第14章通信网.ppt

1、通信原理、2、通信原理、14章通信网、3、14章通信网、14.1概要通信网是在多地点间传递信息的通信系统。 通信网的基本构成部分的终端设备包括收发电话机、传真、收音机、计算机等信号的设备。 通信链路：由特定频域和空间域定义，占用特定频带和物理空间。 链路可以被时分复用或频分复用。 交换机设备：用信号将来自通信链路的信号转发到另一个链路的设备。 一些通信网还包括传输设备。 第4、14章通信网、通信网的分类按功能区分电报网、电话网、电传网、电视网等。 综合业务数字网(ISDN )窄带综合业务数字网(N-ISDN )宽带综合业务数字网(B-ISDN )移动通信网：蜂窝网通过拓扑区分网形：网形网的任意两个节点之间直接连接一个链路。 因此，如果网络上有n个节点，则需要N(N-1)/2条链路连接。 n增大时，所需链路数急剧增加，经济性差。 然而，每个节点具有转发功能将大大增加可靠性。 5、第14章通信网、星型网络：在星型网络中，如果有n个节点，则需要(N-1 )条链路的中心节点以外的节点之间的通信，必须通过中心节点进行传输。 因此，在中心节点处，交换设备需要将信号中继到其他节点。 星网所需的链路数量比网状网少，但需要增加交换设备。 环形网络的环形网络所需的链路数n等于节点数，各节点需要传输功能。 此处，任意两个节点之间存在迂回链路，因此可靠性高于星形网络。 然而，一些节点之间可能需要多次传输，这一因素引起传输延迟的增加且可靠性的降低。 第6、14章通信网、总线网位于总线网中，用一个“总线”连接所有节点。 由于所有节点都共享此总线，总线只能同时服务于两个节点，因此主要用于分时运行的计算机局域网。 根据总线网络和环形网络的上述特征，在网络的节点数多时，信号传输的延迟有可能变长。 这两种网络主要适用于节点数少的计算机网络。 复合型网复合型网是上述几个基本型网的组合。 基于对网络的性能要求，多将若干基础网络结合使用以实现技术和经济指标优化的目的。 第7、14章通信网、14.2电话网14.2.1电话网的结构由终端设备(电话机)、传输线和交换设备组成。 分类：专用交换电话网公共交换电话网(PSTN )以下，以公共网为例，介绍其结构和功能。 8、第14章通信网、PSTN拓扑图、第9、第14章通信网、本地电话网：在统一号码长度的号码区域内，由电话机、用户线路、客户站(简称终端站)、宿站、站间中继和长话-市话中继组成的电话网。 每个用户的电话机通过用户线连接到终端站。 一个末端站内的线路一般构成星网。 终端站用户交换机用于根据调用用户的信令连接连接调用用户。 宿站收集各终端站的连接并与其他宿站连接。 各终端站和合流站之间通过站间中继连接。 长话-市话包是用来连接本地电话网和国内长途电话网的。 主干通常是大容量电缆，用于传输时分复用的PCM信号。 10、第14章通信网、国内长途电话网：是全国各市(县)间用户进行长途通话的电话网，在网络各市(县)设置了一个以上的长途电话局。 各长途台之间用长途电话线路连接。 国内长途电话网结构在我国采用逐步汇兑系统，包括四级交换中心，即区域交换中心(C1)、省交换中心(C2)、区域交换中心(C3)和县市交换中心(C4)。 分层合并制在图中以树结构表示。 但是，如图中虚线所示，各个交叉节连接不排除。第11、14章通信网、国际长途电话网：世界各国的电话网相互连接进行国际通话的电话网。 因此，每个国家都需要一个或多个国际电话局。 国际长途通话实际上通过双方的国内电话网和国际电话局、国际电路等进行。 12、14章通信网络、14.2.2电话网络中的交换电路传送方法：初始电话网络中的双向交换矩阵不适合数字电路的单向交换矩阵和双向交换矩阵，但该单向交换矩阵中的交换数量倍增、第13、14章通信网、时分数字交换技术为了发展数字通信技术，交换设备目前一般采用时分数字交换技术。 此时，被交换的信号是数字信号。 如果从用户线路输入模拟信号，则首先将其数字化，然后进行交换。 交换后，进行数字/模拟转换，形成模拟信号发送给用户。 数字交换设备采用时分复用PCM方案。 由此，仅通过移动分配给各用户的时隙位置，就能够实现交换的目的。 时隙的移动性原理上可以等待时间的方式来实现，但实际上时隙开关通常由随机存储器(RAM )来实现。 在上述两种方法中，前者将用开关矩阵实现交换的方法称为空间交换，后者称为时分交换。 空间交换时刻为连接通信两端的用户的线路持续接通的状态。 