帧中继 FR 网 帧中继亦称为简化的 25技术 与 25分组技术相比较 帧中继取消了各转接点的纠错 重发等环节 提高了速率 降低了电路的时延 4 ATM网和B ISDN ATM接入交换机通过 适配层提供 电路仿真E1 E3 Ethernet 25等业务接口 可提供Internet高速接入 局域网互联 话音 高清晰度电视 点播电视 会议电视 远程教学等多种宽带业务应用 SDH光环 E1 E3FRX 25EthernetIP ATM交换机 ATM骨干交换机 155Mbit s 5 以太网 Ethernet 以太网是目前局域网中最为流行的一种 2数据网 以太网利用基带传输及 载波侦听多路存取 冲突检测 方式对网络访问进行仲裁 每个以太网帧 帧 均有源主机与宿主机的物理地址 地址 当网上某主机发布信息时 必须先检查所在网段的信道是否空闲 空闲时就广播 帧 对应于目的地址的主机接受信息 并返回确认信息 若发送前信道已被占用 则源主机等待一随机时间后再发送 2 4 网 3数据网 网是目前最大的信息网络 通过 网的计算机联网功能 我们可以与世界上大多数国家交流信息 检索各种资料 网的 协议将各国 各部门 各种机构的局部网络互联成为全球范围的数据网络 2 5局域网 城域网 广域网以上我们从纵的方面分层剖析了 网 而从横的方面看 网可分割为局域网 城域网和广域网 三者关系是 局域网互联为城域网 城域网互联为广域网 2 5 1局域网 局域网一般指企业网 政府网 校园网等局部计算机网络 2 5 2城域网 我们可将城域网理解为在城市范围内将局域网互联 并增加了综合业务的一个数据网 城域网目前可分为两大类 一类是提供纯 业务的城域网 另一类是提供 和 业务的城域网 1 提供纯IP业务的城域骨干网提供纯IP业务的城域骨干网一般采用IPoverSDH方式 三层节点机采用吉比特级路由器 纯IP业务城域网除提供Internet的WWW和 等业务外 亦可通过电话 传真网关等设备和公众电话网相连接 以提供IP电话 IP传真等业务 2 提供 与 业务的城域骨干网提供 与 业务的城域骨干网采用 技术 其二层为 网络 在此平台上可提供 业务 其三层为 网 提供 业务 3 城域网的用户接入层用户拨号上网的过程是用户通过电话网 或 拨号进入信息业务提供点 在电话网与 运营商网络 之间装有接入服务器 对电话网提供 1话路中继及中国一号 7信令接口 对 提供以太网接口 在 中装有 等服务器 并通过边缘路由器进入城域骨干网 一般接入服务器中包含有 电话网关 可同时对电话网用户提供 电话 亦可采用独立的 电话网关 企业网 校园网等局域网可通过 等专线经边缘路由器直接进入城域骨干网 或经汇接层的局域交换路由器 进入城域骨干网 目前新建住宅小区或商务楼流行采用 方式接入 实现住宅小区的千兆到小区 百兆到住宅楼 等接入方案小区的千兆光纤经由 组成的汇接层进入城域骨干网 2 5 3广域网 在城域网基础上增加网络互联功能即成广域网 和城域网一样 广域网亦可分为提供纯 业务的广域网与提供 和 业务的广域网 1 提供纯 业务的广域网 该类广域网一般采用 或 技术 三层节点机采用吉比特或太比特级路由器 2 提供 与 业务的广域网 该类广域网采用 技术 2 6未来数据网预计未来数据网的低层将是一个光纤到户的全光网络 上层经不断优化将发展成为一个能满足电信级 的 网络 未来数据网将会逐步融合现有的电话网 有线电视 网而成为一个综合的宽带多媒体业务网 通过 网的计算机联网功能 我们可以与世界上大多数国家交流信息 检索各种资料 网的 协议将各国 各部门 各种机构的局部网络互联成为全球范围的数据网络 3窄带综合业务数据网 N ISDN 建立综合业务数字网 ISDN 的目的是将现有的各种通信网综合成一个网 即将所有业务综合到一个数字网中进行传输 交换与处理 原 对 的定义包括以下几点 1 是以综合数字电话网 为基础发展而成的通信网 2 提供端到端的数字连接 3 支持话音及非话音等多种通信业务 4 用户通过有限的一组标准多功能用户 网络接口来接入这些业务 3 2 用户 网络接口 1 的信道 信道 容量为64kbit s 用以传送业务信息流 信道 容量为16kbit s或64kbit s 用以传送用户信令 需要时亦可传送少量的分组信息 信道 已被定义的 信道有 0 384kbit s H11 1536kbit s 和 12 1920kbit s 2 的用户网络接口基本速率接口 BRI 包括2个 信道和1个 信道 通常称为2B D接口 一般情况下2个 信道分别用于通话与上网 或传送压缩图像 信道用于传送用户信令 基群速率接口 PRI 包括30个 信道和1个 信道 通常称为30B D接口 该接口一般用于接续ISDN用户交换机 或宽带业务终端 3 用户 网络接口的配置网络终端 NT NT完成终端设备与用户线之间的连接 并使多个用户共享一对用户线 为了明确地分离以上两个功能 原CCINT又将NT分为NT1和NT2 NT1负责与用户线的物理连接 实现线路传输 维护 性能监控以及定时 馈电 接口等功能 NT2具有交换与集线功能 物理上可以是ISDN用户交换机 集线器或局域网 用户可以不安装NT2 TE1 NT2 NT1 TA TE2 STU数字用户线SL R 终端设备 允许两类终端接入网络 1为符合 用户 网络接口标准的设备 如数字话机 4类传真机等 2为不符合 用户 网络接口标准的终端设备 如 系列或 系列的数据终端 模拟话机等 终端适配器 的功能是将非 终端适配为标准 终端 3 4 交换机 交换机是 的业务节点设备 1 数字用户电路 提供2 接口 包括线路终端 和交换机终端 两个功能块 其中 完成用户线传输 线路编码 回波抵消 定时 同步 供电等功能 负责数字用户的接入控制 其中 信道的用户信令需经过转换送至交换机处理部分 信道处理同一般程控数字交换机 2 信令设备 信令设备包括用户线信令与中继线信令 3 交换网络 交换机只是提供64 的电路连接 根据 业务要求 交换网络还需提供 64 的选路与连接 4 分组处理 分组处理器提供 25分组交换处理功能 使 用户的分组终端能互相通信并可与公用分组网互通 3 5 组网方案叠加网方案 在业务需求较集中的地区先新建一个带有 中继信令的长途交换局和几个 端局 然后逐步扩大其范围形成一个叠加在电话网上的 叠加网与原电话网之间开设直达中继电路 混合网方案 混合网方案就是在现有交换机中进行升级改造后组成的网络 3 6 用户终端举例 1 2 数字话机 2 终端配适器 卡 3 路由器 4 视频会议系统包括以下几种 点对点多媒体桌面视频会议多方多媒体桌面视频会议给传统的电视会议提供传输通道 5 4传真机 4智能网4 1概述 在1992年提出了智能网 的概念 根据 定义 是一个能快速 方便 灵活 经济 有效地生成和修改各种智能业务的完整体系