分时交换并非如此。 信令在第14、14章通信网络、14.2.3电话网络中的应用：在电话网络中，交换设备通过来自用户的信令控制哪个电路接通。 信令分类：用户信令和站间信令：用户信令：用户到终端站的信令。 它规定了请求呼叫的终端的地址。 站间信令：在每个站和每个中心之间传输的信令根据用户的信令请求，根据网络配置来确定信号所通过的链路。 模拟信令和数字信令：公共电话网模拟信令：用户信令是模拟信令，因为电话与终端站之间的用户线路是模拟线路。 数字信令：站间信令是数字信令，因为站间干线都是数字线路。 第15、14章通信网、用户信令：拨号脉冲：从机器(拨号)或者电路产生直流脉冲，以脉冲数表示电话号码，其工作原理如下图所示。 挂机时，用户的直流线路处于断开状态，电压为0。 用户离线后，直流线路接通，电压为正。 拨“4”时，线路会产生4个脉冲。 各脉冲占100ms的时间，其中0电压约占66ms，正电压约占33ms。 脉冲数与拨号数相同，但拨“0”时输出10个脉冲。 因此，每一数字的传输平均需要0.55s秒的时间。 电话号码太长，拨号时间太长了。 此外，容易受到脉冲噪声，发生错误。 第16、14章通信网络、双音多频(DTMF )信令： DTMF信令从8个不同频率的音调中选择两个数字，表示一位数字。 有16组频率的组合。 因为用DTMF发送一位数字是大约0.08s的时间(包括数字间隔时间)，所以速度很快。 17、第14章通信网络、局间信令：附带信令(CAS ) :信令和用户信息(语音)在相同信道上传输的信令。 R2信令是基于E-1时分复用方案的附随信令。 在E-1系统中，时隙TS16被保留以传送这样的信令。 公共信令(CCS ) :通过独立的信令网络传输呼叫控制信息和其它业务信息。 SS7信令是公共通道信令。 比R2信令更有效、更可靠。 SS7信令的标准化程度优于R2信令。 18、第14章通信网、通话和通话过程示例、第19、第14章通信网、14.2.4电话网的性能指标业务量：电话网上承担的业务量通过业务量来测量，并分为流入业务量a。 其定义是单位时间(1h )内的平均调用次数与每次的平均持续时间(占有线路)时间h的积，式中h的单位为h/次，单位为次/h，因此a为无量纲。 a的单位叫爱尔兰。流入通信量表示每小时的平均线路占用时间。 成功业务量：成功业务量A0的定义是单位时间(1h )内的通话成功次数0与每次的平均持续时间(占用线路) h的乘积，即20、14章通信网络，由于通信网络不能保证所有呼叫都被成功转送到对方用户，因此必然造成少量的呼叫失败，即呼叫损失率是指丢失的业务量(A-A0)与流入业务量a之间的比率，即成功业务量与呼叫损失率之间的关系可以看出，呼叫损失率越小，成功业务量越大。 一个电话网络的流入业务量由客观的需求决定，在设计电话网络时应将流入业务量作为预定条件之一。 呼损率与电话网的设计能力有关，如交换机、行李箱等设备的容量直接与呼损率有关。 设备容量越大，呼损率越小，但投资和运用费用也越大。 21、第14章通信网、14.3数据通信网14.3.1概要数据通信网的分类，按垄断范围： LAN:LAN的垄断范围小，一般在建筑物和庭院的范围内。 城域网：城域网的垄断范围是一个城市，一般在约50km以内。 广域网：广域网的垄断范围达数千米。 个(人区)区域网：近年来新出现，其垄断范围一般采用室内无线传输方式，因此也称为无线个域网(WPAN )。 22、第14章通信网、传输方式：无线数据通信网：无线数据通信网当前发展最快的是无线LAN。 有线数据通信网按用途分类：专用数据网公共数据网：公共数据网在概念上包括增值网和信息交换网。 增值网络为数据通信的基本业务增加新的通信功能和业务，提高本来的价值。 例如添加电子邮件、语音邮件、可视文本、电子数据交换(EDI )、在线数据库检索、因特网、虚拟专用网、“800”号收费服务、“200”号电话卡服务等。 23、第14章通信网、14.3.2数据通信网的构成电路交换和信息交换电路交换：用户之间建立连接路径，直接传递信号是其特征。 在线路交换中，无论两个用户正在通话，通信线路都必须始终连接。 平均来说，在通话时间中，一个用户听的时间和说话的时间分别占一半，进而，考虑到人等待的时间和说话的时间的差距，实际发送声音的时间不到40%。 所以有一半以上的时间空着。 这是巨大的资源浪费。第24、14章通信网、信息交换：一条路径可以分时利用于多个用户发送的信息。 因此，可以大幅度增加通道的时间利用率。 因为切换设备需要使接收到的数据格式具有适于传输的格式，并且在到达接收端之前具有适于接收端的格式，所以在发送和接收两端的设备中使用的数据格式可以不同。 由于信息交换以“存储-传输”方式工作，因此交换设备存储接收到的数据，在路径可用之前不进行传输，因此存在一定的时间延迟。 信息交换还分为信息交换：一次转发整条信息可能会加长其累积时间，从而导致较大的延迟。 分组交换：消息在交换设备中被分成具有相同长度的短分组(也称为“分组”)，例如，1000b被分组化，然后被发送。 因此，延迟时间很小，现在被广泛应用。 第25、14章通信网、面向连接和无连接面向连接的数据通信网：在通信双方的终端之间没有线路连接的话无法进行通信。 该连接可以是永久的或半永久的专用线路连接，其可以通过呼叫建立。 未连接的数据通信网：通信双方的终端之间不需要线路连接。 在这种情况下，采用信息交换方式，送出数据包。当一条消息被划分为若干分组时，每个分组在网络上的传输路径可能不同，从而使得每组按照原始顺序不一定到达接收端。 因此，在发送侧交换设备中不仅需要在消息中附加发送目的地地址，还需要按照每组顺序对消息进行编号，在接收侧交换设备中需要按照组的顺序排列，将完整的接收信息发送给终端用户。 分组交换的实现过程很复杂。 在所有的数据包都以相同的路由被传输并以相同的方式被处理时，假定在发送和接收终端之间存在虚拟信道，这样的数据包就被称为虚拟信道，并且通过这样的虚拟信道的连接被称为虚拟连接。第26、第14章通信网、通信协议数据通信需要数据包、号码、纠错编码和目的地地址等。 终端和交换设备完成这些步骤，必须遵守一些规定。 这些规定被称为通信协议。 通信协议也称为通信协议。 这两个名词是共同的。 为制定共同的通信协议，需要将复杂的通信过程分为多个层次，各层次承担一定的任务，在各层次制定相应的协议。 我们把这些层次和对应协议的合计称为数据通信网的架构。 1983年国际标准化组织(ISO )为数据通信网架构制定了共同标准，称为开放系统互联(OSI )参考模型。 理论上是完美的，但不太实用。 在介绍此模式之后，我们还将介绍互联网体系结构。 27、第14章通信网、14.3.3开放系统互连(OSI )参考模型、28、第14章通信网、第7层-应用层：应用层为OSI顶层，决定进程之间的通信性质以满足用户需求。 其功能取决于用户的需求和网络服务的目的。 应用层还提供应用程序进程所必需的信息交换、远程控制、系统管理及应用程序管理。 应用层直接与用户的应用程序进行通信. 第六层-显示层：显示层将前一层提供的数据作为所需要的编码或语法转换以通信公共形式发送到网络，从而允许不同类型的设备彼此通信。 其功能包括数据文件格式、编码(如ASCII和EBCDIC代码)、加密和解密、交互过程、数据压缩、同步、中断和终止。 演示层也完成了编码和文字集的变换和信息表示方式的决定。 29、第14章通信网、第5层-会话层：会话层在两个实体之间建立进行“会话”的逻辑连接关系，负责网络的注册和注销、身份认证和运营方式(单、双或半)等，管理和控制“会话”，但不包括通话的建立、设置和切断等功能。 第四层-传输层：传输层传输数据的单位是消息。 这负责在网络中的两个实体之间建立端到端的信道，并且向通信两端提供可靠的和透明的传输。 并且，还进行端到端之间的错误控制、序列控制、流量控制等。 运输层是通信的最上层。 更高的三层已经与网络技术无关，涉及到网络的应用。 因此，运输层是网络层和会话层之间的接口，分离上下层，使上层看不到下层数据传输的详细内容。 30、第14章通信网、第3层-网络层：网络层的任务是选择合适的路由和交换节点，透明地向目的地传输数据。 网络层上的传输数据单位是分组或分组。 因此，该层有责任分解前一层传来的数据包和对方传来的数据包，解决数据包丢失、重传、顺序逆转等问题。 第2层-数据链路层：数据链路层负责在两个相邻节点之间的链路上以帧为单位无误地传输数据。 必须对从上层发送来的数据添加必要的控制信息，构成帧，按顺序向物理层发送，处理对方发送来的“确认”帧。另外，负责链路的连接、维持、释放，识别帧的边界，在接收数据中检测出错误的情况下，有必要通知对方重新发送该帧直至正确接收到为止。 在被追加在该层的控制信息中，包含帧同步信息、地址信息、错误控制、流控制信息等。 先进的数据链路控制(HDLC )协议是该层的主要通信协议之一。 31、第十四章通信网络